基于单片机的LED显示系统设计

刘磊

【摘 要】随着单片机的飞速发展，单片机已经进入了从家用到航空航天的所有领域，这表明了单片机的广泛应用，市场上有多种显示控制系统核心。通常，全色LED显示器主要是基于FPGA的控制系统，而其他双色或单色LED显示器则大多使用基于ARM的设备。

【关键词】LED显示屏;单片机;控制系统

1、显示屏控制整体设计

1.1 整体结构

该系统由上位计算机（即PC）和下位计算机（即单片机）一起工作完成。用户通过上位串行计算机可以编辑其中的显示数据要求，上位串行计算机将串行数据端口传输发送到下位串行计算机，但是上位串行计算机和下位串行计算机之间无法直接进行通信，因为不同串行数据端口转换需要不同的显示级别，因此通常需要用户建立多个级别进行转换。本操作系统主要使用rs232到4和rs485来直接实现相互数据通信，下位机操作采用数控单片机远程控制管理系统。

1.2 主控芯片一单片机

单片机（microcontrollers）是它是一种通用集成电路设计芯片。它仅仅使用了ovlsi/o技术即可集成中央处理器rocpu，随机存取数据存储器roram，只读读取存储器rorom，各种类型i/o控制端口和数据中断控制系统以及其它具有各种数据处理控制功能的自动计时器和其他控制功能，在电子工业中已经得到了广泛的实际应用和可控制。

目前，在我国还没有一台单片机，但是这种新型计算机的市场上，它被广泛地应用于我们日常生活中的各个领域，从家庭电器发展到航空飞行和其他监测控制领域，这也就说明了单片机在工业上得到了广泛的应用。

1.3 LED显示屏行列驱动

该系统所选用的基本模块为16*32点矩阵，系统显示屏主要有两基础模块。其尺寸是16*64。LED 点矩阵显示屏幕是由许多类型的发光二极管所构成。由 LED 形成的图像将其中的像素以矩阵形式紧密地连接在一起。如果将一个行 a 连接到一个电源的极点，将列 b 连接到一个电源的另一极，则（a，b）像素点将会被灯点亮。

1.3.1 行扫描电路

因为它在单片式主机i/o中的接口应用范围非常受限，因此我们需要74hc154来重新拓宽这个接口。74hc154是4-16解码器，该核心芯片设计能够对16个核心线圈元件进行实时扫描和高速驱动，以便有效节约内存空间。74hc154解码器首先输出可以分别接收4位模拟二进制编码地址的有效复位输入，然后将其中16个有效位址的输出进行互斥。74hc154的门控信号误差输入在厦门门控系统用户可以直接使用门控信号解码器用来消除信号误差输入信号。当然，该编码芯片也同样功能可以被直接扩展出来成为数字编码器，其中这种编码方式可以使得一个能源阀门电路同样可以具有两个基于andd的逻辑信号输入。任意地点在选择一个数据输入输出端子后就可以把它作为一个单片机的一个数据处理输入输出端子，可以把74hc154用作4-16的数据分配器，以此更便于用户实现对一个单片上主机i/o输入端口的数据扩展。

1.3.2 列驱动电路

显示文本数据时，可以选择并行输入或串行输入。使用并行输入时，每列数据都需要同时传输。控制电路将非常大且复杂。因此，该系统使用串行输入来驱动并且仅使用少量数据接线，大幅度地简化了工作流程。

2、单片机与PC机的通信方式

2.1 串口通信

单片机的串行端口为ttl电平，pc的串行端口为rs-232接口标准。rs-232标准（协议）的英文全名应该是eia-rs-232c标准。在pc串口中：逻辑1为-3v-15v，逻辑0为+3v+15vo，eia-rs-232c使用正负两个相等的电压来表示逻辑状态，这与ttl的逻辑状态截然不同。因此，为了促进两者之间能够同时执行数据传输和通讯的控制，必须先后实现rs-232c和tintinl电路的高频电平变换。为了真正实现这种转换，我们既有可以选择采用三极管电路，也有可以选择采用集成芯片。其中，集成芯片的应用可以变得更稳定，max232芯片主要用于进行电平转换，以便于实现微控制器和pc之间的通讯。

每个引脚的简要介绍：

第一个组成部分为电荷泵集成器电路。1、2、3、4、5、6引脚及4个相应的电容器。为了给用户提供所需等级的rs-232串行端口，会产生++12v和12v的输出电压。会生成++12V和12V的电压。

第二个部分就是进行数据交流转化的通道。它们由7、8、9、10、11、12、13、14共同构成两个不同的数据渠道。其中，13（r11n）、12（r10ut）、11（t11iv）、14（t1out）等作为第一个数据渠道。引脚8（r2in），引脚9（r20ut），引脚10（t2in），引脚7（t20ut）则作为第二条数据通道。ttl/cmos数据从t1in，t2in的输入信号转换为rs-232的数据，从t10ut，t20ut到计算机db9插头;db9插头的rs-232数据从r1in，r2in输入转化为ttl/cmos数据，然后从r1out，r20ut输出。

2.2 WIFI通信

2.2.1IEEE802.11b协议

ieee802.11b无线局域网使用载波检测和侦听的方法进行网络信息传输。这和我们现在已经非常熟悉的ieee802.3（以太网原理）相近。它们之间的差异就在于以太网使用csma/cd技术。网络上所有工作站始终在进行侦听，以便于查看网络上任何人员是否正在发送任何消息。802.11b无线局域网的先进特点是它们都引入了一种避免冲突的技术，从而极大地提高了网络效率。

2.2.2WIFI傳输的优点

WIFI的全名是WirelessFidelity。802.11b会议协议通常有人认为它只是一个wi-fi，但事实上它的wi-fi只是一种无线通信局域网（wlana）的注册商标，与其他无线技术本身完全无关。商标，与标准本身无关。但是，人们逐渐从一开始已经习惯于把802.11b.0协议栈的命名更改为wiwifio。它的主要技术优点之处也就在于它的数据传输率非常高，几乎人人能够同时达到11mbps，有效的传输距离也非常长。同时，它与各类802.11dsss上的设备完全交互相容。ieee（基于美国电子电气技术工程师协会）802.11b新的无线网络技术规范基于e是ieee802.11的一个重要改进版，其最大无线数据传输负载速率设定为11mbps。当干扰较大或信号较弱时，可以稍作调整，例如5.5Mbps或2Mbps或更低的1Mbps，从而确保网络的稳定性。最大传输速度为11Mbps。当干扰较大或信号较弱时，可以稍作调整。

本文详细介绍了LED显示屏的硬件设计和主机系统。该系统显示不多，尽管该系统的单色半户外显示器无法显示全彩色图像，但它可以满足用户的基本需求，例如广告，公共场所的提示信息和基本文本显示。但是，当前的系统显示不是很全面，可以进一步改进和完善。

参考文献：

[1]付晓军.基于MSP430单片机的线阵LED图文显示系统设计[J].电子测试，2020（23）：17-19.

[2]陈万疆.基于单片机LED显示屏显示系统设计[J].电子元器件与信息技术，2020，4（08）：134-136.

[3]黄平.基于单片机的液晶（LCD）图文显示系统设计[J].通信电源技术，2019，36（10）：69-70.

（作者单位：浙江工业职业技术学院）