LED（lite EMIt diode）顯示是項目開發中經常遇到的一種顯示方法，其具有亮度高、全視角、使用壽命長、驅動簡單等特點，因而在一些高端和大型的器材和設備上使用較為廣泛。下面就常用的led顯示及驅動方法作一說明：

led：本文所說的led主要是指下列幾種：

l 7-段數碼led，分共陰和共陽兩種，原理圖見1和2；

l 常用nxm led點陣：如8x8 led 點陣模塊、5x7 led點陣模塊等，其也分為共陰和共陽兩種；

l 單個led管。

所謂共陰極，即是將所有led的陰極連接到一起，而共陽極則相反，所有的陽極被連接到了一起。但不管哪種結構，其顯示設計的原理基本相同，唯一的是其驅動的電路的設計有所差異，一般共陰極采用推（push）電流的方式來驅動，而共陽極結構則采用拉（pull）電流的方式來驅動。

根據led顯示的硬件設計方法的不同，led顯示驅動分為靜態法和動態法兩大類，其具體的說明和編程方法分述如下：

1． 靜態顯示驅動法：

所謂靜態顯示驅動法，即是指每一個led燈分別對應一個獨立的io驅動口；其點亮和關閉由該io來對其進行控制，互不干擾，見圖3（注：對于io驅動能力弱的mcu，必須增加外部的驅動芯片或驅動三極管等器件）。此種設計一般應用在對單個led的驅動或led數量較少，且所選的mcu io比較充裕的情況下。比如一些項目的led指示燈、產品的設計中只有一個7－段led碼需要顯示等。

由于每一個led均由獨立的io口來控制，因此此種顯示驅動的軟件設計比較簡單明了，無需特別的處理，在需要點亮和關閉時設置相應的io輸出口的電平即可（即“0”或“1”，具體須根據驅動電路的設計來決定）。

圖 3

優點：電路設計簡單，編程簡單，而且led的亮度控制容易，只需在驅動端增加相應的電流調節電阻即可方便地實現亮度的調節（對于存在獨立驅動的設計，還可以通過調整驅動電壓來達到亮度的調節）。

缺點：由于每一個led燈需要一個io口，因此對io口的需求較大，不易實現大數量的led驅動和顯示，擴展性能差。

2． 動態的顯示驅動法：

與靜態顯示方法不同，動態led顯示的設計方法是將不同led模塊的所有的led的驅動端一對一地連接到一起，見圖4，而將其公共極（陰極或陽極）分別由不同的io口來驅動（主要針對7－段碼和led點陣模塊）。在此，我們稱其公共極為掃描線或地址線（因此種連接方法類似于存儲器的內部連接，每個led點相當與memory中的一個bit），不同的led模塊（類似于memory中的一個byte）用不同的掃描線地址線來進行選定。

圖 4

由于所有的led模塊公用了驅動端，因此led的驅動不再像靜態法一樣為每個led所獨享，因此其驅動的設計方法也與靜態法完全不同，需要采用分時掃描（也稱動態掃描）方法來實現對所有led的顯示驅動，其原理如下（以圖4為例）：

a. 將a0設置為高電平，也即允許第一組led顯示，同時將a2，a3，a4設置為低電平，也即關閉該陰極所對應的led組的顯示；

b. 在p0口輸出a0組對應的顯示數據（也稱為pattern），如字符點陣數據，7－段碼對應的數字的數據等，該數據可以通過rom表的形式來預先定義；

c. 保持一定的時間t，該時間即為所設定定時器的中斷時間；

d. 將a0口設置為低電平，關閉a0組led的顯示；

e. 將a1設置為高電平，其他幾個設置為低電平，開啟a1組對應的led的顯示；

f. 在p0口輸出a1組對應的顯示數據（也稱為pattern，意義同上）；

g. 重復以上步驟，直到所有組被掃描一遍，然后又從a0組開始下一個循環，如此周而復始，實現所有led的動態顯示。

１．該方法的原理利用了人眼對物體的視覺延遲來達到所有led的同時顯示，實際上，在每一個時刻，只有一組led是處于顯示的狀態，而其他led組均為關閉狀態。理論上，若兩次顯示之間的時間間隔小于32ms時，人眼即無法分辨，因此，為了達到此要求，led的掃描頻率一般可按照下式計算得出：

f = 32 * n式中，

f為掃描的頻率，對應為定時器的定時時間（t＝1/f）；

32 則是由32ms換算而來，32ms對應的頻率剛好為 32Hz；

n則是總的led的組數（此例中為n=4）。

根據此式算出的掃描頻率f實際上是led 驅動掃描的最小頻率，若低于此頻率，則有可能導致led的閃爍。當然，f也不可能越高越好，掃描的頻率太高，相對而言，每一組led的點亮的時間就越短，因此有可能導致led的亮度不夠或顯示效果不理想等一些問題。當然提高led的驅動電壓也可以彌補由此造成的亮度不夠的問題。

