智能式LED電子顯示屏的設(shè)計與實現(xiàn)

劉杰

【摘 要】本文介紹了一種智能式LED點陣顯示屏，并給出了LED點陣顯示屏計算機控制系統(tǒng)方框圖。

【關(guān)鍵詞】LED；點陣；智能式；89C51單片機

0.概述

LED大屏幕顯示系統(tǒng)是一種集計算機科學(xué)技術(shù)、通信技術(shù)、影像技術(shù)和電子技術(shù)等科技含量高產(chǎn)品。大屏幕智能顯示屏使用計算機控制技術(shù)，將光、電融合為一體的大屏幕智能顯示屏已經(jīng)應(yīng)用到許多行業(yè)和領(lǐng)域，具有良好的前景。

此設(shè)計在LED大屏幕顯示系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，開發(fā)研制的智能式LED電子顯示屏，具有以下特點：

（1）對屏幕的溫度進行實時監(jiān)控、檢測、控制，并通過LED顯示屏顯示出來。DS1820測量的溫度范圍是-55℃-+125℃，分辨率為0.5℃，測量誤差很小。

（2）能產(chǎn)生高精度的時鐘信號。系統(tǒng)使用的時鐘芯片DS12887能提供恒定的時間和精準的定時功能，也可進行報警中斷。

（3）本系統(tǒng)集時間、圖形、漢字、溫度等內(nèi)容為一體，顯示內(nèi)容多，而且可以進行智能化控制，實現(xiàn)了人機對話。

1.總體設(shè)計

總體設(shè)計主要分為兩大部分：系統(tǒng)硬件設(shè)計部分和軟件設(shè)計部分。

1.1系統(tǒng)硬件設(shè)計

該系統(tǒng)主要是由控制系統(tǒng)、溫度采集系統(tǒng)、時鐘產(chǎn)生、顯示驅(qū)動電路等四部分組成，系統(tǒng)方框圖見圖1所示。

圖1 系統(tǒng)方框圖

1.1.1系統(tǒng)控制

此控制系統(tǒng)是由AT89C51、2764、74LS154、74HC595、74LS373、7279A、MAX232等芯片組成。

顯示緩沖區(qū)采用2764。在顯示緩沖區(qū)RAM中，取出相應(yīng)顯示數(shù)據(jù)或圖形信息，進行信息的動態(tài)顯示。保證了單片機控制系統(tǒng)運行的可靠性。

MAX232被用作進行串行通訊，它與上位機（即計算機）進行直接通訊，實時接收計算機發(fā)送來的控制信息和顯示數(shù)據(jù)。

鍵盤電路選用智能控制芯片HD7279A，它通過串行方式與主機接口連接，占用的數(shù)據(jù)線少，節(jié)省了主機端口，而且它的附加器件很少，編程較容易。

1.1.2溫度采集

本系統(tǒng)采用單線多點溫度采集電路進行溫度檢測，采用Dallas公司生產(chǎn)的數(shù)字溫度傳感器，具有獨特的單線接口，可將溫度直接轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量讀出。采用該數(shù)字溫度傳感器進行設(shè)計能夠省去A/D轉(zhuǎn)換電路、放大電路，具有很高的性價比。

1.1.3時鐘產(chǎn)生

在MCS-51系列單片機中，通過兩個記數(shù)定時器能夠?qū)崿F(xiàn)時鐘系統(tǒng)，由于它的計時精度一般，為了得到高精度時鐘控制，我們選用功能更強大，價格較便宜，編程簡單的實時時鐘芯片DS12887。

1.1.4顯示驅(qū)動

本系統(tǒng)采用逐行掃描列驅(qū)動的方式，74HC595是串行輸入并行輸出的移位寄存器。每塊芯片可以鎖存驅(qū)動八個發(fā)光二極管。驅(qū)動電路采用三極管放大電路，驅(qū)動電路如圖2。

圖2 驅(qū)動電路

1.2軟件部分

此系統(tǒng)掃描方式采用動態(tài)掃描，每屏能顯示八個漢字、溫度信息、圖像和時間等。

一開機首先進行單片機的初始化，DS1820進行溫度轉(zhuǎn)換，設(shè)置數(shù)據(jù)緩沖區(qū)、串行口的工作方式，允許進行串行通訊，預(yù)備從串行口接收待顯示數(shù)據(jù)。

在顯示子程序中，單片機對將要顯示的漢字進行編號，查找到顯示漢字的首地址，然后傳輸32個字節(jié)，完成一個漢字的顯示過程。通過循環(huán)方式可以顯示所有需要顯示的漢字。溫度信息的顯示、時鐘信息的顯示均采用同一原理。

在常用顯示技術(shù)中，大多是將所需要顯示的字符、符號以及漢字等以點陣的形式存放在系統(tǒng)的程序存儲器中，需要顯示時再從程序存儲器中調(diào)用。這種顯示方法存在很大的缺點，如果顯示的漢字內(nèi)容比較多的時候，每一個漢字就需要32個字節(jié)，不但程序存儲器的容量不夠大，而且就輸入每個漢字的點陣碼，也是一件非常繁瑣的事情。此外，在軟件上設(shè)計起來也是非常麻煩。

采用逐行掃描的方式顯示漢字，需要循環(huán)掃描每一個字的時間要長，只有這樣才能讓人們看清楚每一個漢字，在顯示漢字時才會穩(wěn)定的感覺。

2.實際制作中的一些難題

最初由于驅(qū)動電路設(shè)計不夠合理，使得點亮LED時，驅(qū)動電流太小，每一個LED發(fā)光二極管的亮度極低，看不清楚顯示的漢字。這主要是由于LED的發(fā)光亮度基本上正比于電流強度，而多數(shù)LED發(fā)光二極管的電流范圍在5mA～20mA之間，因此，我們改動了驅(qū)動電路，增大了驅(qū)動電流，使發(fā)光二極管達到理想的亮度。

在本系統(tǒng)中，為了使LED發(fā)光二極管達到最佳的亮度，我們通過實驗進行了實驗值與理論值的對比，以使其達到最佳亮度。對于發(fā)光二極管的實際發(fā)光電流一般在5mA～20mA左右，但是在用三極管進行驅(qū)動的時候，使用一個滑動變阻器進行電流測試，當變阻器的阻值在40Ω左右時，用萬壓表測量電流，檢測顯示電流竟達到48mA，但是二極管仍然沒有被燒壞。這是因為在動態(tài)顯示時，盡管電流很大，但是每次導(dǎo)通的時間都很短，所以二極管在短時間內(nèi)不會被燒壞。這樣電流加大后，亮度大大提高。

由于LED的響應(yīng)時間很短，在采用動態(tài)驅(qū)動時就必須考慮時間問題。由于沒有余輝時間可利用，只有提高掃描頻率來適應(yīng)人的視覺特性。一般說來，發(fā)光二極管在每秒鐘內(nèi)能夠亮25次以上，人眼就不會感覺到有閃爍，這時的畫面給人的感覺是穩(wěn)定的。在本系統(tǒng)里，每一個發(fā)光二極管每秒鐘能夠亮50次。

3.結(jié)束語

本系統(tǒng)實現(xiàn)了中西文、圖形、時間、溫度的顯示，通過上位機可以隨意改變顯示的內(nèi)容，實時性能較好，智能化程度較高，實現(xiàn)了人機對話，顯示效果較好。同時本系統(tǒng)也可以用于多種公共場所，具有很強的市場競爭能力。 [科]