LED動(dòng)態(tài)廣告屏的設(shè)計(jì)

袁　華，趙　越，王玉泰濟(jì)南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，山東濟(jì)南　　250022

LED動(dòng)態(tài)廣告屏的設(shè)計(jì)

袁華，趙越，王玉泰
濟(jì)南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，山東濟(jì)南250022

摘要本文實(shí)現(xiàn)了一個(gè)由51單片機(jī)作為核心控制器的LED點(diǎn)陣構(gòu)成的出租車廣告屏系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以顯示八個(gè)漢字或其他字符，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)多種顯示方式，具有操作簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)、耗電量小等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)用性較強(qiáng)，仿真結(jié)果表明該系統(tǒng)可以穩(wěn)定運(yùn)行，具有較好的動(dòng)態(tài)效果。

關(guān)鍵詞單片機(jī)；LED；顯示屏

0　引言

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的繁榮帶動(dòng)了各種產(chǎn)業(yè)迅速成長(zhǎng)，同時(shí)消息傳遞的方式也是各種各樣。而出租車這個(gè)載客行業(yè)顯然是一個(gè)非常龐大而且有不錯(cuò)效果的廣告?zhèn)髅椒绞?。出租車在不停的運(yùn)動(dòng)中通過(guò)后方的LED廣告屏可以把信息滲透到城市的每一個(gè)角落以達(dá)到信息傳遞的目的。LED顯示屏自在全球迅速興起后取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，已發(fā)展成為重要的現(xiàn)代信息發(fā)布媒體手段并得到了廣泛應(yīng)用。由LED構(gòu)成的廣告屏相比于其他類型的信息傳播系統(tǒng)如液晶顯示屏等有著更好的抗震性，耐冷熱性，耐腐蝕性，更適用于出租車尾部安裝，而且造價(jià)低有利于節(jié)省成本。在戶外廣告屏的采用上，無(wú)疑LED顯示屏是很好的選擇。現(xiàn)今，我國(guó)已經(jīng)進(jìn)入快速發(fā)展的信息時(shí)代，雖然LED行業(yè)有著巨大的潛力和不錯(cuò)的發(fā)展前景，但也認(rèn)識(shí)到國(guó)內(nèi)與世界先進(jìn)水平相比在相關(guān)技術(shù)方面還有著差距。因此本系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)對(duì)LED技術(shù)的進(jìn)一步應(yīng)用有著一定的實(shí)用價(jià)值和意義。

1　系統(tǒng)總體框架與硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

出租車尾部的LED點(diǎn)陣顯示屏系統(tǒng)屬于戶外工作，需要很好的抗震性等，因此對(duì)顯示屏的質(zhì)量有著很高的要求。通常為了便于給硬件系統(tǒng)電路保養(yǎng)，選用將總體的系統(tǒng)分為幾大模塊的方式設(shè)計(jì)。如圖1所示，根據(jù)系統(tǒng)的顯示功能將該系統(tǒng)分為兩大部分，分別是核心控制系統(tǒng)、顯示電路部分。

控制系統(tǒng)是總體系統(tǒng)中極為主要的組成。作為核心控制部分，開發(fā)員編寫的程序?qū)懭牒蠼?jīng)過(guò)它的處理，進(jìn)而控制顯示屏的工作。本設(shè)計(jì)已選定單片機(jī)作為中央控制器，寫入程序后通過(guò)各引腳向外圍設(shè)備發(fā)送指令，進(jìn)行控制，以達(dá)到顯示的目的。

圖1中，通信體系是電腦將數(shù)據(jù)發(fā)送到顯示支配體系的渠道。

1）并行通信。

并行通信中數(shù)據(jù)的各位是同時(shí)進(jìn)行傳送的通信方式。這種方式數(shù)據(jù)傳遞速率迅速，只是不足之處是需要的通訊線多、造價(jià)不低，不適宜遠(yuǎn)途傳播。

2）串行通信。

串行通信中數(shù)據(jù)是一位一位按順序傳送的通信方式。它只需要幾根通信線就可以，但是傳送的速度很慢，卻可以傳送很遠(yuǎn)的距離。通常采用硬件來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)模式間的切換。該硬件電路一般采用通用異步收發(fā)傳輸器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)，通常稱作UART。本設(shè)計(jì)選擇串行通訊方法。

