點陣電子顯示屏制作

1、點陣電子顯示屏制作摘要本系統(tǒng)是從實際應(yīng)用角度出發(fā)，針對當前市場上流行的LED產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域 而設(shè)計制作的多功能電子顯示屏，可用于商場導(dǎo)購促銷顯示、新聞與廣告顯示、 車站機場班次時間資訊顯示等。本簡易16行*64列LED電子顯示屏根據(jù)題目設(shè)計要求，硬件部分主要包括 SPCE061A單片機系統(tǒng)、16塊8*8LED點陣顯示模塊構(gòu)成16*64點陣、顯示驅(qū)動 電路、SPR4096存儲器、PCF8563實時時鐘電路、鍵盤輸入控制器等部分，還外 擴了液晶顯示、溫度實時檢測、無線通訊、電機驅(qū)動屏幕旋轉(zhuǎn)等電路，。本系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字、字母、漢字等預(yù)存信息的切換顯示，同時還可以實現(xiàn)信息的 定時循環(huán)、上下左右滾屏

2、、LED顯示亮度連續(xù)可調(diào)、實時時間顯示、實時溫度 顯示、無線遙控、顯示屏旋轉(zhuǎn)等擴展功能。另外，本系統(tǒng)可以和PC機通訊，通過PC機串口對顯示信息進行更新。關(guān)鍵詞：LED電子顯示屏 SPCE061A 串行通信AbstractThe LED lattice display system is a kind of new information display media with the rapid developme nt of the computer, micro-electro nics, photoelectr on tech no logy.This 16*64 LED display

3、system includes SPCE061A MCU system, sixteen 8*8 LED lattice modules, display driving circuit, SPR4096 memory module, PCF8563 as the real-time clock chip, keyboard controller et. In addition, it includes LCD circuit, real-time temperature detective, RF com muni cati on circuit. This system can displ

4、ay the numbers, letters, Chinese characters. It can display the information timely and circularly, up-rolli ngly, dow n rolli ngly left-rolli ngly, right-roili ngly. The light ness of the displayi ng in formatio n can be adjusted con ti nu ously. Further more, this system can be remote con trolled a

5、nd com muni cate with PC by COM1 to update the display in formatio n.一、方案比較3.1控制系統(tǒng)3.2、點陣信息提取方案 3.3、顯示驅(qū)動電路4.二、硬件設(shè)計與論證 4.1主控制單片機5.2、LED顯示驅(qū)動電路 5.3、數(shù)據(jù)存儲器7.4、鍵盤液晶顯示模塊8.5、無線通信模塊8.6、時鐘電路的設(shè)計9.7、溫度檢測9.&打印機的選擇1.09、旋轉(zhuǎn)底盤的設(shè)計 10三、系統(tǒng)的軟件設(shè)計1.01主程序流程圖 .1.12、點陣字模信息提取程序流程圖 1.13、LED各顯示程序1.14、串行通信程序 115、PC機客戶程序11四、系統(tǒng)

6、功能測試141測試及制作中所用儀器 142、鍵盤各鍵功能1.43、單元模塊電路測試 .154、系統(tǒng)整體功能測試 .15五、總結(jié)1.5一、方案比較1、控制系統(tǒng)LED點陣電子顯示屏的設(shè)計一般有兩種方案：方案一：采用可編程邏輯器件作為核心控制器產(chǎn)生 LED點陣的行、列驅(qū)動 信號。由于該系統(tǒng)不僅要實現(xiàn)信息的顯示，還要具備鍵盤控制器、顯示亮度連續(xù) 可調(diào)、實時時鐘顯示、與PC機通訊等功能及其他發(fā)揮功能，這就要求需要用中 大規(guī)模的PLD，設(shè)計多個接口電路，開發(fā)周期長，不易進一步擴展，同時系統(tǒng) 的成本會急劇上升（相對于第二種方案）。因此，本設(shè)計并未采用這種方案。方案二：采用單片機系統(tǒng)來實現(xiàn)。鑒于 SPCE06

