模塊化LED大屏幕顯示屏

1、模塊化LED大屏幕顯示器設計  摘要：針對現(xiàn)有的LED大屏幕顯示器需重復設計、成本高等問題，提出 了一種模塊化設計的LED大屏幕顯示器，可以實現(xiàn)靈活配置、脫機運行、特效顯示等，并簡要介紹了其硬件結構和軟件功能。    關鍵詞：LED 大屏幕 模塊 I2C總線LED 大屏幕顯示器由于其醒目、內容靈活多變等特點，已經(jīng)越來越多地應用于廣告、信息發(fā)布、交通指示等公共場所，取得了良好效果。LED顯示屏主要分為數(shù)碼顯示和點陣顯示兩大數(shù)，本文只討論點陣顯示。目前的LED顯示屏基本上都是先由用戶提出要求，生產(chǎn)廠這根據(jù)需要訂做，每次都要重復設計電路和機械結構，造成資源浪費

2、，而且若用戶的需求改變，改動將十分困難。實際上不論顯示屏的大小，其原理都是相同的，因此完全可以設計出一種標準化、模塊化的LED顯示屏，會對不同的需要，只需要得意組合相應的模塊即可。本文介紹的就是一種模塊化的LED顯示屏，可以根據(jù)需要靈活改變大小，并可以脫離計算機獨立運行，還可以實現(xiàn)如閃爍、滾動顯示等特效。對整體式顯示屏刷新率不足發(fā)生閃爍的常見問題，在這個設計中由于被分割成小模塊，不再成為問題。1 基本原理基本的設計思路是把整個顯示屏分成若干相同大小、相同功能的顯示模塊，而另外用一個中央控制模塊控制，同步所有顯示模塊的運行，實現(xiàn)整體協(xié)調的顯示。所以本系統(tǒng)主要由兩部分組成：顯示模塊和控制模塊。顯示

3、模塊實際都是相同大小的小LED驅動板，能夠驅動LED陣列，具有基本的顯示功能，并可以接收來自控制模塊的數(shù)據(jù)和命令，此外一些常用的顯示效果如閃爍、滾動等也包括在顯示模塊中?，F(xiàn)有國標點陣漢字庫有16×16和24×24兩種，考慮到軟件編寫的方便和硬件的能力，我們把顯示模塊作為16×16點陣大小?？刂颇K負責控制各顯示模塊，向各顯示模塊發(fā)送數(shù)據(jù)和命令?？刂颇K儲存要顯示的點陣數(shù)據(jù)信息，定時向各顯示模塊下傳?？刂颇K上還帶有小鍵盤和通用異步串行口，即可以用鍵盤操作，也可以用計算機控制，還可以用計算機更新控制模塊內的數(shù)據(jù)。顯示模塊和控制模塊之間用總線的方式連接，我們選用了I2

4、C總線。整個系統(tǒng)的設計使用有很大的自由度：控制模塊控制的顯示模塊數(shù)量可以改變，顯示模塊的排列方式也可以改變（如16個顯示模塊，既可以是2×8也可以是4× 4），對同一塊顯示屏可以保存若干條件用信息分別顯示，每條信息的點陣大小可以不同，超過屏幕大小的信息可以滾動顯示出來。這樣基本可以滿足多種多樣的需求。2 電路結構控制模塊的原理如圖1所示。采用PIC16C73作為中央控制器。該單片機內置I2C接口、串行口，而且具有比較強的口線驅動能力（每根口線25mA），使用它可以簡化很多外圍電路。數(shù)據(jù)存儲使用兩片EEPROM：X24256共提供64K字節(jié)的數(shù)據(jù)空間，可以反復擦除重定民，掉電

