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1.3 LED显示屏的发展趋势
现代信息社会，作为人机信息视觉传播媒体的显示产品，显示技术得到迅速发展，进入二十一世纪的显示技术将是平板显示的时代，LED显示屏作为平板显示的主导产品之一无疑会有更大的发展，并有可能成为二十一世纪平板显示的代表性主流产品。具体体现在三个方面。
1．高亮度、全彩化
蓝色及绿色超高亮度LED产品出现以来，成本逐年快速降低，使LED全彩色显示屏产品成本下降，推广速度加快。同时，随着控制技术的发展和LED显示屏体稳定性的提高，全彩色LED显示屏的亮度、色彩、白平衡均达到比较理想的效果，完全可以满足户外全天候的环境条件要求，而且图像更清晰、更细腻、更亮丽。
2．标准化、规范化
材料、技术的成熟及市场价格基本均衡之后，LED显示屏的标准化和规范化将成为LED显示屏发展的一个趋势。近几年业内的发展中，几番价格回落调整达到基本均衡后，产品质量、系统的可靠性等将成为主要的竞争因素，这就对LED显示屏的标准化和规范化有了较高的要求。行业规范和标准体系的形成，IS09000系列标准的应用，使LED显示屏行业的发展趋于有序。
3．产品结构多样化
随着信息化社会的形成，信息领域愈加广泛，LED显示屏的应用前景更为广阔。预计大型或超大型LED显示屏为主流产品的局面将会发生改变，适合于服务行业特点和专业性要求的小型LED显示屏会有较大提高，面向信息服务领域的LED显示屏产品门类和品种体系将更加丰富，部分潜在市场需求和应用领域将会有所突破，如公共交通、停车场、餐饮、医院等综合服务方面的信息显示屏需求量将有更大的提高。 1.4 本课题主要研究内容
本课题的研究主要包括四方面的内容：微机控制、单片机驱动、LED显示部分和显示屏实现仿真部分。所以，完整的LED显示系统的设计应该包括硬件、硬件驱动程序和微机控制软件三个部分。通过对点阵模块和控制电路的分析，确定LED显示屏的部件构成;通过对单片机及智能控制模块的分析，确定LED显示屏的组成结构和扫描驱动方式，实现LED显示屏的显示。
2 LED广告牌显示系统设计方法
2.1 设计任务
设计一个100毫米*80毫米点阵LED广告显示屏，led显示模块尺寸为10
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毫米*8毫米，要求用51单片机和若干IC芯片设计一个模块的硬件控制电路，然后设计一个尺寸为1米*0.4米的LED广告牌显示系统，完成控制软件流程图。本文重点介绍了基于单片机系统的单色LED显示屏的控制电路、驱动电路的设计方法，并针对一个100毫米*80毫米点阵的显示特点，对其软件实现的算法给出了具体的分析。
2.2 LED点阵显示屏驱动设计 2.2.1 常规驱动电路的设计
LED显示屏的扫描驱动电路原理见图4-1所示。显然，在脉冲周期的T1期间，LED处于发光状态，而在脉冲周期T2期间，LED处于熄灭状态。
图4-1 扫描驱动电路原理
由于LED发光管没有余辉效应，则当扫描周期T(T1+ T2)较大时，也即亮暗重复得不够快时，人眼就有一亮一暗的感觉，称之为闪烁;而当重复频率较高，即T较短时，由于人眼的视觉暂留效应，闪烁感消失，人眼观察到的LED就为连续稳定的发光。理论 与实践证明，当T<20ms，即重复频率>50Hz，时，在常规的背景亮度下，LED的显示就不会有闪烁感。
根据这一原理，将LED发光管排成阵列行式结构，称横线为行，纵线为列。如N行LED共用一列数据，称其为I/N 扫描方式，或称1:N扫描。N常规取值有4, 8,16,32等。当N根行线中的某一行有效时(处于高电平)，则该行中的发光管亮暗全由对应的列线确定，列线为低电平，发光管就亮，列线为高电平，发光管灭。当N根行线分时工作且刷新速率足够高时，就能显示出一幅稳定完整的文字或图形。
用74HC595作为列数据锁存器，用74LS138作为行计数器，以74LS1138作为列译码驱动器，TIP127作为行驱动管。其工作原理为:利用串行时钟CLK信号，将第一行要显示的数据逐位移入74HC595中，当全行数据全部移到位后，产生的数据锁存信号STR将数据由74HC595的后台移入前台锁存，同时利用STR信号进行计数译码产生第一行有效信号，使第一行PNP管饱和导通，即第一行的LED 正端全部接为高电平，由于在74HC595中锁存的数据将使对应的列驱动三极管8050导通或截止，所以第一行LED的亮暗将由所移入的数据确定，在第一行有效的时期内，移位时钟移入第二行要显示的数据，全部移入后，进行数据锁存并由计数译码电路产生第二行有效信号，显示第二行数据一一如此重复，当移位时钟足够高使整屏刷新速率>50Hz时，就可显示一幅稳定完整的画面。
