【正文】 LED 點陣 規(guī)模常見的 有 4 4 5 5 8 1616 等等。 圖 88單色 LED點陣顯示器的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)和外型規(guī)格，其它型號點陣的結(jié)構(gòu)與引腳可試驗獲得。靜態(tài)顯示原理簡單、控制方便，但硬件接線復(fù)雜，在實際應(yīng)用中一般采用動態(tài)顯示方式，動態(tài)顯示采用掃 描的方式工作，由峰值較大的窄脈沖電壓驅(qū)動，從上到下逐次不斷地對顯示屏的各行進行選通，同時又向各列送出表示圖形或文字信息的列數(shù)據(jù)信號，反復(fù)循環(huán)以上操作，就可顯示各種圖形或文字信息。在電子領(lǐng)域中，因為這種動態(tài)掃描顯示方式極大的縮減了發(fā)光單元的信號線數(shù)量，因此在 LED 顯示技術(shù)中被廣泛使用。同樣，藍色豎直線 X0、 X1……X7叫做列線，接內(nèi)部每列 8 個 LED 的陰極，相鄰兩列線間絕緣。再如 Y0 為 1，X0 到 X7 均為 0，則最上面一行 8 個 LED 全點亮。下面用偽代碼描述動態(tài)顯示的過程。這就是動態(tài)掃描的原理。如果用行線來做掃描線，則每 16 次循環(huán)，每行 LED 就能亮一次，其發(fā)光視覺平均亮度為直流情況下的 1/16。在幀切換的時候還要加入余輝消除處理。但是這種方案最大的缺點是不便于隨意擴展顯示單元的數(shù) 目。成本有所下降，但可擴展性仍舊較差。不同功能檔次的廣告屏對應(yīng)著不同的處理器。除此之外，傳統(tǒng) 8051 單片機的內(nèi)部資源貧乏，僅 128 字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器，幾 K 字節(jié)的程序存儲器，無 E2PROM， SPI。因 PIC 單片機是 RISC 架構(gòu)的工業(yè)專用單片機，處理指令的速度有所增加，抗干擾能力優(yōu)秀，型號種類繁多。 FPGA以高速、并行著稱。但是其成本較高，開發(fā)難度較大。在條屏的運用中，能用 ARM 來實現(xiàn)花樣繁多的顯示方式，以及高色階，多像素的全彩屏驅(qū)動。為了在較遠距離處獲得清晰的視覺效果，本設(shè)計采用 4 個 88 點陣，像素直徑 3mm 的 LED 模塊拼接成1616 點陣的 LED 陣列?？梢杂糜布崿F(xiàn)，但無疑增加了額外的硬件成本及設(shè)計難度。在傳統(tǒng)的并行傳輸方式中，因受到列數(shù)據(jù)鎖存器地址線數(shù)目的制約，不能隨意的增添顯示單元，且每個顯示單元的電路結(jié)構(gòu)不同 ,PCB 結(jié)構(gòu)也不同，完全不符合模塊化設(shè)計的要求 。 3． 4 微控制器的考慮 因本設(shè)計采用軟件來實現(xiàn)滾屏，且傳輸方式為串行方式。這幾種單片機的處理速度均能達到 要求 ，但 AVR 系列單片機的極限時鐘頻率只能到 16MHz，而 C8051F 系列 SOC類似于 ARM7,時鐘速度可到 100MHz,但會浪費其內(nèi)部豐富的資源，而且價格昂貴，用在單色條屏的控制中頗感浪費。考慮到本設(shè)計的上、下位機進行一次通信時的數(shù)據(jù)量不大（ 2KB 以內(nèi)），而且對通信的速度及可靠性要求并不嚴(yán)格。每個顯示單元由一個 1616 點陣的 LED模塊和一個 16 位寬的移位鎖存器（串行 —并行轉(zhuǎn)換器）構(gòu)成。 MCU 用通用 I/O 口來驅(qū)動行掃描驅(qū)動電路。 電源則為各個模塊提供穩(wěn)定的電壓以及足夠的電流。把單片機的在顯示模式的所有工作量分為以下三個任務(wù)： 一．掃描顯示任務(wù)：掃描顯示任務(wù)負(fù)責(zé)把 disbuf()中的數(shù)據(jù)依次發(fā)送到列驅(qū)動器74HC595，并按嚴(yán)格的時序高電平選通 十六根行掃描線（ L0—L15），使每一列數(shù)據(jù)對應(yīng)著一個行線狀態(tài)。該算法是將 disbuf()和 send8bit()中的數(shù)據(jù)首尾相接地左移一位，并不斷把send8bit()移入 disbuf()。 并返 回連續(xù) 32 字節(jié)的全角漢字字模數(shù)據(jù)或 16 字節(jié)的 ASCII 半角字模數(shù)據(jù)。下面用實際的 C51 程序來說明一下如何實現(xiàn) 簡單的左移顯示效果。 