地鐵列車LED顯示屏的設(shè)計(jì)

1、第22卷第1期2007年2月液晶與顯示ChineseJournalofLiquidCrystalsandDisplaysVol122,No11Feb.,2007文章編號(hào):100722780(2007)0120099205地鐵列車LED顯示屏的設(shè)計(jì)馮道寧1,2,王念春2(1.廣西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系,廣西南寧530007,E2mail:fdn1978;2.東南大學(xué)電氣工程系,江蘇南京210018)摘要:根據(jù)地鐵車輛CAN智能總線通訊的要求設(shè)計(jì)了一種先進(jìn)的多功能LED屏,其特點(diǎn)是采用多模塊化設(shè)計(jì),可根據(jù)需要對(duì)系統(tǒng)的總線通訊模塊和測(cè)溫模塊進(jìn)行更換,實(shí)現(xiàn)了對(duì)多種動(dòng)態(tài)文字和靜態(tài)圖形的顯示和車內(nèi)外的

2、溫度和濕度的監(jiān)測(cè)。到61.6Hz,動(dòng)態(tài)顯示的換幀頻率達(dá)到26.2Hz。、程等幾方面介紹了該LED的驅(qū)動(dòng)電路,單片機(jī)77E58來控制LED的顯示,大大降低了L,L驅(qū)動(dòng)電路。:;模塊化;文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A1引言LED顯示屏在地鐵中作為一種面向公眾的單元兩部分組成,單個(gè)顯示單元可顯示16×16的漢字4個(gè),若制作生產(chǎn)一定尺寸的LED圖文顯示屏系統(tǒng),只要用若干智能顯示單元,采用“搭積木”的方法即可實(shí)現(xiàn),系統(tǒng)中各顯示單元之間采用串行通信聯(lián)系?？刂茊卧素?fù)責(zé)控制顯示單元和傳輸上位機(jī)的指令和信號(hào)外,還內(nèi)嵌了單總線數(shù)字溫度傳感器18B204。得益于控制電路的模塊設(shè)計(jì),若對(duì)濕度測(cè)量也有要求的情況下,18B

3、20可升級(jí)為Dallas公司的DS2438和Honeywell公司的HIH23610構(gòu)成的模塊電路5。為了滿足整車的通訊需要,上位機(jī)與車內(nèi)的各控制單元之間采用CAN總線方式通訊。信息顯示終端,有著非常廣泛的民用和商用價(jià)值。目前在國(guó)內(nèi)運(yùn)行的地鐵車輛普遍都配備了LED顯示屏,但附加功能較少,屏幕顯示內(nèi)容單一。為了配合新型地鐵旅客信息系統(tǒng)的使用,我們?cè)O(shè)計(jì)了一種全新的多總線式LED顯示動(dòng)態(tài)屏13。該顯示屏在外部通訊時(shí)不但具有多種總線接口,在內(nèi)部控制電路設(shè)計(jì)中還采用了單總線和I2C總線器件。地鐵上的LED屏分兩種:一種放置于車廂外側(cè),用于顯示列車運(yùn)行區(qū)間、運(yùn)行方向和當(dāng)前到站站名,中英文兼容顯示;也可根據(jù)

4、運(yùn)行需要顯示其他服務(wù)信息;文字顯示可選靜止、滾動(dòng)、平移、瀑布、動(dòng)畫等多種效果,最大顯示字符數(shù)為16×16點(diǎn)陣字符12個(gè)。另一種為終點(diǎn)LED顯示屏,放置于車內(nèi),終點(diǎn)站LED顯示屏可按列車運(yùn)營(yíng)要求預(yù)置終點(diǎn)站,并實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前的終點(diǎn)站,同時(shí)還能顯示目前車內(nèi)溫度,最大顯示字符數(shù)為16×16點(diǎn)陣字符8個(gè)。3硬件設(shè)計(jì)顯示單元由LED顯示面板和顯示電路兩部分組成6,LED顯示面板是由4塊點(diǎn)陣模塊組成的16×64點(diǎn)陣通用智能顯示單元,單個(gè)顯示單元全屏可以顯示4個(gè)16×16點(diǎn)陣漢字或符號(hào),系統(tǒng)中各顯示單元之間采用串行通信聯(lián)系,從而使得整個(gè)系統(tǒng)的工作協(xié)調(diào)統(tǒng)一。顯示電路由兩個(gè)1