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2.2.2 点阵显示屏显示
串行方式可同时显示5个10×8点阵汉字或10个10×4点阵的汉字、字符或数字。显示屏每个单元由50个100×80点阵LED显示模块、行信号选择译码器74HC138、驱动器74HC245、数据移位寄存器74HC595和行驱动器组成。单元显示屏可以接收控制器(主控制电路板)或上一级显示单元模块传输下来的数据信息和命令信息，并可将这些数据信息和命令信息不经任何变化地再传送到下一级显示模块单元中，因此显示屏可扩展至更多的显示单元，用于显示更多的内容。 此方案为点阵显示屏系统中比较常用的，所用器件也比较常用，容易买到。但是它存在一个致命的缺点，就是刷新速度不够快。如果要驱动64列点阵显示，通用51单片机会比较吃力，出现比较严重的闪烁停滞现象。此外，要实现文字的左右移动和调整移动速度等功能，都会给软件设计带来较多困难。
并行方式显示可以通过锁存器芯片来扩展I/O口，达到控制LED点阵的64个列线的目的。运用16片锁存器74HC573来组成8组双缓冲寄存器，驱动LED点阵的8组列线，用4/16译码器74HC595对LED点阵的16行进行扫描。在送每一行的数据到LED点阵前，先把数据分别送到第一级的8个74HC573，然后再给第二级的8个74HC573送锁脉冲，数据一起输出到LED点阵列中，这样就避免了各行数据显示不同步问题。由于并行数据传输速度比串行快，所以字符闪烁的问题得到较好地解决，文字左右移动也比较容易控制。 2.2.3驱动芯片
驱动芯片主要是74HC595和74LC138，74HC595是具有8位移位寄存器和一个存储器，三态输出功能。 移位寄存器和存储器是分别的时钟。数据在SCHcp的上升输入，在ST cp的上升沿进入的存储寄存器中去。如果两个时钟连在一起，则移位寄存器总是比存储寄存器早一个脉冲。移位寄存器有一个串行移位输入（Ds），和一个串行输出（Q7）,和一个异步的低电平复位，存储寄存器有一个并行8位的，具备三态的总线输出，当使能 OE时（为低电平），存储寄存器的数据输出到总线。
图4-3 74HC595
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74HC595各个引脚的功能：
Q1-7 是并行数据输出口，即储寄存器的数据输出口 Q7 串行输出口，其应该接SPI总线的MISO接口 STCP 存储寄存器的时钟脉冲输入口 SHCP 移位寄存器的时钟脉冲输入口 OE的非 输出使能端 MR的非 芯片复位端 Ds 串行数据输入端
74HC138:74LS138 为3 线－8 线译码器，共有 54/74S138和 54/74LS138 两种线路结构型式，其74LS138工作原理如下：
当一个选通端（G1）为高电平，另两个选通端（/(G2A)和/(G2B)）为低电平时，可将地址端（A、B、C）的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。 74LS138的作用:利用 G1、/(G2A)和/(G2B)可级联扩展成 24 线译码器；若外接一个反相器还可级联扩展成 32 线译码器。 若将选通端中的一个作为数据输入端时，74LS138还可作数据分配器用与非门组成的3线-8线译码器74LS138
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<74ls138译码器内部电路>
3线-8线译码器74LS138的功能表
<74ls138功能表>
无论从逻辑图还是功能表我们都可以看到74LS138的八个输出管脚，任何时刻要么全为高电平1—芯片处于不工作状态，要么只有一个为低电平0，其余7个输出管脚全为高电平1。如果出现两个输出管脚在同一个时间为0的情况，说明该芯片已经损坏。
当附加控制门的输出为高电平（S＝1）时，可由逻辑图写出
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