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DOI：CNKI:12-1334/TH.20110106.1652.007 网络出版时间：2011-01-06 16:52:01网络出版地址：/kcms/detail/12.1334.TH.20110106.1652.007.htmldoi:10.3969/j.issn.1671-1041.2011.01.008基于嵌入式PIC的LED点阵显示屏控制系统马福民1，牛伟杰2(1.南京财经大学 信息工程学院，南京 210046；2.郑州巩义市供电公司，河南巩义451200)摘要：介绍了一种基于嵌入式PIC单片机的128×16LED点阵显示屏控制系统设计与实现，该系统利用上位机将显示信息字符转换为点阵显示数据，并通过miniUSB接口传送給PIC单片机，再由单片机完成点阵屏的动态滚动显示与实时控制。
该系统具有设计简单、字符清晰、功耗低、可靠性高等特点。
关键词：LED点阵显示屏；嵌入式PIC；USB通讯中图分类号：TP273+.5 文献标志码：AThe LED dot matrix display control system based on embedded PIC MCUMA Fu-min1, NIU Wei-jie2(1. College of Information Engineering, Nanjing University of Finance & Economics, Nanjing, Jiangsu, 210046, China；2.Zhengzhou Gongyi Electric Supply Company, Gongyi, Henan 451200, China)Abstract：A kind of 128×16LED matrix display control system based on embedded PIC MCU is introduced.The displaying information was transformed into dot matrix data by upper machine and sent to PIC MCU through the miniUSB serial communication inferface. And then, the dynamic scrolling display and real-time control were completed by the MCU. The system has the characteristics of simple design, clear character, low power consumption and high reliability.Key words：LED dot matrix display; embedded PIC MCU; USB communication0 引言LED点阵显示屏是由发光二极管排列组成的一种显示器件，具有亮度高、工作电压低、功耗小、驱动简单、寿命长、耐冲击和性能稳定等优点。
第２５卷 第５期２０１０年１０月液 晶 与 显 示Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌｓ ａｎｄ ＤｉｓｐｌａｙｓＶｏｌ．２５，Ｎｏ．５Ｏｃｔ．，２０１０文章编号：１００７－２７８０（２０１０）０５－０７４３－０４基于ＡＲＭ嵌入式系统的ＬＥＤ点阵屏设计葛 超，张景春，孙艳彬，孙丽英，朱 艺（河北理工大学信息学院，河北唐山０６３００９，Ｅ－ｍａｉｌ：ｇｅｃｈａｏ３６５＠ｈｅｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ）摘 要：传统ＬＥＤ点阵屏控制系统常常采用８位或ｌ６位的控制器，这些微处理器系统的运行速度慢、寻址能力低、功耗高，难以满足显示区域较大时刷新频率和稳定显示等方面的要求。
针对上述问题，提出了一种基于ＡＲＭ嵌入式的大型ＬＥＤ点阵屏显示系统设计方案。
该系统使用ＡＲＭ芯片内部的ＤＭＡ控制器进行数据的传输和控制，节省了处理器取指和译指时间，从而能够在连续的读写操作中完成数据的传输，提高了数据传输的速度和效率。
