教你如何用单片机做LED 点阵广告显示屏设计

0 　引言

L ED 图文显示屏没有公认的严格定义,其主要特征是只控制L ED 点阵中各发光器件的通断(发光

或熄灭) ,而不控制L ED 的发光强弱。L ED 器件的颜色可以是单色、双色,甚至是多色的。L ED 图文屏的外观可以做成条形,叫做条形图文显示屏(简称条屏) ,也可以按照一定的高宽比例做成矩形的平面图文显示屏。实际上,条屏不过是宽度远大于高度的图文显示屏,在显示与控制原理上并无区别,故本文以条屏为例加以说明。

1 　显示系统简介

图文显示系统由多块显示屏和上位计算机组成。每块显示屏的位置是分散的,它们相距几百甚至上千米;上位计算机则放置在方便安装、且人员可以到达的地方。显示屏和上位计算机之间通过RS485 总线连接。由于RS485 总线的最大传输距离不超过1. 2 km ,所以有时还需要加装中继器。为了提高通信可靠性,网络结构采用总线型环网,如图1所示,即使总线某处断路也不会导致通信中断。

2 　硬件系统

上位计算机依工作环境可选择工业控制计算机或者普通个人计算机。单块条屏由控制板和驱动板

组成。控制板负责与上位机通信,向驱动板发送LED 点阵行列选通信号;驱动板负责根据行列选通

信号,向指定L ED 发光器件提供驱动电流。

2. 1 　驱动部分

L ED 点阵选用8 ×8 模块,每4 块排列成一个16 ×16 的点阵,用于显示一个汉字。点阵每一行的

所有L ED 共阳极,每一列的所有L ED 共阴极。

考虑到单片机I/ O 口的驱动能力有限,故LED阳极通过三极管8550 与电源相连, I/ O 口仅需要提

供几个毫安的灌入电流即可控制其通断。为了满足最多16 个L ED 同时点亮、约320 mA 驱动电流的需求, L ED 阴极通过达林顿管驱动。选用ULN2803A 八达林顿管阵列,达林顿管基极b 直接与串入并出移位寄存器74HC595 的锁存器输出端连接。图2 所示为驱动板电路原理图。

2. 2 　控制部分

控制部分以A T89S52 单片机为核心,辅以外围电路,完成串行通信、外部存储器读取、行列选通信

号输出等任务。P1 口和P2 口用于行选通信号( R1～ R16) 输出, P0 口用于列选通信号( L1～ L32) 输出,P3. 6 、P3. 7 用作第二功能UART 口,并用两片MAX489E 完成TTL/ CMOS 电平与RS485 电平的转换及信号的整形驱动。图3 所示为控制部分电路原理图。

2. 3 　硬件汉字库

在PC 机内部,汉字是以机内码的形式存储的,每个汉字占两个字节。每个字节减去0A0H ,即为汉字区位码。区位码的第一字节表示区号,第二字节表示位号。汉字库共分94 个区,每个区有94 个汉

字,因此只要知道了汉字区位码,就知道了字模在汉字库中的位置。以16 ×16 点阵汉字库为例,汉字点阵字模存储首地址的计算公式为:

首地址= 32 ×[ (区号- 1) ×94 + (位号- 1) ]

从首地址开始依次取出32 个字节数据,按一定的顺序显示即可在条屏上得到一个完整的汉字。

　　汉字库的制备与普通程序存储器的烧录并无区别。将汉字库文件以二进制形式打开,通过编程器烧录到E2 PROM(本系统选用MM36SB020 、SPI 接口) 中即可。与单片机的接口如图3 所示。

3 　软件系统

软件系统包括PC 机软件和下位机软件。PC机软件基于微软MSComm 控件编制,与下位机采用异步串行通信,信息包格式如图4 所示,不再详述。

下位机软件采用模块化结构,包括主程序、显示子程序和串口中断服务程序。主程序为顺序结构,

完成堆栈、中断、串口的初始化设置后,循环调用显示子程序,以及响应串行接收或发送中断;显示子程序从显示缓冲区取出字模,输出行选通信号至P0 、P2 口,配合列扫描信号,进行动态扫描显示;串口中断服务程序接收PC 机发送的地址及汉字机内码数据,确认本屏的被呼叫身份后根据汉字机内码从汉字库E2 PROM 中搬运字模至显示缓冲区。图5 给出了显示子程序(a) 和串口中断服务程序(b) 的流程图。

4 　结语

经实际应用验证,本条屏作为信息显示屏,工作稳定,字符清晰,字体美观,亮度适中,根据需要可选

择静止显示和拉滚字幕效果,并具有分布灵活、扩展方便等优点。系统稍加改进,便可以组成一定高宽比的图形显示屏。