【正文】 機(jī)與下位機(jī)采用 RS232 通信標(biāo)準(zhǔn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。由 LED 控制卡驅(qū)動(dòng) 32*64 點(diǎn)陣屏顯示，利用人眼的滯留 現(xiàn)象，達(dá)到能夠?qū)崟r(shí)修改顯示內(nèi)容的目的。Key wordsHost puter。32*64 monochrome dot matrix screen。利用不同的半導(dǎo)體材料可以制造不同色彩的 LED 像素點(diǎn) [1]。而藍(lán)色和純綠色 LED 的開(kāi)發(fā)已經(jīng)達(dá)到了實(shí)用階段。LED 顯示屏分 為圖文 顯示屏和條幅顯示屏，均由 LED 矩陣塊組成。LED 顯示屏因?yàn)槠湎袼貑卧侵鲃?dòng)發(fā)光的，具有亮度高， 視角廣、工作電壓低、功耗小、壽命長(zhǎng)、耐沖擊和性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn) [3]。 LED 顯示屏的 發(fā)展前景極為 廣闊，目前正朝著更高亮度、更高氣候耐受性、更高的發(fā)光密度、更高的發(fā)光均勻性，可靠性、全色化方向發(fā)展 [4]。并且有按鍵可以直接在下位機(jī)上調(diào)整時(shí)間與顯示速度,與上位機(jī)采用 RS232 通信的方式,控2制更加簡(jiǎn)便。雙基色顯示屏：紅和綠雙基色，256 級(jí)灰度、可以顯示 65536 種顏色。(2)、按 顯示器件分類：LED 數(shù)碼顯示屏：顯示器件 為 7 段碼數(shù)碼管，適于制作時(shí)鐘屏、利率屏等， 顯示數(shù)字的 電子顯示屏。(3)、按使用場(chǎng)合分類：室內(nèi)顯示屏：發(fā)光點(diǎn)較小，一般 Φ3mmΦ8mm，顯示面 積一般零點(diǎn)幾至十幾平方米。 (4)、按 發(fā)光點(diǎn)直徑分類：室內(nèi)屏：Φ3mm、Φ5mm。室外屏發(fā)光的基本單元為發(fā)光筒，發(fā)光筒的原理是將一組紅、綠、藍(lán)發(fā)光二極管封在一個(gè)塑料筒內(nèi)共同發(fā)光增強(qiáng)亮度 [5]。它利用發(fā)光二極管構(gòu)成的點(diǎn)陣模塊或像素單元組成大面積顯示屏幕，結(jié)合了微電子技術(shù)、光學(xué)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處3理等現(xiàn)代高新技術(shù)，以其可靠性高、使用壽命長(zhǎng)、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、性價(jià)比合理、使用成本低等特點(diǎn)迅速成為大型平板顯示的主流產(chǎn)品，以其明顯優(yōu)越于背投、等離子、液晶顯示及電視屏幕的性能而在信息顯示領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，如體育場(chǎng)館、大型展覽館、市政廣場(chǎng)、演唱會(huì)、車站、機(jī)場(chǎng)等場(chǎng)所 [6]。顯示信息無(wú)處不在。國(guó)際大都市如紐約、巴黎、 倫敦都普遍使用大型 LED全彩顯示屏作為信息傳播、廣告宣傳的新型載體。 按每年 30%的增長(zhǎng)速度，LED 顯示屏的市 場(chǎng)規(guī) 模將會(huì)不斷的壯大，由于 LED 產(chǎn)品具有性能穩(wěn)定、壽命較長(zhǎng)、功耗 較小以及價(jià)格低廉等優(yōu)勢(shì)，因此在各種實(shí)際應(yīng)用中具有較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，市場(chǎng)前景十分廣闊。這種一體化封裝的點(diǎn)陣 LED 模塊，具有高亮度、引腳少、視角大、壽命長(zhǎng)、耐濕、耐冷 熱、耐腐蝕等特點(diǎn)。