点阵电子显示屏制作.docx
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点阵电子显示屏制作.docx
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点阵电子显示屏制作
点阵电子显示屏制作
点阵电子显示屏制作
----2006年山东省大学生电子设计竞赛参赛作品
设计者:
张晓飞
左伟
魏晓晨
指导教师:
赵岩岭
刘丹
青岛大学自动化工程学院
2006.9
摘要
本系统是从实际应用角度动身,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、车站机场班次时刻资讯显示等。
本简易16行*64列LED电子显示屏依照题目设计要求,硬件部分要紧包括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储备器、PCF8563实时时钟电路、键盘输入操纵器等部分,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,同时还能够实现信息的定时循环、上下左右滚屏、LED显示亮度连续可调、实时时刻显示、实时温度显示、无线遥控、显示屏旋转等扩展功能。
另外,本系统能够和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
一、方案比较
1、操纵系统
LED点阵电子显示屏的设计一样有两种方案:
方案一:
采纳可编程逻辑器件作为核心操纵器产生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,还要具备键盘操纵器、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〔相关于第二种方案〕。
因此,本设计并未采纳这种方案。
方案二:
采纳单片机系统来实现。
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。
本系统的设计采纳双单片机系统,一个要紧用于完成多功能显示操纵功能,另一个要紧用于实时时钟显示、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,如此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能够并行进行,极大地缩短了总体设计和制造的时刻。
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,第一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。
第一要确定点阵信息提取方案。
方案一:
固定汉字显示,确实是将要显示的语句中全部汉字的字母数据依次提取出来,按顺序存放在储备器中,当有显示任务时,直截了当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储备确实是采纳这种方案。
然而,要想显示大量的汉字信息或直截了当对显示信息进行更新,那么几乎是不可能的事。
因此,要实现如此的功能就要采纳第二种方案。
方案二:
将标准的点阵信息字模数据的字库文件〔本系统中采纳汉字库文件HZK16、ASCII码库文件ASC16〕装入外扩ROM储备器,采纳与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,单片机第一进行判定,假设是ASCII码,那么直截了当运算出起始地址,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;假设为汉字,单片机将机内码转换为区码和位码,再运算出起始地址,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。
如此既能够减轻单片机的负担,而且能够依照要求随时改变显示内容,专门简单灵活。
3、显示驱动电路
常用的显示驱动方式有三种:
方案一:
串行操纵驱动,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:
并行操纵驱动,将显示数据通过并行(一样为8位)方式送入驱动电路,如此的好处是:
相关于串行操纵而言,数据的刷新速度快,在处理同等数量的数据时,对处理速度要求能够大大降低,从而提高了系统的稳固性,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:
采纳专用集成电路〔ASIC〕直截了当驱动,由于这种专用集成电路是集行操纵、列操纵和外围驱动于一体,使系统的稳固性更为可靠,专门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固、高亮。
本次设计的显示屏仅为16行*64列,更适合采纳串行操纵这种方式,如此做既省去了并行操纵驱动在制版过程中十分复杂的布线,又因为没有采纳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
依照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储备器、无线数传模块、旋转底盘、光电传感器、音箱、打印机。
实现功能:
