LED室外大屏幕電子廣告牌系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

何穎

（西安思源學(xué)院 電子信息工程學(xué)院，陜西西安，710038）

0 引言

在現(xiàn)代工業(yè)控制管理和智能化的儀器中，越來(lái)越多的地方需要用一些特殊的字符點(diǎn)陣圖形顯示，漢字顯示也被廣泛應(yīng)用于公交新聞?wù)?、巨型廣告屏幕等。發(fā)光二極管顯示器可分為圖形顯示和視頻顯示，由發(fā)光二極管燈矩陣塊組成。顯示屏廣泛用于交通運(yùn)輸、鐵路車站、商場(chǎng)、醫(yī)院、酒店、證券市場(chǎng)、工業(yè)企業(yè)管理等公共場(chǎng)所[1,2]。

無(wú)論是單個(gè)發(fā)光二極管（LED），發(fā)光數(shù)碼管，都不能將完整的、復(fù)雜的文字和圖形信息展示出來(lái)，都不能滿足大容量信息的顯示，比如新聞?wù)?、地鐵、商戶燈公共信息的顯示，主要是因?yàn)闆](méi)有足夠的空間顯示復(fù)雜的字符，于是出現(xiàn)了LED點(diǎn)陣顯示，點(diǎn)陣是由多個(gè)LED小燈連接起來(lái)，并按照矩陣的方式排列出來(lái)的模塊，通過(guò)對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管點(diǎn)亮和熄滅組成非常復(fù)雜的文字或者圖形[3]。LED具有高亮度、低工作電壓、低功耗、體積小、耐沖擊性能及穩(wěn)定的特點(diǎn)。文中就是基于單片機(jī)的LED室外大屏幕電子廣告牌的設(shè)計(jì)，通過(guò)單片機(jī)驅(qū)動(dòng)點(diǎn)陣，軟件程序的編寫(xiě)，用不同的方式顯示特定的字符和圖像[4,5]。

1 電子廣告牌系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)采用的是16×16的點(diǎn)陣顯示特定漢字和數(shù)字實(shí)現(xiàn)。主控芯片采用的是ATMEL公司研發(fā)生產(chǎn)的AT89C51芯片，選用4個(gè)8×8的點(diǎn)陣模塊拼接而成一個(gè)16×16的點(diǎn)陣。包含有兩個(gè)74HC595串行移位芯片和兩個(gè)74HC138譯碼器對(duì)其進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，能提供足夠大的供電電流。驅(qū)動(dòng)模塊分別在P1口同時(shí)輸入0到15的十進(jìn)制數(shù)，輸出兩組8位二進(jìn)制數(shù)通過(guò)低電平驅(qū)動(dòng)列[6]。在P3口通過(guò)輸入高低電平控制脈沖，輸出通過(guò)移位高電平驅(qū)動(dòng)行來(lái)實(shí)現(xiàn)?？刂颇K，則是通過(guò)外部硬件按鍵進(jìn)入中斷系統(tǒng)，來(lái)控制點(diǎn)陣移動(dòng)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖

2 電子廣告牌系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

主控模塊是AT89C51芯片驅(qū)動(dòng)和控制其他模塊，由P1.0、P1.1、P1.2驅(qū)動(dòng)595鎖存器，P2.0、P2.1、P2.2、P2.3驅(qū)動(dòng)138譯碼器，P3.1、P3.2控制按鍵。

本次設(shè)計(jì)的每一個(gè)漢字都是由16行16 列的點(diǎn)陣形成展示的，所以每個(gè)字都有 256個(gè)點(diǎn)陣來(lái)表示，通過(guò)字模提取軟件，設(shè)置字符的高度和寬度，本次設(shè)置為16×16，輸入要顯示的漢字，點(diǎn)擊鍵盤ctrl+enter，就可以在主界面顯示點(diǎn)陣字符，點(diǎn)陣顯示的字符如圖2所示。