7、1A單片機比傳統(tǒng)的51系列 8位單片機具有更加豐富的資源，而且數(shù)據(jù)處理速度快，同時“61板除了具備單 片機最小系統(tǒng)電路外還包括有電源電路、 音頻電路（含MIC輸入部分和DAC音 頻輸出部分）、復(fù)位電路等，體積小，可靠性高。本系統(tǒng)的設(shè)計采用雙單片機系 統(tǒng)，一個主要用于完成多功能顯示控制功能， 另一個主要用于實時時鐘顯示、 實 時溫度檢測顯示、無線通訊以及其他的擴展發(fā)揮部分功能， 這樣提供了充足的內(nèi) 部空間和更多的外部接口；同時由于安裝和調(diào)試工作可以并行進行， 極大地縮短 了總體設(shè)計和制造的時間。2、點陣信息提取方案要用LED點陣來顯示數(shù)字、字母和漢字等信息，首先要能夠提取出其字模 數(shù)據(jù)，即一個1

8、6*8的點陣數(shù)字、字母的字模數(shù)據(jù)共有 16個字節(jié)，一個16*16 的點陣漢字的字模數(shù)據(jù)共有32個字節(jié)。首先要確定點陣信息提取方案。方案一：固定漢字顯示，就是將要顯示的語句中全部漢字的字母數(shù)據(jù)依次提 取出來，按順序存放在存儲器中，當有顯示任務(wù)時，直接取出字模數(shù)據(jù)送至顯示 器即可。這種方法占用空間少，程序?qū)崿F(xiàn)簡單，顯示速度快。本系統(tǒng)中對10組預(yù)存信息的點陣信息的提取和存儲就是采用這種方案。但是，要想顯示大量的漢字信息或直接對顯示信息進行更新，則幾乎是不可能的事。因此，要實現(xiàn)這樣的 功能就要采用第二種方案。方案二：將標準的點陣信息字模數(shù)據(jù)的字庫文件 （本系統(tǒng)中采用漢字庫文件 HZK16、ASCII碼

9、庫文件ASC16）裝入外擴ROM存儲器，采用與PC機相同的 編碼（機內(nèi)碼），先進行基于PC機的預(yù)處理，提取需顯示內(nèi)容的機內(nèi)碼，通過 串口發(fā)給單片機，單片機首先進行判斷，若是ASCII碼，則直接計算出起始地址，在ASC16文件中指定位置取出連續(xù)的16個字節(jié)即為其字模信息；若為漢字， 單片機將機內(nèi)碼轉(zhuǎn)換為區(qū)碼和位碼，再計算出起始地址，在HZK16文件中指定位置取出連續(xù)的32個字節(jié)即為其字模信息，然后送到顯示器去顯示。另外， PC機與單片機之間串口通信只是傳輸機內(nèi)碼，而不是傳輸字模信息，傳輸信息量小, 不需要復(fù)雜的通信協(xié)議。這樣既可以減輕單片機的負擔，而且可以根據(jù)要求隨時 改變顯示內(nèi)容，非常簡單靈活

10、。3、顯示驅(qū)動電路常用的顯示驅(qū)動方式有三種：方案一：串行控制驅(qū)動，這種方式的好處是單元內(nèi)的線路連接簡單， 給印刷 電路板的設(shè)計帶來方便，減少了布線的密度，方便以后的制作與調(diào)試，而且相對 提高了每個單元的可靠性；方案二：并行控制驅(qū)動，將顯示數(shù)據(jù)通過并行（一般為8位）方式送入驅(qū)動電 路，這樣的好處是：相對于串行控制而言，數(shù)據(jù)的刷新速度快，在處理同等數(shù)量 的數(shù)據(jù)時，對處理速度要求可以大大降低， 從而提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但也正因 為“并行”使單元內(nèi)的數(shù)據(jù)線路的連接更加復(fù)雜，布線后的排錯難度大大增加；方案三：采用專用集成電路（ASIC ）直接驅(qū)動，由于這種專用集成電路是 集行控制、列控制和外圍驅(qū)動于一體

