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其中显示屏控制威廉希尔官方网站
的设计广泛采用两类器件作为其控制核心来实现,一类是单片机控制系统,另一类是可编程逻辑器件。该设计采用基于单片机的控制方案,如图1所示,一台PC机通过RS485总线与多块控制器相连,每块控制器扩展了温度传感器、实时时钟和其他外围器件,控制LED屏的显示。
采用单片机的控制方案,结构简单,应用灵活,并且易于扩展。 1 系统的硬件设计 系统硬件框图如图2所示,上位PC机用专门的软件编辑将要显示的信息,通过串口发给单片机,存储在Flash内,单片机再驱动威廉希尔官方网站 将字符的编码通过LED点阵的形式显示出来。 LED点阵为双基色屏,能显示红,绿,黄3种颜色。控制器的核心选用STC89LE516单片机,扩展32KSRAM作为显示缓存区,512KFlash用于存储显示的点阵信息和一些必要的参数。 拨码开关选择本屏的物理地址。控制器还扩展了1片温度传感器采集温度数据,1片时钟芯片进行实时时间的读写。 1.1 存储器扩展威廉希尔官方网站 STC89LE516是一款强抗干扰,高速,低功耗的单片机,增强型51内核,集成了看门狗威廉希尔官方网站 ,内含64K字节Flash存储器,512字节RAM,可在线编程,可远程升级,价格便宜。 为了提高响应速度,系统扩展了32KSRAMIS61LV256作为显示缓存区,用于保存当前正在显示的一帧数据和一些特技处理数据,和单片机的接口如图3所示,SRAM的最高位地址线A14由单片机的P3.2单独控制,以便于将红色和绿色LED点阵的数据分块存放,当P3.2输出为0时,选中RAM地址0x0000~0x3fff,为红色LED的数据区;当P3.2输出为1时,选中RAM地址0x4000~0x7fff,为绿色LED的数据区。 Flash用于存储代码,显示的数据信息和字库。可采用查表的方式调用需要显示的汉字和英文点阵数据。用64K字节的存储空间存储16×16点阵的汉字,可以显示2048个,512K的Flash可满足常用字不同字体的存储需求。SST39VF040的地址线有19位,单片机用P1口来扩充高三位地址线。 系统中单片机,SRAM,Flash要求313V供电,而系统接入电源为5V,可通过LM1117-3.3为芯片提供3.3V稳压电源。 低压差电源芯片LM1117输出电流可达800mA,输出电压精度在±1%以内,还具有电流限制和热保护功能。 1.2 串行接口威廉希尔官方网站 控制器接收数据采用单片机内部全双工的通用异步收发器(UART)。在传输距离小于20m时采用非平衡的RS-232,在传输距离为几十m到上km时采用RS-485。RS-485采用平衡发送和差分接收,因此具有抑制共模干扰的能力,可以联网构成分布式系统。由于显示屏的位置是分散的,彼此相距几十甚至几百m,所以控制器用MAX232和SN75176分别做电平转换,用跳线进行RS-232和RS-485之间的切换选择,从而实现和PC的通信,完成数据的存储和更新。 1.3 实时时钟威廉希尔官方网站 单片机与HT1381低功耗实时时钟芯片接口采用串行传输方式,如图4所示只需3根线就可以读写年、月、日、星期、时、分、秒,在需要时显示到LED屏幕上。HT1381所需时钟独立于单片机,外接321768kHz晶振就可以工作。配备3V充电电池,系统采用外部供电时,二极管导通,外部电源一方面向芯片供电,另一方面对充电电池进行充电。当系统电源停止供电时,二极管截至,芯片由电池来供电。 1.4 温度传感器威廉希尔官方网站 温度传感器选用单总线数字温度传感器DS18B20,该器件将温度传感器、温度报警触发器、ROM等集成在一个很小的芯片上,传感器直接输出的就是温度信号的数字值。DS18B20以9位数字的方式反映温度值,读出或写入数据仅需要一根信号线。 