音乐频谱LED显示屏驱动控制程序案例解析

前些日子，购得一块08接口的双色LED显示屏（打算做个音乐频谱显示器），捣鼓了好几天，终于搞清楚了其控制原理，在这里做个总结，算是备忘吧。

1.LED显示屏的扫描方式

LED显示屏的扫描方式有静态、1/2、1/4、1/8、1/16几种。

这些扫描方式具体是什么意思呢？我们以1/16扫描方式为例来说明。因为LED显示屏是逐行刷新显示的，所以在任意时刻我们只能控制其任意一行的显示，每次刷新显示一行，16行为一个扫描周期，这就是1/16扫描方式。当然了，一个扫描周期的时间必须要小于人眼视觉暂留的时间（约0.05秒到0.2秒），否则，人眼会观察到LED显示屏所呈现的画面出现闪烁。

2.LED显示屏的接口形式

LED显示屏的接口形式有04接口、08接口、12接口几种，这里只介绍08接口。

08接口的管脚定义如图1所示。

图1 08接口管脚定义

其中，管脚LA、LB、LC、LD表示行信号；管脚R1、R2、G1、G2表示列信号；管脚EN表示使能信号；管脚SCK表示时钟信号；管脚STB表示锁存信号；管脚GND表示接地。

那么，管脚LA、LB、LC、LD是如何来控制行信号，从而实现1/16扫描方式的。其实很简单，这是通过两个3-8译码器74HC138芯片来实现，通过这两个芯片可以实现如下的功能：

当管脚LD、LC、LB、LA的输出分别为0000时，LED显示屏的第一行被选中；

当管脚LD、LC、LB、LA的输出分别为0001时，LED显示屏的第二行被选中；

当管脚LD、LC、LB、LA的输出分别为0010时，LED显示屏的第三行被选中；

......

当管脚LD、LC、LB、LA的输出分别为1111时，LED显示屏的第十六行被选中。

现在，我们已经知道如何通过08接口的四个行信号LA、LB、LC、LD来控制LED显示屏的每一行了。将08接口的四个列信号都接地，循环给四个行信号输入0000到1111，就可以点亮整个LED显示屏了。

但是要在LED显示屏上显示出汉字或是图形，仅仅对行信号进行控制是远远不够的，我们还需要对列信号进行控制。

3.LED显示屏的列驱动

LED显示屏的列驱动使用了74HC595芯片，该芯片具有8位串行输入、8位串行/并行输出，8位锁存功能。

对于64*32的LED显示屏来说，因为其总共有64列，所以通过对8个74HC595芯片进行级联，即可将其扩展为64位串行输入，64位并行输出，从而实现对64列信号进行控制。

08接口中的管脚R1、R2、G1、G2就是用来输入64位串行数据的。其中，R1、G1分别用来控制上半屏（16行）的红、绿信号；R2、G2分别用来控制下半屏（16行）的红绿信号。因此，对于64*32的双色LED显示屏来说，总共需要使用32个74HC595芯片。

显然，当红绿信号同时使能时（列信号低电平使能），就可以控制LED显示屏显示出黄色来了。

现在，我们已经知道LED显示屏的列驱动原理，下一步就可以编写程序，让LED显示屏显示出任意我们想要的汉字或图形了。

4.示例程序

了解了LED显示屏的驱动原理之后，编写单片机程序，利用08接口对其进行控制是很容易的。

程序的大致流程应该是这样的：

（1）初始化单片机的GPIO引脚。

（2）设置08接口的使能信号EN。

（3）利用行信号选中第1行，移位串行输入第1行的列信号数据，锁存列信号，并行输出显示。

（4）利用行信号选中第2行，移位串行输入第2行的列信号数据，锁存列信号，并行输出显示。

（5）依次遍历，直到第32行，并行输出显示为止。

（6）循环进行3-5的过程。

如下的代码示例了整个程序流程。

 1 void main(void)
 2 {
 3     int rowNumber = 0;                   //行序号
 4     int columnNumber = 0;                //列序号
 5 
 6     InitGPIO();                          //初始化单片机的GPIO引脚    
 7     LED_OE = 1;                          //使能信号
 8 
 9     while(1)                             //循环刷新显示
10     {        
11         for(rowNumber=0; rowNumber<16; rowNumber++)                   //写入上半屏的显示内容
12         {
13               SetRowLight(rowNumber);                                 //行信号选择
14 
15             for(columnNumber=0; columnNumber<8; columnNumber++)       //写入列信号数据
16             {
17                 Write1ByteToFirstHalfScreen(FirstHalfScreenArray[rowNumber][columnNumber], 0xFF);
18             }
19 
20             LED_STB = 0;                                              //锁存列信号
21             LED_STB = 1;
22         }
23             
24         for(rowNumber=0; rowNumber<16; rowNumber++)                   //写入下半屏的显示内容
25         {
26               SetRowLight(rowNumber);                                 //行信号选择
27                                                                     
28             for(columnNumber=0; columnNumber<8; columnNumber++)       //写入列信号数据
29             {
30                 Write1ByteToLowerHalfScreen(0xFF, LowerHalfScreenArray[rowNumber][columnNumber]);    
31             }
32                                                                    
33             LED_STB = 0;                                              //锁存列信号
34             LED_STB = 1;
35         }                
36     }
37 }

其中，函数SetRowLight()用于控制行信号的选择；函数Write1ByteToFirstHalfScreen()用于向上半屏写入列信号数据；函数Write1ByteToLowerHalfScreen()用于向下半屏写入列信号数据，二维数组FirstHalfScreenArray[16][8]和LowerHalfScreenArray[16][8]分别用于存储列信号数据，该数据可以通过汉字图形取模软件得到。

编辑：hfy