关 键 词：ＡＲＭ；ＬＥＤ；ＤＭＡ；并行总线中图分类号：ＴＰ３６８ 文献标识码：ＡＤｅｓｉｇｎ ｏｆ ＬＥＤ Ｌａｔｔｉｃｅ Ｓｃｒｅｅｎ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡＲＭ Ｅｍｂｅｄｄｅｄ ＳｙｓｔｅｍＧＥ Ｃｈａｏ，ＺＨＡＮＧ Ｊｉｎｇ－ｃｈｕｎ，ＳＵＮ Ｙａｎ－ｂｉｎ，ＳＵＮ Ｌｉ－ｙｉｎｇ，ＺＨＵ Ｙｉ（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，Ｈｅｂｅｉ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔａｎｇｓｈａｎ ０６３００９，Ｃｈｉｎａ，Ｅ－ｍａｉｌ：ｇｅｃｈａｏ３６５＠ｈｅｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ＬＥＤ ｌａｔｔｉｃｅ ｓｃｒｅｅｎ ｏｆｔｅｎ ｕｓｅｓ ８ｂｉｔ ｏｒ ｌ６ｂｉｔ ｃｏｎ－ｔｒｏｌｌｅｒ．Ｉｔ ｉｓ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ ｔｏ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｌａｒｇｅｒ ａｒｅａ ｄｉｓｐｌａｙ ａｎｄ ｓｔａｂｌｅ ｒｅｆｒｅｓｈ ｒａｔｅｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｉｔｓ ｓｌｏｗ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｌｏｗ ａｄｄｒｅｓｓｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ．Ｔｏ ｒｅ－ｓｏｌｖｅ ｔｈｅｓｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ａｂｏｖｅ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｕｔｓ ｆｏｒｗａｒｄ ａ ｗａｙ ｆｏｒ ｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅ ＬＥＤ ｌａｔｔｉｃｅ ｓｃｒｅｅｎｄｉｓｐｌａｙ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡＲＭ ｅｍｂｅｄｄｅｄ．Ｔｈｅ ｄａｔａ ｃａｎ ｂｅ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｂｙ ｔｈｅｉｎｎｅｒ ＤＭＡ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ＡＲＭ ｃｈｉｐ．Ｔｈｅ ｆｅｔｃｈ ａｎｄ ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ｃａｎ ｂｅ ｓａｖｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ｔｏ ｔｒａｎｓｍｉｔ ｄａｔａ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ ｗｈｅｎ ｒｅａｄｉｎｇ ａｎｄ ｗｒｉｔｉｎｇ．Ｔｈｅ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇ ｃａｎ ｂｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＡＲＭ；ＬＥＤ；ＤＭＡ；ｐａｒａｌｌｅｌ ｂｕｓ 收稿日期：２００９－１２－１５；修订日期：２００９－１２－２８作者简介：葛超（１９８０―），男，河北鹿泉人，硕士研究生，讲师，研究方向：检测控制技术及智能装置。
基于单片机的LED点阵显示屏的设计LED点阵显示屏是一种常见的显示设备，它通过控制各个LED的亮灭来显示文字、图形或动画。
在这篇文章中，我们将介绍基于单片机的LED 点阵显示屏的设计。
一、设计目标设计一个基于单片机的LED点阵显示屏，使其能够显示各种文字、图形和动画。
同时，要求显示屏的显示效果清晰、稳定，能够满足日常使用的需求。
二、设计方案1.硬件设计（1）点阵屏：选择合适的点阵屏作为显示屏的输出设备。
点阵屏的种类有很多，常见的有8x8、16x16和32x32等不同尺寸的点阵屏。
根据实际需求选择合适的尺寸。
（2）单片机：选择一块适合的单片机作为控制器。
单片机的选择需要考虑其计算能力、扩展性和易用性等因素。
（3）扩展模块：根据需要，可以选择添加一些额外的扩展模块，如按键模块、声音模块等，以增加显示屏的功能。
（4）电源模块：为显示屏提供稳定的电源，以保证其正常工作。
2.软件设计（1）驱动程序：编写驱动程序，通过单片机控制各个LED的亮灭。
根据点阵屏的不同类型，编写相应的驱动程序。
（2）显示程序：编写显示程序，将要显示的文字、图形或动画转换成相应的点阵数据，然后通过驱动程序显示在点阵屏上。
