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LED点阵显示系统总体设计

 在车站、商场、学校等一些需要发布多变的实时信息或进行广告宣传的场所,黑板、纸张或是霓虹灯广告牌这些传统的媒介手段,不论是在显示效果还是可修改性上都已无法满足当前的需求。而 led点阵显示屏具有耗电省、成本低、寿命长、占用空间小以及能够实时显示等特点,而且显示内容的信息量大,用户可随时任意自行编辑修改显示内容,因此,近年来已得到了广泛应用。

  一、总体设计

  系统采用了上位机——下位机的结构构建,上位机为 PC机,通过串行通信接口与下位机显示系统进行通信[1],以实现对显示内容的实时擦除、更新等操作;下位机系统主要包括单片机控制电路和显示电路两部分,汉字显示采用 16x16点阵模式,通过单片机的控制,实现字符从右往左滚动的动态显示效果。基本框图如图 1所示。

  

  二、系统的硬件结构

  2.1 MCU的选择

  MCU是整个下位机系统的核心部件,其性能和片内资源很大程度上决定了该系统工作的灵活性、先进性和稳定性。基于此,本系统选用了 STC公司生产的 STC89C55RD+增强型 51单片机。

  STC89C55RD+单片机的指令系统、硬件结构以及片内资源与标准8052单片机完全兼容,采用DIP40封装形式;支持的最高时钟频率为80M,能最大限度地提高MCU的运行速度;片内包含大容量的20KBFLASH程序存储器和1KB的数据存储器,其内部可用Data FLASH达58个扇区共29KB;具有在系统可编程(ISP)功能和在应用可编程(IAP)功能,可实现远程软件升级,无需编程器,从而大大缩短开发复杂度,同时可节省购买编程器的额外投入。

  2.2 串行通信

  系统上位机和下位机通过串行通信接口进行联系。 STC89C55RD+单片机内部含有一个可编程的全双工串行通信接口,即 RXD(P3.0)和TXD(P3.1),具有 UART的全部功能,该接口电路能同时进行数据发送和接收。一般情况下只要通过RXD、TXD和GND三根线就可以实现与上位机PC的串行通信,根据通信距离的远近,可以选择RS232或RS485通信方式,由于本系统中显示屏控制电路与上位机PC的距离较近,故选用了RS-232标准总线接口。具体电路图如图2所示。

  

  2.3 驱动及扫描电路

  LED点阵选用8x8模块,每 4块排列成一个16x16的点阵,用于显示一个汉字。点阵每一行的所有LED共阴极,每一列的所有LED共阳极。

  因为单片机I/O口的驱动能力有限,所以每一行LED阴极通过一个三极管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。考虑到本系统可以同时显示六个汉字,故每一列 LED的阳极都通过一个限流电阻和一个三极管8550与电源相连,当六个汉字的同一行汉字字模(即12个字节)通过锁存器74HC377并行送出后,由移位寄存器 74HC595输出行选通信号,来点亮该行的LED,接着再送下一行数据,再选中下一行有效,直到16行全被扫描过一遍。至此,一幅完整的文字信息就显现出来,然后按这种方式反复扫描,借助于程序的控制,即可实现信息从右至左的动态显示了。具体电路图如图3所示。

  

  该系统的软件主要实现的功能包括:上位机信息(或命令)的发送和下位机点阵显示内容及方式的控制两部分。

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