根據(jù)像素顏色的數(shù)目可分為單色、雙基色、三基色等。單色點(diǎn)陣只能顯示固定色彩如紅、綠、黃等單色，雙基色和三基色點(diǎn)陣顯示內(nèi)容的顏色由像素內(nèi)不同顏色發(fā)光二極管點(diǎn)亮組合方式?jīng)Q定，如紅綠都亮?xí)r可顯示黃色，如果按照脈沖方式控制二極管的點(diǎn)亮?xí)r間，則可實(shí)現(xiàn) 256 或更高級(jí)灰度顯示，即可實(shí)現(xiàn)真彩色顯示 [8]。圖 88 單色 LED 模塊內(nèi)部電路LED 點(diǎn)陣顯 示器單塊 使用時(shí)，既可代替數(shù)碼管顯示數(shù)字，也可顯示各種中西文字及符號(hào)。用多塊點(diǎn)陣顯示器組合則可構(gòu)成大屏幕顯示器，但 這類大屏幕顯示方法常通過(guò) PC 機(jī)或單片機(jī)控制驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)顯 示原理簡(jiǎn)單、控制方便，但硬件接線復(fù)雜，在實(shí)際應(yīng)用中一般采用動(dòng)態(tài)顯示方式，動(dòng)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(dòng)，從上到下逐次不斷地對(duì)顯示屏的各行進(jìn)行選通，同5時(shí)又向各列送出表示圖形或文字信息的列數(shù)據(jù)信號(hào)，反復(fù)循環(huán)以上操作，就可以顯示各種圖形或文字信息。將連續(xù)的幾幀畫(huà)面高速的循環(huán)顯示，只要幀速率高于 24 幀/秒，人眼看起來(lái)就是一個(gè)完整的，相對(duì)靜止的畫(huà)面 [9]。在電子領(lǐng)域中，因?yàn)檫@ 種動(dòng)態(tài)掃描顯示方式極大的縮減了發(fā)光單元的信號(hào)線數(shù)量，便于 PBC 的布局 難度促 進(jìn)工廠批量生產(chǎn)，因此在 LED 顯示技術(shù)中被廣泛使用。紅色水平線 Y0、Y1……Y7 叫做行 線，接內(nèi)部發(fā)光二極管的陽(yáng)極，每一行 8個(gè) LED 的陽(yáng)極都接在本行的行線上。同 樣，紅色豎直線 X0、X1……X7 叫做列線，接內(nèi)部每列 8 個(gè) LED 的陰極，相鄰兩列線間絕緣。則行線和列線的交叉點(diǎn)處的 LED 就會(huì)有電 流流過(guò)而發(fā)光。再如 Y0 為 1，X0 到 X7 均為 0，則最上面一行 8 個(gè)LED 全點(diǎn)亮。其過(guò)程如圖 所示。在這個(gè)示例中， Y 叫行掃描線，行掃描線在每個(gè)時(shí)刻只有一根線為“1” 即有效行選通電 平， X 叫列數(shù)據(jù)線，其內(nèi)容就是點(diǎn) 陣化的字模數(shù)據(jù)的體現(xiàn)。（1）．Y=0x01,X=0xFF,如圖 第一行；（2）．Y=0x1C,X=0x02,如圖 第二行；（3）．Y=0x22,X=0x04,如圖 第三行；（4）．Y=0x22,X=0x08,如圖 第四行；（5）．Y=0x1E,X=0x10,如圖 第五行；（6）．Y=0x01,X=0x20,如圖 第六行；（7）．Y=0x04,X=0x04,如圖 第七行；（8）．Y=0x38,X=0x80,如圖 第八行；（9）．跳到第（1）步循環(huán)。LED 顯示屏上將呈現(xiàn)出一個(gè)完整的“9”字符。只不過(guò)實(shí)際運(yùn)用的時(shí)候，列線和行線通7常不止 8 位，還要根據(jù)列線和行線的數(shù)量來(lái)決定是用行線或列線來(lái)做掃描線。如果用列線來(lái)做掃描線，則每列 LED 在每 96 次循環(huán)掃描中只可能亮一次，則其發(fā)光視覺(jué)平均亮度為直流亮度的 1/96。可見(jiàn)，用行線做掃描線，因?yàn)槠浒l(fā)光周期的占空比較大，其視覺(jué)亮度是用列線做掃描線的 6 倍。