劉杰

【摘 要】本文介紹了一種智能式LED點(diǎn)陣顯示屏，并給出了LED點(diǎn)陣顯示屏計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)方框圖。

【關(guān)鍵詞】LED；點(diǎn)陣；智能式；89C51單片機(jī)

0.概述

LED大屏幕顯示系統(tǒng)是一種集計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)、通信技術(shù)、影像技術(shù)和電子技術(shù)等科技含量高產(chǎn)品。大屏幕智能顯示屏使用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，將光、電融合為一體的大屏幕智能顯示屏已經(jīng)應(yīng)用到許多行業(yè)和領(lǐng)域，具有良好的前景。

此設(shè)計(jì)在LED大屏幕顯示系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，開發(fā)研制的智能式LED電子顯示屏，具有以下特點(diǎn)：

（1）對(duì)屏幕的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、檢測(cè)、控制，并通過LED顯示屏顯示出來。DS1820測(cè)量的溫度范圍是-55℃-+125℃，分辨率為0.5℃，測(cè)量誤差很小。

（2）能產(chǎn)生高精度的時(shí)鐘信號(hào)。系統(tǒng)使用的時(shí)鐘芯片DS12887能提供恒定的時(shí)間和精準(zhǔn)的定時(shí)功能，也可進(jìn)行報(bào)警中斷。

（3）本系統(tǒng)集時(shí)間、圖形、漢字、溫度等內(nèi)容為一體，顯示內(nèi)容多，而且可以進(jìn)行智能化控制，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)對(duì)話。

1.總體設(shè)計(jì)

總體設(shè)計(jì)主要分為兩大部分：系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)部分和軟件設(shè)計(jì)部分。

1.1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)主要是由控制系統(tǒng)、溫度采集系統(tǒng)、時(shí)鐘產(chǎn)生、顯示驅(qū)動(dòng)電路等四部分組成，系統(tǒng)方框圖見圖1所示。

圖1 系統(tǒng)方框圖

1.1.1系統(tǒng)控制

此控制系統(tǒng)是由AT89C51、2764、74LS154、74HC595、74LS373、7279A、MAX232等芯片組成。

顯示緩沖區(qū)采用2764。在顯示緩沖區(qū)RAM中，取出相應(yīng)顯示數(shù)據(jù)或圖形信息，進(jìn)行信息的動(dòng)態(tài)顯示。保證了單片機(jī)控制系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

MAX232被用作進(jìn)行串行通訊，它與上位機(jī)（即計(jì)算機(jī)）進(jìn)行直接通訊，實(shí)時(shí)接收計(jì)算機(jī)發(fā)送來的控制信息和顯示數(shù)據(jù)。

鍵盤電路選用智能控制芯片HD7279A，它通過串行方式與主機(jī)接口連接，占用的數(shù)據(jù)線少，節(jié)省了主機(jī)端口，而且它的附加器件很少，編程較容易。

1.1.2溫度采集

本系統(tǒng)采用單線多點(diǎn)溫度采集電路進(jìn)行溫度檢測(cè)，采用Dallas公司生產(chǎn)的數(shù)字溫度傳感器，具有獨(dú)特的單線接口，可將溫度直接轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量讀出。采用該數(shù)字溫度傳感器進(jìn)行設(shè)計(jì)能夠省去A/D轉(zhuǎn)換電路、放大電路，具有很高的性價(jià)比。

1.1.3時(shí)鐘產(chǎn)生

在MCS-51系列單片機(jī)中，通過兩個(gè)記數(shù)定時(shí)器能夠?qū)崿F(xiàn)時(shí)鐘系統(tǒng)，由于它的計(jì)時(shí)精度一般，為了得到高精度時(shí)鐘控制，我們選用功能更強(qiáng)大，價(jià)格較便宜，編程簡(jiǎn)單的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS12887。

1.1.4顯示驅(qū)動(dòng)

本系統(tǒng)采用逐行掃描列驅(qū)動(dòng)的方式，74HC595是串行輸入并行輸出的移位寄存器。每塊芯片可以鎖存驅(qū)動(dòng)八個(gè)發(fā)光二極管。驅(qū)動(dòng)電路采用三極管放大電路，驅(qū)動(dòng)電路如圖2。

