16×16动态点阵屏设计-单片机实验指导书

实验目的

（1）理解大屏幕点阵的电路搭建和基本结构。

（2）了解单片机多行列点阵C语言程序的设计和调试方法。

（3）掌握多行多列大屏幕点阵的软硬件设计。

实验仪器

单片机开发板、稳压电源、计算机。

实验原理

1.LED点阵屏显示原理

LED点阵显示屏是集微电子技术、计算机技术、信息处理技术于一体的大型显示屏。它以色彩鲜艳、动态范围广、亮度高、寿命长、工作稳定可靠等优点而成为众多显示媒体以及户外作业显示的理想选择。同时也可广泛应用到军事、体育、新闻、金融、证券、广告以及交通运输等许多行业。

16×16点阵显示屏共有256个发光二极管，显然单片机没有这么多端口，如果采用锁存器来扩展端口，按8位的锁存器来计算，16×16的点阵需要256/8=32个锁存器。这里仅讨论16×16的点阵，而实际应用中的显示屏往往要大得多，这样在锁存器上花的成本将是一个很庞大的数字。因此在实际应用中的显示屏几乎都不采用这种设计，而采用另一种称为动态扫描的显示方法。对16×16的点阵来说，它包含列驱动电路和行驱动电路。把所有同一行的发光管的阳极连在一起，把所有同一列的发光管的阴极连在一起（共阳的接法），先送出对应第一行发光管亮灭的数据并锁存，然后选通第一行使其燃亮一定的时间，然后熄灭；再送出第二行的数据并锁存，然后选通第二行使其燃亮相同的时间，然后熄灭……第十六行之后又重新燃亮第一行，这样反复轮回。

LED点阵一般采用扫描式显示，实际运用分为三种方式：

（1）点扫描；

（2）行扫描；

（3）列扫描。

若使用第一种方式，其扫描频率必须大于16×64=1024 Hz，周期小于1 ms即可符合视觉暂留要求。若使用第二或第三种方式，则频率必须大于16×8=128 Hz，周期小于7.8 ms即可。此外一次驱动一列或一行（8颗LED）时需外加驱动电路以提高电流，否则LED亮度会不足。

由LED点阵显示屏的内部结构可知，驱动方式宜采用动态扫描驱动方式。由于LED管芯大多为高型，因此某行或某列的单体LED驱动电流可选用窄脉冲，但其平均电流应限制在20 mA内，多数点阵显示屏的单体LED的正向压降约为2 V，但大亮点点阵显示屏的单体LED的正向压降约为6 V。

大屏幕显示系统一般是由多个LED点阵组成的小模块以搭积木的方式组合而成的，每一个小模块都有自己独立的控制系统，组合在一起后只要引入一个总控制器控制各模块的命令和数据即可，这种方法既简单又具有易装、易维修的特点。

LED点阵显示系统中各模块的显示方式有静态显示和动态显示两种。静态显示原理简单、控制方便，但硬件接线复杂，在实际应用中一般采用动态显示方式。动态显示采用扫描的方式工作，由峰值较大的窄脉冲驱动，从上到下逐次不断地对显示屏的各行选通，同时又向各列送出表示图形或文字信息的脉冲信号，反复循环以上操作，就可显示各种图形或文字信息。

2.74 HC595驱动电路

74HC595管脚如实验图10-1，该芯片是一个8位串行输入、平行输出的位移缓存器：平行输出为三态输出。在SCK的上升沿，单行数据由SDL输入内部的8位位移缓存器，并由Q7输出，而平行输出则是在LCK的上升沿将8位位移缓存器的数据存入8位平行输出缓存器。当串行数据输入端的控制信号为低电平使能时，平行输出端的输出值等于平行输出缓存器所存储的值。而当为高电位，也就是输出关闭时，平行输出端会维持在高阻抗状态。(https://www.xing528.com)

实验图10-1　74HC595管脚

14脚：DS（SER），串行数据输入引脚。

13脚：，输出使能控制脚，它是低电平才使能输出，所以接GND。

12脚：STCP，存储寄存器时钟输入引脚。上升沿时，数据从移位寄存器转存至存储寄存器。

11脚：SHCP，移位寄存器时钟引脚。上升沿时，移位寄存器中的位数据整体后移，并接受新的位（从SER输入）。

10脚，低电平时，清空移位寄存器中已有的位数据，一般不用，接高电平即可。

9脚：Q7S，串行数据出口引脚。当移位寄存器中的数据多于8位时，会把已有的位从这个引脚“挤出去”。常用于74 HC595的级联。

Q1～7：并行输出引脚。

实验源程序

实验仿真电路（实验图10-2）

实验图10-2　16×16动态点阵屏设计实验仿真图

思考题

1.点阵屏包含哪些驱动芯片？

2.点阵屏的动态显示基于什么原理？