LED點(diǎn)陣顯示屏動(dòng)態(tài)顯示和遠程監控的實(shí)現

LED點(diǎn)陣電子顯示屏是集微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、信息處理技術(shù)于一體的大型顯示屏系統。它以其色彩鮮艷，動(dòng)態(tài)范圍廣，亮度高，壽命長(cháng)，工作穩定可靠等優(yōu)點(diǎn)而成為眾多顯示媒體以及戶(hù)外作業(yè)顯示的理想選擇。同時(shí)也可廣泛應用到軍事、車(chē)站、賓館、體育、新聞、金融、證券、廣告以及交通運輸等許多行業(yè)。

目前大多數的LED點(diǎn)陣顯示系統自帶字庫。其顯示和動(dòng)態(tài)效果（主要是顯示內容的滾動(dòng)）的實(shí)現主要依靠硬件掃描驅動(dòng)，該方法雖然比較方便，但顯示只能按照預先的設計進(jìn)行。而實(shí)際上經(jīng)常會(huì )遇到一些特殊要求的動(dòng)態(tài)顯示，比如電梯運行中指示箭頭的上下移動(dòng)、某些智能儀表幅值的條形顯示、廣告中廠(chǎng)家的商標顯示等。這時(shí)一般的顯示系統就很難達到要求。

另外，由于受到存儲器本身的局限，其特殊字符或圖案也往往難以顯示，同時(shí)顯示內容也不能隨意更改。本文提出一種利用PC機和單片機控制的LED顯示系統通訊方法。該方法可以對顯示內容（包括漢字和特殊圖符）進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，從而實(shí)現諸如閃動(dòng)、滾動(dòng)、打字等多種動(dòng)態(tài)顯示效果。該方法同時(shí)還可以調節動(dòng)態(tài)顯示的速度，同時(shí)用戶(hù)也可以在PC機上進(jìn)行顯示效果的預覽，顯示內容亦可以即時(shí)修改。另外，通過(guò)標準的RS232／485轉換模塊還可以實(shí)現對顯示系統的遠程控制。

2、系統硬件設計

本系統主要的硬件設計是下位機單片機的顯示控制部分。而上位機（PC機）與單片機顯示控制部分的接口為標準RS232通訊方式。若需實(shí)現遠程監控，只需增加RS232／485轉換模塊即可，該部分已有成熟的電路設計，故不再詳細敘述。

具體的LED顯示屏控制電路如圖1所示。整個(gè)電路由單片機89C52、點(diǎn)陣數據存儲器6264、列驅動(dòng)電路ULN2803、行驅動(dòng)電路TIP122、移位寄存器4094及附屬電路組成。該電路所設計的電子屏可顯示10個(gè)漢字，需要40個(gè)8×8LED點(diǎn)陣模塊，可組成16×160的矩形點(diǎn)陣。由于A(yíng)T89C52僅有8k存儲空間，而顯示的內容由PC機控制，因此不可能預先把需要顯示的內容做成點(diǎn)陣存在單片機中，而只能由PC機即時(shí)地把所需顯示的點(diǎn)陣數據傳給單片機并存入緩沖區6264。

該電路的顯示采用逐行掃描方式。工作時(shí)，由單片機從緩沖區取出第一行需要顯示的20字節點(diǎn)陣數據，再由列點(diǎn)陣數據輸入端P1．2口按位依次串行輸入至列移位寄存器，其數據輸入的順序與顯示內容的順序相反。然后置行點(diǎn)陣選通端P1．3為1，即置行移位寄存器的D為高電平，STR使能（所有4094的OE引腳接＋5V電平），從而使列移位寄存器中的數據同時(shí)并行輸出以選通該行。經(jīng)延時(shí)一段時(shí)間后再進(jìn)行下一行點(diǎn)陣數據的顯示。需要注意的是，每次只能選通一行數據，即要通過(guò)不斷的逐行掃描來(lái)實(shí)現漢字或字符的顯示。

3、顯示與控制的設計

在筆者設計的PC機控制多單片機顯示系統中，用PC機實(shí)現的主要功能包括單片機顯示子系統的選擇，顯示方式選擇（包括靜態(tài)、閃動(dòng)、滾動(dòng)、打字等），滾動(dòng)方向選擇（包括上下滾動(dòng)和左右滾動(dòng)），動(dòng)態(tài)顯示速度調節（即文字閃動(dòng)頻率、滾動(dòng)速度、打字顯示速度等），顯示內容輸入及顯示預覽等。單片機一般通過(guò)RS232／485串行接收PC機發(fā)出的顯示指采用定時(shí)器中斷方式進(jìn)行行掃描，每次中斷顯示一行，定時(shí)中斷時(shí)間為1．25ms，這樣整屏的刷新率為50Hz，因而無(wú)閃爍感。