1.5 扫描控制威廉希尔官方网站 和LED阵列 目前大多数LED显示屏的屏幕设计采用的是模块化的结构,其基本单元是LED显示单元模块,屏幕大小和形状可灵活改变,显示屏的安装和维护也十分方便。LED显示单元模块分为LED点阵和驱动威廉希尔官方网站 2部分。 该LED点阵选用红绿双基色屏,可显示红、绿、黄3种颜色,价格适中。每个模块是16×64像素,由16块8×8像素共阳极LED点阵组成。16行LED共用一列数据,每行LED的显示时间占一个扫描周期的1/16。根据人眼的视觉暂留效应,只要整屏的刷新频率大于60Hz,即可形成一幅稳定的画面。每个LED显示单元有8个红色数据输入端、8个绿色数据输入端和8个行控制信号输入端。 驱动威廉希尔官方网站 分为行驱动和列驱动。 行驱动威廉希尔官方网站 由2片3-8译码器74HC138组成。一个行选信号同时控制着一行中所有LED的通断,所以它需要较大的驱动电流,为此选用4953。4953内含2个P沟道的MOSFET管,漏极电流最大可达419A,保证了行驱动能力,16×64点阵需要8片4953。2片138的16路输出分别通过4953的驱动用于选通相应的行,实现对行的控制。 列驱动采用74HC595,内含移位寄存器和三态输出锁存器,可以把串行输入的8bit数据并行输出。分别用8个74HC595锁存红色、绿色数据。单片机2路控制信号与所有595的时钟输入SRCLK,锁存信号RCLK相连。第1片595的串行输出接到第2片595的串行输入端,同理,其他引脚的连接方式一样,通过这种级联的方式,把8个595芯片连在一起,同时每个595芯片的并行输出连接8个LED的列。 显示过程为: (1)把显示缓存区中的第1行红色数据和绿色数据分别送入595锁存; (2)送行扫描信号,选通LED阵列的第一行并延时; (3)行消隐,行扫描信号下移一行并重复上述过程直至完成第16行的显示。如此循环。 每个LED显示单元模块有2个接口,可根据显示长度的不同需求灵活扩展LED单元,控制器保持不变。如需高度上扩展,可通过扩展CPLD/FPGA控制行扫描信号的同步来实现,在显示和控制原理上并无差别。 2 系统的软件设计 系统软件包括上位机软件和下位机软件。上位机软件用VC编写,与下位机通过异步串口进行通信。上位机软件的任务是校准时钟,编辑显示的内容、颜色和显示效果等并把数据广播发送到LED显示控制器。通信的数据格式如表1所示。 下位机开机进行中断、串口初始化后,按照指令执行显示子程序,定时进行温度采样和时钟数据的读取。下位机始终处于监听状态,当有串口中断时,和上位机通信,上位机发1字节地址符,下位机接收后与本屏地址进行比较,本屏地址由控制器的拨码开关设定。如果地址相同则接收数据,否则中断返回,由此实现LED屏的分布式控制。接收完全部数据后,进行校验,如出错则要求重发,校验正确则发送接受成功标志给上位机,结束中断。串口中断程序和定时器中断程序流程见图5。 控制器接收到数据后存于Flash中,根据数据中的命令字,执行相应的操作,操作判断流程如图6所示。 显示子程序根据汉字内码从字库中查找出字模,送至显示缓存区,通过数据处理后输出至列选通信号,配合行扫描信号,进行动态扫描显示。其中数据处理功能主要完成字幕左移、右移、百叶窗、变色、闪烁等。 3 结语 本文选用了STC89LE516单片机,在保证功能和稳定的前提下,降低了成本,扩展了大容量Flash数据存储器,上位机只需传送汉字内码即可显示,减少了数据传送量,提高了响应速度。LED显示单元可灵活扩展,满足不同需求。经实验验证,该系统显示稳定可靠,支持温度、日历、汉字和各种特效等,可运用于工业生产线、楼宇安防、停车场等的分布式LED显示。 |
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