5、6針排線口、兩個(gè)74H245三態(tài)總線驅(qū)動(dòng)器、一個(gè)74HC04D六反相器、兩個(gè)74H138八譯碼器以及8個(gè)74HC595移位鎖存器組成?？刂齐娐泛诵臑?系統(tǒng)構(gòu)成LED顯示系統(tǒng)屏由單片機(jī)控制單元和顯示收稿日期:2006206228;修訂日期:2006208207100液晶與顯示第22卷圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1StructureofWINBOND的高速單片機(jī)77E58,24MHz。AT29C020A為K,存貯16×庫(kù)8ASCII2C串行總線的EP2ROM,例如地鐵站點(diǎn)名稱、問候語等。車內(nèi)溫度通過單總線式數(shù)字溫度傳感器18b20測(cè)量。SJA1000和TJA1040分別為CAN總線控制器和收發(fā)

6、器7。3.1控制電路單元設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)以winbond的動(dòng)態(tài)單片機(jī)77E58為核心,77E58采用了重新設(shè)計(jì)的微處理器內(nèi)核,其指令兼容51系列,但由于時(shí)鐘周期僅為4個(gè)周期,在相同的時(shí)鐘頻率下,其運(yùn)行速度一般比傳統(tǒng)8051提高23倍,因此很好地解決了大容量漢字動(dòng)態(tài)顯示時(shí)對(duì)單片機(jī)的頻率要求,另外還自帶看門狗。77E58通過鎖存器74LS373控制閃速存儲(chǔ)器AT29C020,大小為256K。由于存儲(chǔ)器64,P1.1和P1.2對(duì)閃存器進(jìn)行頁選,共分4頁,每頁的尋址大小為64K,P1.5除了用于對(duì)AT29C020片選外,還保證了P1.1和P1.2在16針的排線接口上復(fù)用時(shí)不對(duì)AT29C020造成誤操作。C

7、AN控制器為通訊的關(guān)鍵部分,為了提高抗干擾能力,在CAN控制器SJA1000和CAN收發(fā)器TJA1040之間加接6N137高速光耦,單片機(jī)通過P3.0對(duì)CAN控制器SJA1000進(jìn)行片選。18B20為單總線器件,該器件與單片機(jī)接口僅需占用一個(gè)I/O端口,可直接將溫度轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào),并以9位數(shù)字碼方式串行輸出,在控制電路中選用P1.4完成對(duì)18B20的片選和數(shù)據(jù)傳輸功能。AT24C020的時(shí)鐘線SCL和雙向數(shù)據(jù)線SDA分別接單片機(jī)的P1.6和P1.7。16針的排線接口是控制電路和顯示電路的接口部分?？刂齐娐返挠布B接圖如圖2。圖2控制電路硬件連接圖Fig.2Circuitofthecontrol

8、device第1期馮道寧,等:地鐵列車LED顯示屏的設(shè)計(jì)1013.2顯示單元連接與控制亮使能端,A、B、C、D為行選端。各端口具體作用如下:A、B、C、D為行選擇端,用于控制將來自上位機(jī)數(shù)據(jù)具體送至顯示面板上的指定行,R為數(shù)據(jù)端,接受單片機(jī)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。LED顯示單元的工作時(shí)序如下:CLK時(shí)鐘信號(hào)端在R端收到一個(gè)數(shù)據(jù)后,由控制電路人為地給一個(gè)脈沖上升沿,STR在一行數(shù)據(jù)(16×4)64個(gè)數(shù)據(jù)全部傳送完后,給出一個(gè)脈沖上升沿以鎖存數(shù)據(jù);LOE由單片機(jī)置1將該行點(diǎn)亮。顯示電路原理圖如圖3。顯示電路部分通過16針排線(1)口與控制電路部分的16針排線口相連,16針排線口(1)將單片機(jī)的指令和