圖2 驅(qū)動(dòng)電路

1.2軟件部分

此系統(tǒng)掃描方式采用動(dòng)態(tài)掃描，每屏能顯示八個(gè)漢字、溫度信息、圖像和時(shí)間等。

一開機(jī)首先進(jìn)行單片機(jī)的初始化，DS1820進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，設(shè)置數(shù)據(jù)緩沖區(qū)、串行口的工作方式，允許進(jìn)行串行通訊，預(yù)備從串行口接收待顯示數(shù)據(jù)。

在顯示子程序中，單片機(jī)對(duì)將要顯示的漢字進(jìn)行編號(hào)，查找到顯示漢字的首地址，然后傳輸32個(gè)字節(jié)，完成一個(gè)漢字的顯示過程。通過循環(huán)方式可以顯示所有需要顯示的漢字。溫度信息的顯示、時(shí)鐘信息的顯示均采用同一原理。

在常用顯示技術(shù)中，大多是將所需要顯示的字符、符號(hào)以及漢字等以點(diǎn)陣的形式存放在系統(tǒng)的程序存儲(chǔ)器中，需要顯示時(shí)再從程序存儲(chǔ)器中調(diào)用。這種顯示方法存在很大的缺點(diǎn)，如果顯示的漢字內(nèi)容比較多的時(shí)候，每一個(gè)漢字就需要32個(gè)字節(jié)，不但程序存儲(chǔ)器的容量不夠大，而且就輸入每個(gè)漢字的點(diǎn)陣碼，也是一件非常繁瑣的事情。此外，在軟件上設(shè)計(jì)起來也是非常麻煩。

采用逐行掃描的方式顯示漢字，需要循環(huán)掃描每一個(gè)字的時(shí)間要長，只有這樣才能讓人們看清楚每一個(gè)漢字，在顯示漢字時(shí)才會(huì)穩(wěn)定的感覺。

2.實(shí)際制作中的一些難題

最初由于驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)不夠合理，使得點(diǎn)亮LED時(shí)，驅(qū)動(dòng)電流太小，每一個(gè)LED發(fā)光二極管的亮度極低，看不清楚顯示的漢字。這主要是由于LED的發(fā)光亮度基本上正比于電流強(qiáng)度，而多數(shù)LED發(fā)光二極管的電流范圍在5mA～20mA之間，因此，我們改動(dòng)了驅(qū)動(dòng)電路，增大了驅(qū)動(dòng)電流，使發(fā)光二極管達(dá)到理想的亮度。

在本系統(tǒng)中，為了使LED發(fā)光二極管達(dá)到最佳的亮度，我們通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)值與理論值的對(duì)比，以使其達(dá)到最佳亮度。對(duì)于發(fā)光二極管的實(shí)際發(fā)光電流一般在5mA～20mA左右，但是在用三極管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的時(shí)候，使用一個(gè)滑動(dòng)變阻器進(jìn)行電流測(cè)試，當(dāng)變阻器的阻值在40Ω左右時(shí)，用萬壓表測(cè)量電流，檢測(cè)顯示電流竟達(dá)到48mA，但是二極管仍然沒有被燒壞。這是因?yàn)樵趧?dòng)態(tài)顯示時(shí)，盡管電流很大，但是每次導(dǎo)通的時(shí)間都很短，所以二極管在短時(shí)間內(nèi)不會(huì)被燒壞。這樣電流加大后，亮度大大提高。

由于LED的響應(yīng)時(shí)間很短，在采用動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)時(shí)就必須考慮時(shí)間問題。由于沒有余輝時(shí)間可利用，只有提高掃描頻率來適應(yīng)人的視覺特性。一般說來，發(fā)光二極管在每秒鐘內(nèi)能夠亮25次以上，人眼就不會(huì)感覺到有閃爍，這時(shí)的畫面給人的感覺是穩(wěn)定的。在本系統(tǒng)里，每一個(gè)發(fā)光二極管每秒鐘能夠亮50次。

3.結(jié)束語

本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了中西文、圖形、時(shí)間、溫度的顯示，通過上位機(jī)可以隨意改變顯示的內(nèi)容，實(shí)時(shí)性能較好，智能化程度較高，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)對(duì)話，顯示效果較好。同時(shí)本系統(tǒng)也可以用于多種公共場(chǎng)所，具有很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。 [科]