11、，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性更為可靠，特別適合戶外 的大型或者超大型顯示屏。因為這種類型的顯示屏對圖像顯示要求高， 不僅要保 證圖像的一致性，而且要保證圖像的穩(wěn)定、高亮。本次設(shè)計的顯示屏僅為16行*64列，更適合采用串行控制這種方式，這樣做 既省去了并行控制驅(qū)動在制版過程中十分復(fù)雜的布線，又因為沒有采用專用集成電路在一定程度上降低了整個系統(tǒng)的成本。二、硬件設(shè)計與論證根據(jù)以上的系統(tǒng)方案比較與分析，本設(shè)計的系統(tǒng)總體組成框圖如圖1所示:圖1系統(tǒng)的總體組成框圖系統(tǒng)整體由三大部分構(gòu)成：以單片機1#為核心的模塊一：包括16*64LED點陣、驅(qū)動電路、STR4096存儲器、無線數(shù)傳模塊、旋轉(zhuǎn)底盤、光電傳感器、音箱、打印

12、機。實現(xiàn)功能：主要 用來實現(xiàn)點陣的顯示，包括特定標語庫內(nèi)容的顯示，適時時間顯示、適時溫度顯 示，并實現(xiàn)上下左右滾屏等各種花樣顯示；存儲器用來存儲漢字和ASCII碼的點陣庫，并實現(xiàn)掉電不丟失功能；無線模塊實現(xiàn)標語庫更新和接受設(shè)置信息；底盤 可實現(xiàn)顯示屏的左右轉(zhuǎn)動，擺動幅度可調(diào)；在商場導(dǎo)購中，光電傳感器用于檢測 人員進出，可與自動門配合使用，音箱播放“歡迎光臨”等語音信息；在廣告牌 應(yīng)用中，打印機用于名片打印。以單片機2#為核心的模塊二：包括4*4鍵盤、液晶、無線數(shù)傳模塊。實現(xiàn)功 能：該部分實現(xiàn)遙控器的功能，可以遙控設(shè)置顯示屏的滾動模式，選擇標語庫， 設(shè)置時間，設(shè)置擺頭幅度；實現(xiàn)標語庫的更新。（鍵

13、盤使用說明見附錄一）以上位PC機為核心的模塊三：包括上位機軟件和MAX232。實現(xiàn)功能：上位 機主要實現(xiàn)標語庫的數(shù)據(jù)更新，上位機軟件通過 MAX232將更新內(nèi)容（漢字或者 ASCII碼的機內(nèi)碼）送到單片機2#，然后無線傳輸?shù)絾纹瑱C1#實現(xiàn)數(shù)據(jù)更新。以下是各單元電路的具體設(shè)計：1、主控制單片機采用凌陽公司的16位單片機SPCE061A作為主控制器。由于SPCE061A內(nèi) 置有2K字的SRAM和32K字的內(nèi)存FLASH，能滿足本系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理及 LED 點陣顯示所需數(shù)據(jù)的存儲要求；CPU時鐘頻率高達49.152MHz，能滿足刷新速 度要求。另外，“ 61板”功能較強、性價比高，具有體積小、集成度高、

14、易擴 展、功耗小等優(yōu)點，簡化主控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計，可靠性高，而且凌陽單片 機具有C語言風格的匯編語言，有與標準 C兼容的C語言，C語言函數(shù)可以與 匯編函數(shù)互相調(diào)用，使其開發(fā)更加容易，實現(xiàn)整個系統(tǒng)更加簡單。2、LED顯示驅(qū)動電路本次設(shè)計中16行*64列LED電子顯示屏的制作以及其顯示驅(qū)動電路的設(shè)計 制作都是非常關(guān)鍵的部分。下面主要介紹一下顯示驅(qū)動電路的設(shè)計。本LED點陣屏采用動態(tài)掃描的方式顯示，即逐行掃描，工作時先將一行點 陣字模通過列驅(qū)動輸出，然后運用譯碼器選中對應(yīng)行，使該行得以顯示，接著再 送下一行數(shù)據(jù)，再選中下一行有效，直到 16行全被掃描一遍。至此，一幅完整 的文字信息就顯現(xiàn)出來。然