圖2 點(diǎn)陣顯示的字符

顯示模塊，是由4塊8×8點(diǎn)陣組成，其中引腳YZ1到Y(jié)Z8和引腳YY1到Y(jié)Y8分別是兩個(gè)138譯碼器的輸出端，作為列驅(qū)動(dòng)點(diǎn)陣。引腳ZS1到ZS8和引腳ZX1和ZX8分別是兩個(gè)595鎖存器的輸出端，作為行驅(qū)動(dòng)點(diǎn)陣。

控制模塊硬件電路是由兩個(gè)按鍵K1和K2組成，分別控制點(diǎn)陣是否移動(dòng)和移動(dòng)方向[7,8]。按下K1點(diǎn)陣移動(dòng)暫停，再次按下移動(dòng)。點(diǎn)陣最開(kāi)始的移動(dòng)方向是左移，按下K2點(diǎn)陣右移，再次按下點(diǎn)陣左移。

驅(qū)動(dòng)模塊是由兩塊74HC595和兩塊74HC138組成，分別驅(qū)動(dòng)行和列，使16×16的LED點(diǎn)陣可以顯示出6個(gè)特定的漢字和四個(gè)數(shù)字。

3 電子廣告牌系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 主程序設(shè)計(jì)

在主程序中，先初始化單片機(jī)，將單片機(jī)設(shè)定為用戶想要的模式，本次設(shè)計(jì)先是將單片機(jī)模式設(shè)定為計(jì)數(shù)器0工作方式1。因?yàn)樵O(shè)計(jì)中用按鍵可以控制點(diǎn)陣移動(dòng)，所以采用了中斷系統(tǒng)，在單片機(jī)初始化中開(kāi)總中斷，開(kāi)T0中斷，并給計(jì)數(shù)器設(shè)置初值，定記時(shí)到65536進(jìn)入中斷。初始化結(jié)束后，進(jìn)入死循環(huán)，調(diào)用顯示函數(shù)xianshi()，使單片機(jī)點(diǎn)亮點(diǎn)陣，并出現(xiàn)用戶想要顯示的數(shù)據(jù)。判斷是否有按鍵按下，如果有鍵按下進(jìn)入相應(yīng)的程序?qū)崿F(xiàn)按鍵功能，如果沒(méi)有按鍵按下則點(diǎn)陣一直左移出現(xiàn)數(shù)據(jù)。主程序流程圖如圖3所示。

圖3 主程序流程圖

程序如下所示：

3.2 595驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)采用74HC595控制點(diǎn)陣的行。先點(diǎn)亮上部分的8×16點(diǎn)陣，每次數(shù)據(jù)移位8次后產(chǎn)生溢出標(biāo)志位CY賦值給數(shù)據(jù)輸入端DS，SH_cp上升沿?cái)?shù)據(jù)寄存器里面的數(shù)據(jù)開(kāi)始移位，下降沿移位寄存器數(shù)據(jù)不改變，依次循環(huán)8次點(diǎn)亮上部分的8行點(diǎn)陣，下部分同理，595驅(qū)動(dòng)模塊流程圖如圖4所示。

圖4 595驅(qū)動(dòng)模塊流程圖

3.3 顯示模塊設(shè)計(jì)

點(diǎn)亮點(diǎn)陣功能是在顯示模塊中實(shí)現(xiàn)的，138譯碼器控制點(diǎn)陣的列掃描，在單片機(jī)P2端口輸入0-15，通過(guò)138輸出的011111111到11111110低電平順序掃描上下部分8列點(diǎn)陣，調(diào)用writedata(uchar dat1,uchar dat2)函數(shù)順序點(diǎn)亮上下部分8行點(diǎn)陣，在這個(gè)子函數(shù)中調(diào)用本次設(shè)計(jì)需要顯示的字符數(shù)組，然后實(shí)現(xiàn)這個(gè)子函數(shù)的功能。wr itedata(tab[net+aa],tab[net+aa+1])，其中net為列描次數(shù)，aa為行掃描次數(shù)，tab[net+aa]為上部分點(diǎn)陣行掃描；tab[net+aa+1]為下部分點(diǎn)陣行掃描。每次掃描結(jié)束后清屏，保證漢子正確無(wú)誤的顯示出來(lái)，當(dāng)把數(shù)組tab[]里的數(shù)據(jù)讀完后，一次循環(huán)結(jié)束。顯示模塊流程圖如圖5所示。

