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(佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院,黑龍江 佳木斯 154007)
經(jīng)過STH11感應(yīng)溫濕度信號(hào)傳送給單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,再通過線纜和通訊卡將其傳給單片機(jī),單片機(jī)經(jīng)過硬件電路板設(shè)計(jì)和軟件編程設(shè)計(jì),使它能夠進(jìn)行溫度信號(hào)的分析與處理,將模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后,數(shù)據(jù)通過LED顯示屏控制卡能讓LED顯示器顯示實(shí)時(shí)溫度與濕度。
處理層即單片機(jī)控制器與驅(qū)動(dòng)卡組成的設(shè)備系統(tǒng),依據(jù)收到的溫濕度信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)化分析后得到可操控?cái)?shù)值,然后發(fā)送到上位機(jī),實(shí)現(xiàn)了采集數(shù)值的分布式計(jì)算與集中監(jiān)控管理。設(shè)備運(yùn)用層在這里即為點(diǎn)陣式LED顯示屏。如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)總框圖
LED點(diǎn)陣屏是一種雙基色顯示屏幕,可以呈現(xiàn)紅,綠,黃三原色。在這里操控器的核心器件選擇STC89C51系列單片機(jī),然后拓展32KSRAM當(dāng)成是緩存區(qū),512KFlash用于貯存顯示的點(diǎn)陣信息與諸多很需要的參數(shù)。
撥碼開關(guān)選擇本屏的物理地址。操控器還拓展了1片溫濕度傳感設(shè)備采集溫濕度數(shù)值,1片時(shí)鐘芯片進(jìn)行實(shí)時(shí)時(shí)鐘的讀寫。系統(tǒng)框圖如2所示。
圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
(1)儲(chǔ)存器拓展電路
STC89C51單片機(jī)是一種強(qiáng)大的抗沖擊、高速度、低功耗微處理器,升級(jí)版的51單片機(jī),內(nèi)部集成了看門狗定時(shí)器,其內(nèi)部配置了64K字節(jié)的閃存與512字節(jié)的RAM貯存器,支持ISP在線編程,升級(jí)更新,成本低售價(jià)也相對(duì)實(shí)惠。
基于提升響應(yīng)速率,設(shè)備拓展了32KSRAM,作為顯示緩存區(qū),一個(gè)用于貯存數(shù)值的當(dāng)前顯示和許多特別的處理框架,單片機(jī)的接口設(shè)置如圖3所示,利用單片機(jī)的P3.2單獨(dú)的SRAM的高地址線A14,為了便于數(shù)值的紅色和綠色的LED點(diǎn)陣存儲(chǔ),當(dāng)P3.2輸出是0,在RAM地址0x0000到0x3fff供選,紅色LED P3.2數(shù)值;當(dāng)輸出1,選擇0x4000到0x7FFF綠色計(jì)算RAM地址的LED。
Flash用于貯存代碼,呈現(xiàn)數(shù)字信息和字體。我們能夠調(diào)用表漢字和英文對(duì)應(yīng)值。貯存16×16點(diǎn)陣漢字的64K字節(jié)的貯存空間,能夠裝在2048,512K的閃存,能夠支持各種現(xiàn)實(shí)的要求。SST39VF040的地址線有19位,而單片機(jī)才氣P1口拓展高級(jí)3地址線。
設(shè)備里單片機(jī),SRAM,Flash需要313V供電,接入控制電壓5V,提供3.3V穩(wěn)壓供電。
圖3 單片機(jī)原理圖
低壓差電壓芯片LM1117輸出最大電流能夠800mA,輸出電壓的準(zhǔn)確度很高,基本在±1%以下,并且?guī)в幸欢ūWo(hù)功能。
(2)串行接口電路
控制器收到值,單片機(jī)雙工通用異步收發(fā)器(UART)的開始工作。當(dāng)傳輸距離小于20m時(shí),采用不平衡RS-232,采用RS-485時(shí),傳輸距離為幾十米到上百米。RS-485采用平衡傳輸和差分接收,因此具有抑制共模效應(yīng)的能力,可以聯(lián)網(wǎng)形成分布式設(shè)備。由于顯示位置分散,距離幾十甚至上百,所以他們分別MAX232和SN75176控制器。開關(guān)電平,RS-232和RS-485之間的跳線開關(guān),與PC通信完成存儲(chǔ)和更新值。
(3)實(shí)時(shí)時(shí)鐘鐘電路
