LED點(diǎn)陣電子顯示屏系統的設計

LED點(diǎn)陣電子顯示屏制作簡(jiǎn)單，安裝方便，被廣泛應用于各種公共場(chǎng)合，如汽車(chē)報站器、廣告屏以及公告牌等。本文介紹的是一種可用在值班室外等場(chǎng)合的公告牌的LED點(diǎn)陣電子顯示屏設計。公告內容隨時(shí)可以更新，能夠實(shí)時(shí)顯示溫度和日期時(shí)間，并具有自動(dòng)亮度調節功能?？紤]到所需元器件的易購性，本設計使用了8×8的點(diǎn)陣發(fā)光管模塊，組成16×64發(fā)光點(diǎn)陣，顯示待定的中文、字符以及數字。

方案論證
1 點(diǎn)陣顯示屏部分
方案一：串行方式顯示。這種方式可同時(shí)顯示4個(gè)16×l6點(diǎn)陣漢字或8個(gè)16×8點(diǎn)陣的漢字、字符或數字。點(diǎn)陣顯示屏每個(gè)單元由16個(gè)8×8點(diǎn)陣LED顯示模塊、行信號選擇譯碼器74HC138、驅動(dòng)器74HC245、數據移位寄存器74HC595和行驅動(dòng)器組成，如圖1所示。單元顯示屏可以接收控制器(主控制電路板)或上一級顯示單元模塊傳輸下來(lái)的數據信息和命令信息，并可將這些數據信息和命令信息不經(jīng)任何變化地再傳送到下一級顯示模塊單元中，因此顯示屏可擴展至更多的顯示單元，用于顯示更多的內容。

圖1 串行方式顯示邏輯結構框圖

　　此方案為點(diǎn)陣顯示屏系統中比較常用的，所用器件也比較常用，容易買(mǎi)到。但是它存在一個(gè)致命的缺點(diǎn)，就是刷新速度不夠快。如果要驅動(dòng)64列點(diǎn)陣顯示，通用51單片機會(huì )比較吃力，出現比較嚴重的閃爍停滯現象。此外，要實(shí)現文字的左右移動(dòng)和調整移動(dòng)速度等功能，都會(huì )給軟件設計帶來(lái)較多困難。

　　方案二：并行方式顯示?？梢酝ㄟ^(guò)鎖存器芯片來(lái)擴展IO口，達到控制LED點(diǎn)陣的64個(gè)列線(xiàn)的目的。方案中運用16片鎖存器74HC573來(lái)組成8組雙緩沖寄存器，驅動(dòng)LED點(diǎn)陣的8組列線(xiàn)，用4/16譯碼器74HC595對LED點(diǎn)陣的16行進(jìn)行掃描。在送每一行的數據到LED點(diǎn)陣前，先把數據分別送到第一級的8個(gè)74HC573，然后再給第二級的8個(gè)74HC573送鎖脈沖，數據一起輸出到LED點(diǎn)陣列中，這樣就避免了各行數據顯示不同步問(wèn)題。由于并行數據傳輸速度比串行快，所以字符閃爍的問(wèn)題得到較好地解決，文字左右移動(dòng)也比較容易控制。綜上所述，本設計最終選擇了這個(gè)方案。

　　2 顯示屏控制部分

　　方案一：?jiǎn)螜C工作模式。采用一個(gè)單片機控制實(shí)現所有功能，其中包括LED點(diǎn)陣顯示屏的刷新顯示、模式設定、時(shí)間讀取、溫度檢測，以及與上位機的通信等。只用一個(gè)單片機控制點(diǎn)陣顯示屏可以使電路大大減化，軟件設計方面也容易實(shí)現。但是，將所有功能集成在一起，一片AT89S52單片機處理能力是不夠的。此時(shí)，單片機的CPU內部資源已顯不足，會(huì )導致系統功能欠佳，達不到較好的性能。

　　方案二：主從工作模式。采用主從單片機工作方式來(lái)控制整個(gè)系統。其中一個(gè)單片機用于控制LED點(diǎn)陣顯示，另外一個(gè)單片機用于擴展鍵盤(pán)、串口與上位機通信、溫度測量、時(shí)間讀取等工作。相對單機工作方式，主從工作模式的處理能力大大提高，并且分工明確，執行速度得到很大的提高。雖然硬件電路以及軟件設計方面要求相對高了一些，更涉及到主從單片機通信問(wèn)題。但是，為了更好地實(shí)現各項性能指標，本設計采用了這種方案。