（3）用户界面：设计一个用户界面，使用户能够方便地输入要显示的文字、选择图形或动画等，然后通过单片机控制显示屏显示出来。
三、实施步骤1.硬件部分（1）按照设计方案选择合适的点阵屏、单片机和扩展模块，并连接它们。
（2）根据点阵屏的引脚定义，设计相应的电路板，并进行制作。
（3）将单片机和扩展模块焊接到电路板上，并连接好相应的引脚。
（4）连接电源模块，为整个系统提供电源。
2.软件部分（1）根据点阵屏的类型，编写相应的驱动程序。
（2）编写显示程序，将要显示的文字、图形或动画转换成点阵数据。
（3）设计用户界面，编写相应的程序，将用户输入的内容转换成可显示的数据。
（4）将驱动程序、显示程序和用户界面程序上传到单片机。
四、测试与调试完成硬件和软件的设计后，进行测试与调试。
基于51单片机的LED点阵显示屏系统的设计摘要：本篇论文主要介绍基于51单片机的LED点阵显示屏系统的设计方案。
该系统通过51单片机进行数据处理，并将数据在LED点阵显示屏上进行展示，具有显示效果好、成本低等优点。
论文主要介绍了硬件电路设计、程序设计、PCB设计以及实验结果等内容，对基于51单片机的LED点阵显示屏系统的实用性进行了探讨。
关键词：51单片机、LED点阵显示屏、硬件电路设计、程序设计、PCB设计、实验结果一、引言LED点阵显示屏是一种广泛应用于各种场合，如宣传广告、商店展示、显示器等领域的显示设备。
与传统的显示屏相比，LED点阵显示屏具有显示效果好、成本低等优点。
近年来，随着51单片机技术的不断发展，基于51单片机的LED点阵显示屏系统在各个领域得到了广泛的应用。
本文主要介绍基于51单片机的LED点阵显示屏系统的设计方案。
该系统通过51单片机进行数据处理，并将数据在LED点阵显示屏上进行展示，具有良好的实用性和经济效益。
论文主要包括硬件电路设计、程序设计、PCB设计以及实验结果等部分。
二、硬件电路设计1. 系统框图基于51单片机的LED点阵显示屏系统的硬件。
2. 数码管显示电路基于51单片机的LED点阵显示屏系统的中，采用BCD数码管进行数据输入。
BCD数码管共四位，每一位数字独立控制。
数码管显示电路主要包括74HC595移位寄存器、串联$k$向$n$型译码器以及BCD数码管组成。
采用74HC595移位寄存器可以将多个BCD数码通过串联方式连接在一起，从而减少了输出引脚的数量。
通过寄存器的移位方式，可以实现控制数据的输入和输出。
3. LED点阵显示电路在本系统中，采用了8*8共阴极的LED点阵显示屏，并通过双向移位寄存器74HC595将数据的控制信号传输到LED点阵显示屏。
在具体的控制方案中，将LED点阵显示屏划分为8*8个小块，每个小块对应一个控制信号，通过移位寄存器将每一个小块的控制信号输出到LED 点阵上。
《基于AT89C51单片机的LED点阵显示系统设计》篇一一、引言随着科技的进步和智能化设备的普及，LED点阵显示系统在各种电子设备中得到了广泛的应用。
本文将详细介绍基于AT89C51单片机的LED点阵显示系统的设计，包括系统设计的目的、意义、主要内容和结构安排。
二、系统设计目的与意义本系统设计的主要目的是利用AT89C51单片机控制LED点阵，实现动态、多样化的显示效果。
通过该系统，可以提高显示信息的可读性和可视化程度，为各种电子设备提供更加丰富、直观的显示界面。
此外，该系统还具有低功耗、高可靠性等优点，具有广泛的应用前景。
三、系统设计内容1. 硬件设计硬件设计主要包括AT89C51单片机的选择与配置、LED点阵的选型与连接、电源电路的设计等。
其中，AT89C51单片机作为核心控制器，负责接收和处理数据，控制LED点阵的显示。
LED点阵作为显示器件，负责将数据以可视化的方式呈现出来。
电源电路为整个系统提供稳定的电源供应。
2. 软件设计软件设计主要包括单片机的编程和控制算法的设计。
单片机编程采用C语言，以便于编写和调试。
控制算法包括数据处理、显示控制等，以实现动态、多样化的显示效果。
四、系统实现1. 电路连接根据硬件设计，将AT89C51单片机、LED点阵、电源电路等连接起来，形成完整的电路系统。
在连接过程中，需要注意各元器件的引脚对应关系和电路的稳定性。
2. 程序设计根据软件设计，编写单片机的程序。
程序包括初始化程序、数据处理程序、显示控制程序等。
在编写过程中，需要注意程序的逻辑性和稳定性，以确保系统的正常运行。
3. 系统调试在程序编写完成后，进行系统调试。
调试过程中，需要检查各元器件的工作状态、电路的连接情况以及程序的运行情况。
通过调试，可以发现问题并进行修复，以确保系统的正常运行。
五、系统性能测试与分析对系统进行性能测试与分析，包括显示效果、响应速度、稳定性等方面的测试。
