為了簡化L ED 顯示屏的驅動電路，節(jié)約單片機的端口資源，對常見的L ED 顯示屏驅動電路進行了改進，全部采用通用的串入并出移位寄存器作為選通驅動，系統全部采用串行數據控制，形成了一種只需4 根信號線的L ED 顯示屏驅動電路解決方案，僅需占用單片機的4個I/ O 端口發(fā)送串行數據就可以實現正常的顯示功能，文中給出相應的程序代碼。
 

　　1 、引言

　　L ED 顯示屏應用十分廣泛，是信息傳播的有效工具。在某井下礦采設備監(jiān)測系統中選用了ARM S3C44B0X 32 位單片機作為CPU ，根據應用要求，監(jiān)測系統的顯示部分使用16 行的單色L ED 顯示屏實時顯示監(jiān)測數據。由于系統外設較多，端口資源十分緊張，針對這種情況開發(fā)了一種四線驅動的顯示屏電路設計方案，很好地解決了這個問題。

　　2、 常見的驅動電路設計及改進

　　在常見的顯示驅動電路設計中，列控制一般采用串入并帶鎖存的移位寄存器如74HC595 ，將數據打入鎖存器中，使寄存器各引腳呈現與鎖存器相同的狀態(tài)來選中需要點亮的列。行控制一般采用譯碼器電路如4/ 16 譯碼器74HC154 ，控制信號經譯碼后選中需要點亮的行。這種硬件結構設計需要較多的控制信號線，占用單片機較多端口從而造成端口資源的浪費。

　　在改進的L ED 顯示屏驅動電路設計方案中，行、列控制均采用串入并出帶鎖存的移位寄存器，控制信號的產生均由S3C44B0X的I/ O 口發(fā)送串行數據來實現，這樣僅需要4 根信號線L ED 顯示屏就能正常工作。

　　3 、顯示驅動電路設計

　　3. 1 電路結構

　　LED顯示屏由多個LED點陣模塊構成。顯示電路采用1/ 16 掃描方式，顯示點陣的一行對應一路行選通信號，各行的同一列共用一個列選通信號。

　　當需要在L ED 顯示屏上顯示圖文內容時，只要在行、列顯示數據控制下讓顯示屏上相應的發(fā)光器件點亮就可以了，一次點亮一行，依次點亮各行，只要速度足夠快就會產生連續(xù)的視覺感受。

　　行驅動電路采用HEF4094 帶鎖存功能的串入并出移位寄存器。如圖1 ，引腳D 為串行數據輸入端，引腳CP 為移位時鐘脈沖輸入端，STR 為輸出鎖存器打入信號輸入端，OE 為輸出使能信號輸入端，當其為高時鎖存器的輸出才開放，芯片輸出端為00～07 ，OS、OS′作為級聯輸出，見參考文獻。

　　列驅動電路采用74HC595 帶鎖存功能的串入并出移位寄存器。如圖1 ，引腳SER 為串行數據輸入端，引腳SRCL K 為移位時鐘脈沖輸入端，引腳RCL K 為輸出鎖存器打入信號輸入端， EO為輸出使能信號輸入端，只有當其為低時鎖存器的輸出才開放，引腳SRCLR 為移位寄存器的清零輸入端，當其為低時移位寄存器的輸出全部為零，芯片輸出端為QA～QH ，QH′作為級聯輸出，見參考文獻。

　由I/ O 口送出的控制信號經總線驅動器74HC245 分別接到行、列驅動電路上。顯示電路結構如圖2 所示。

　　該L ED 顯示屏為16 行×64 列點陣，共需兩片HEF4094 級聯以及8 片74HC595 級聯。

　　由HEF4094 組成的行驅動器如圖1 所示。

　　由兩片HEF4094 組成16 行的驅動，圖中只畫出第一片。第一片HEF4094 的D 端連接I/ O 口輸出的串行行顯示數據，OS 端連接下一片的D 端。

　　兩片相應的CP 并聯，作為統一的串行數據移位信號。在各控制信號輸入端中， STR 端(高電平有效) 、EO(高電平有效) 鎖存輸出使能端接直流電源正極。

　　由74HC595 組成的列驅動器如圖1 所示。

　　由8 片74HC595 組成64 列的驅動，圖中只畫出第一片。第一片595 的SER 端連接I/ O 口輸出的串行列顯示數據，Q’H 端連接下一片的SER 端，各片均采用相同的方法組成8 片的級聯，各片相應的SRCL K， SRCLR ， RCL K 分別并聯，作為統一的串行數據移位信號和輸出鎖存打入信號。在各控制信號輸入端中，SRCLR(低電平有效) 移位寄存器清零輸入端接電源正極、OE(低電平有效)鎖存輸出使能端直接接地。

　　圖1 中黑箭頭所指即為下一片74HC595 或HEF4904 的信號輸入端。

　　由于行驅動電路同時驅動64 列的L ED 發(fā)光器件，按每一L ED 器件電流20 mA 計算，64 個L ED 同時發(fā)光時就需要64 ×20 = 1 280 mA 的驅動電流。因此需要用功率管驅動， 如TP122等。