圖5 顯示模塊流程圖

3.4 中斷模塊設(shè)計(jì)

定時(shí)時(shí)間到，進(jìn)入中斷模塊。在中斷模塊中，單片機(jī)控制點(diǎn)陣移動(dòng)方向，設(shè)定一個(gè)變量alt，讓alt自加，加到一定的值，點(diǎn)陣開(kāi)始移動(dòng)。判斷位變量fangxiang是否為低電平，即判斷S2按鍵是否按下。如果按下則正向移動(dòng)，掃描次數(shù)變量net從0開(kāi)始自加一直到288（因?yàn)?6×16點(diǎn)陣，顯示完本次設(shè)計(jì)所有的數(shù)字和漢字，需要掃描288次）這個(gè)過(guò)程中若S2按鍵沒(méi)有再次按下，則一次正向掃描結(jié)束，net清零，開(kāi)始下一次的正向掃描。如果在net還沒(méi)有自加到288時(shí)，S2按鍵按下，則net從當(dāng)前的值開(kāi)始自減，導(dǎo)致移動(dòng)方向相反，直到net自減到0這個(gè)過(guò)程中S2按鍵沒(méi)有按下，則net重新賦值288反向移動(dòng)，一次反向掃描結(jié)束。如此這樣反復(fù)掃描。中斷模塊流程圖如圖6所示。

圖6 中斷模塊流程圖

4 LED室外大屏幕電子廣告牌實(shí)物圖

LED室外大屏幕電子廣告牌的實(shí)物圖如圖7所示。

圖7 LED室外大屏幕電子廣告牌的實(shí)物圖

5 結(jié)語(yǔ)

本次設(shè)計(jì)的課題是LED室外大屏幕電子廣告牌的設(shè)計(jì)與制作。系統(tǒng)以AT89C51為核心芯片，P1和P3端口分別控制74HC595和74HC138驅(qū)動(dòng)行和列，點(diǎn)亮16×16點(diǎn)陣，全屏可以顯示一個(gè)完整的漢字和兩個(gè)數(shù)字。共分為主控模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、顯示模塊、控制模塊4部分實(shí)現(xiàn)。功能實(shí)現(xiàn)采用的是動(dòng)態(tài)掃描，使字符能夠自左向右或者自右向左依次顯示出來(lái)，此次設(shè)計(jì)共顯示4個(gè)數(shù)字6個(gè)漢字，這些字符完整的顯示出來(lái)一共需要掃描288次。要顯示的字符通過(guò)字模提取軟件得到的程序存在數(shù)組tab[ ]中。通過(guò)138譯碼器每次選通點(diǎn)陣的一列，在595顯示子程序中讀取數(shù)組元素，相應(yīng)的字符會(huì)顯示在點(diǎn)陣上。本次共設(shè)計(jì)了兩個(gè)功能按鍵，一個(gè)按鍵是控制字符移動(dòng)暫停；另一個(gè)按鍵是控制字符移到的方向?？刂谱址苿?dòng)按鍵，是在主函數(shù)中，通過(guò)停止計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)是在主函數(shù)中實(shí)現(xiàn)；本系統(tǒng)共設(shè)計(jì)了兩種移動(dòng)方式，由左至右和由右至左，這兩種移動(dòng)方式皆是在中斷函數(shù)中實(shí)現(xiàn)，當(dāng)硬件有鍵按下時(shí)，執(zhí)行相應(yīng)的軟件程序。硬件默認(rèn)先是向左移動(dòng)，有鍵按下時(shí)向右移動(dòng)，再次按下向左移動(dòng)，反復(fù)交替移動(dòng)。本次設(shè)計(jì)最終通過(guò)軟硬件結(jié)合，實(shí)現(xiàn)電子廣告牌的設(shè)計(jì)。