9、數(shù)據(jù)傳輸?shù)絃ED顯示電路,16針排線(2)用于多個(gè)顯示屏幕的級(jí)聯(lián),它的連線和16針排線口(1)基本一樣,但是要注意其R端連接的是圖2從左至右的第8個(gè)74H595的DS端,在級(jí)聯(lián)的時(shí)候它將與下一塊顯示屏的16針排線(1)口串接(如圖1)。CLK為時(shí)鐘信號(hào)端,STR為行鎖存端,R為數(shù)據(jù)端,G(GND)、LOE為行點(diǎn)圖3顯示電路原理圖Fig.3Circuitofthedisplay4模塊化設(shè)計(jì)地鐵車輛根據(jù)實(shí)際情況對(duì)LED顯示屏有不同的要求,因此我們?cè)谠O(shè)計(jì)電路時(shí)對(duì)此做了充分考慮,即在保證主要功能和結(jié)構(gòu)不變的情況下,可以對(duì)特定模塊進(jìn)行互換。該結(jié)構(gòu)使得LED控制電路具有良好的擴(kuò)展性和易用性。4.1溫濕度模

10、塊壓輸出的三端集成濕度傳感器,DS2438是具有單總線通訊接口的10位A/D轉(zhuǎn)換器,片內(nèi)包含一個(gè)高分辨率的數(shù)字溫度傳感器,它可用于濕度傳感器的溫度補(bǔ)償。圖4為溫濕度模塊原理圖。4.2485總線擴(kuò)展模塊485總線作為一種成熟而廉價(jià)的總線在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和交通領(lǐng)域有著不可替代的位置,為此我們?cè)O(shè)計(jì)了485總線擴(kuò)展模塊,它可替代原有的CAN模塊進(jìn)行外部通訊。該模塊采用MAXIM公司的光電隔離型的MXL1535E作為485收發(fā)器,為了保證控制上的兼容,MXL1535E與SJA1000均通過P3.0進(jìn)行片選。另外在RS2485側(cè)與控制器或控制邏輯側(cè)之間通過變壓器提供2500VRMS電隔離,在模塊的輸出部分添加了

11、TVS二極管電在南方炎熱和多雨地帶,盡管車內(nèi)有恒溫空調(diào),但濕度也是旅客們關(guān)心的一個(gè)重要指標(biāo)。我們?cè)O(shè)計(jì)的溫濕度模塊,具有測(cè)量溫度和濕度的功能。溫度模塊和溫濕度模塊有相同的插座接口,且都是單總線結(jié)構(gòu),均用P1.4口控制,因此互換很方便。HIH3610是Honeywell公司生產(chǎn)的電102液晶與顯示第22卷制軟件組成。上位機(jī)管理軟件是在Windows22000操作平臺(tái)上,利用C+BUILD6.0開發(fā)的,包括顯示方式選擇(包括靜態(tài)、閃動(dòng)、滾動(dòng)、打字等),滾動(dòng)方向選擇(包括上下滾動(dòng)和左右滾動(dòng)),動(dòng)態(tài)顯示速度調(diào)節(jié)(即文字閃動(dòng)頻率、滾動(dòng)速度、打字顯示速度等),顯示內(nèi)容輸入及顯示預(yù)覽等。圖4溫濕度模塊原理圖F

12、ig.4Circuitoftemperature2humiditymodularization系統(tǒng)運(yùn)行時(shí),系統(tǒng)不僅可按預(yù)設(shè)定顯示報(bào)站、廣告等字符,也可人工輸入需要的顯示字符。單元控制器控制軟件采用8051的KEILC編程8,固化于單片機(jī)77E58的EEPROM中,主要完成上下位機(jī)通訊、I/O接口控,H。路以減少線路浪涌干擾,還可利用跳線決定是否加載總線的終端電阻。原理圖如圖5。論從硬件原理圖的設(shè)計(jì)、邏輯結(jié)構(gòu)、組成框圖等幾方面介紹了地鐵LED顯示屏的設(shè)計(jì)思路,通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線接口模塊以及溫濕度模塊接口的設(shè)圖5485總線擴(kuò)展模塊原理圖Fig.5Circuitof485busmodularizatio