15、后在反復(fù)掃描這16行直至顯示新的信息。采用這種方式的優(yōu)點是耗電少，成本低，壽命長，但是也存在顯示亮度及內(nèi)容顯示穩(wěn)定的 問題。根據(jù)視覺滯留原理，根據(jù)視覺滯留原理，每屏的完整的顯示時間應(yīng)控制在 20ms之內(nèi)，即50Hz，人眼看上去才不會覺得閃爍。由于要掃描 16行的點陣， 所以每行的時間絕不能超過20msI6=1.25ms,同時也不是每行的掃描時間越短 越好，因為LED的亮度同電流的大小和維持時間的長短有關(guān)。LED點陣塊的單點靜態(tài)電流一般在10mA左右，由于占空比是1/16,所以單點的動態(tài)電流最大可以達到160mA。在維持時間恒疋的情況下，電流越大（不超過額疋電流），點 陣亮度也越亮，而在電流恒定

16、的情況下，需要一段維持時間來保持亮度。 試驗表 明當輸入LED的電流為15mA時，維持時間至少需要1ms,否則LED呈微亮狀 態(tài)。由于設(shè)計時設(shè)置SPCE061A單片機的時鐘頻率為24MHz，而每次傳送移行 的字模數(shù)據(jù)有64位，經(jīng)計算傳輸所需的時間小于 1ms，這樣就能充分利用列驅(qū) 動74HC595的鎖存功能，即在它接收下一行待顯示的數(shù)據(jù)，還沒有鎖存新數(shù)據(jù) 的這段時間來顯示本行的內(nèi)容，這樣就不需要額外加延時來增加顯示屏的亮度。 采用這個方法就不要再增加 LED的列驅(qū)動器件，從而使整個硬件結(jié)構(gòu)更簡化， 成本降低。行信號的處理是由四十六譯碼器 CD4514來完成譯碼，輸出為高。由于顯示 屏行的組成是

17、多個模塊并聯(lián)而成的，因而行驅(qū)動得功率要求比較大，而且我們進 行行掃描時需要所選行為低，故加反相驅(qū)動器 ULN2803來滿足要求。列信號的處理列信號的處理主要由 8片8位帶鎖存的串入并出移位寄存器 74HC595來完成。從單片機10 口串行輸出的64位點陣數(shù)據(jù)隨著移位時鐘的作 用逐位移動到對應(yīng)位置，在接收到鎖存信號后，將數(shù)據(jù)并行輸出至LED的列線, 最后在行驅(qū)動信號作用下點亮一行 LED象素。顯示掃描電路的電路圖如圖2所示。irons.JA.WC1J石HDIAJCCltLl4 3310111111111876-5 43310111111111_K-Qkk匚匚匸o o o o o oclciQ o

18、 o o- o Q o2 3 4 5-789LI J. til 心圖2 LED顯示掃描驅(qū)動電路3、數(shù)據(jù)存儲器設(shè)計題目要求能增大到10組預(yù)存信息，且顯示信息具有掉電保護功能，同 時考慮到要把漢字點陣字庫文件 HZK16 （261K字節(jié)）和ASCII碼點陣字庫文件 ASC16（ 4K字節(jié)）裝入到ROM存儲器中，以便根據(jù)機內(nèi)碼在字庫中尋址，找 到對應(yīng)的字模，提取后再送到點陣顯示屏顯示。因為SPCE061單片機的內(nèi)存Flash 只有32K，還要存放程序，因此需外擴數(shù)據(jù)存儲器。我們選擇了凌陽“61板”的配套模組SPR409& SPR4096是一個高性能的4M-bit（512K字節(jié)）FLASH，圖