實(shí)現動(dòng)態(tài)顯示速度調節的方法通常是改變定時(shí)器的中斷時(shí)間，但是當顯示速度很慢的時(shí)候，該方法容易使整屏的刷新率降低，從而使顯示內容出現閃爍。因此，本設計采用一種“軟定時(shí)”方法，即在程序中命名一變量作為“軟定時(shí)器”，以用來(lái)設定兩次動(dòng)態(tài)顯示的時(shí)間間隔。在對定時(shí)中斷調用計數時(shí)，如果調用次數達到設定值，則改變顯示內容。為保證能夠正常顯示，“軟定時(shí)器”的設定值必須大于整屏顯示周期。由于顯示屏每行顯示1．25ms，整屏顯示周期為20ms，考慮到余量的情況，可將軟定時(shí)器的設定值定在大于30ms。如此循環(huán)計數，即可實(shí)現動(dòng)態(tài)顯示?！败浂〞r(shí)器”的設定值可以通過(guò)上位機PC機來(lái)改變，這樣既可實(shí)現LED動(dòng)態(tài)顯示的速度調節，又可保持顯示內容的流暢和無(wú)閃爍感。

3．1 單片機動(dòng)態(tài)顯示控制

以上提到的靜態(tài)、閃動(dòng)、滾動(dòng)和打字等4種顯示方式，實(shí)際上是單片機定時(shí)中斷程序進(jìn)行行掃描處理的不同方法。下面將分別說(shuō)明如何實(shí)現這4種顯示方式。

靜態(tài)顯示只需在定時(shí)中斷處理程序中從顯示緩沖區調入相應的一行顯示數據，然后選中該行即可實(shí)現該行的顯示，如此循環(huán)，便可顯示整個(gè)內容。閃動(dòng)顯示與此類(lèi)似，不同的是要間隔一個(gè)“軟定時(shí)器”的定時(shí)時(shí)間，在行掃描時(shí)，行移位寄存器的D端打入的全為0，可使得整屏不顯示，以確保黑屏時(shí)間與顯示時(shí)間相等，從而實(shí)現漢字或圖符的閃動(dòng)顯示。

滾動(dòng)顯示要求需要顯示的內容每隔一定時(shí)間向指定方向（這里以從右向左為例）移動(dòng)一列，這樣顯示屏可以顯示更多的內容。為此，需要在下次移動(dòng)顯示之前對顯示緩沖區的內容進(jìn)行更改，從而完成相應點(diǎn)陣數據的移位操作。具體操作方法是：

設置一個(gè)顯示緩沖區（如圖2所示），該區應包括兩部分：一部分用來(lái)保存當前LED顯示屏上顯示的10個(gè)漢字點(diǎn)陣數據；另一部分為點(diǎn)陣數據預裝載區，用來(lái)保存即將進(jìn)入LED顯示屏的1個(gè)漢字的點(diǎn)陣數據。滾動(dòng)指針始終指向顯示屏的最右邊原點(diǎn)。當滾動(dòng)指針移動(dòng)到需要顯示的點(diǎn)陣數據存儲區的第1個(gè)漢字的首地址時(shí)，顯示緩沖區LED顯示區為空白，而預裝載區已保存了第1個(gè)待顯示漢字的點(diǎn)陣數據。當需要滾動(dòng)顯示時(shí)，則可在接下來(lái)的掃描周期的每個(gè)行掃描中斷處理程序中，將對顯示緩沖區的相應行點(diǎn)陣數據左移一位，同時(shí)更改顯示緩沖區的內容。（需要注意的是，要確保該操作能在1．25ms的中斷時(shí)間內完成。這里89C52采用22MHz晶振，實(shí)驗證明可以實(shí)現該操作）。這樣，在一個(gè)掃描周期后，整個(gè)漢字將左移一列，而顯示緩沖區的內容也同時(shí)更改。由于預裝載區保存了1個(gè)漢字點(diǎn)陣數據，即16×16點(diǎn)陣，所以當前顯示緩沖區的內容只能移動(dòng)16列。當下一個(gè)滾動(dòng)到來(lái)時(shí)，滾動(dòng)指針將移動(dòng)到點(diǎn)陣數據存儲區的下一個(gè)漢字的首地址，并在預裝載區存入該漢字的點(diǎn)陣數據。然后重復執行上述操作便可實(shí)現滾動(dòng)顯示。特殊字符或圖形的顯示與此類(lèi)似，這里不再贅述。

打字顯示要求漢字在顯示屏上按從左到右的順序一個(gè)個(gè)的出現，如同打字的效果。設計時(shí)可采用如下方法：首先將LED顯示屏對應的顯示緩沖區全部清零，即LED顯示空白，然后每間隔一個(gè)“軟定時(shí)器”設定的動(dòng)態(tài)顯示時(shí)間，顯示緩沖區依次加入一個(gè)漢字點(diǎn)陣數據并進(jìn)行掃描顯示，這樣就可達到打字顯示的效果。