在實(shí)際運(yùn)用的時(shí)候，還要在每?jī)蓭g加上合適的延時(shí)，以使人眼能清晰的看見(jiàn)發(fā)光。比如先將掃描線全部設(shè)置為無(wú)效電平，送下一行的列數(shù)據(jù)后再選通掃描線，避免出現(xiàn)尾影。(2)、通 過(guò)上位機(jī)修改顯示內(nèi)容，按鍵可改變顯示內(nèi)容。 設(shè)計(jì)方案論證 顯示單元模塊的選擇LED 顯示屏 顯示一個(gè) 簡(jiǎn)單的漢字，至少需要一個(gè) 16*16 點(diǎn)陣單8元來(lái)構(gòu)成，根據(jù)發(fā)光點(diǎn)直徑的大小分為 和 5mm 的 LED 點(diǎn)陣模塊。方案二：5mm 直徑組成的 8*8 點(diǎn)陣模塊，在同 樣的距離內(nèi) 5mm直徑的發(fā)光二極管組成的 8*8 的點(diǎn)陣模塊所發(fā)出的亮度值大約是 單元模塊的一倍，清晰程度也高于 的單元模塊。這樣每個(gè) 88 漢字能 夠獲得 1616cm 的顯示尺寸，因此在 50 米處仍能清晰閱讀。 主控制器的選擇隨著廣告屏顯示內(nèi)容的多媒體化，對(duì)控制器傳輸速度，運(yùn)算能力的要求越來(lái)越高?？刂破鞯姆N類也在不斷發(fā)展以適應(yīng)市場(chǎng)需求,不同功能檔次的廣告屏對(duì)應(yīng)著不同的處理器。STC12C560S2 單片機(jī)是傳統(tǒng)的 8051 單片機(jī)的升級(jí)版，外部時(shí)鐘頻率可達(dá)到 80MHZ、60K 的 FLASH 存儲(chǔ)器、1280 字節(jié)的ROM 和 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換，擁有 P4 口適合需要多個(gè) I/O 的設(shè)計(jì)系統(tǒng)。FPGA 以高速、并行著稱。用他作為 LED 顯示屏的控制器，能 夠高速的處 理色階 PWM 信號(hào)、高速的完成動(dòng)態(tài)掃描邏輯、高速的完成字符移動(dòng)算法。但是其成本較高，開(kāi)發(fā)難度較大。ARM 有著極高的指令效率，極高的 時(shí)鐘頻率。在條屏的運(yùn)用中，能用 ARM 來(lái)實(shí)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(dòng)。因此，以 ARM 為控制器的 顯示屏常為視頻全彩屏。 點(diǎn)陣數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式的選擇目前使用最廣泛的技術(shù)是，通過(guò)上位機(jī)軟件將待顯示的字符串轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的點(diǎn)陣字模數(shù)據(jù)，通過(guò)燒寫(xiě)的方式將這些字模數(shù)據(jù)按一定的10順序編址后存儲(chǔ)在 E2PROM 中。對(duì)于一個(gè) 16*16 點(diǎn)陣的漢字字模數(shù)據(jù)，需要連續(xù) 32 字節(jié)的 E2PROM 空 間來(lái)存儲(chǔ)。通常的單片機(jī)內(nèi)部沒(méi)有集成 這么大容量的E2PROM。方案一：選用 FLASH 存儲(chǔ)器來(lái)存儲(chǔ)上位機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的漢字編碼，F(xiàn)LASH 存儲(chǔ)器種類多樣，其中最為常用的為 NOR 型和 NAND 型FLASH。它們對(duì) 數(shù)據(jù)的存取不是使用線性地址映射，而是通過(guò)寄存器的操作串行存取數(shù)據(jù)。方案二：選用 AT24C64 存儲(chǔ)器來(lái)存儲(chǔ)漢字編碼，AT24C64 采用的是 I2C 總線接口方式，I 2C 總線是一種用于 IC 器件之間連接的二線制總線。