如圖1，系統(tǒng)的展示部分包括一塊能夠展示八個(gè)字的LED屏幕和屏幕的行列驅(qū)動(dòng)電路。因?yàn)閱纹瑱C(jī)的I/O引腳有限。單片機(jī)與屏幕不可以中間不加任何芯片就相連。需要選擇添加I/O口的做法來(lái)增多單片機(jī)發(fā)出脈沖。LED又稱為發(fā)光二極管。本設(shè)計(jì)需要大小為16×128的點(diǎn)陣屏，采用發(fā)光二極管組成的點(diǎn)陣模塊進(jìn)行拼接，通常有8×8、16×16等幾種。同時(shí)為達(dá)到節(jié)約檢修成本，選擇模塊面積比較小的來(lái)減小檢修的本錢。因此本設(shè)計(jì)LED屏幕選由8×8類型的模塊共32個(gè)組合。同時(shí)，設(shè)計(jì)中必須對(duì)單片機(jī)的I/O口實(shí)行擴(kuò)充數(shù)量。因?yàn)閱纹瑱C(jī)的低電平端口相當(dāng)于是上不具有驅(qū)動(dòng)能力。因此，該類電路還須要有功能（電流）放大作用。

在總體框架下，詳細(xì)的系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案如圖2所示。整個(gè)體系包含時(shí)鐘、復(fù)位、鍵盤掃描控制以及單片機(jī)屬于核心控制部分；發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)電路、點(diǎn)陣屏幕屬于展示部分。

2　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與程序流程圖

單片機(jī)系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)確定后，軟件的設(shè)計(jì)以硬件電路為基礎(chǔ)，分為主程序、鍵盤掃描控制程序、顯示模式程序、外部中斷。

1）本設(shè)計(jì)中采用了輕觸開關(guān)來(lái)進(jìn)行控制終中斷，因顯示的模式不止一種，所以需要用刷新按鍵來(lái)切換。

2）主程序的功能除了對(duì)系統(tǒng)環(huán)境進(jìn)行初始化，設(shè)置定時(shí)器的中斷，總的中斷，啟用中斷工作等，同時(shí)進(jìn)行對(duì)子程序的調(diào)用。

3）控制程序主要是向列驅(qū)動(dòng)電路發(fā)送控制數(shù)據(jù)，因?yàn)樾序?qū)動(dòng)是對(duì)屏幕一行一行的進(jìn)行掃描，列驅(qū)動(dòng)由單片機(jī)發(fā)送的質(zhì)指令進(jìn)行高低電平輸出的控制。先輸入8個(gè)字的字模到595模塊，然后進(jìn)行行行掃描。

4）顯示程序主要是描述這幾種顯示模式的原理，因?yàn)橐黄聊豢梢燥@示八個(gè)字，所以顯示程序的編寫是實(shí)現(xiàn)8個(gè)字的字模先發(fā)送，然后是后面8個(gè)字，依次類推。

系統(tǒng)總程序的流程圖如圖3所示。第一步是對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境的初始化；接下來(lái)整個(gè)系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入顯示狀態(tài)，本設(shè)計(jì)中默認(rèn)的初始顯示方式是上顯模式，根據(jù)需要可以按下其他的按鍵進(jìn)行模式切換。

3　調(diào)試與仿真結(jié)果

在行驅(qū)動(dòng)電路中，可能會(huì)出現(xiàn)電流通過(guò)譯碼器流出不足以驅(qū)動(dòng)如此多的LED模塊，使電路處于沒(méi)有電平的狀態(tài)。因此設(shè)計(jì)在行驅(qū)動(dòng)電路和LED顯示屏之間加上74HC04大功率放大器或者是三極管，通過(guò)放大電流以使LED屏可以穩(wěn)定顯示。系統(tǒng)經(jīng)過(guò)硬件和軟件調(diào)試后，得到了較好的動(dòng)態(tài)演示效果，截取效果圖如圖4所示。

4　結(jié)論

本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于單片機(jī)的LED的出租車廣告屏的系統(tǒng)。廣告屏上所顯示的內(nèi)容可以通過(guò)寫入單片機(jī)的程序來(lái)進(jìn)行控制，而且能夠?qū)崿F(xiàn)多種顯示模式，得到了較好的動(dòng)態(tài)顯示效果。

參考文獻(xiàn)

[1]關(guān) 積珍，陸家和.LED顯示屏的技術(shù)及其市場(chǎng)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展[J].激光與紅外，2003，33（6）：466-470.

[2]彭順，潘玉田.單片機(jī)串行口的并行通信技術(shù)[J].機(jī)械管理開發(fā)，2007，5：95-96.

[ 3]楊 加國(guó).單片機(jī)C語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言混合編程[J].成都大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2008，27（3）：208-211.

[4]夏 莉英，陳雁.AT89C51單片機(jī)與PC機(jī)的通信接口及編程[J].電子工程師，200 6，32（9）：52-55.

[5]高林.單片機(jī)軟件仿真教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J].科技信息，2013（24）：91-94.

[6]Thermal Analysis of High Power LED on Heat Sink[J].Semiconductor Photonics and Technology，2008，03：192-195.

中圖分類號(hào)G2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)1674-6708（2015）141-0083-02