單片機(jī)與HT1381低功耗實(shí)時(shí)鐘芯片接口采取串行傳送方式,如圖4~7所示電路能夠讀寫年、月、日、星期、時(shí)、分、秒等實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路,在經(jīng)過分析處理投放到點(diǎn)陣式LED屏上。HT1381所需時(shí)鐘單片機(jī)采集分析轉(zhuǎn)換,外部接入321768KHz晶振就可以工作、顯示。裝配3V可充蓄電池,設(shè)備采取外部供電,二極管通,外部供電一邊向芯片供電,另一邊對(duì)蓄電池加以充電。一旦設(shè)備不供電,二極管截至,芯片由蓄電池來供電。
(4)溫濕度傳感器電路
溫濕度傳感設(shè)備用單總線數(shù)字溫濕度傳感器STH11,該元件將溫濕度傳感設(shè)備、溫濕報(bào)警觸發(fā)器、ROM等聚集在一個(gè)小的芯片上,內(nèi)部集成了14位A/D轉(zhuǎn)換器,傳感備轉(zhuǎn)輸出的溫濕度數(shù)據(jù)的計(jì)算值。STH11以九位數(shù)字的是溫濕度值,讀如果在位僅需要一根數(shù)據(jù)線。
圖4 實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路原理圖
圖5 傳感器電路
圖6 行驅(qū)動(dòng)電路
圖7 列驅(qū)動(dòng)電路
(5)掃描控制電路與LED陣列
目前大多數(shù)LED顯示屏的屏幕研究采取的是板塊化的框架,其基本單元是LED顯示單元板塊,屏幕大小與形狀可靈活改變,顯示屏的安裝與維護(hù)仍十分方便。LED顯示單元板塊分為L(zhǎng)ED點(diǎn)陣與驅(qū)動(dòng)電路2塊。
LED點(diǎn)陣選用紅綠雙色屏,紅、綠、黃3三原色均可顯示,經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。各個(gè)板本是16×64像素,由16×8像素共陽極LED點(diǎn)陣。16行LED共享一列數(shù)值,每行LED顯示周期在掃描周期的1 / 16之間。在持續(xù)的視覺效果的基礎(chǔ)上,只要整個(gè)屏幕刷新率超過60Hz,可以形成一個(gè)穩(wěn)定的照片。每個(gè)LED顯示單元有8個(gè)紅色數(shù)字輸入,8個(gè)綠色數(shù)字輸入,和8線操作數(shù)據(jù)輸入。
驅(qū)動(dòng)電路分為行驅(qū)動(dòng)與列驅(qū)動(dòng):
行驅(qū)動(dòng)電路由2片3-8譯碼器74HC138組成。行選擇數(shù)據(jù)與控制線連接時(shí),全部LED燈熄滅,因此它要有高驅(qū)動(dòng)電流驅(qū)動(dòng)4953。4953擁有2個(gè)P溝道MOSFET管,漏極電流達(dá)到419A,保障線驅(qū)動(dòng)功能,16×64點(diǎn)陣要有8件4953。2、138、16輸出,分別依據(jù)相應(yīng)的4953個(gè)驅(qū)動(dòng)程序選擇線路,最終實(shí)現(xiàn)其功能。
列驅(qū)動(dòng)器采取74HC595,擁有移位貯存器和三態(tài)鎖存器,并且擁有串行輸入并行輸出8bit位的數(shù)值。紅色和綠色點(diǎn)陣的值與8個(gè)74HC595鎖存,由2個(gè)單片機(jī)分別操縱。第一串行輸出被輸入595片的595個(gè)串行輸入端,采用同樣原理,除了引腳鏈接,依據(jù)級(jí)聯(lián)的方法,8個(gè)595芯片共同與各個(gè)芯片的595個(gè)并行輸出鏈接的LED接線柱。
顯示過程為:
(1)把顯示緩存區(qū)里的第1行紅色數(shù)值與綠色數(shù)值分別送入595鎖存;
(2)掃描數(shù)據(jù),選擇LED陣列的第一行并延長(zhǎng)時(shí)間;
(3)做消隱,掃描數(shù)據(jù),向下移動(dòng)一行,然后重復(fù)這個(gè)過程直到顯示第十六行。如此循環(huán)。
每個(gè)LED顯示單元擁有2個(gè)端口,依據(jù)顯示器的寬度依據(jù)實(shí)際情況拓展LED單元,而且控制器的值維持原值。
如若需要高度上的拓展,能夠依據(jù)拓展CPLD/FPGA操控行掃描信息的同步數(shù)值來完成,顯示原理操作原理基本還是和前面一樣。
單片機(jī)結(jié)合傳感器與點(diǎn)陣式LED顯示屏組成一套檢測(cè)系統(tǒng),但會(huì)有儲(chǔ)存拓展電路、接口電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路等設(shè)計(jì)問題,既要考慮系統(tǒng)穩(wěn)定性又要考慮數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換準(zhǔn)確性,時(shí)鐘同步性。
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