19、3 SPR4096硬件連接圖4、鍵盤液晶顯示模塊為使用鍵盤作為顯示屏控制器，實現(xiàn)多功能顯示控制，我們使用智能型鍵盤 顯示控制芯片HD7279A作為4*4鍵盤與單片機之間的接口，其與微處理器僅需 4條接口線，采用串行通信方式，占用 CPU端口少，同時HD7279得到鍵盤碼 后通過中斷服務(wù)程序把按鍵信息送給單片機， 使單片機可以騰出更多時間質(zhì)性其 他操作。設(shè)計中我們需要用液晶模塊顯示遙控單片機菜單的各信息。在本系統(tǒng)中選用了 0CM4 X 8C模塊，可以顯示字母、數(shù)字符號、中文字型及圖形，具有繪 圖及文字畫面混合顯示功能，既可采用并行接口，又可采用串行接口，連線較 為方便。HD7229、0CM4 X

20、 8C與單片機連接原理圖如圖4所示。5、無線通信模塊在本設(shè)計中，我們采用了兩塊61板，1#板主要用于完成控制LED顯示屏, 2#板主要用于鍵盤液晶控制、實時時鐘、實時溫度檢測顯示、與 PC機通訊以及 其他的擴展發(fā)揮部分功能。兩板之間采用無線通訊進行數(shù)據(jù)傳輸。為滿足系統(tǒng)的 要求我們選擇了 SRWF-1型微功率無線數(shù)傳模塊，該模塊的特點是：高抗干擾能 力和低誤碼率、完善的通訊協(xié)議、數(shù)據(jù)實時同步、看門狗實時監(jiān)控、傳輸距離遠、 低功耗及休眠功能高可靠性，體積小、重量輕。ycck a T m 7百 TTveeTMFsf茁芷器!=|&曲弊r1-I El ZWlTFH IE I i ? Tipn&#

21、187;i HTK HT圖4鍵盤顯示電路SRWF-1型模塊提供2個串口 3種接口方式，COM1為TTL電平UART接 口，COM2由用戶自定義為標準的 RS-232/RS-485接口(用戶只需拔/插短路器 再上電即可改變接口類型)。SRWF-1提供的兩個串口，在使用時注意以下事項：(1)對于空中接收的數(shù)據(jù)，SRWF-1通過串口轉(zhuǎn)送給終端設(shè)備時，COM1和COM2同時輸出，即用戶如果在 C0M1和COM2各連接了 1個設(shè)備，他們都可同時收 到數(shù)據(jù)；（2）對于由終端設(shè)備送來，準備向空中發(fā)射的數(shù)據(jù)，SRWF-1只能正確接收C0M1或COM2其中1個串口送來的數(shù)據(jù)，否則將造成數(shù)據(jù)通訊混亂。如 終端設(shè)備

22、在向C0M1發(fā)送1個0x12 （數(shù)據(jù)正在傳送）時，再向COM2發(fā)送1個 0x34,模塊將收到一個數(shù)據(jù)串0x12，0x34。GND1 +VCCORXDTXD/TLLCOM1TXDRXD/TLLSGNDSGNDA(TX)>A(RX)B(RX)tCOM2$B(TX)SLEEP Si ngnal9 <RESET Sig nalSRWF-1接口用戶設(shè)備接口圖5 SRWF-1與用戶設(shè)備接口電路注：沒有使用的引腳可以懸空不連。但不能連接長懸空線，以免引入干擾。6、時鐘電路的設(shè)計系統(tǒng)要求實現(xiàn)實時時間的顯示，這里我們選用串行日歷時鐘芯片 PCF8563, 與單片機的連線大為減少，極大的節(jié)省了單片機的

23、系統(tǒng)資源。PCF8563與單片機 的接口電路如圖6所示。而且該部分電路還加了掉電保護功能， 在主供電系統(tǒng)意D2繼續(xù)給PCF8563外斷電時，即Vcc為0V時，D1截止，3.6V備用電源通過供電，保證8563的正常運行。C3 15pO2丄32.768K I IC415|，OSCIVDD,OSCOCL KOUTSCLSDA.VSSINIU843PCF8563AC5 | M87MINTVCCD3+VD4、尸 1N4148C6104圖6PCF8563時鐘電路7、溫度檢測本系統(tǒng)擴展了實時溫度檢測顯示功能，選用DS18B20 一線式數(shù)字溫度傳感 器，通過單片機讀取當前環(huán)境溫度可通過鍵盤切換顯示時間和溫度8

