实验14LED1616点阵显示电路.pdfVIP

实验十四16*16LED点阵显示电路

一.实验目的

1.了解16*16LED点阵显示硬件电路

2.掌握状态机设计

3.掌握串行数据传输的设计思路

二.实验原理

我们在一些公共场所，经常看到一些点阵显示的屏幕，点阵显示屏由若干个半导体发光二极

管像素点均匀排列组成。点阵显示就是把待显示的字符或图像等面积地分成若干个点阵单元（像

素），有图像的单元点亮相应的二极管，无图像区域对应的二极管处于灭状态，整体组合成一个完整

的图像，对于字符也是按照图像进行处理的。一个字符，例如一个汉字，把它分为多少个单元，决

定了其显示时的平滑程度，一般来说，在16*16的LED点阵上可以比较清晰的显示一个不太复杂的

汉字。

实验箱上的有一个16*16的LED点阵，其硬件内部电路如图14.1所示。

电路中采用SPI接口的方式对LED点阵进行操作，LATTICE_SI对应SPI的MOSI，

LATTICE_STR对应SPI的nCS，LATTICE_SCK对应SPI的SCK。四个74HC595构成一个32位的

串入并出的移位寄存器。当STR低电平时，32位的数据在32个SCK时钟下由SI串行输入，当STR

由低电平变为高电平时，32位的数据并行输出。在主板上数据输出LDA~LDP对应16行，而

LED1~LED16对应列，最后移入的数据被当做16列(LED16)，最先移入的数据被当做第1行(LDA)。

在这里我们需要明确的是：

1．一屏图像可以逐行扫描显示，也可以逐列扫描显示，本实验采取逐列扫描显示，即把显示

整屏的时间分为16个时间段，第n个时间段显示第n列，点亮该列相应的LED单元。

2．若扫描显示某列，需要片选该列的列单元(低电平)，例如显示第1列，需要把列1置为低

３８

电平，其它列为高电平。如果该列的某一行对应的单元亮，则该行对应的电平为高电平，

不亮的单元对应的行为低电平。

3．不论显示那一列，对于16*16的点阵来说，都要在STR低电平时通过SI线串行送出32

位的数据，先送某一列上的由上至下的16个点的数据，然后再送由左至右的该列对应

的片选数据。发送完毕该32位的数据后，把STR信号拉高以锁存且并行输出该32位

数据，点亮相应的LED。

4．这和扫描显示电路类似，也有片选，也有译码，只不过此处的“译码”是不规则的，是对

字符的译码。这里的数据传输使用了一根SI线，通过SCK模拟的时钟信号，一个CLK

发送一位数据，发送完毕后，通过STR信号锁存输出。

5．我们把一个汉字分为16*16个区域后，可以得到每个区域的“有无”，手动划分太麻烦，现

在这样的字模软件很多。使用时需要注意要采用16*16的点阵取模，且要按列取模，例

如“南”最左面的一列取模后应为2000H(上面行为高位)，或0004H（下面行为高位），

我们以“下面行为高位”操作，则第2列~第16列的字模为0004,7FE4，0424，0524，

0564，05B4，7F2F，0524，05A4，0564，2524，4424，3FE6，0004，0000。取模方式

决定了最后完成结果的电路。

6．因字模的数据没有规则，为了显示的灵活性，我们采用ROM进行数据读取，把字模数据

按列保存在16位的mif文件中，而列的片选信号仍采用类似扫描显示电路的方法，此

略。

7．我们扫描一屏的频率不能太低，否则有闪烁，也不能太高，否则LED发光不好。所以我们

选择50~200Hz比较合适。故SCK的频率至少是该频率的32*16倍（扫描每列需要送

32位数据，共16行，这里还应加上STR的高电平锁存输出时间），采用状态机，SCK

高电平和低电平都要占用一个状态机时钟，即SCK本身相当于了一个二分频。实验中