　　3. 2 基本顯示原理

　　采用這種顯示驅動電路設計，只需4 個I/ O口分別發(fā)送SRCL K、RCL K&CP、SER、D 信號就能實現正常的顯示功能，其中74HC595 的RCL K和HEF4094 的CP 共用一根信號線，由同一I/ O口發(fā)出控制信號。74HC595 的SRCLR 信號輸入端接直流電源正極避免進行清零操作，OE 信號輸入端接地使得一旦列顯示數據出現在鎖存器的同時各輸出引腳即呈現出相應的高低電平狀態(tài)。

　　HEF4094 的STR 信號輸入端接直流電源正極使得行顯示數據出現在片內移位寄存器的同時即被打入鎖存器從而避免鎖存打入操作，OE 信號輸入端接直流電源正極使得一旦行顯示數據出現在鎖存器的同時各輸出引腳即呈現出相應的高低電平狀態(tài)。因此，需要點亮某一行時，需要執(zhí)行以下幾個步驟:

　　(1) 將15 位行顯示數據通過D、CP 信號依次送入到兩片級聯的HEF4094 中，最后一次移位在第三步完成。

　　(2) 將64 位列顯示數據通過SER、SRCL K信號依次送入到8 片級聯的74HC595 中。

　　(3) 發(fā)出列顯示的鎖存打入信號RCL K，把列顯數據打到各595 的輸出引腳上，完成列顯示的準備工作，同時由于行移位信號CP 與RCL K共用一根信號線，行顯示數據完成最后一次移位，完成行顯示準備工作。

　　(4) 行列數據都準備完畢，顯示屏中被選中的那一行被點亮。

　　(5) 延時幾毫秒保證每一行有充分的點亮時間然后進行下一行的顯示。

　　按照以上步驟依次點亮16 行，即可讓L ED屏顯示需要的圖文內容。

      4 、L ED 顯示屏的軟件設計

      HEF4094 和74HC595 都是串入并出移位寄存器，顯然應用串行口驅動，但是S3C44B0X 的串口資源有限，還要用來與上位機進行通信;因此采用將并行的I/ O 口模擬成串行口的方法來解決。

　　這樣僅需要4 個并行I/ O 口就可以完成顯示任務，在程序中使用PORTD0 到PORTD3 這4 個I/ O 口，PORTD 由8 個I/ O 端口組成。

　　下面是已經在Hitool For ARM 編譯環(huán)境中通過的在16 行×64 列點陣L ED 顯示屏上顯示4個漢字的程序，該程序用C 語言編寫，稍做修改就可以用于各種單片機系統。

　　首先將要顯示的4 個16 ×16 點陣的漢字字模存儲在數組zimo[128 ]中。

　　主程序代碼如下:

　　void Send-Char (void)

　　{ 　unsigned short Row-Data = 0 ×8 000 ;int k ;

　　for ( k = 0 ; k < 128 ; k + = 8)

　　{ 　　∥調用發(fā)送行顯示數據子函數

　　Send-Row-Data (Row-Data) ;

　　int j ;

　　∥依次取0～7 ，8～16 等數組元素

　　for ( j = 0 ; j < 8 ; j + + )∥調用發(fā)送列顯示數據子函數

　　Send-Line-Data (zimo [ j + k ]) ;∥對PORTD3 清零置位發(fā)送列顯示的鎖存打入信號

　　rPDATD = rPDATD &0 ×fb ;rPDATD = rPDATD | 0 ×04 ;∥延時幾毫秒保證該行的點亮時間

　　Delay (6) ;∥行選數據移位準備發(fā)送下一行數Send-Data m = 1 ;}

　　}

　　行顯示數據發(fā)送子程序代碼如下:

　　void Send-Row-Data (unsigned short y){

　　int m = 0 ;∥發(fā)送行顯示數據

　　for ( m = 0 ; m < 16 ; m + + )

　　{

　　if (y &1)∥如果顯示該行則對PORTD0 置1 否則置

　　0rPDATD = rPDATD | 0 ×01 ;elserPDATD = rPDATD &0 ×fe ;∥行顯示數據移位準備發(fā)送下一位

　　y >> = 1 ;∥只移位15 次

　　if ( m < 15){ 　　∥對PORTD3 清零置位發(fā)送行顯示數據移位時鐘脈沖

　　rPDATD = rPDATD &0 ×f7 ;rPDATD = rPDATD | 0 ×08 ;}

　　}

　　}

　　列顯示數據發(fā)送子程序代碼如下:

　　void Send-Line-Data (unsigned char x){

　　int i ;∥發(fā)送列顯示數據

　　for ( i = 0 ; i < 8 ; i + + ){

　　if ( x &1)∥如果該列需點亮則PORTD1置0 否則置

　　1rPDATD = rPDATD &0 ×fd ;elserPDATD = rPDATD | 0 ×02 ;∥列顯示數據移位準備發(fā)送下一位

　　x >> = 1 ;∥對PORTD2 清零置位發(fā)送列顯示數據移位時鐘脈沖

　　rPDATD = rPDATD &0 ×fb ;rPDATD = rPDATD | 0 ×04 ;}

　　}

　　延時子程序代碼如下，LoopCount 的數值可根據所選用的單片機時鐘頻率來設定。

　　void Delay (int time){

　　int LoopCount = 300 ;

　　for ( ; time > 0 ; time22)

　　for ( i = 0 ; i < LoopCount ; i + + ) ;

　　}

　　5、結束語

　　這種設計方案大大節(jié)省了單片機的端口資源，有效簡化了顯示屏的電路結構，提高了整個顯示系統的可靠性，根據這個設計原理可設計出各種規(guī)模的L ED 顯示屏。