基于ARM S3C44B0X 的LED顯示屏設計

為了簡化L ED 顯示屏的驅(qū)動電路，節(jié)約單片機的端口資源，對常見的L ED 顯示屏驅(qū)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(qū)動，系統(tǒng)全部采用串行數(shù)據(jù)控制，形成了一種只需4 根信號線的L ED 顯示屏驅(qū)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(shù)據(jù)就可以實現(xiàn)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(tǒng)中選用了ARM S3C44B0X 32 位單片機作為CPU ，根據(jù)應用要求，監(jiān)測系統(tǒng)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(shù)據(jù)。由于系統(tǒng)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(qū)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(qū)動電路設計及改進

　　在常見的顯示驅(qū)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(shù)據(jù)打入鎖存器中，使寄存器各引腳呈現(xiàn)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(jīng)譯碼后選中需要點亮的行。這種硬件結(jié)構(gòu)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(qū)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(chǎn)生均由S3C44B0X的I/ O 口發(fā)送串行數(shù)據(jù)來實現(xiàn)，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(qū)動電路設計

　　3. 1 電路結(jié)構(gòu)

　　LED顯示屏由多個LED點陣模塊構(gòu)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(nèi)容時，只要在行、列顯示數(shù)據(jù)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(chǎn)生連續(xù)的視覺感受。

　　行驅(qū)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(shù)據(jù)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(lián)輸出，見參考文獻。

　　列驅(qū)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(shù)據(jù)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(lián)輸出，見參考文獻。

　由I/ O 口送出的控制信號經(jīng)總線驅(qū)動器74HC245 分別接到行、列驅(qū)動電路上。顯示電路結(jié)構(gòu)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(lián)以及8 片74HC595 級聯(lián)。

　　由HEF4094 組成的行驅(qū)動器如圖1 所示。

　　由兩片HEF4094 組成16 行的驅(qū)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(shù)據(jù)，OS 端連接下一片的D 端。

　　兩片相應的CP 并聯(lián)，作為統(tǒng)一的串行數(shù)據(jù)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(qū)動器如圖1 所示。

　　由8 片74HC595 組成64 列的驅(qū)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(shù)據(jù)，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(lián)，各片相應的SRCL K， SRCLR ， RCL K 分別并聯(lián)，作為統(tǒng)一的串行數(shù)據(jù)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(qū)動電路同時驅(qū)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(qū)動電流。因此需要用功率管驅(qū)動， 如TP122等。

　　3. 2 基本顯示原理

　　采用這種顯示驅(qū)動電路設計，只需4 個I/ O口分別發(fā)送SRCL K、RCL KCP、SER、D 信號就能實現(xiàn)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(shù)據(jù)出現(xiàn)在鎖存器的同時各輸出引腳即呈現(xiàn)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(shù)據(jù)出現(xiàn)在片內(nèi)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(shù)據(jù)出現(xiàn)在鎖存器的同時各輸出引腳即呈現(xiàn)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(shù)據(jù)通過D、CP 信號依次送入到兩片級聯(lián)的HEF4094 中，最后一次移位在第三步完成。

　　(2) 將64 位列顯示數(shù)據(jù)通過SER、SRCL K信號依次送入到8 片級聯(lián)的74HC595 中。

　　(3) 發(fā)出列顯示的鎖存打入信號RCL K，把列顯數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)完成最后一次移位，完成行顯示準備工作。

　　(4) 行列數(shù)據(jù)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(nèi)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(qū)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(jīng)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(tǒng)。

　　首先將要顯示的4 個16 ×16 點陣的漢字字模存儲在數(shù)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(diào)用發(fā)送行顯示數(shù)據(jù)子函數(shù)

　　Send-Row-Data (Row-Data) ;

　　int j ;

　　∥依次取0～7 ，8～16 等數(shù)組元素

　　for ( j = 0 ; j 8 ; j + + )∥調(diào)用發(fā)送列顯示數(shù)據(jù)子函數(shù)

　　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(shù)據(jù)移位準備發(fā)送下一行數(shù)Send-Data m = 1 ;}

　　}

　　行顯示數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)

　　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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)移位時鐘脈沖

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

　　}

　　}

　　列顯示數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)

　　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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)值可根據(jù)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(jié)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(jié)構(gòu)，提高了整個顯示系統(tǒng)的可靠性，根據(jù)這個設計原理可設計出各種規(guī)模的L ED 顯示屏。