【文章內(nèi)容簡介】 5總線的通訊系統(tǒng)、下位機(jī)和無線手持智能終端的無線通信系統(tǒng)、存儲器擴(kuò)展系統(tǒng)、字模提取系統(tǒng)、時鐘系統(tǒng)、聲光報(bào)警系統(tǒng)等的硬件電路設(shè)計(jì)和PCB板開發(fā)。 第四，確定通訊協(xié)議。 第五，在硬件設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上進(jìn)行硬件部分的軟件開發(fā)，選用C語言進(jìn)行開發(fā)。 第六，上位機(jī)軟件選取了目前比較流行的VC進(jìn)行開發(fā)。 隨著LED顯示屏的顯示技術(shù)和控制技術(shù)的飛速發(fā)展，LED顯示屏的應(yīng)用范圍越來越廣，更多的場合對LED顯示屏提出了更多更新更高的要求，例如本文所研制的LED通訊屏就是國內(nèi)市場上的一大空白。 目前幾乎所有的LED屏都只作為顯示屏而存在，只有上位機(jī)向下位機(jī)發(fā)送與顯示內(nèi)容相關(guān)的信息，而上位機(jī)并不能得到下位機(jī)的信息反饋，即上位機(jī)和下位機(jī)不能實(shí)現(xiàn)雙向通訊。 本課題不僅解決了該項(xiàng)目中指揮中心和生產(chǎn)工廠通訊難的問題，也為同樣需要LED顯示系統(tǒng)作為遠(yuǎn)程雙向多機(jī)的通訊系統(tǒng)的場合提供了解決思路，彌補(bǔ)了國內(nèi)市場的空白，拓展了LED屏的發(fā)展空間。 本章在介紹LED顯示屏控制系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，針對某項(xiàng)目中的某工廠在強(qiáng)噪音環(huán)境中需要指揮調(diào)度中心與多個生產(chǎn)車間進(jìn)行產(chǎn)量信息發(fā)布和通知信息發(fā)布反饋的難題，提出了一種基于RS485總線的雙向主從分布式遠(yuǎn)程多機(jī)LED顯示屏控制系統(tǒng)，從而很好地解決該工廠指揮調(diào)度中心和各車間通訊難的問題。 第二章系統(tǒng)的組成及總體設(shè)計(jì)2. 1系統(tǒng)的組成及功能 本文所設(shè)計(jì)的LED大屏幕顯示系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)組成如下圖所示，由三大部分組成:一臺上位工控機(jī)、12臺下位機(jī)和通信部分。 ，下位機(jī)硬件部分主要包括包括下位機(jī)控制系統(tǒng)，LED屏點(diǎn)陣驅(qū)動系統(tǒng)，無線手持智能終端，另外還有字模信息提取及存儲系統(tǒng)，時鐘芯片和聲光報(bào)警部分。其中每臺下位機(jī)的控制系統(tǒng)采用兩片單片機(jī)。單片機(jī)1控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)控制LED的時間和產(chǎn)量的靜態(tài)顯示，無線手持智能終端和報(bào)警部分。其中手持智能終端包括液晶顯示屏、鍵盤、SD卡三部分。單片機(jī)2控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)通知信息的字模信息提取及存儲，以及通知信息的動態(tài)顯示。 通信部分包括兩部分:上位機(jī)和下位機(jī)間采用基于RS485總線的通訊系統(tǒng)、下位機(jī)和無線手持智能終端間采用基于SPI總線的無線通信系統(tǒng)。2. 1. 2本系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)組成 軟件部分包括上位機(jī)軟件和下位機(jī)軟件。 (1)上位機(jī)軟件 上位PC機(jī)作為整個系統(tǒng)的控制中心，負(fù)責(zé)向12臺下位機(jī)發(fā)送顯示信息，輪詢命令，和接收下位機(jī)反饋信息。通過制定相應(yīng)通信協(xié)議，可以向不同的下位機(jī)系統(tǒng)發(fā)送不同信息，可以接收各下位機(jī)反饋的信息。 (2)下位機(jī)軟件 單片機(jī)1控制軟件要完成如下功能:控制時鐘芯片對LED顯示屏的時間進(jìn)行實(shí)時刷新。接收上位機(jī)發(fā)送的時間校正命令和產(chǎn)量信息。顯示時間和產(chǎn)量。通過無線端口把通知信息發(fā)送給手持智能終端，智能終端把通知信息顯示在LCD上，通過鍵盤輸入向上位機(jī)進(jìn)行信息反饋，并在大屏上動態(tài)顯示。所有上位機(jī)和本機(jī)的通信信息都存儲在SD卡中，并可以取出來插入電腦的讀卡器進(jìn)行隨時查閱。 單片機(jī)2控制軟件要完成如下功能:當(dāng)通知到來時發(fā)出聲光報(bào)警信號。接收上位機(jī)發(fā)送的通知信息的機(jī)內(nèi)碼，通過機(jī)內(nèi)碼在字庫中查詢通知信息的字模，并存儲在擴(kuò)展存儲器中。完成通知信息的動態(tài)顯示。2. 2系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)2. 2. 1系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的硬件電路主要由以下幾部分部分組成:下位機(jī)控制部分電路、LED屏點(diǎn)陣顯示驅(qū)動電路，上位機(jī)和下位機(jī)的通信電路，字模信息提取及存儲系統(tǒng)，手持智能終端電路，時鐘電路，聲光報(bào)警電路。下面分別對每一部分的總體設(shè)計(jì)進(jìn)行論述。 ①采用AT89C51單片機(jī)〔7，為控制器，AT89C51是Atmel公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能的CMOS 8位單片機(jī)，輔以外圍電路，完成串行通訊、外部存儲器讀取、通過上位機(jī)的命令將硬件字庫的內(nèi)容調(diào)出并進(jìn)行顯示等功能。但是這種方案需要單片機(jī)具有較多的I/O口以進(jìn)行擴(kuò)展，并且要求單片機(jī)的運(yùn)行速度較高，否則點(diǎn)陣顯示屏無法正常刷新，單周期指令執(zhí)行速度為lus，傳送一個字節(jié)至少需要8個周期，一個漢字的大小為32x24點(diǎn)，屏的大小為24x256點(diǎn)，若顯示50個漢字字模碼所需的時間至少為(50 X Bus X 24 X 32 )干8=，并且其他指令的執(zhí)行時間還并沒有計(jì)算在內(nèi)。，要想使人清晰的看到穩(wěn)定的LED顯示，刷新率至少應(yīng)在SOHz以上，即20ms，所以，AT89C51單片機(jī)的刷新速度較難滿足要求。從串口通訊方面來說，可以使用兩片AT89C51單片機(jī)，一片負(fù)責(zé)與上位機(jī)的通訊和鍵盤顯示等，另一片只負(fù)責(zé)驅(qū)動屏幕顯示，但這種方案使單片機(jī)資源分配不合理，且AT89C51的I/O口有限，不能滿足需要，并且升級能力極為有限，同時單片機(jī)的編程、調(diào)試難度增加，開發(fā)周期長，不宜采用此方案。 ②下位機(jī)的控制部分采用AVR系列單片機(jī)中的ATmega128單片機(jī)作為控制器。AVR系列單片機(jī)〔的是目前廣泛應(yīng)用單片機(jī)。ATmega128具有128K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash(具有在寫的過程中還可以讀的能力，即RWW), 4K字節(jié)的EEPROM,4K字節(jié)的SRAM, 53個通用I/O口線、32個通用工作寄存器等豐富的片上資源。所以本系統(tǒng)采用ATmega 128不論是在速度上還是擴(kuò)展方面均能滿足要求。2. 2. 1. 2 LED顯示屏驅(qū)動部分的選擇 發(fā)光二極管，是一種把電能變成光能的特種器件，當(dāng)電流通過它的時候，可以產(chǎn)生可視的光〔9]o LED顯示屏的像素點(diǎn)采用LED發(fā)光二極管，將許多發(fā)光二極管以點(diǎn)陣方式排列起來，構(gòu)成LED陣列，進(jìn)而構(gòu)成LED屏幕。 單片機(jī)驅(qū)動LED顯示的方法〔’。，有很多，按顯示方式可以分為靜態(tài)顯示和動掃描驅(qū)動顯示。 ①靜態(tài)顯示就是顯示驅(qū)動電路具有輸出鎖存功能，單片機(jī)將要顯示的數(shù)據(jù)送出后就不再控制LED，直到下一次顯示時再傳送一次新的數(shù)據(jù)。只要當(dāng)前顯示的數(shù)據(jù)沒變化，就無須理睬數(shù)碼顯示單元。靜態(tài)顯示的數(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用的CPU時間少。在靜態(tài)顯示中，每一個顯示器都要占用單獨(dú)具有鎖存功能的I/O口，這樣單片機(jī)只要把顯示的字型數(shù)據(jù)代碼發(fā)送到接口電路，該字段就可以顯示要發(fā)送的字型。要顯示新的數(shù)據(jù)時單片機(jī)再發(fā)送新的字型碼。靜態(tài)顯示的優(yōu)點(diǎn)是CPU占用時間較少，缺點(diǎn)是占用I/O口較多，且耗電量較大。 ②動態(tài)掃描驅(qū)動〔‘”是通過數(shù)字邏輯電路，使若干LED器件輪流導(dǎo)通，用以節(jié)省控制驅(qū)動電路。LED顯示屏是將發(fā)光燈按行或按列布置的，驅(qū)動時也就按行或按列驅(qū)動。在掃描驅(qū)動方式下可以按行掃描，按列控制。也可以按列掃描，按行控制。 所謂“行掃描”的含義，就是指一行一行地循環(huán)接通整行的LED器件，而不問這一行的哪一列的LED器件是否應(yīng)該點(diǎn)亮，某一列的LED器件是否應(yīng)該點(diǎn)亮，由所謂的列控制電路來負(fù)責(zé)。 實(shí)現(xiàn)行掃描方法是用其接口電路把所有顯示單元的列信號端連在一起，而每一個顯示單元的行選端各自獨(dú)立接受I/O線控制。CPU向字段輸出端口輸出字型碼時，所有顯示器接受相同的字型碼，但究竟使能哪一位則由I/O線決定。動態(tài)掃描用分時的方法輪流控制每個顯示單元(8X8)的行選端，使每個顯示單元的各個行輪流點(diǎn)亮。在輪流點(diǎn)亮過程中，每位顯示器的點(diǎn)亮?xí)r間極為短暫，但由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，給人的印象就是一幅完整的畫面t}z]。優(yōu)點(diǎn)是占用1/0口較少，耗電量較少，缺點(diǎn)是占用CPU時間較多。本課題采用的就是這種按行掃描按列控制的驅(qū)動方式。 }1 RS232C是美國電子工業(yè)協(xié)會EIA(Electronic Industry Association)制定的一種串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)。RS是英文“推薦標(biāo)準(zhǔn)”的縮寫，232為標(biāo)識號，C表示修改次數(shù)。RS232C總線標(biāo)準(zhǔn)〔13]設(shè)有25條信號線，包括一個主通道和一個輔助通道，在多數(shù)情況下主要使用主通道，對于一般雙工通信，僅需幾條信號線就可實(shí)現(xiàn)，如一條發(fā)送線、一條接收線及一條地線。RS232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為每秒S0,75, 100, 150, 300, 600, 1200, 2400,