点阵电子显示屏资料.docx
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点阵电子显示屏资料
点阵电子显示屏制作
摘要
本系统是从实际应用角度出发,针对当前市场上流行的LED产品的应用领域而设计制作的多功能电子显示屏,可用于商场导购促销显示、新闻与广告显示、车站机场班次时间资讯显示等。
本简易16行*64列LED电子显示屏根据题目设计要求,硬件部分主要包括SPCE061A单片机系统、16块8*8LED点阵显示模块构成16*64点阵、显示驱动电路、SPR4096存储器、PCF8563实时时钟电路、键盘输入控制器等部分,还外扩了液晶显示、温度实时检测、无线通讯、电机驱动屏幕旋转等电路,。
本系统不仅能够实现数字、字母、汉字等预存信息的切换显示,同时还可以实现信息的定时循环、上下左右滚屏、LED显示亮度连续可调、实时时间显示、实时温度显示、无线遥控、显示屏旋转等扩展功能。
另外,本系统可以和PC机通讯,通过PC机串口对显示信息进行更新。
关键词:
LED电子显示屏SPCE061A串行通信
Abstract
TheLEDlatticedisplaysystemisakindofnewinformationdisplaymediawiththerapiddevelopmentofthecomputer,micro-electronics,photoelectrontechnology.
This16*64LEDdisplaysystemincludesSPCE061AMCUsystem,sixteen8*8LEDlatticemodules,displaydrivingcircuit,SPR4096memorymodule,PCF8563asthereal-timeclockchip,keyboardcontrolleret.Inaddition,itincludesLCDcircuit,real-timetemperaturedetective,RFcommunicationcircuit.Thissystemcandisplaythenumbers,letters,Chinesecharacters.Itcandisplaytheinformationtimelyandcircularly,up-rollingly,downrollinglyleft-rollingly,right-rollingly.Thelightnessofthedisplayinginformationcanbeadjustedcontinuously.Furthermore,thissystemcanberemotecontrolledandcommunicatewithPCbyCOM1toupdatethedisplayinformation.
Keywords:
LEDlatticedisplaysystemSPCE061Aserialcommunication
目录
一、方案比较4
1、控制系统4
2、点阵信息提取方案4
3、显示驱动电路5
二、硬件设计与论证5
1、主控制单片机6
2、LED显示驱动电路6
3、数据存储器8
4、键盘液晶显示模块9
5、无线通信模块9
6、时钟电路的设计10
7、温度检测10
8、打印机的选择11
9、旋转底盘的设计11
三、系统的软件设计11
1、主程序流程图12
2、点阵字模信息提取程序流程图12
3、LED各显示程序12
4、串行通信程序12
5、PC机客户程序12
四、系统功能测试16
1、测试及制作中所用仪器16
2、键盘各键功能16
3、单元模块电路测试16
4、系统整体功能测试16
五、总结17
一、方案比较
1、控制系统
LED点阵电子显示屏的设计一般有两种方案:
方案一:
采用可编程逻辑器件作为核心控制器产生LED点阵的行、列驱动信号。
由于该系统不仅要实现信息的显示,还要具备键盘控制器、显示亮度连续可调、实时时钟显示、与PC机通讯等功能及其他发挥功能,这就要求需要用中大规模的PLD,设计多个接口电路,开发周期长,不易进一步扩展,同时系统的成本会急剧上升(相对于第二种方案)。
因此,本设计并未采用这种方案。
方案二:
采用单片机系统来实现。
鉴于SPCE061A单片机比传统的51系列8位单片机具有更加丰富的资源,而且数据处理速度快,同时“61板除了具备单片机最小系统电路外还包括有电源电路、音频电路(含MIC输入部分和DAC音频输出部分)、复位电路等,体积小,可靠性高。
本系统的设计采用双单片机系统,一个主要用于完成多功能显示控制功能,另一个主要用于实时时钟显示、实时温度检测显示、无线通讯以及其他的扩展发挥部分功能,这样提供了充足的内部空间和更多的外部接口;同时由于安装和调试工作可以并行进行,极大地缩短了总体设计和制造的时间。
2、点阵信息提取方案
要用LED点阵来显示数字、字母和汉字等信息,首先要能够提取出其字模数据,即一个16*8的点阵数字、字母的字模数据共有16个字节,一个16*16的点阵汉字的字模数据共有32个字节。
首先要确定点阵信息提取方案。
方案一:
固定汉字显示,就是将要显示的语句中全部汉字的字母数据依次提取出来,按顺序存放在存储器中,当有显示任务时,直接取出字模数据送至显示器即可。
这种方法占用空间少,程序实现简单,显示速度快。
本系统中对10组预存信息的点阵信息的提取和存储就是采用这种方案。
但是,要想显示大量的汉字信息或直接对显示信息进行更新,则几乎是不可能的事。
因此,要实现这样的功能就要采用第二种方案。
方案二:
将标准的点阵信息字模数据的字库文件(本系统中采用汉字库文件HZK16、ASCII码库文件ASC16)装入外扩ROM存储器,采用与PC机相同的编码(机内码),先进行基于PC机的预处理,提取需显示内容的机内码,通过串口发给单片机,单片机首先进行判断,若是ASCII码,则直接计算出起始地址,在ASC16文件中指定位置取出连续的16个字节即为其字模信息;若为汉字,单片机将机内码转换为区码和位码,再计算出起始地址,在HZK16文件中指定位置取出连续的32个字节即为其字模信息,然后送到显示器去显示。
另外,PC机与单片机之间串口通信只是传输机内码,而不是传输字模信息,传输信息量小,不需要复杂的通信协议。
这样既可以减轻单片机的负担,而且可以根据要求随时改变显示内容,非常简单灵活。
3、显示驱动电路
常用的显示驱动方式有三种:
方案一:
串行控制驱动,这种方式的好处是单元内的线路连接简单,给印刷电路板的设计带来方便,减少了布线的密度,方便以后的制作与调试,而且相对提高了每个单元的可靠性;
方案二:
并行控制驱动,将显示数据通过并行(一般为8位)方式送入驱动电路,这样的好处是:
相对于串行控制而言,数据的刷新速度快,在处理同等数量的数据时,对处理速度要求可以大大降低,从而提高了系统的稳定性,但也正因为“并行”使单元内的数据线路的连接更加复杂,布线后的排错难度大大增加;
方案三:
采用专用集成电路(ASIC)直接驱动,由于这种专用集成电路是集行控制、列控制和外围驱动于一体,使系统的稳定性更为可靠,特别适合户外的大型或者超大型显示屏。
因为这种类型的显示屏对图像显示要求高,不仅要保证图像的一致性,而且要保证图像的稳定、高亮。
本次设计的显示屏仅为16行*64列,更适合采用串行控制这种方式,这样做既省去了并行控制驱动在制版过程中十分复杂的布线,又因为没有采用专用集成电路在一定程度上降低了整个系统的成本。
二、硬件设计与论证
根据以上的系统方案比较与分析,本设计的系统总体组成框图如图1所示:
图1系统的总体组成框图
系统整体由三大部分构成:
以单片机1#为核心的模块一:
包括16*64LED点阵、驱动电路、STR4096存储器、无线数传模块、旋转底盘、光电传感器、音箱、打印机。
实现功能:
主要用来实现点阵的显示,包括特定标语库内容的显示,适时时间显示、适时温度显示,并实现上下左右滚屏等各种花样显示;存储器用来存储汉字和ASCII码的点阵库,并实现掉电不丢失功能;无线模块实现标语库更新和接受设置信息;底盘可实现显示屏的左右转动,摆动幅度可调;在商场导购中,光电传感器用于检测人员进出,可与自动门配合使用,音箱播放“欢迎光临”等语音信息;在广告牌应用中,打印机用于名片打印。
以单片机2#为核心的模块二:
包括4*4键盘、液晶、无线数传模块。
实现功能:
该部分实现遥控器的功能,可以遥控设置显示屏的滚动模式,选择标语库,设置时间,设置摆头幅度;实现标语库的更新。
(键盘使用说明见附录一)
以上位PC机为核心的模块三:
包括上位机软件和MAX232。
实现功能:
上位机主要实现标语库的数据更新,上位机软件通过MAX232将更新内容(汉字或者ASCII码的机内码)送到单片机2#,然后无线传输到单片机1#实现数据更新。
以下是各单元电路的具体设计:
1、主控制单片机
采用凌阳公司的16位单片机SPCE061A作为主控制器。
由于SPCE061A内置有2K字的SRAM和32K字的内存FLASH,能满足本系统数据处理及LED点阵显示所需数据的存储要求;CPU时钟频率高达49.152MHz,能满足刷新速度要求。
另外,“61板”功能较强、性价比高,具有体积小、集成度高、易扩展、功耗小等优点,简化主控制系统的硬件电路设计,可靠性高,而且凌阳单片机具有C语言风格的汇编语言,有与标准C兼容的C语言,C语言函数可以与汇编函数互相调用,使其开发更加容易,实现整个系统更加简单。
2、LED显示驱动电路
本次设计中16行*64列LED电子显示屏的制作以及其显示驱动电路的设计制作都是非常关键的部分。
下面主要介绍一下显示驱动电路的设计。
本LED点阵屏采用动态扫描的方式显示,即逐行扫描,工作时先将一行点阵字模通过列驱动输出,然后运用译码器选中对应行,使该行得以显示,接着再送下一行数据,再选中下一行有效,直到16行全被扫描一遍。
至此,一幅完整的文字信息就显现出来。
然后在反复扫描这16行直至显示新的信息。
采用这种方式的优点是耗电少,成本低,寿命长,但是也存在显示亮度及内容显示稳定的问题。
根据视觉滞留原理,根据视觉滞留原理,每屏的完整的显示时间应控制在20ms之内,即50Hz,人眼看上去才不会觉得闪烁。
由于要扫描16行的点阵,所以每行的时间绝不能超过20ms÷16=1.25ms,同时也不是每行的扫描时间越短越好,因为LED的亮度同电流的大小和维持时间的长短有关。
LED点阵块的单点静态电流一般在10mA左右,由于占空比是1/16,所以单点的动态电流最大可以达到160mA。
在维持时间恒定的情况下,电流越大(不超过额定电流),点阵亮度也越亮,而在电流恒定的情况下,需要一段维持时间来保持亮度。
试验表明当输入LED的电流为15mA时,维持时间至少需要1ms,否则LED呈微亮状态。
由于设计时设置SPCE061A单片机的时钟频率为24MHz,而每次传送移行的字模数据有64位,经计算传输所需的时间小于1ms,这样就能充分利用列驱动74HC595的锁存功能,即在它接收下一行待显示的数据,还没有锁存新数据的这段时间来显示本行的内容,这样就不需要额外加延时来增加显示屏的亮度。
采用这个方法就不要再增加LED的列驱动器件,从而使整个硬件结构更简化,成本降低。
行信号的处理是由四十六译码器CD4514来完成译码,输出为高。
由于显示屏行的组成是多个模块并联而成的,因而行驱动得功率要求比较大,而且我们进行行扫描时需要所选行为低,故加反相驱动器ULN2803来满足要求。
列信号的处理列信号的处理主要由8片8位带锁存的串入并出移位寄存器74HC595来完成。
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