通过测试，可以评估系统的性能和可靠性，为后续的优化和改进提供依据。
《基于AT89C51单片机的LED点阵显示系统设计》篇一一、引言在现代电子产品设计中，LED点阵显示技术被广泛用于各类电子设备的用户界面显示，因为它能实现多级动态和色彩显示效果，可以丰富和强化用户体验。
本篇论文将介绍基于AT89C51单片机的LED点阵显示系统设计，包括系统架构、设计原理、实现方法及优化措施。
二、系统架构设计本系统设计主要采用AT89C51单片机作为核心控制器，搭配适当的LED点阵模块。
AT89C51单片机是一款广泛使用的低功耗、高性能的微控制器，其内部包含中央处理器（CPU）、定时器/计数器、并行I/O口等基本模块。
LED点阵模块则负责显示内容，其由多个LED灯珠组成，通过控制每个灯珠的亮灭来实现显示效果。
三、设计原理本系统设计的基本原理是利用AT89C51单片机的并行I/O口控制LED点阵模块的每个灯珠。
通过编程设定每个灯珠的亮灭状态，从而在LED点阵上形成所需的显示内容。
此外，AT89C51单片机还具有定时器/计数器模块，可以用于控制显示内容的刷新频率和动态效果。
四、实现方法实现本系统设计的关键步骤如下：1. 选择合适的LED点阵模块，确定其与AT89C51单片机的接口连接方式。
2. 根据需要显示的字符或图像，规划每个灯珠的亮灭状态。
3. 使用编程语言（如C语言）编写控制程序，通过单片机实现对LED点阵模块的控制。
4. 对程序进行编译和烧写到单片机中，并进行实际测试。
在编写控制程序时，需要根据单片机的时序要求，合理设置每个灯珠的亮灭时间，以实现所需的动态效果。
同时，还需要考虑程序的运行效率和稳定性，确保系统能够长时间稳定运行。
五、优化措施为了进一步提高系统的性能和稳定性，可以采取以下优化措施：1. 优化LED点阵模块的布局和连接方式，减少信号传输过程中的干扰和损耗。
2. 使用抗干扰能力强的电源和地线设计，确保系统在复杂电磁环境下的稳定性。
3. 对程序进行优化和调试，提高程序的运行效率和稳定性。
基于嵌入式系统点阵式LED显示屏数据输出速度优化分析
摘要:在研究现有LED显示屏控制电路的基础上,本文以嵌入式系统为平台,针对输出函数优化与硬件电路改造方向,提出了提高数据输出速度的实现方法。
文中给了该方法的原理与实现过程,并探讨了在使用同一个高速信号源的前提下,读数据信号与屏幕显示等控制信号衔接配合的工作过程。
此方法如果与FPGA/CPLD改造、使用更高频率单片机的方式相结合,将会进一会提高显示屏控制电路的性能。
实验得出,改造电路可以高至单片机主频的1/4频率送出显示数据。
关键词:嵌入式LED显示屏高速输出软、硬件优化
在点阵式LED显示屏显示系统中,由于显示面积的不断增大,显示色彩的日益丰富,使得提高数据的输出速度成为显示屏显示系统中要解决的瓶颈问题。
目前,要提高显示系统数据的输出速度,除了输出电路比较复杂的采用FPGA/CPLD芯片进行替代外,主要采用的是提高显示系统控制板单片机主频的方法。
本文以LED显示屏控制卡为例,给出了在软件优化及硬件电路改造方向上提高显示数据输出速度的实现办法,该方法适用于以嵌入式系统为核心的各种LED显示屏控制卡。
1 输出函数优化
在编写输出函数时,为了提高数据的输出速度,应尽量减少循环体的使用。
特别是从存储器中读数据的代码段部分,应尽量把循环结构
改成平铺顺序结构。
这样做虽然使输出函数的代码增加不少,但对于目前的微处理器内嵌的Flash存储器来说,增加的代码段占用空间的比例是比较小的,但程序却大大减小了每字节数据输出所耗费的机器周期,经过测算,数据输出速度提高了30%。
需要注意的是,如果用C语言编写代码,一定要查看确认所产生的汇编代码与所设计代码的一致性,否则容易产出冗余代码,增大程序运行耗时。
2 基于信号复用的电路优化
在数据输出到LED显示屏的过程中,需要同时产生不少输出控制信号。
如锁存器,收发器及显示屏显示需要的控制信号(LED单元板中HC595的SCK移位、RCK锁存、E使能信号,LED显示屏的显示原理见参考[1],本文不再论述)。
这些必需信号的产生也增加了数据输出到显示这一过程的时间。
如果能够复用读存储器及屏幕显示中的信号,势必减少这一过程的时延。
在LED显示系统中,常把显示数据按行存储到外部ROM/RAM中的办法即是一例。
该办法设定存储器的高位并接到LED的行控制线上,数据按行储存,按行读出数据同时开通了行控制信号。
下面的信号复用方案也是类似的原理。
在考查读外存的MOVX命令时发现:执行该命令时可产生读信号(RD#),即当读外存时不但不需要另外去产生读信号(RD#),而且还可以将此信号供给触发器74HC273及LED板上的移位信号SCK使用。