5、數(shù)據(jù)不丟失。如果全部用來顯示16×16點陣的漢字，可以顯示2000個左右。數(shù)據(jù)存儲器與各個顯示模塊共用I2C總線，依靠各自的地址區(qū)分究竟是存儲器還是顯示模塊。小鍵盤外接4個限流電阻直接接到CPU的口線上，對鍵盤采用4×4掃描方式。控制模塊與計算機的連接使用RS232串行口，用一片MAX202做電平轉換。此外控制模塊還帶有一個光強度傳感器，其作用是調節(jié)顯示屏的亮度。由于白天和夜晚的環(huán)境光強差異很大，白天覺得合適的亮芳到了晚上可能會很刺眠，因此根據(jù)外界的光強使用這個傳感器自動調節(jié)顯示屏的度。這里使用的是TI公司的TLS235光頻轉換元件。每個顯示模塊要驅動一塊16×1

6、6的LED陣列，由于單片機的口線數(shù)量少，使用靜態(tài)顯示是不可能的，這里使用了動態(tài)掃描顯示?？紤]到刷新速度的因素，使用16行掃描刷新可能會有閃爍，所以使用8行掃描、32位數(shù)據(jù)的方式。每條數(shù)據(jù)線每個時刻只對應一個發(fā)光單元，要求電流較??；而當顯示屏全開的時候，8路共陽極掃描線將會對應32個發(fā)光單元，電流要求大，所以兩端的驅動電路是分別設計的。數(shù)據(jù)線端使用TI公司的4片TPIC6B595。掃描端使用Allegro公司的兩片2944。顯示模塊與控制模塊用I2C總線相連。由于顯示模塊的任務只是顯示，所以不另外增加存儲器，只有內部的RAM單元保存欲顯示的點陣數(shù)據(jù)，并不停地掃描顯示到 LED陣列上。諸如滾動、閃

7、爍等顯示效果只是對顯示數(shù)據(jù)做額外處理，如滾動顯示實際對應數(shù)據(jù)的移位操作。這些功能也編寫在顯示模塊中，由控制模塊發(fā)送命令激活這些功能。此外需說明的是，顯示模塊的驅動電路與LED陣列可以看作分離的兩部分，只要在驅動電路的驅動能力范圍內，可以使用發(fā)光單元不同的LED陣列，如1個發(fā)光單元僅為1個LED的小型顯示牌或者1個發(fā)光單元包括57個LED的大型顯示牌等。3 軟件設計本系統(tǒng)的軟件包括一個部分：顯示模塊、控制模塊和PC機。簡析PIC16C73單片機結構特點和工作原理   來源：深圳龍人計算機  發(fā)布者：站長  時間：2009-9-24  閱讀：163

8、7次PIC系列單片機不是單純的功能堆積，而是以多型號來滿足不同層次的需要，并可提供低價的OTP芯片。另外，該系列單片機還具有低功耗睡眠功能、掉電復位鎖定、上電復位電路、看門狗電路等功能，而且外圍器件少、占用空間??；成本低，保密技術也十分可靠，可最大限度地保護開發(fā)者的利益。因此，在工業(yè)控制、儀器儀表、計算機、家電等諸多領域具有極其廣闊的發(fā)展前景。PIC16C73微控制器所具有的優(yōu)越性能主要歸功于它的精簡指令集（RISC）和所采用的哈佛（Harvard）結構，它具有分離的程序儲器空間（12位寬指令）和數(shù)據(jù)存儲器空間（8位寬數(shù)據(jù)）。同時可運用兩級流水線指令進行取數(shù)和執(zhí)行，除了跳轉指令需要兩個周期外，

9、其余所有的指令都可在單周期內執(zhí)行。PIC16C73分離的程序和數(shù)據(jù)空間可使指令字優(yōu)化為任意寬度，從而使指令具有單字長的特性，且允許指令碼的數(shù)據(jù)位數(shù)多于8位，這樣，就可達到2：1的代碼壓縮和4：1的速度。結構特點及工作原理PIC16C73 PIC16xx系列微控制器中的一種，它由高性能RISC結構的CPU、存儲器、I/O接口和復位電路等組成。1、外部結構特點PIC16C73是28腳雙列直插式大規(guī)模集成芯片。各引腳功能如下：OSC1/CLKIN：為晶體振蕩器輸入/外部時鐘源輸入引腳。OSC2/CLKOUT：晶體振蕩器輸出/外部時鐘源輸出引腳。在晶體振蕩器方式下，接晶體或陶瓷振蕩器；在RC振蕩方式，

