LED显示屏控制系统 第12页
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本章小结
本章完成了LED显示屏软件控制系统的整体设计，确定了系统工作
流程，完成了系统软件控制功能。系统的工作流程：在计算机显示屏上
开启文本窗口（大小可根据具体对应大屏的象素点数，调整系统参数实
现），在工具栏选择具体工具完成文字、图形的编辑，并采用图像处理算
法完成信息的优化及显示效果的处理，并实现预览功能。在完成整体编
辑、设计后应用系统设计的字模信息保存方法实现文本信息的保存。根
据具体设备通讯要求，采用串口通讯技术，通过介绍端口通讯以及串口
通讯协议的相关知识，实现控制系统与硬件设备部分的通讯，完成实现
LED显示屏的文本信息传输功能。吉林大学硕士学位论文
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第五章硬件控制系统的设计与实现
LED显示屏硬件控制系统在设计主控制系统时采用单片机控制，单片
机主要负责与上位机进行通讯、接收和存储显示数据、驱动LED显示点
阵和控制信号等。
§5.1硬件控制模块
硬件控制模块按照功能，主要可以分为串行通讯接口电路、行地址
译码电路、列信号处理电路、储存器扩展电路、8031基本系统等。
5.1.1串行通讯
串行通信是能把二进制数据能够按位传送的通信，且所需传输线极
少，8031内部除了含有4个并行I/O接口外，还有一个串行I/O接口。
串行通讯接口电路的主要作用是将上位机发送过来的图文点阵信息转换
为单片机能够识别的数字信息。系统采用美国电子工业协会颁布的
RS-232C串行总线。由于上位机RS-232C串行口的逻辑电平和单片机串行
口的TTL电平完全不兼容，因此必须进行电平转换。接口电路的基本原
理如下图
[23]
：
5-1串行通讯接口电路
当上位机发送逻辑电平“0”时，其电压范围为+5V<V<+15V,二极管
D1导通，A点位在+5V多一点，经反向器输出为TTL电平的逻辑“0”。同
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理，当上位机发送逻辑电平“1”时，其电压范围为-15V<V<-5V,二极管
D2导通，A点位在0V左右，经反向器输出为TTL电平的逻辑“1”。
5.1.2基本系统
下位机采用8031单片机担任，主要负责与上位机进行通讯、存储显
示数据、安排控制信号和驱动LED显示电路。具体电路原理图如下：
5-2主控电路原理图
由于8031片内无程序存储器，片内RAM也只有128字节，这么小的
存储容量不适合实际应用。为了扩大单片机的存储容量，系统采用连接
片外RAM和ROM方式。
系统采用可以多次复用的EPROM作为它的程序和固化显示数据的存
储器，每次编程前只要先进行一次擦洗便可，系统具体采用2864EPROM
扩展存储器，保证显示屏在脱离上位机之后以及断电后仍正常运行。采
用一片6264RAM作为从上位机接收来的数据随机存储器。EPROM的地址从
0000H开始，RAM地址从8000H开始。一片74LS373锁存由8031数据/地
址口P0发出的低8位地址，该地址信息由单片机的ALE信号打入。8031
的接口P2为高位地址输出口。P2的最高位A15为0时选通EPROM，为1
时选通RAM。RXD和TXD端为8031的串行通信输入输出口，通过MC1488
和MC1489变为EIA电平与上位机相连
[26]
。吉林大学硕士学位论文
§5.2 LED显示点阵驱动模块
屏体的主要部分是显示点阵，还有行列驱动电路。系统显示点阵采
用8*8单色显示单元，按照每行24个字，共计12行的方式来组织的
384*192 LED象素的显示屏，因此能够显示168个16*16点阵汉字。控制
电路采用动态扫描驱动方式驱动LED器件，每两行一个控制器，控制完
成整个显示电路的行列驱动。
5.2.1 LED特性及动态扫描原理
从LED器件的发光机理可以知道，当向LED器件施加正向电压时，
通过器件的正向电流使其发光。因此LED的驱动就是如何使它的PN结处
于正偏置。流过LED的电流i与其两断电压V的关系式为：
i=Ir(e(mv/BkT)-1)其发光亮度基本上正比于通过的电流强度。
当对于n个LED器件进行扫描驱动时，假定切换电路在切换过程中
没有时间延迟，且每个LED的导通时间是相等的，则占空比为1/n。此时
的驱动电流幅值应该等于相当直流驱动电流的n倍，才能达到与相当直
流驱动一样的效果，且驱动电流幅值不能超过该器件允许的最大脉冲幅
值，所以对于本系统应用于室内的LED显示屏，n值取为16，能够满足
亮度要求。
5.2.2显示驱动模块
采用扫描方式进行显示时，每行有一个行驱动器，各行的同名列共
用一个列驱动器。由行译码器给出的行选通信号，从第一行开始，按顺
序依次对个行进行扫描。根据各列锁存的数据，确定相应的列驱动器是
否将该列与电源的另一端接通，接通的列，就在该行该列点燃相应LED，
未接通的列所对应的LED熄灭。当一行的扫描持续时间结束后，下一行
又以同样的方法进行显示。全部各行都扫描一遍后，又从第一行开始进
行下一个周期的扫描。只要一个扫描周期时间比人眼1/25秒的暂留时间
短，就感觉不出闪烁
[25]
。
5.2.2.1行驱动
行选通信号来源于单片机按照时序要求所给出的二进制行号，为在
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