I 2C 總線的數(shù)據(jù)傳送速率在標(biāo)準(zhǔn)工作方式下為 100kbit/s，在快速方式下，最高傳送速率可達(dá) 400kbit/s。采用 I2C 總線標(biāo)準(zhǔn)的單片機(jī)或 IC 器件，其內(nèi)部不僅有 I2C 接口電路，而且將內(nèi)部各單元電路按功能劃分為若干相對(duì)獨(dú)立的模塊，通過(guò)軟件尋址實(shí)現(xiàn)片選，減少了器件片選線的連接。由于本設(shè)計(jì)的任務(wù)是需要存儲(chǔ)漢字不少于 64 個(gè)，采用 FLASH芯片來(lái)存儲(chǔ)漢字編碼，其操作復(fù)雜、成本太高，不適合在本次設(shè)計(jì)中采用 FLASH 芯片，因此本設(shè)計(jì)采用方案二來(lái)存儲(chǔ)上位機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的漢字編碼并用尋址讀取數(shù)據(jù)。低 8 位行掃描線高 8 位行掃描線行掃描驅(qū)動(dòng)電路Y 0Y 1 5X0X1X n1 6 位移位寄存器1 6 位移位寄存器1 6 位移位寄存器電源S T C 1 2 C 5 A 6 0 S 2單片機(jī)EEPORM64上位機(jī)RS232電平轉(zhuǎn)換R S 2 3 2 屏蔽線I/O口I/O口通用 I O 口圖 LED 顯示屏系統(tǒng)框圖在圖 中，X 0、X1—Xn 為顯示單元。所有顯示單元的 16 根行線均連接到公共的行掃描驅(qū)動(dòng)電路。12中央微處理器 MCU 負(fù)責(zé)與所有外圍設(shè)備的協(xié)調(diào)通信，以及各種算法的處理。通用 I/O 口模擬同步串行接口以實(shí)現(xiàn)和列數(shù)據(jù)鎖存器（移位鎖存器）之間的單向通信。下半屏存儲(chǔ)的是上位機(jī)要傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)。 Display_Buffer 中的一位與 LED 的一個(gè)點(diǎn)陣一一對(duì)應(yīng)。(2)、移 動(dòng)處理任務(wù)：移動(dòng)處理任務(wù)負(fù)責(zé)完成顯示字符逐點(diǎn)陣向左移動(dòng)的算法處理，這是最基本的顯示效果。對(duì)顯示字符的移動(dòng)，實(shí)質(zhì) 上是對(duì)顯示緩沖區(qū) Display_Buffer 內(nèi)數(shù)據(jù)的移動(dòng)。13(3)、字符更新任 務(wù)：在單片機(jī)的 xdata 區(qū)開(kāi)辟了 32 字節(jié)的字模數(shù)據(jù)緩存區(qū) Temp_Buffer。當(dāng) 調(diào)用字符更新任務(wù)時(shí)，程序從 E2PROM 內(nèi)碼區(qū)指定位置 讀取相鄰兩字節(jié)的漢字內(nèi)碼數(shù)據(jù)。單片機(jī)通過(guò) I2C 接口，向 E2PROM 發(fā)送讀命令和地址，單片機(jī)連續(xù)讀取 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)。字模數(shù)據(jù)緩存區(qū) Temp_Buffer 中的數(shù)據(jù)可通過(guò)調(diào)用移動(dòng)處理任務(wù)而逐位轉(zhuǎn)移至動(dòng)態(tài)顯示緩沖區(qū) Display_Buffer 中，這樣在LED 顯示屏上就 顯示我 們所需要的內(nèi)容。通過(guò) LED 控制卡來(lái)驅(qū)動(dòng) 32*64 顯示屏上面的行，列選通芯片，把十六進(jìn)制漢字編碼送 74HC595 顯示。