配合驱动LED显示屏实现高速数据传输。应用软件处理文字信息，并与USB设备通信。本设计经测试能动态地显示文字信息。

1、引言

LED显示屏是由若干发光二极管排列组成的显示器件。它采用低电压扫描驱动，具有耗电省、使用寿命长、成本低、亮度高、视角大、可视距离远、规格品种多等优点，被广泛地应用于许多公共场合的提示、说明、广告等。

本设计包括硬件和软件。硬件包括LED显示屏的驱动和控制。驱动部分负责根据行列选通信号向指定的LED发光器件提供合适的驱动电流；控制部分采用集成USB2.0的微处理器CY7C68013A,实现USB通信和对行列移位寄存系统的控制。软件包括KeilC51环境下编写的固件程序、驱动程序和应用软件。固件程序控制硬件完成相应的功能；驱动程序提供了连接到计算机的硬件设备的软件接口；应用软件处理图文信息并与USB设备通信。本设计的结构框图如图1所示。

图1

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2、硬件设计

2.1显示和驱动设计

本设计的LED显示屏如图1中64×16LED点阵显示屏所示，采用16块8×8模块，组成4个16×16点阵。每个16×16点阵显示一个汉字，因此LED显示屏可以显示4个汉字。

由于CY7C68013AI/O口的个数有限（5个8位I/O口）,也考虑到今后方便扩展的需要，LED显示屏的行列驱动系统均选用8位串行输入转并行输出移位寄存器芯片74HC595.其优点是可以采用很少的I/O口控制尽量多的行或列，且可以克服直接采用I/O口控制或采用I/O口和译码器共同控制时难以克服的一些问题，如“鬼影”的消除。

由于I/O口的驱动能力有限，列驱动采用了PNP型晶体管。点亮每一个LED器件大约需要20mA驱动电流，为了满足同时点亮16个LED大约需要320mA的驱动电流，采用PNP型晶体管的发射极接电源，集电极接LED阳极，基极经限流电阻接74HC595输出端。这样利用晶体管的电流放大作用，74HC595的输出端仅需提供几毫安的驱动电流就可控制对应LED的亮灭了。部分驱动电路如图2所示。

图2

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2.2控制设计

本设计的USB接口采用集成USB2.0的微处理器CY7C68013A,其优点是集成了USB2.0收发器、智能SIE、增强的8051微控制器和可编程的外围接口，数据传输率达到56MByte/s,可以硬件处理USB1.1和USB2.0协议，从而减少开发时间、确保USB的兼容性、提高硬件的集成度和可靠性.

CY7C68013A的外围电路主要包括供电（5V-3.3V转换）电路，串行I2C总线电路以及复位和唤醒电路.具体电路可参考文献。

LED显示屏的基本工作原理是动态扫描。动态扫描又分为行扫描和列扫描两种方式。本设计采用行扫描工作方式。

同一行8个8×8点阵模块的同名行控制引脚是接在一条线上的，共16条线，连接在行移位寄存系统上。同一列2个8×8点阵模块的同名列控制引脚也是接在一条线上的，共64条线，连接在列移位寄存系统上。行移位寄存系统由2片74HC595组成，列移位寄存系统由8片74HC595组成。

以行移位寄存系统为例：将第一片的DS（串行数据输入）端由一个CY7C68013A的I/O口控制；第一片和第二片74HC595的SH_CP（移位寄存器的时钟脉冲）、ST_CP（存储寄存器的时钟脉冲）和OE（输出使能端）端分别接在一起，各由一个I/O口控制；第一片的Q7（串行输出）端与第二片的DS连接；MR（芯片复位）端接高电平；O1-O7（并行数据输出）端分别与对应的LED行控制引脚相连接。

CY7C68013A在SH_CP端产生连续的16个时钟脉冲上升沿，将16位二进制数0x01依次送入两个移位寄存器中，并锁存在锁存器中，然后在ST_CP端产生1个时钟脉冲上升沿，将0x01并行输出到对应的16根行控制引脚线上，使得第一行LED阴极为低电平，其它行LED阴极均为高电平。此时将对应的字模送到列驱动系统，若该列的LED阳极为高电平，则对应的LED被点亮，若该列的LED阳极为低电平，则对应的LED为暗。依次选择第二至十六行，将对应的字模送到列驱动系统，点亮相应的LED.当显示完第十六行的字模后，又从第一行开始显示，这样LED显示屏就会显示相应的汉字。

按照这种工作方式，LED显示屏是一行一行点亮的，每次都只有一行亮，但由于人眼视觉暂留时间最长为1/16s,只要设计的扫描周期时间（从第一列到最后一列所花费的时间）小于1/16s,看到的还是全屏稳定的图像。

3、软件设计

3.1固件程序设计

固件程序是指运行在设备CPU中的程序。只有在该程序运行时，外设才能被称为具有给定功能的外部设备。固件程序在KeilC51环境下编写。

C51编译器包可以用在所有的8051系列处理器上，可以在WINDOWS32位命令行中执行.本设计的固件程序流程图如图3所示。

图3

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硬件设备上电/复位后，工作分配器函数TD_Init（）完成对微处理器的初始化，然后通过调用工作分配器函数TD_Poll（）启动采样，判断是否有EP2OUT中断发生。若有中断发生，则进入中断处理函数INT_Ep2out（）,将上位机通过USB总线传来的数据放在EP2OUTBUF中，根据这些数据依次驱动LED显示屏的行和列，更新LED显示。中断处理完毕后又回到启动采样阶段，重复判断是否有中断过程。若没有中断发生，则继续保持LED的显示，然后也回到启动采样阶段，重复判断是否有中断过程。

其中显示第i行字模的函数如下：

chooseraw_5950（i）;//选择第i行

chooseline_5951（a,b）;//第一个字对应第i行的字模

chooseline_5951（c,d）;//第二个字对应第i行的字模

chooseline_5952（e,f）;//第三个字对应第i行的字模

chooseline_5952（g,h）;//第四个字对应第i行的字模

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

stcp0=1;stcp1=1;stcp2=1;//st_cp端产生一个脉冲上升沿，数据并行输出

delay_ms（3）;//延时3ms

}

3.2驱动程序设计

采用DDK来开发驱动程序，DDK的编译工具build来进行驱动程序的编译，DriverStudio工具包中的SoftIce用来对驱动程序进行调试[5].

使用的例程包括：驱动程序入口例程、即插即用例程、分发例程、电源管理例程、卸载例程。

驱动程序的编写与固件中定义的USB传输方式等信息有关，在固件中，采用端点EP2作为OUT方向的批量传输端点，负责储存要发往外设的数据。

3.3应用软件设计

因为涉及到与USB通信的问题，所以本设计采用了动态链接库（DLL）和应用程序相结合的方式编写应用软件。动态链接库利用驱动程序建立起与底层硬件的通信，应用程序为用户提供一个直观的软件界面以方便操作。

应用程序可采用不同的算法，实现文字的滚动显示，如左移、右移、上翻、下翻等。

4、结束语

本设计的LED显示系统，采用USB总线通信，实现了文字的静态和动态显示，达到了设计要求。

采用USB接口与串口相比能提高数据传输的速率。

LED显示屏的行列驱动系统均选用串行输入转并行输出移位寄存器，使得扩展变得很方便。调用不同的文字库，本系统可以显示不同字体的汉字、数字、字母和符号，还可以显示自定义图片。

软件界面如图4所示。显示效果如图5所示。

图4图5

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