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LED 点阵显示器

外形结构

图 a 为 LED 点阵显示器的实物外形， 图b 为 8 × 8 LED 点阵显示器内部结构， 它是由 8 × 8 = 64 个发光二极管组成， 每个发光管相当于一个点， 发光管为单色发光二极管可构成单色点阵显示器， 发光管为双色发光二极管或三原色发光二极管则能构成彩色点阵显示器。

类型

根据内部发光二极管连接方式不同， LED 点阵显示器 可分为共阴型和共阳型

对单色 LED 点阵来说，若第一个引脚 （引脚旁通常标有 1） 接发光二极管的阴极， 该点阵叫做共阴型点阵（又称行共阴列共阳点阵）， 反之则叫共阳点阵 （又称行共阳列共阴点阵）。

工作原理

下面以在图a所示的 5 × 5 点阵中显示 “ △ ” 图 形为例进行说明。

点阵显示采用扫描显示方式， 具体又可分为 3 种方式： 行扫描、 列 扫描和点扫描

行扫描

显示前

让点阵所有行线为低电平 （0）、 所有列 线为高电平 （1）， 点阵中的发光二极管均截止， 不发光。

显示时

首先让行①线为 1， 如图 b 所示， 列① ～ ⑤线为 11111， 第一行 LED 都不亮， 然后让行②线为 1， 列① ～ ⑤线为 11011， 第二行中的第 3 个LED 亮， 再让行③线为 1， 列① ～ ⑤线为 10101， 第 3 行中的第 2、 4 个LED 亮， 接着让行④线为1， 列① ～ ⑤线为00000， 第4 行中的所有 LED都亮， 最后让行⑤线为 1， 列① ～ ⑤为 11111， 第 5 行中的所有 LED 都不亮。 第 5 行显示后， 由于人眼的视觉暂留特性， 会觉得前面几行的LED 还在亮， 整个点阵显示一个 “△ ” 图形。

当点阵工作在行扫描方式时， 为了让显示的图形有整体连续感， 要求从第一行扫到最后一行的时间不应超过0.04s（人眼视觉暂留时间），即行扫描信号的周期不要超过 0. 04s， 频率不要低于 25Hz， 若行扫描信号周期为 0. 04s， 则每行的扫描时间为 0. 008s， 即每列数据持续时间为0. 008s， 列数据切换频率为 125Hz。

列扫描

列扫描与行扫描的工作原理大致相同， 不同在于列扫描是从列线输入扫描信号， 并且列扫描信号为低电平有效， 而行线输入行数据。 以图 a 所示电路为例， 在列扫描时， 首先让列①线为低电平 （0）， 从行① ～ ⑤线输入 00010， 然后让列②线为 0， 从行① ～ ⑤线输入 00110

点扫描

点扫描方式的工作过程是：

行①线为高电平，让列① ～ ⑤线逐线依次输出 1、 1、 1、 1、 1

行②线为高电平，让列① ～ ⑤线逐线依次输出 1、 1、 0、 1、 1

行③线为高电平，让列① ～ ⑤线逐线依次输出 1、 0、 1、 0、 1

行④线为高电平，让列① ～ ⑤线逐线依次输出 0、 0、 0、 0、 0

行⑤线为高电平，让列① ～ ⑤线逐线依次输出 1、 1、 1、 1、 1

结果在点阵上显示出 “△ ”图形

从上述分析可知， 点扫描是从前往后让点阵中的每个 LED 逐个显 示， 由于是逐点输送数据， 这样就要求列数据的切换频率很高， 以 5 × 5 点阵为例， 如果整个点阵的扫描周期为 0. 04s， 那么每个 LED 显示时间为 0. 04 / 25 = 0. 0016s， 即 1. 6ms， 列数据切换频率达 625Hz。 对于 128 × 128 点阵， 若采用点扫描方式显示， 其数据切换频率更达 409600Hz， 每 个 LED 通电时间约为 2μs， 这不但要求点阵驱动电路很高的数据处理速度， 另外， 由于每个 LED 通电时间很短， 会造成整个点阵显示的图形偏暗， 故像素很多的点阵很少采用点扫描方式。

应用

上图是一个单片机驱动的 8 × 8 点阵电路。 U1 为 8 × 8 共阳型 LED点阵， 其列引脚旁的小圆圈表示低电平输入有效， 不显示时这些引脚为高电平， 需要点阵某列显示时可让对应列引脚为低电平， U2 为 AT89S51型单片机， S、 C1、 R2 构成单片机的复位电路， Y1、 C2、 C3 为单片机的振荡电路外接定时元件， R1 为 1kΩ 的排阻， 1 脚与 2 ～ 9 脚之间分别接有 8 个 1kΩ 的电阻。 如果希望在点阵上显示字符或图形， 可先在电脑中用编程软件编写相应 的 程 序， 然后通过编程器将程序写入单片机AT89S51， 再将单片机安装在上图所示的电路中， 它就能输出扫描信号和显示数据， 驱动点阵显示相应的字符或图形， 该点阵的扫描方式由编写的程序确定， 具体可参阅有关单片机方面的书籍。