LED點陣顯示器作為一種新興的顯示器件，是由多個獨立的LED （發光二極管）封裝而成。介紹了一種通過USB 總線控制64 ×16LED 點陣顯示漢字的方法。采用Cyp ress公司的CY7C68013A與行列移位寄存系統配合驅動LED顯示屏實現高速數據傳輸。應用軟件處理文字信息，并與USB設備通信。本設計經測試能動態地顯示文字信息。

1　引　言

LED顯示屏是由若干發光二極管排列組成的顯示器件。它采用低電壓掃描驅動，具有耗電省、使用壽命長、成本低、亮度高、視角大、可視距離遠、規格品種多等優點，被廣泛地應用于許多公共場合的提示、說明、廣告等。

本設計包括硬件和軟件。硬件包括LED顯示屏的驅動和控制。驅動部分負責根據行列選通信號向指定的LED發光器件提供合適的驅動電流;控制部分采用集成USB2. 0的微處理器CY7C68013A， 實現USB通信和對行列移位寄存系統的控制。軟件包括Keil C51環境下編寫的固件程序、驅動程序和應用軟件。固件程序控制硬件完成相應的功能;驅動程序提供了連接到計算機的硬件設備的軟件接口;應用軟件處理圖文信息并與USB設備通信。本設計的結構框圖如圖1所示。

2　硬件設計

2. 1　顯示和驅動設計

本設計的LED顯示屏如圖1中64 ×16 LED點陣顯示屏所示，采用16塊8 ×8模塊，組成4個16 ×16點陣。每個16 ×16 點陣顯示一個漢字， 因此LED顯示屏可以顯示4個漢字。

由于CY7C68013A I/O 口的個數有限（ 5 個8位I/O口） ，也考慮到今后方便擴展的需要， LED顯示屏的行列驅動系統均選用8位串行輸入轉并行輸出移位寄存器芯片74HC595。其優點是可以采用很少的I/O口控制盡量多的行或列，且可以克服直接采用I/O口控制或采用I/O口和譯碼器共同控制時難以克服的一些問題，如“鬼影”的消除。

圖1　結構框圖

由于I/O口的驅動能力有限，列驅動采用了PNP型晶體管。點亮每一個LED器件大約需要20mA驅動電流，為了滿足同時點亮16個LED大約需要320mA的驅動電流，采用PNP型晶體管的發射極接電源，集電極接LED陽極，基極經限流電阻接74HC595輸出端。這樣利用晶體管的電流放大作用， 74HC595的輸出端僅需提供幾毫安的驅動電流就可控制對應LED的亮滅了。部分驅動電路如圖2所示。

圖2　部分驅動電路

2. 2　控制設計

本設計的USB接口采用集成USB2. 0的微處理器CY7C68013A，其優點是集成了USB2. 0收發器、智能SIE、增強的8051微控制器和可編程的外圍接口， 數據傳輸率達到56MByte / s， 可以硬件處理USB1. 1和USB2. 0協議，從而減少開發時間、確保USB的兼容性、提高硬件的集成度和可靠性 。

CY7C68013A的外圍電路主要包括供電（ 5V -3. 3V轉換）電路，串行I2C總線電路以及復位和喚醒電路 。具體電路可參考文獻。

LED顯示屏的基本工作原理是動態掃描。動態掃描又分為行掃描和列掃描兩種方式。本設計采用行掃描工作方式。

同一行8個8 ×8點陣模塊的同名行控制引腳是接在一條線上的，共16條線，連接在行移位寄存系統上。同一列2個8 ×8點陣模塊的同名列控制引腳也是接在一條線上的，共64條線，連接在列移位寄存系統上。行移位寄存系統由2 片74HC595組成，列移位寄存系統由8片74HC595組成。

以行移位寄存系統為例：將第一片的DS （串行數據輸入）端由一個CY7C68013A 的I/O 口控制;第一片和第二片74HC595的SH_CP （移位寄存器的時鐘脈沖） 、ST_CP （存儲寄存器的時鐘脈沖）和OE（輸出使能端）端分別接在一起，各由一個I/O口控制;第一片的Q7 （串行輸出）端與第二片的DS連接;MR （芯片復位）端接高電平; O1 - O7 （并行數據輸出）端分別與對應的LED行控制引腳相連接。