要紧用来实现点阵的显示,包括特定标语库内容的显示,适时时刻显示、适时温度显示,并实现上下左右滚屏等各种花样显示;储备器用来储备汉字和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同意设置信息;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,能够遥控设置显示屏的滚动模式,选择标语库,设置时刻,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:
上位机要紧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、主操纵单片机
采纳凌阳公司的16位单片机SPCE061A作为主操纵器。
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储备要求;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,简化主操纵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语言函数能够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差不多上专门关键的部分。
下面要紧介绍一下显示驱动电路的设计。
本LED点阵屏采纳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。
采纳这种方式的优点是耗电少,成本低,寿命长,然而也存在显示亮度及内容显示稳固的问题。
依照视觉滞留原理,依照视觉滞留原理,每屏的完整的显示时刻应操纵在20ms之内,即50Hz,人眼看上去才可不能觉得闪耀。
由于要扫描16行的点阵,因此每行的时刻绝不能超过20ms÷16=1.25ms,同时也不是每行的扫描时刻越短越好,因为LED的亮度同电流的大小和坚持时刻的长短有关。
LED点阵块的单点静态电流一样在10mA左右,由于占空比是1/16,因此单点的动态电流最大能够达到160mA。
在坚持时刻恒定的情形下,电流越大〔不超过额定电流〕,点阵亮度也越亮,而在电流恒定的情形下,需要一段坚持时刻来保持亮度。
试验说明当输入LED的电流为15mA时,坚持时刻至少需要1ms,否那么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,经运算传输所需的时刻小于1ms,如此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刻来显示本行的内容,如此就不需要额外加延时来增加显示屏的亮度。
采纳那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要紧由8片8位带锁存的串入并出移位寄存器74HC595来完成。
从单片机IO口串行输出的64位点阵数据随着移位时钟的作用逐位移动到对应位置,在接收到锁存信号后,将数据并行输出至LED的列线,最后在行驱动信号作用下点亮一行LED象素。
显示扫描电路的电路图如图2所示。
图2LED显示扫描驱动电路
3、数据储备器
设计题目要求能增大到10组预存信息,且显示信息具有掉电爱护功能,同时考虑到要把汉字点阵字库文件HZK16〔261K字节〕和ASCII码点阵字库文件ASC16〔4K字节〕装入到ROM储备器中,以便依照机内码在字库中寻址,找到对应的字模,提取后再送到点阵显示屏显示。
因为SPCE061单片机的内存Flash只有32K,还要存放程序,因此需外扩数据储备器。
我们选择了凌阳〝61板〞的配套模组SPR4096。
SPR4096是一个高性能的4M-bit〔512K字节〕FLASH,分为256个扇区,每个扇区为2K字节。
SPR4096串行接口的工作频率可达5MHz,数据存取速度和储备容量都能够达到我们的要求。
硬件图连接如图3所示:
图3SPR4096硬件连接图
4、键盘液晶显示模块
为使用键盘作为显示屏操纵器,实现多功能显示操纵,我们使用智能型键盘显示操纵芯片HD7279A作为4*4键盘与单片机之间的接口,其与微处理器仅需4条接口线,采纳串行通信方式,占用CPU端口少,同时HD7279得到键盘码后通过中断服务程序把按键信息送给单片机,使单片机能够腾出更多时刻质性其他操作。
设计中我们需要用液晶模块显示遥控单片机菜单的各信息。
在本系统中选用了OCM4×8C模块,能够显示字母、数字符号、中文字型及图形,具有绘图及文字画面混合显示功能,既可采纳并行接口,又可采纳串行接口,连线较为方便。
HD7229、OCM4×8C与单片机连接原理图如图4所示。
5、无线通信模块
在本设计中,我们采纳了两块61板,1#板要紧用于完成操纵LED显示屏,2#板要紧用于键盘液晶操纵、实时时钟、实时温度检测显示、与PC机通讯以及其他的扩展发挥部分功能。
两板之间采纳无线通讯进行数据传输。
为满足系统的要求我们选择了SRWF-1型微功率无线数传模块,该模块的特点是:
高抗干扰能力和低误码率、完善的通讯协议、数据实时同步、看门狗实时监控、传输距离远、低功耗及休眠功能高可靠性,体积小、重量轻。
图4键盘显示电路
SRWF-1型模块提供2个串口3种接口方式,COM1为TTL电平UART接口,COM2由用户自定义为标准的RS-232/RS-485接口〔用户只需拔/插短路器再上电即可改变接口类型〕。
SRWF-1提供的两个串口,在使用时注意以下事项:
〔1〕关于空中接收的数据,SRWF-1通过串口转送给终端设备时,COM1和COM2同时输出,即用户假如在COM1和COM2各连接了1个设备,他们都可同时收到数据;〔2〕关于由终端设备送来,预备向空中发射的数据,SRWF-1只能正确接收COM1或COM2其中1个串口送来的数据,否那么将造成数据通讯纷乱。
如终端设备在向COM1发送1个0x12〔数据正在传送〕时,再向COM2发送1个0x34,模块将收到一个数据串0x12,0x34。