10、輸出1/4fosc。MCLR/Vpp：芯片復位/編程電壓輸入腳，復位時，低電平有效。RA0/AN0RA5/AN4/SS：復用引腳，RA0RA5為雙向數(shù)據(jù)線；AN0AN4為A/D輸入輸出通道；RA5AN4/SS還可作為同步串口使用。RB0RB7：B口雙向數(shù)據(jù)信號線，其引腳含有可控的弱上拉電阻。其中，RB4/INT可作為外部中斷輸入端；RB4RB7可產(chǎn)生變化中斷；RB6可作為串行編程的時鐘端；RB7可作為串行編程的數(shù)據(jù)端。RC0RC7：復用引腳，為C口雙向數(shù)據(jù)信號線，C口引腳均為多功能復用引腳。RC0/T1OS0/T1CK1可選擇TMR1振蕩器輸出或TMR1時鐘輸入；RC1/T1OS1/CCP2可

11、作為TMR1振蕩器輸入或捕捉器2輸入/比較器輸出/PWH2輸出；RC2/CCP1可作為捕捉器1輸入/比較器輸出/PWH1輸出；RC3/SCK/SCL可作為同步串行時鐘輸入/SPI的I2C方式輸入；RC4/SDI/SDA可作為SPI數(shù)據(jù)輸入（SPI）或數(shù)據(jù)I/O（I2C）；RC6/SDO可作為SPI數(shù)據(jù)輸出（SPI）；RC6/TX/CK可以作為異步發(fā)送或SCI同步時鐘線；RC7/RX/DT可以作為異步接收或SCI同步數(shù)據(jù)線。2、內部結構特點a.高性能CPU僅35條單字指令，采用的時鐘頻率為20MHz，指令周期為200ns；具有8級深度的硬件堆棧；具有中斷能力，有11個中斷源；帶有片內RC振蕩器的

12、看門狗（WDT）；具有程序保密位，可防止非法拷貝；具有低功耗SLEEP方式，功率低，采用高速CMOS EPROM工藝制造；可選擇不同的振蕩器方式；工作電壓為3.0V6.0V。b.分離的程序和數(shù)據(jù)空間該PIC器件帶有13位程序存儲器，最大尋址能力為8k×14位，用戶存儲空間（00000FFFh）共4k×14位。當訪問大于以上地址范圍的物理存儲空間時，可采用滾動循環(huán)訪問方式。數(shù)據(jù)存儲區(qū)分為每個存儲體Bank0和Bank1，每個存儲體又由通用寄存器和專用寄存器構成。當狀態(tài)寄存器中的RP0位為0時，選中Bank0；RP0為1時選中Bank1。每個存儲體最大可以擴展到7Eh（128個

13、字節(jié)）。在每個存儲體中，專用寄存器被安排在低空間，用SRAM實現(xiàn)的通用寄存器被安排在高地址空間。專用寄存器中含有A/D的寄存器。c.片內器件模塊有3個定時/計數(shù)器和3個雙向I/O口。含有16位捕捉/比較/PWM模塊。其中捕捉器的最大分辨率為12.5ns；而比較器的最大分辨率為200ns；PWM的分辨率為10位。帶有5路A/D轉換器和A/D中斷功能。d.完善的串行通信接口（SCI）SCI利用RC6和RC7兩個引腳來作為通信線的二線制串行通信接口。它們可被定義為三種方式：全雙工異步方式、半雙工同步主控方式和半雙工同步從動方式。SIC部件含有兩個8位的可讀寫狀態(tài)和控制寄存器，分別為發(fā)送和控制寄存器T