圖 為核心控制器件與標(biāo)準(zhǔn)的接口，其他各個(gè)部分控制電路( 見(jiàn)附錄 A)14*μFJkΩBOxKYHZ單圖 控制卡原理圖 列驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中 32*64 點(diǎn)陣屏的列驅(qū)動(dòng)電路由 16 片串聯(lián)的 8 位移位鎖存器 74HC595 構(gòu)成，如下圖 所示，通 過(guò) 第一片串行數(shù)據(jù)輸出腳（SQ）接入第二片的數(shù)據(jù)輸入端,再?gòu)牡诙臄?shù)據(jù)輸出腳接入第三片 595 的 14（SI）腳數(shù)據(jù)輸入端，這樣通過(guò)多片級(jí)聯(lián)就可以控制多個(gè)點(diǎn)陣屏模塊的列選，再加上時(shí)鐘線（CLK），輸出鎖存數(shù)據(jù)線（RST），多塊 595 級(jí)聯(lián)時(shí)也只要控制這三個(gè)控制端口我們就可以控制 32*64點(diǎn)陣屏的列選號(hào)的輸出。這個(gè)特點(diǎn)保證了不用增加額外的擴(kuò)流電路即可輕松的驅(qū)動(dòng) LED。這樣就可以容納較大的傳輸線對(duì)地電容,使本設(shè)計(jì)的抗干擾能力增強(qiáng)。這種電壓波動(dòng)有高頻成分，也有低頻成分。為避免此問(wèn)題，在每個(gè) 74HC595 的電源 VCC 和 GND 旁邊都并聯(lián)了兩個(gè)電容，用于濾波和退耦。消除自激，減小對(duì)外雜散電磁輻射，提高 EMI 電磁兼容性。9MR0SHcpTOEVCBLK圖 兩片 74HC595 級(jí)聯(lián)圖 行驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 32*64 點(diǎn)陣屏共用 16 片 138 級(jí)聯(lián)，通過(guò)總線驅(qū)動(dòng)芯片 74HC245驅(qū)動(dòng)行/列信號(hào)，從總線上的低 4 位輸出的行號(hào)經(jīng)兩片 138 級(jí)聯(lián)后形成 4/16 線譯碼器后生成 16 條行選信號(hào)，具體電路如圖 所示。一條線上要帶動(dòng) 32 列的 LED 燈同時(shí)發(fā)光時(shí)，按每一 LED 器件 15mA 電流計(jì)算，32 個(gè) LED 同時(shí)發(fā)光時(shí)，需要 480mA 的電流，選用三極管 8550 作為驅(qū)動(dòng)管可以滿足要求。兩片級(jí)聯(lián)后的138 電路如下：16A1B2C3G456Y07ND89VUHOE圖 兩片 74HC138 級(jí)聯(lián)電路圖 時(shí)鐘模塊電路設(shè)計(jì)DS1302 是美國(guó) DALLAS 公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM 的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電 路，它可以對(duì)年、月、日、周日、 時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏 年補(bǔ)償功能，工作電壓為 ～ 。 DS1302 內(nèi)部有一個(gè) 318 的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的 RAM 寄存器。圖 為時(shí)鐘模塊電路： 圖 DS1302 時(shí)鐘電路圖 溫度驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)Dallas 半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度 傳感器 DS1820 是世界上第一片17支持“一線總線 差為177。C 。一線總線獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。DS18B20 支持“ 一線總線”接口，測(cè) 量范圍55176。C，在 10~+85176。176。DS1822 的精度較接以“ 一線總線”的數(shù)字方式傳輸，見(jiàn)圖 所示這種方式大大提高了