　　硬件電路設計

　　本系統硬件電路設計的整體框圖如圖2所示。

圖2 LED點(diǎn)陣顯示屏系統框圖

1 系統主控器電路
系統主控器電路如圖3所示，即為一單片機最小系統，外加擴展槽與一些功能電路，通過(guò)鍵盤(pán)掃描來(lái)確定工作模式以及完成相關(guān)操作。還包括了時(shí)間芯片電路和溫度檢測電路，以及與上位機RS-232接口電路。

圖3 主控器電路

本設計采用的DS1302是具有涓細電流充電能力的電路，主要特點(diǎn)是采用串行數據傳輸，可為掉電保護電源提供可編程的充電功能，并且可以關(guān)閉充電功能。DS18B20是一線(xiàn)式數字溫度傳感器；溫度測量范圍為－55℃～＋125℃；測溫分辨率可達0.0625℃；其工作電源既可在遠端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生；多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)到3根或2根線(xiàn)上，CPU只需一根端口線(xiàn)就能與諸多DS18B20通信，占用微處理器的端口較少，可節省大量的引線(xiàn)和邏輯電路。以上特點(diǎn)使其非常適用于遠距離多點(diǎn)溫度檢測系統。

2 點(diǎn)陣驅動(dòng)與控制電路
該電路主要將單片機發(fā)送來(lái)的輸出點(diǎn)陣數據，通過(guò)鎖存器芯片擴展的I0口，來(lái)控制LED點(diǎn)陣的64個(gè)列線(xiàn)端。本設計中用的是16片鎖存器74HC573來(lái)組成8組雙緩沖寄存器，驅動(dòng)LED點(diǎn)陣的8組列線(xiàn)，用4/16譯碼器74HC595對LED點(diǎn)陣的16行進(jìn)行掃描。在送每一行的數據到LED點(diǎn)陣前，先把數據分別送到第一級的8個(gè)74HC573，然后再給第二級的8個(gè)74HC573送一個(gè)鎖脈沖，將數據一起送到LED點(diǎn)陣的各列。

軟件設計
本設計的軟件流程如圖4所示。

圖4 LED點(diǎn)陣顯示屏軟件流程

電路仿真與測試
1 點(diǎn)陣顯示屏的仿真與程序調試
Proteus7.2是一款比較常用的單片機仿真軟件，許多仿真實(shí)例與實(shí)際電路非常相似。為了盡可能確保實(shí)際電路能達到預期的效果，減少無(wú)用功，對許多電路模塊的方案進(jìn)行了仿真。對點(diǎn)陣顯示的處理與相應程序設計，配合使用Proteus與Keil uvision2進(jìn)行仿真，旨在改善提高整機系統的硬件與軟件方案，提高系統運行效率與穩定性。

在點(diǎn)陣顯示方式的方案選擇上，通過(guò)不斷修改程序與串行電路接法后發(fā)現串行方式很難實(shí)現字幕的右移功能，調整字幕移動(dòng)的速度也不方便。經(jīng)過(guò)分析，決定試用并行方式顯示，結果發(fā)現這種方式電路不算復雜，并且給程序設計帶來(lái)很多便利，特別是便于實(shí)現字幕的左右移動(dòng)與移動(dòng)速度的設定。本系統仿真電路如圖5所示。

圖5 Proteus仿真電路圖

2 整機測試
把編譯器生成的代碼HEX文件下載到單片機Flash中，連接好各個(gè)模塊，將LED點(diǎn)陣顯示屏的功能逐一測試實(shí)現。

結束語(yǔ)
本設計所要求的顯示漢字、字母和數字均已實(shí)現，并能控制文字的左右移動(dòng)及速度。同時(shí)，溫度與日期時(shí)間可以實(shí)時(shí)顯示，并且與上位機聯(lián)機通信成功。整機系統的硬件制作簡(jiǎn)便，難點(diǎn)是軟件設計。本系統采用并行方式顯示，并且采用主從單片機來(lái)控制整個(gè)系統，這樣能夠大大減化軟件的編寫(xiě)難度，容易實(shí)現各項功能指標。