14、XSTA、接收和控制寄存器RCSTA。顯示模塊的軟件主要包括掃描顯示、特效處理和I2C通信三部分。三顯示模塊CPU的RAM中開辟出32字節(jié)作為顯示緩沖區(qū)，掃描顯示程序只是定時從顯示緩沖區(qū)中取數(shù)據(jù)發(fā)往移動寄存器，并設置相對應的掃描線，實現(xiàn)一次掃描。掃描顯示并不識別緩沖區(qū)里的數(shù)據(jù)是什么。掃描是利用了人眼的圖象滯留效果，如果掃描頻率達到60Hz以上，對掃描頻率的波動就不大敏感了，所以這里的掃描顯示程序沒有使用定時器中斷，僅由循環(huán)完成。特效處理是指對掃描緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)做移位的操作，主要對應滾動顯示效果。滾動時每次滾動一個像素行或列，大部分數(shù)據(jù)已經(jīng)存在于顯示模塊中，控制模塊發(fā)送滾動命令時聯(lián)合國加兩個字節(jié)（

15、1行或1列）的新數(shù)據(jù)。由于使用的掃描方式是32×8的方式，因此數(shù)據(jù)存放并非完全線性，而有跳躍存儲的部分，加之字符滾動顯示有上下左右四個方向，要把新來的數(shù)據(jù)移入緩沖區(qū)并移出兩字節(jié)的舊數(shù)據(jù)，因而需要比較繁復的RAM地址計算。I2C通信是PIC16C73內部硬件實現(xiàn)的功能，比較簡單，只用中斷就可實現(xiàn)。顯示亮度的調節(jié)功能是通過調節(jié)發(fā)光單元點亮時間實現(xiàn)的。具體來講，由于是掃描顯示，每個發(fā)光單元最多只有1/8的時間可以點亮，如果這1/8的時間全部點亮，其效果就是最大亮度，如果在這1/8的時間內仍有部分時間不亮，則總體的顯示亮度就下降。顯示模塊從控制模塊接收環(huán)境亮度數(shù)據(jù)，調節(jié)這個點亮時間的比例，以

16、實現(xiàn)調節(jié)亮度的功能?？刂颇K程序包括與顯示模塊的I2C通信，與EEPROM的I2C通信，與計算機的串行通信，數(shù)據(jù)的地址計算，外界光強度檢測幾個部分。兩個I2C通信部分和串行通信由硬件支持，比較容易。外界光強度傳感器直接把光強轉化成頻率送入CPU，所以只要定時計數(shù)即可。比較復雜的部分是數(shù)據(jù)的地址計算。由于本系統(tǒng)的自由度、數(shù)據(jù)使用索引的辦法在EEPROM中存儲，地址計算邏輯上簡單但實現(xiàn)起來比較繁復，要對每個顯示模塊發(fā)送不同的內容。對于滾動顯示的情況則更加復雜。如果是靜態(tài)顯示，則控制模塊僅接收到命令后傳送一次數(shù)據(jù)就進入空閑等待：如果是閃爍、滾動等顯示，則需要定時從EEPROM中取數(shù)據(jù)發(fā)生各顯示模塊。PC機部分的程序主要是點陣編輯功能和RS232通信功能。點陣編輯不僅可以寫各種字體的字符，還可以繪制簡單圖形；RS232通信不僅包括所有可以用鍵盤實現(xiàn)的功能外，還可以直接在顯示屏上顯示圖形而不用先保存到控制模塊中，實現(xiàn)即時的信息發(fā)布。本系統(tǒng)對常用的LED大屏幕顯示裝置作了規(guī)范化、模塊化的有益嘗試，并已應用在交通狀況顯示場合，取得了良好效果，證明該設計是合理可行的。由于設計時為使用保留了很大自由芳，使得它可以靈活組合運用于各種不同需求的場合，而不必重復設計，有效節(jié)約了資源。由于最初本系統(tǒng)對應一個比較小的顯示屏，怕以選用了 I2C總線，如果要做相當大的顯示零還可以換成RS485等總線，提供更大的