CY7C68013A在SH_CP端產生連續的16個時鐘脈沖上升沿，將16位二進制數0x01依次送入兩個移位寄存器中，并鎖存在鎖存器中， 然后在ST_CP端產生1個時鐘脈沖上升沿，將0x01并行輸出到對應的16根行控制引腳線上，使得第一行LED陰極為低電平，其它行LED陰極均為高電平。此時將對應的字模送到列驅動系統，若該列的LED陽極為高電平，則對應的LED被點亮，若該列的LED陽極為低電平，則對應的LED為暗。依次選擇第二至十六行，將對應的字模送到列驅動系統， 點亮相應的LED。當顯示完第十六行的字模后，又從第一行開始顯示，這樣LED顯示屏就會顯示相應的漢字。

按照這種工作方式， LED顯示屏是一行一行點亮的，每次都只有一行亮，但由于人眼視覺暫留時間最長為1 /16 s，只要設計的掃描周期時間（從第一列到最后一列所花費的時間）小于1 /16 s，看到的還是全屏穩定的圖像。

3　軟件設計

3. 1　固件程序設計

固件程序是指運行在設備CPU中的程序。只有在該程序運行時，外設才能被稱為具有給定功能的外部設備。固件程序在Keil C51環境下編寫。

C51編譯器包可以用在所有的8051系列處理器上，可以在W INDOWS 32 位命令行中執行 。本設計的固件程序流程圖如圖3所示。

圖3　固件程序流程圖

硬件設備上電/復位后，工作分配器函數TD _Init （ ）完成對微處理器的初始化，然后通過調用工作分配器函數TD _Poll （ ）啟動采樣，判斷是否有EP2OUT中斷發生。若有中斷發生，則進入中斷處理函數INT_Ep2out （ ） ，將上位機通過USB 總線傳來的數據放在EP2OUTBUF中，根據這些數據依次驅動LED顯示屏的行和列，更新LED 顯示。中斷處理完畢后又回到啟動采樣階段，重復判斷是否有中斷過程。若沒有中斷發生，則繼續保持LED的顯示，然后也回到啟動采樣階段，重復判斷是否有中斷過程。

其中顯示第i行字模的函數如下：

chooseraw_5950 （ i） ; / /選擇第i行

chooseline_5951 （ a， b） ; / /第一個字對應第i行的字模

chooseline_5951 （ c， d） ; / /第二個字對應第i行的字模

chooseline_5952 （ e， f） ; / /第三個字對應第i行的字模

chooseline_5952 （ g， h） ; / /第四個字對應第i行的字模

stcp0 = 0; stcp1 = 0; stcp2 = 0;

stcp0 = 1; stcp1 = 1; stcp2 = 1; / / st_cp 端產生一個脈沖上升沿，數據并行輸出

delay_ms （3） ; / /延時3ms

}

3. 2　驅動程序設計

采用DDK來開發驅動程序， DDK的編譯工具build來進行驅動程序的編譯，DriverStudio工具包中的SoftIce用來對驅動程序進行調試［ 5 ］ 。

驅動程序使用的例程包括：驅動程序入口例程、即插即用例程、分發例程、電源管理例程、卸載例程。

驅動程序的編寫與固件中定義的USB 傳輸方式等信息有關，在固件中，采用端點EP2作為OUT方向的批量傳輸端點，負責儲存要發往外設的數據。

3. 3　應用軟件設計

因為涉及到與USB通信的問題，所以本設計采用了動態鏈接庫（DLL）和應用程序相結合的方式編寫應用軟件。動態鏈接庫利用驅動程序建立起與底層硬件的通信，應用程序為用戶提供一個直觀的軟件界面以方便操作。

應用程序可采用不同的算法，實現文字的滾動顯示，如左移、右移、上翻、下翻等。

4　結束語

本設計的LED顯示系統，采用USB總線通信，實現了文字的靜態和動態顯示，達到了設計要求。

采用USB接口與串口相比能提高數據傳輸的速率。

LED顯示屏的行列驅動系統均選用串行輸入轉并行輸出移位寄存器，使得擴展變得很方便。調用不同的文字庫，本系統可以顯示不同字體的漢字、數字、字母和符號，還可以顯示自定義圖片。

軟件界面如圖4所示。顯示效果如圖5所示。