c*=2。 //將緩沖區(qū)清 0， while(c){ if(lp!=0){ //當(dāng) lp 指向的地址為 0 時，直接用組緩沖 0補上，效果是將當(dāng)前顯示的內(nèi)容移出 tmp=c%2。 //取半個漢字點陣數(shù)據(jù)， 16 字節(jié) } if(tmp) //當(dāng) tmp 為 1 時，表時一個字?jǐn)?shù)組處理完成，將地址轉(zhuǎn)到下一個字 lp+=32。i16。 //移當(dāng)前顯示緩沖的半行字節(jié) if(lhj[ia+1]amp。 //一行 32 個點四字節(jié)，將最后一字節(jié)用下一個字補上 if(tmp2[i]amp。 //下一個要顯示漢字的半行字節(jié)向高位移一位，準(zhǔn)備下一次取位 } tmp。 //移完一半，進入下一半或下一個漢字，直到結(jié)束 } } 第 4 章 硬件電路設(shè)計 4． 1 顯示單元電路設(shè)計 為了提高點陣 LED 的視覺亮度，本設(shè)計用行線做掃描線，列線做數(shù)據(jù)線。這樣能獲得較大的顯示單元尺寸和發(fā)光亮度。 74HC595 在 5V供電的時候能夠達到 30MHz的時鐘速度，每個并行輸出端口均能承受 20mA 的灌電流和拉電流。 74HC595 并行輸出端與 LED 模塊列線之間通過 20Ω的電阻連接，這里電阻起到分壓，去除紅色 LED 的并聯(lián)嵌位作用。輕則對周圍無線電環(huán)境造成電磁污染，重則使系統(tǒng)時鐘紊亂，邏輯錯誤。 74HC595 的引腳及邏輯功能如圖 圖 74HC595 管腳圖 74HC595 邏輯圖 74HC595 的管腳功能描述見表 ： 管腳號 管腳名稱 管腳功能描述 1 QB 鎖存器輸出，三態(tài) 2 QC 鎖存器輸出，三態(tài) 3 QD 鎖存器輸出，三態(tài) 4 QE 鎖存器輸出，三態(tài) 5 QF 鎖存器輸出，三態(tài) 6 QG 鎖存器輸出，三態(tài) 7 QH 鎖存器輸出，三態(tài) 8 GND 電源地 9 SQH 串行輸出，用于級聯(lián)。 圖 兩種三極管擴流方式（共集，共射） 共集驅(qū)動方式， 又稱射極跟隨器，當(dāng)電源電壓足夠時，在負(fù)載上獲得的電壓始終等于基極對地電壓 Ub 減去發(fā)射結(jié)壓降 Ube。而造成開機瞬間全屏顯示或造成巨大的浪涌電流沖擊，使電源電壓跌落，單片機工作異常。同時，大部分單片機的 I/O是弱上拉輸出，也即是單片機能承受較大的灌電流，而只能提供微弱的拉電流。每行共 4 點陣，每個點陣包含紅色，綠色兩個 LED。 如此可知，當(dāng)一行全點亮的時候 總電流 : I== 管 耗 : Pc=ICV CEsat(管飽和壓降 )==； STC89C52RC 系列單片機的每個 I/O 口能獨立承受 20mA 的灌電流，也即是能夠給共射驅(qū)動電路基極提供 20mA 的偏置電流。其主要參數(shù)見圖 。根據(jù) β確定基極電流 Ib和基極限流電阻 R 分別為： 基極電流： mAAIb 191 5 ?? 則基極限流電阻： ????? ? 22619 mA VVI VVR b becc。對于 STC89C52RC，主要特性見表 ：（摘錄自 STC 單片機官方數(shù)據(jù)手冊） STC 單片機與8051 單片機的性能比較 高速： 一個時鐘 /機器周期，增強型 51 內(nèi)核，平均速度可達到1MIPS/MHz 寬電壓： ~ 寬溫限： 40℃ ~85℃ 高抗靜電： ESD 保護，輕松過 4KV快速脈沖干擾（ EFT 測試） 低功耗：有空閑模式（工作電流小于 ），掉電模式（可由外部中斷喚醒，工作電流小于 ），正常模式（工作電流 ~7mA） 工作頻率：可從 0 到 48MHz，相當(dāng)于傳統(tǒng) 8051 主頻 0~576MHz 時鐘：可選擇外部晶體或內(nèi)部 RC 振蕩器 STC 12C5412AD 單兼容 MCS51 指令系統(tǒng) 8K 字節(jié)片 內(nèi) Flash程序存儲器，擦寫次數(shù) 2 萬次以上 256x8bit 內(nèi)部 RAM 數(shù)據(jù)存儲器 可編程 UART 串行通道 片機的內(nèi)部資源 32 個雙向 I/O 口 , 3 個 16 位可編程定時 /計數(shù)器中斷 2 個串行中斷 , 2 個外部中斷源 , 共 6 個中斷源 ,2 個讀寫中斷口線 低功耗空閑和掉電模式 時鐘頻率 024MHz 3 級加密位 , 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能 表 STC89C52 系列單片機主要特性 4． 