也谈单片机LED显示驱动

文章摘要：图4图4由于所有的LED模块公用了驱动端，因此LED的驱动不再像静态法一样为每个LED所独享，因此其驱动的设计方法也与静态法完全不同，需要采用分时扫描（也称动态扫描）方法来实现对所有LED的显示驱动，其原理如下（以图4为例）：a. 将A0设置为高电平，也即允许第一组LED显示，同时将A2，A3，A4设置为低电平，也即关闭该阴极所对应的LED组的显示；b. 在P0口输出A0组对应的显示数据（也称为Pattern），如字符点阵数据，7－段码对应的数字的数据等，该数据可以通过ROM表的形式来预先定义；c. 保持一定的时间T，该时间即为所设定定时器的中断时间；d. 将A0口设置为低电平，关闭A

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图4

图4

由于所有的LED模块公用了驱动端，因此LED的驱动不再像静态法一样为每个LED所独享，因此其驱动的设计方法也与静态法完全不同，需要采用分时扫描（也称动态扫描）方法来实现对所有LED的显示驱动，其原理如下（以图4为例）：

a.  将A0设置为高电平，也即允许第一组LED显示，同时将A2，A3，A4设置为低电平，也即关闭该阴极所对应的LED组的显示；

b.  在P0口输出A0组对应的显示数据（也称为Pattern），如字符点阵数据，7－段码对应的数字的数据等，该数据可以通过ROM表的形式来预先定义；

c.  保持一定的时间T，该时间即为所设定定时器的中断时间；

d.  将A0口设置为低电平，关闭A0组LED的显示；

e.  将A1设置为高电平，其他几个设置为低电平，开启A1组对应的LED的显示；

f.  在P0口输出A1组对应的显示数据（也称为Pattern，意义同上）；

g.  重复以上步骤，直到所有组被扫描一遍，然后又从A0组开始下一个循环，如此周而复始，实现所有LED的动态显示。

１．该方法的原理利用了人眼对物体的视觉延迟来达到所有LED的同时显示，实际上，在每一个时刻，只有一组LED是处于显示的状态，而其他LED组均为关闭状态。理论上，若两次显示之间的时间间隔小于32ms时，人眼即无法分辨，因此，为了达到此要求，LED的扫描频率一般可按照下式计算得出：

f = 32 * N

式中，

　f为扫描的频率，对应为定时器的定时时间（T＝1/f）；

　32 则是由32ms换算而来，32ms对应的频率刚好为 32Hz；

　N则是总的LED的组数（此例中为N=4）。

根据此式算出的扫描频率f实际上是LED 驱动扫描的最小频率，若低于此频率，则有可能导致LED的闪烁。当然，f也不可能越高越好，扫描的频率太高，相对而言，每一组LED的点亮的时间就越短，因此有可能导致LED的亮度不够或显示效果不理想等一些问题。当然提高LED的驱动电压也可以弥补由此造成的亮度不够的问题。

在此例中，由公式可知其扫描的频率应大于等于128Hz，则较为理想。

2．　MCU程序的实现：

a. 　模块的划分：

　　在说明其编程之前，先说明一下模块化编程思想在LED驱动设计中的应用。为了使程序的结构清晰和维护的便利，特别是为了使程序的移植等变得可行，在程序的设计过程中应尽可能地采用模块化的设计思想，对于复杂的程序结构和功能的实现，更应该在编程之前理顺其相互之间的关系，划分好各功能模块所应完成的功能，定义好各模块之间的数据接口和相互关系。

　　一般而言，显示部分所涉及到的内容和功能相对较广，比如按键的变化、系统状态的变化、数据的变化等均需在显示的结果上表现出来。因此，为了保证不同的模块之间的独立性，我们将与LED显示的有关的功能进行如下的划分：

1．扫描驱动模块：此模块的功能只完成对所有LED的扫描，而不关心所显示的数据的具体变化情况，其从固定的显示缓冲其中提取每一扫描地址所对应的数据，该对应关系是固定的，由程序设计时来设定。该实现的方法类似与PC机中CRT的显示驱动和显示缓冲；

2．字符、点阵发生器：由于实际的数据与显示的数据（Pattern）之间并非是相同的，因此，需要将实际的数据转化成能够显示的数据。例如在MCU中的各种计算的数据是以BCD码或二进制码的形式来表示的，需要将其转化成7－段码或nxn点阵的Pattern数据进行显示；

3．　显示缓冲刷新和处理模块：该模块的功能是接受诸如按键、系统状态变化、数据变化所引起的显示数据的变化。其需要调用到字符、点阵发生器来完成显示缓冲的刷新，其与按键、系统状态变化等之间的接口是采用消息的机制来实现。该模块一般需要根据不同的显示内容来进行分类，比如在跑步机的设计中，可以划分为如下的内容：距离、速度、时间、能量消耗、心率及其他相关的数据。 

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