13、n計(jì),使得該LED顯示屏可適應(yīng)不同環(huán)境的要求,具有良好的擴(kuò)展性和通用性。經(jīng)過多次測(cè)試,該LED顯示屏已在國(guó)產(chǎn)地鐵新型旅客信息系統(tǒng)中裝車試用,效果良好。實(shí)踐證明該顯示屏能很好5軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件由上位機(jī)管理軟件和單元控制器控地完成對(duì)漢字和圖形的靜態(tài)顯示和各種動(dòng)態(tài)顯示,且具有亮度高、無閃爍、邏輯控制簡(jiǎn)單等特點(diǎn),充分滿足了地鐵車輛對(duì)LED屏的顯示要求。參考文獻(xiàn):1諸昌鈐.LED顯示屏系統(tǒng)原理及工程技術(shù)M.北京:電子科技大學(xué)出版社,2000:12.2趙才榮,劉金娥,丁鐵夫1基于LED圖文屏的多灰度圖像實(shí)現(xiàn)J.液晶與顯示,2003,21(2):1742178.3鄧春健,于德新,陳宇,等.混合字體字色的點(diǎn)陣

14、條屏的實(shí)現(xiàn)方法J.液晶與顯示,2006,21(1):82286.4劉建亭,毛善坤.DS18B20工作原理及基于C語言的接口設(shè)計(jì)J.儀器儀表用戶,2005,12(6):1382140.5李敏,孟臣.DS2438及其在單總線微網(wǎng)中的應(yīng)用J.單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用,2004,(1):51254.6翟震,張春玲.用74HC595芯片驅(qū)動(dòng)LED的電路設(shè)計(jì)J.機(jī)床與液壓,2004,(12):1512152.7門雅彬,韓家新.一種智能CAN總線中繼器的設(shè)計(jì)J.電子產(chǎn)品世界,2006,(1):71274.8馬忠梅.單片機(jī)C語言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)M.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2003:11.第1期馮道寧,等:地鐵

15、列車LED顯示屏的設(shè)計(jì)103DesignofMetroVehicleLEDScreenDisplayFENGDao2ning1,2,WANGNian2chun2(1.DepartmentofElectricalEngineering,GuangxiVocationalCollegeofMechanical&ElectricalTechnology,Nanning530007,China,E2mail:fdn1978;2.DepartmentofElectricalEngineering,SoutheastUniversity,Nanjing210018,China)AbstractAc

16、cordingtotherequirementofCANbusinmetrovehicle,anadvancedmultiunctionalLEDscreendisplaywasdesigned.Themaincharactersweretoftrans2missionmodule,andthermometermodule,thecharactersandimages,andmonitoringthetemperatureherefreshfrequencyandrefreshframeto626.2Hz,respectively.Thecom2positionprocess,aswellas

17、aninterfacecircuitdiagramwereasinglechip77E58,whichcontrolledtheLEDdisplay,obviouslydecreasedtcosandoptimizedthedrivecircuit.Keywords:LEDdisplay;CANbus;modularization作者簡(jiǎn)介:馮道寧(1978-),男,廣西南寧人,碩士研究生,主要從事利用單片機(jī)控制LED顯示屏的研究工作。歡迎訂閱2007年液晶與顯示液晶與顯示是中國(guó)最早創(chuàng)辦的液晶學(xué)科專業(yè)期刊,也是中國(guó)液晶學(xué)科和顯示技術(shù)領(lǐng)域中惟一的綜合性專業(yè)學(xué)術(shù)期刊。它由中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所、中國(guó)光學(xué)光電子行業(yè)協(xié)會(huì)液晶分會(huì)和中國(guó)物理學(xué)會(huì)液晶分會(huì)主辦,科學(xué)出版社出版。液晶與顯示以創(chuàng)新性、綜合性、實(shí)用性為辦刊特色,內(nèi)容豐富,涵蓋面廣,信息量大,可讀性強(qiáng),既是啟迪科技人員開拓創(chuàng)新思路的參考期刊,又是從事液晶和顯示技術(shù)研究與開發(fā)的廣大科技人員、大專院校師生及相關(guān)領(lǐng)域的科技工作者進(jìn)行學(xué)術(shù)交流的論壇,也是圖書、情報(bào)等部門必不可少的信息來源。液晶與顯示為雙月刊,國(guó)內(nèi)定價(jià)25.00元,全年150.00元,國(guó)內(nèi)外公開發(fā)行。國(guó)內(nèi)郵發(fā)代號(hào):12-203,國(guó)內(nèi)讀者可在當(dāng)?shù)剜]局訂閱;也可通過“全國(guó)