24、、打印機的選擇本系統(tǒng)還擴展了打印機功能，在廣告牌應(yīng)用中用來打印名片等相關(guān)信息。我們選擇了北京市興偉機電應(yīng)用技術(shù)研究所研制的微型熱敏/針打打印機。通過通用的ESC/P打印命令實現(xiàn)字符的打印。T1-20電鍛卅T2 30 '.：-T 4 40 :鍛秒T4' 5応截村T3內(nèi)坪徽怦圖7打印機接口控制時序圖9、旋轉(zhuǎn)底盤的設(shè)計圖8 直流電機驅(qū)動電路針對應(yīng)用的需要，系統(tǒng)擴展了顯示屏旋轉(zhuǎn)功能，用普通小型直流電機提供動 力，由變速箱減速并加大驅(qū)動能力，實現(xiàn)顯示屏幕左右擺動，并且幅度可調(diào)。三、系統(tǒng)的軟件設(shè)計本系統(tǒng)的軟件部分主要包括主程序、點陣字模信息提取程序、LED各顯示程序、串行通信程序以及PC機

25、客戶程序等。1、主程序流程圖見圖&2、點陣字模信息提取程序流程圖見圖9。3、LED各顯示程序LED顯示屏的顯示方式有靜止、上下滾屏、左右滾屏等多種方式。其中上 下滾屏顯示程序類似，左右滾屏顯示程序類似，其他多花樣的顯示方式程序都是 在此基礎(chǔ)上進行改動而來的。因此主要給出靜態(tài)顯示、上移顯示、左移顯示這三 種典型方式的程序流程圖，見圖10、圖11、圖12。4、串行通信程序每當向PC機客戶程序里輸入新顯示內(nèi)容并發(fā)送給單片機時，單片機就產(chǎn)生 串行中斷，接受待顯示信息的機內(nèi)碼，然后再利用點陣字模信息提取程序得到點 陣數(shù)據(jù)送到LED顯示屏顯示。單片機接受數(shù)據(jù)采用中斷的方式。串行中斷程序 流程圖見圖

26、13。5、PC機客戶程序本系統(tǒng)的PC機客戶程序是采用Visual Basic 6.0進行開發(fā)的，主要利用其串 行通信控件MSComm，其主要流程圖及運行效果見圖14、圖15。圖8主程序流程圖圖9點陣字模信息提取程序流程圖整屏刷新次數(shù)計算器、 點陣地址初始化四六譯碼器選中第一行圖10靜態(tài)顯示程序流程圖圖11上移顯示程序流程圖位偏移字、節(jié)偏移變量、整屏刷新計數(shù)器、點陣地址等初始化圖12 左移顯示程序流程圖圖13串行中斷程序流程圖圖14 PC機客戶程序流程圖圖15 PC機客戶控制程序的界面四、系統(tǒng)功能測試1、測試及制作中所用儀器GDS-820C型雙蹤數(shù)字示波器、UNT-T型臺式數(shù)字萬用表、SK1731SL2A直流穩(wěn)壓電源、F10型數(shù)字合成函數(shù)信號發(fā)生器聯(lián)想PC、烙鐵等2、鍵盤各鍵功能“09 ”:數(shù)字鍵；“./+ ”:小數(shù)點/數(shù)據(jù)加1；“ C/- ”:刪格/數(shù)據(jù)減1；“確定”:進入菜單，保存設(shè)置“取消”:返回上一級菜單“上”：菜單上翻，插入點左移“下”：菜單下翻，插入點右移1234567890./+C/-確定上下取消3、單元模塊電路測試1）LED點陣測試：用程序?qū)崿F(xiàn)所有點陣全部點亮，顯示部分點陣塊無法完 全點亮，更換點陣塊后顯示正常。2）無線數(shù)傳測試：由單