3．2 PC機控制程序

a．通訊功能的實(shí)現

在Windows環(huán)境下，實(shí)現PC與單片機的通訊可利用Windows的通訊API函數或者利用VC＋＋（或其它語(yǔ)言）的標準通訊函數＿inp、＿outp來(lái)實(shí)現。但上述兩種方法比較繁瑣，而采用ActiveX控件MSComm32來(lái)實(shí)現則非常方便。該控件用事件的方式簡(jiǎn)化了對串口操作的編程，并可設置串行通信的數據發(fā)送和接收，還可對串口狀態(tài)及串口通信的信息格式和協(xié)議進(jìn)行設置。其初始化程序如下：

一般情況下，PC要與多個(gè)單片機89C51系統進(jìn)行主從式通訊，為了區分各單片機系統，可以使89C51采用串口工作方式3，即11位異步接收／發(fā)送方式，該方式的有效數據為9位，其中第9位為地址／數據信息的標志位，其作用是使從機據此判斷發(fā)送的數據是否為地址，從而實(shí)現多機操作。但現在由于采用的是MSCOMM控件來(lái)實(shí)現PC機和單片機之間的通訊，這是一種標準的10位串口通信方式，即8位標準數據位和該數據的起始位、停止位各1位。因此二者格式不相符，故很難利用上述方案。因此可考慮將單片機串口設為工作方式1，即改為10位異步接收／發(fā)送方式來(lái)解決，其通訊流程如下：首先發(fā)通信開(kāi)始標志，接著(zhù)發(fā)送需要操作的單片機系統地址，然后發(fā)送顯示工作命令字，該命令包括2個(gè)字節，前一字節用于設定顯示方式和滾動(dòng)方向，后一字節則用于設定顯示速度。再往下是傳送顯示內容的點(diǎn)陣數據，最后對數據進(jìn)行校驗。該通訊規約非常簡(jiǎn)便，能夠較好的解決上述問(wèn)題，從而實(shí)現PC機與多單片機之間的主從式通訊及對顯示的控制。

需要注意的是，當顯示內容需要改變時(shí)，為了避免在單片機串行中斷接收數據時(shí)，顯示屏出現亂碼，應使顯示屏暫不顯示（處于“黑屏”狀態(tài)），直到數據接收完全，串行中斷處理結束時(shí)再顯示。

漢字字模的提取非常關(guān)鍵，本文的字模數據取自UCDOS下的字庫文件HZK16。關(guān)于這方面的介紹較多，文獻［2］給出了較為具體的在VC下提取漢字字模的方案，這里不再贅述。對于特殊字符或圖形點(diǎn)陣數據的提取，簡(jiǎn)便的方法可以先做一個(gè)BMP文件，然后用一些取模軟件（如字模提取v2．1）來(lái)獲得。為了顯示方便，點(diǎn)陣數據的格式應為n×（16×8），不足要求的則應以0數據補充。

b．動(dòng)態(tài)效果模擬顯示。

為了方便調節LED的顯示效果，筆者在PC機的控制界面上設計了LED顯示屏的模擬顯示，它同實(shí)際的顯示效果完全一樣。用戶(hù)可以設定顯示的模式，并調節顯示速度，然后在界面上對顯示效果進(jìn)行預覽，同時(shí)還可以隨時(shí)修改和設定參數，因而十分方便簡(jiǎn)捷。

為此，可先在界面上描繪出虛擬的LED顯示屏，由于實(shí)際的顯示屏為160×16點(diǎn)陣，故須在界面上設定相同的區域。

實(shí)現動(dòng)態(tài)顯示效果的方法和以上幾種基本類(lèi)似，這里以滾動(dòng)顯示為例作一說(shuō)明。對于需要滾動(dòng)的文字，可以將其設置為位圖格式，暫存于內存中，然后利用VC提供的位圖拷貝函數BitBlt將位圖復制到顯示位置。對于特殊字符或圖形，則可以直接利用BitBlt函數調用到顯示位置。然后在類(lèi)CLEDDlg的OnTimer函數中調用該函數，以實(shí)現文字的滾動(dòng)顯示。另外，也可以通過(guò)設定不同的響應時(shí)間間隔來(lái)改變文字的滾動(dòng)速度。

4、結束語(yǔ)

本文提出的實(shí)現LED點(diǎn)陣顯示屏的動(dòng)態(tài)顯示和控制的解決方案，已成功地應用于實(shí)際系統。如將該系統聯(lián)入計算機網(wǎng)絡(luò )，還可實(shí)現對顯示屏的遠程控制。