2． 2 STC 單片機在條屏運用中的優(yōu)越性 對于單色動態(tài)條幅屏的應(yīng)用需要， STC89C52RC 單片機有以下突出的優(yōu)點： ●較高的處理速度和時鐘頻 率，能輕松的實現(xiàn)條屏的各種移動算法。 ●寬電壓范圍，條屏的負(fù)載端電壓的波動不會影響其正常運行。 圖 單片機系統(tǒng)電路 在圖 中，有源晶振為單片機提供 ， 05V幅度的高精度時鐘。 4． 3 時鐘芯片 與單片機的接口設(shè)計 4． 3． 1 字庫芯片選型 DS1302 是美國 DALLAS 公司推出的一種高性能、低功耗的實時時鐘芯片，附加 31 字節(jié)靜態(tài) RAM，采用 SPI 三線接口與 CPU 進行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號和 RAM 數(shù)據(jù)。 DS1302 的外部引腳分配如圖 所示及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 所示。 SCLK：串行時鐘，輸入，控制數(shù)據(jù)的輸入與輸出； I/O：三線接口時的雙向數(shù)據(jù)線； CE：輸入信號，在讀、寫數(shù)據(jù)期間，必須為高。數(shù)據(jù)在時鐘（ SCLK）的上升沿串行輸入，前 8 位指定訪問地址，命令字裝入移位寄存器后，在之后的時鐘周期，讀操作時輸出數(shù)據(jù)，寫操作時輸出數(shù)據(jù)。 Motorola 公司生產(chǎn)的絕大多數(shù) MCU（微控制器）都配有 SPI 硬件接口，如 68 系列 MCU。 SPI 主要特點有 :可以同時發(fā)出和接收串行數(shù)據(jù) 。寫沖突保護 。單片機是通過簡單的同 步串行通訊與 DS1302 通訊的，每次通訊都必須由單片機發(fā)起，無論是讀還是寫操作，單片機都必須先向DS1302 寫入一個命令幀，這個幀的格式如表 1 所示，最高位 BIT7 固定為 1， BIT6決定操作是針對 RAM 還是時鐘寄存器，接著的 5 個 BIT 是 RAM 或時鐘寄存器在 DS1302 的內(nèi)部地址，最后一個 BIT 表示這次操作是讀操作抑或是寫操作。 圖 DS1302 的命令字結(jié)構(gòu) 4． 3． 4 時鐘 芯片與單片機的接口設(shè)計 參考 DS1302 資料 提供的應(yīng)用指南，結(jié)合本系統(tǒng)的具體要求，設(shè) 計 DS1302與單片機的接口電路如圖 示。 RS232C 是由美國電子工業(yè)協(xié)會（ EIA）正式公布的，在異步串行通信中應(yīng) 用最廣泛的標(biāo)準(zhǔn)總線。因此不適合做遠距離通信，但是對于條屏，通信 15 米的通信距離已經(jīng)足夠。目前較為廣泛地使用專用電平轉(zhuǎn)換芯片，如 MAX23 MC148 MC1489 等。采用單一 +5V電源供電，外接只需 4 個電容，便可以構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)的 RS232C 通信接口，硬件接口簡單，所以被廣泛 運用。為保證單片機等集成電路的穩(wěn)定工作，要求電源電壓的最大波動范圍在~。如圖 所示電路圖： 本系統(tǒng) 需要一根帶有公口的串口線，作為下載線使用，還需要一根 USB 方口連接線，為電路提供電源。 Protel 98 率先集成了軟件界面， Protel 99 增加了仿真功能和 PLD 設(shè)計和信號完整性分析。 5. 2 元件布局及 PCB整體結(jié)構(gòu)工藝 本設(shè)計為產(chǎn)品化設(shè)計，因此首要考慮元件布局的緊湊性。在布通的基礎(chǔ)上，根據(jù) 100mil/A 的經(jīng)驗載流容量修改高電流路徑走線寬度及過孔尺寸。目前雙面 PCB 的標(biāo)準(zhǔn)工藝為：線寬 30mil，線距 10mil，過孔80x110mil。 第 8 章 使用說明與測試結(jié)果 8． 1 LED 漢字顯示屏使用說明 8． 1． 1 使用環(huán)境 為保證 LED 顯示屏的使用壽命，獲得良好的顯示效果。 8． 1． 2 下載程序 （ 1）在 PC 機上用 Keil 軟件將程序編譯成 hex文件格式的文件。 （ 1）上位機軟件安裝包大?。? MB （ 2）上位機程序大小