这里要注意的是:在数据读出后,SCK信号才送出,所以RD#信号不可直接做SCK信号使用,必须做延时处理,本例中的延时约为100ns。
在RD#信号控制下,数据经74HC273送入到LED显示屏。
数据移位信号SCK由RD#信号经延时电路演变而来。
读出数据并送出显示过程中的控制信号的时序关系。
P0口在RD#信号为低电平期间读取数据,在RD#信号上升沿时将数据锁存到74HC273,同时RD#信号经延时电路延时约100ns后作为数据移位信号SCK使用,在上升沿时将数据送出到LED显示屏。
减少的三条信号产生指令相当于用硬件来实现了,即将软件硬件化。
这不仅可以减少控制线,还节约了指令,提高了数据输出并送入到屏幕显示的速度。
3 SPI在数据输出中的使用
在上文中,提出了基于信号复用的电路优化原理与实现方法。
但如果要提高数据输出的速度,首先要提高数据的读出速度。
由于读出的大片数据都是顺序存放在一起的特点,本文设计了一个提供地址顺序变化的计数器辅助电路,但该电路需要提供触发脉冲的信号源。
单片机ALE脚或是利用串行口工作方式1也会产生一定频率的脉冲,但这两种方式使用均有一定的限制,且没有SPI方式下产生的脉冲频率高。
SPI的全称是”Serial Peripheral Interface”,意为串行外围接口,是Motorola首先在其MC68HCXX系列处理器上定义的。
SPI系统使用四个I/O脚,它们是串行时钟SPSCK;主机输入/从机输出数据线MISO;主机输出/从机输入数据线MOSI和低位有效的从机选择数据线SS。
SPSCK用于同步数据从MOSI输入和MISO的输出传送,通过对SPI 控制寄存器SPCR的设置,SPSCK的频率最高可以达振荡器频率(fOSC)的1/4。
在控制卡设计中,可以考虑增加一块SPI模式的FLASH存储器,一方面可以保存重要文档,另一方面可以利用SPSCK产生的信号,实现对外部存储器件进行高速读出数据,并将该信号转换提供给显示屏控制使用,从而实现显示屏的同步高速显示。
在利用SPSCK的信号进行外部存储器件的读写时,本文设计构建了一个计数器电路来保存读写的初始地址,再利用SPSCK供给的脉冲,实现对计数器组保存地址的顺序增加,以达到对数据顺序地进行高速读出的目的。
SPI配合计数器对存储器进行快速读出操作的具体实现电路。
级联计数器的个数,根据ROM/RAM的容量大小(地址线的数目)来确定。
微处理器通过驱动器连接SPI串行存储器,驱动器可以选择7407或7417的型号。
RM_MODE用来区别不同的读写操作方式。
当RM_MODE=1时,是常规读写外部存储器的方式,当RM_MODE=0时,就可以让主机作为主器件,串行FLASH存储器作为从器件,两者以SPI
方式进行通信,利用此时产生的SPSCK信号对存储器进行高速读数据操作。
并且SPSCK信号经过变换与延时处理,可以供给LED做移位信号SCK使用。
为使用LA5034逻辑分析仪的测量结果。
单片机配备的晶振为36MHz,SCK信号的频率测量结果约为9M,即主频的1/4。
从调试的情况来看,应用此方式需要注意以下问题。
使用SPSCK信号读取外部储存器时,同样会产生SPI主从、模式下的数据溢出错误,即连续传输多个数据时,后一个数据覆盖了前一个数据而产生的错误。
这种错误产生的原因是从器件的传输标志SPIF 从相对于主器件的传输标志SPIF主有一定的滞后,在主器件连续发送数据时,会导致从器件的传输标志和主器件下一个数据的传输标志相重叠,而利用SPSCK触发计数器使地址递加读取数据时,第一个收到的数据也会被覆盖。
先启动SPI模式,再进入计数器读外存模式,可避免数据溢出错误。
另外要注意计数器及外存芯片的读写速度必须与SPSCK相匹配。
器件读取速度越高,数据出错的几率越小。
在测试中发现,存取时间35ns的RAM芯片与此模式匹配效果最好。
4 结语
在显示设备对数据输出速度的要求日益提高的背景下,目前对控
制设备进行改造的过程中,许多方案采用的是更换更高速率的微处理器的办法,而对软件的优化及硬件电路的挖潜往往容易被忽视。
本文给出的例子虽是基于LED显示屏应用的,但在LCD显示屏等其他对数据有高速输出要求的系统中,同样具有借鉴意义。
在实践运用中,建议应先考虑在原有的系统上进行软件优化及硬件电路挖潜改造,如仍不能满足显示要求再考虑更换高速率微处理器及用FPGA/CPLD器件进行输出电路替代处理的方案。
如果以上两种方案配合使用,不但能提高数据的输出速率,还将大大降低控制电路的制作成本,提高了系统的整体性能。
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