在此例中，由公式可知其掃描的頻率應大于等于128hz，則較為理想。

2．　mcu程序的實現：

a. 　模塊的劃分：

在說明其編程之前，先說明一下模塊化編程思想在led驅動設計中的應用。為了使程序的結構清晰和維護的便利，特別是為了使程序的移植等變得可行，在程序的設計過程中應盡可能地采用模塊化的設計思想，對于復雜的程序結構和功能的實現，更應該在編程之前理順其相互之間的關系，劃分好各功能模塊所應完成的功能，定義好各模塊之間的數據接口和相互關系。

一般而言，顯示部分所涉及到的內容和功能相對較廣，比如按鍵的變化、系統狀態的變化、數據的變化等均需在顯示的結果上表現出來。因此，為了保證不同的模塊之間的獨立性，我們將與led顯示的有關的功能進行如下的劃分：

1．掃描驅動模塊：此模塊的功能只完成對所有led的掃描，而不關心所顯示的數據的具體變化情況，其從固定的顯示緩沖其中提取每一掃描地址所對應的數據，該對應關系是固定的，由程序設計時來設定。該實現的方法類似與pc機中crt的顯示驅動和顯示緩沖；

2．字符、點陣發生器：由于實際的數據與顯示的數據（pattern）之間并非是相同的，因此，需要將實際的數據轉化成能夠顯示的數據。例如在mcu中的各種計算的數據是以bcd碼或二進制碼的形式來表示的，需要將其轉化成7－段碼或nxn點陣的pattern數據進行顯示；

3．　顯示緩沖刷新和處理模塊：該模塊的功能是接受諸如按鍵、系統狀態變化、數據變化所引起的顯示數據的變化。其需要調用到字符、點陣發生器來完成顯示緩沖的刷新，其與按鍵、系統狀態變化等之間的接口是采用消息的機制來實現。該模塊一般需要根據不同的顯示內容來進行分類，比如在跑步機的設計中，可以劃分為如下的內容：距離、速度、時間、能量消耗、心率及其他相關的數據。

b. 　程序架構和實現

1．　掃描模塊的實現：由于led的掃描驅動是一個重復的不間斷的過程，自然，定時中斷是最好的實現方法，其流程如圖6所示，其中bufFPt用于指向當前的顯示緩沖區，ai則為當前所需顯示的led組的地址編號，從0到n（n為總的led組數）；

2．　刷新模塊的實現：在mcu的程序設計中，一般將此模塊置于16hz的定時中斷中（若主程序的循環周期不固定且最大的循環時間大于1/10秒時，常采用此架構）或主程序循環體中（此種情況主要時針對mcu時鐘比較高的場合或不需考慮顯示延時的情況下），通過檢測對應的消息來決定其是否需要執行數據的刷新。以跑步機的設計為例，其功能流程如圖7所示；

3．　字符、點陣發生器：由于在一些實際的應用中，可能的顯示內容原則上是可預知的和有限的，特別是漢字的顯示，因此其主要是通過定義相應的點陣來保存各種需要顯示數據。為了便于程序的設計，一般需將其按照一定的排列規則來進行定義，同時也需要為各個需要顯示的字符和圖符進行編碼，編碼的規則必須有利于程序的設計和提高代碼的效率，以求能夠采用統一的查表指令來實現。

圖6

注：上述的流程只是一個原理性的程序說明，在實際的應用中，需要根據mcu的特點及具體的硬件設計來進行程序的設計與簡化。比如：在實際的項目中有8x8（或小于8x8）個led需要驅動，而且所選的mcu又是8位或16位的，則此時的地址線的掃描將變得非常的簡單，只要建立字節變量ai，其初始值為0x01，然后在每次中斷處理程序中需將ai直接輸出到led掃描線所對應的io口即可，隨后將ai左移一位，對8x8 led情況，當ai＝0時，表示一遍掃描完成，此時再將ai設為0x01即可。對于顯示的緩沖區的分配，同樣可以根據實際的軟件設計來分配具體的ram地址空間，以進一步提高程序的執行效率。記住，由于led的掃描需要占用較多的mcu時間，因此在進行掃描驅動的程序設計時，需要盡可能采用簡潔高效的代碼，以便提高mcu的工作效率。舉例來說，假如需驅動8x8 led，根據前面所講的要求，所需的定時器的中斷頻率必須是大于等于8x32，即256hz，若在此驅動代碼中多增加一條語句，則mcu每秒就需要多執行256條代碼，由此可見高效的代碼對于led驅動程序來講是多么重要，特別是當mcu的時鐘不夠快時！