图5SRWF-1与用户设备接口电路
注:
没有使用的引脚能够悬空不连。
但不能连接长悬空线,以免引入干扰。
6、时钟电路的设计
系统要求实现实时时刻的显示,那个地点我们选用串行日历时钟芯片PCF8563,,与单片机的连线大为减少,极大的节约了单片机的系统资源。
PCF8563与单片机的接口电路如图6所示。
而且该部分电路还加了掉电爱护功能,在主供电系统意外断电时,即Vcc为0V时,D1截止,3.6V备用电源通过D2连续给PCF8563供电,保证8563的正常运行。
图6PCF8563时钟电路
7、温度检测
本系统扩展了实时温度检测显示功能,选用DS18B20一线式数字温度传感器,通过单片机读取当前环境温度可通过键盘切换显示时刻和温度。
图6DS18B20与单片机的接口电路
8、打印机的选择
本系统还扩展了打印机功能,在广告牌应用中用来打印名片等相关信息。
我们选择了北京市兴伟机电应用技术研究所研制的微型热敏/针打打印机。
通过通用的ESC/P打印命令实现字符的打印。
图7打印机接口操纵时序图
9、旋转底盘的设计
针对应用的需要,系统扩展了显示屏旋转功能,用一般小型直流电机提供动力,由变速箱减速并加大驱动能力,实现显示屏幕左右摆动,同时幅度可调。
图8直流电机驱动电路
三、系统的软件设计
本系统的软件部分要紧包括主程序、点阵字模信息提取程序、LED各显示程序、串行通信程序以及PC机客户程序等。
1、主程序流程图
见图8。
2、点阵字模信息提取程序流程图
见图9。
3、LED各显示程序
LED显示屏的显示方式有静止、上下滚屏、左右滚屏等多种方式。
其中上下滚屏显示程序类似,左右滚屏显示程序类似,其他多花样的显示方式程序差不多上在此基础上进行改动而来的。
因此要紧给出静态显示、上移显示、左移显示这三种典型方式的程序流程图,见图10、图11、图12。
4、串行通信程序
每当向PC机客户程序里输入新显示内容并发送给单片机时,单片机就产生串行中断,同意待显示信息的机内码,然后再利用点阵字模信息提取程序得到点阵数据送到LED显示屏显示。
单片机同意数据采纳中断的方式。
串行中断程序流程图见图13。
5、PC机客户程序
本系统的PC机客户程序是采纳VisualBasic6.0进行开发的,要紧利用其串行通信控件MSComm,其要紧流程图及运行成效见图14、图15。
图8主程序流程图图9点阵字模信息提取程序流程图
图10静态显示程序流程图图11上移显示程序流程图
图12左移显示程序流程图
图13串行中断程序流程图图14PC机客户程序流程图
图15PC机客户操纵程序的界面
四、系统功能测试
1、测试及制作中所用仪器
GDS-820C型双踪数字示波器、UNT-T型台式数字万用表、
SK1731SL2A直流稳压电源、F10型数字合成函数信号发生器、
联想PC、烙铁等
2、键盘各键功能
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
./+
C/-
确定
上
下
取消
〝0—9〞:
数字键;
〝./+〞:
小数点/数据加1;
〝C/-〞:
删格/数据减1;
〝确定〞:
进入菜单,储存设置
〝取消〞:
返回上一级菜单
〝上〞:
菜单上翻,插入点左移
〝下〞:
菜单下翻,插入点右移
3、单元模块电路测试
1〕LED点阵测试:
用程序实现所有点阵全部点亮,显示部分点阵块无法完全点亮,更换点阵块后显示正常。
2〕无线数传测试:
由单片机#2无线发送1000字节数据,单片机#1接收并储备,通过开发环境查看接收数据,发送一百次,成功接收100次,经测试系统稳固;
3〕与上位机通信测试:
上位机循环发送1000字节数据,单片机接收并校验,同意成功后送液晶显示,然后停止发送,经测试接收时刻相关于人的反映时刻能够忽略。
测试20次,成功同意20次。
4〕键盘液晶测试:
用键盘操纵菜单进出,上下翻页,键盘无抖动,液晶无闪耀。
4、系统整体功能测试
各单元模块整合后,系统上电,显示屏上显示预存信息,通过2#机上的键盘能够成功操纵1#机上的显示,包括预存信息切换显示、翻页、上下滚屏、左右滚屏、对流、展开等各花样显示方式、LED显示屏亮度连续可调,能成功地显示出字母、数字、汉字等信息,通过按键能够操纵显示实时时刻、实时温度等信息,而且断电后,重新开机,预存的显示信息与时刻均可掉电爱护。
通过PC机的客户程序发送需更新信息数据到2#机,由2#机通过无线数传模块发送给1#机,能够成功地更新显示内容。
通过多次测试,整个系统工作稳固可靠,能够实现上述所有功能。
五、总结
我们制作的这套LED点阵电子显示屏系统不仅完成了题目要求的差不多功能和发挥功能,还在实时温度检测显示、无线遥控、显示方式等方面有所创新。
本系统以凌阳16位单片机SPCE061A为核心部件,最终完成了竞赛题目中要求的各项任务,包括能够操纵16*64LED点阵显示屏实现信息的左右滚屏、显示屏亮度连续可调、实时时刻和实时温度的显示等,在设计过程中,力求硬件线路简单,充分发挥软件在编程方面灵活的特点,来满足系统设计的要求。
在竞赛的过程中,我们遇到了许多突发性的不太好解决的问题,例如,在整个系统的调试过程中,我们体会到不管是硬件依旧软件的调试都要注意模块化,要从最底层开始,逐级通过后才能进行下一步的工作;同时在联合调试的过程中,应注意各模块之间的时序配合问题,有时差不多上正确的模块程序却因为按照不恰当的顺序来执行从而导致程序运行结果完全出错。
通过这次竞赛,我们深深的体会到了团队间的共同协作的重要性,提高了自己的动手能力和解决问题的能力。
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