LED漢字無線信息顯示板的設(shè)計

O 引言

LED漢字動態(tài)顯示屏是利用由多塊發(fā)光二極管點陣(此處采用8×8點陣)組成的顯示屏。它與傳統(tǒng)的顯示媒體，如多彩霓虹燈、像素管電視墻、四色磁翻板等相比較，具有亮度高，對比度強(qiáng)，動態(tài)顯示效果好，故障率低，能耗少，使用壽命長，組態(tài)靈活，視覺效果好，可全天候運(yùn)行等許多優(yōu)點，已得到了廣泛的應(yīng)用。

縱觀LED顯示屏發(fā)展過程，與當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步是密切相關(guān)的，國內(nèi)第一塊LED顯示屏于1982年在南京火車站建成。隨著電子元器件性能的提高、大規(guī)模集成電路和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，LED器件的可靠性及亮度不斷提高，成本不斷下降，特別是金融證券行業(yè)的市場需求大幅度增長，使LED顯示屏進(jìn)入快速發(fā)展階段，出現(xiàn)了多級灰度的LED視頻顯示屏。本文重點介紹了一種4個漢字無線信息顯示板的設(shè)計。該電子信息顯示板在數(shù)據(jù)傳送和接收上采用了無線方式。在驅(qū)動電路的設(shè)計上，采用了目前廣為利用的行掃描列驅(qū)動方式，并考慮了行掃描列驅(qū)動擴(kuò)展功能。

1 無線信息顯示牌的設(shè)計目標(biāo)

無線信息顯示板的應(yīng)用非常廣泛，不同應(yīng)用有相應(yīng)的使用要求，本文期望應(yīng)設(shè)計滿足的要求：能夠通過電腦發(fā)送所要顯示的中英文字?jǐn)?shù)據(jù)信息;采用無線發(fā)送數(shù)據(jù)信息;將所存儲的文字信息從右向左依次滾動顯示，且能很容易地刷新所要顯示的信息;具有無線/有線切換開關(guān)，可以使用有線和無線2種發(fā)送數(shù)據(jù);顯示容量要足夠的大;顯示亮度要高，數(shù)據(jù)傳輸速度要快，畫面要無閃爍等。

2 無線信息顯示牌的設(shè)計原理及硬件實現(xiàn)

關(guān)于LED顯示屏的顯示原理，類似于電視機(jī)。1個字符用1個16×16LED點陣顯示，逐行掃描就是先點亮16×16LED點陣的第一行LED發(fā)光，由輸入的列數(shù)據(jù)決定。第1行點亮持續(xù)一段時間后，再熄滅第1行后點亮第2行，第2行再持續(xù)一段時間后，再點亮第3行，以此類推，這樣將16行LED依次點亮，即完成了一屏的顯示，而后再返回第1行繼續(xù)點亮第2屏。由于人眼視覺的暫留效應(yīng)，本電路的刷新頻率設(shè)為36 Hz。顯示過程中利用單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)處理功能來控制顯示板的顯示。發(fā)送數(shù)據(jù)利用計算機(jī)的串行通信端口發(fā)送數(shù)據(jù)，采用無線發(fā)射接收的專用數(shù)據(jù)通信模塊及一些輔助電路來完成PC機(jī)和單片機(jī)的數(shù)據(jù)通信。PC機(jī)使用COMl或是COM2端口通信，單片機(jī)使用RXD接收PC機(jī)所發(fā)來的數(shù)據(jù)。使用單片機(jī)的P1口與顯示板進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，顯示板將接收的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。

2.1 無線信息顯示牌的設(shè)計電路框圖

電路由發(fā)射機(jī)電路(包括串口電平轉(zhuǎn)換電路、發(fā)射模塊電路、發(fā)射機(jī)電源電路)、接收機(jī)電路(包括接收模塊電路、模塊電源電路)、單片機(jī)系統(tǒng)板電路、以及顯示驅(qū)動板電路等幾大模塊組成，如圖1所示。

2.2 LED點陣顯示屏的驅(qū)動控制

驅(qū)動控制電路可選用74HC595(8位移位寄存器/鎖存器)，如圖2所示。

其中，SCK為移位脈沖信號;SER為串行信號。數(shù)據(jù)從SER端輸入，每個SCK的上升沿使數(shù)據(jù)右移一位。如果要輸入一組數(shù)據(jù)，即8N個，則SCK信號產(chǎn)生8N個脈沖，當(dāng)SCK信號結(jié)束后，由RCK輸出一個負(fù)脈沖，其上升沿使數(shù)據(jù)輸出顯示。

驅(qū)動電路是由4/16譯碼器74LSl54，4953驅(qū)動芯片等組成。每片4953芯片可驅(qū)動2行LED顯示。由4/16譯碼器輸出產(chǎn)生一個行地址，輸出為低電平來控制所有顯示的行，同一行的LED處于有效狀態(tài)。同時使用一條數(shù)組傳送指令將列數(shù)據(jù)傳送過來。就是說，當(dāng)16行中的某一MOS管的基極加低電平時(平時是高電平)，這個MOS管就處于要導(dǎo)通的狀態(tài)。那么在64列中，某一列是低電平，該列的LED就導(dǎo)通發(fā)光，這樣就完成了一行的顯示。對于這一列的驅(qū)動MOS管來說，要考慮其最大承受電流和最大耗散功率。

2.3 單片機(jī)控制電路板的原理

無線電子信息顯示板單片機(jī)部分為最常用的單片機(jī)最小系統(tǒng)。主要由復(fù)位電路、晶體振蕩電路(12 MHz)、存儲器擴(kuò)展電路(擴(kuò)展為32KB)構(gòu)成。輸出數(shù)據(jù)用P1端口，而P0，P2端口主要用來擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲器。P3口只使用了RXD端和INTl端。單片機(jī)的通信方式為串行異步通信方式，波特率為2 400 b/s，如圖3所示。

2.4 與電腦接口電路的設(shè)計

無線電子信息顯示板與PC機(jī)之間的通信設(shè)置為單工通信方式，即只有PC機(jī)向顯示板發(fā)送數(shù)據(jù)。所以它與電腦串行通信接口的連線只有兩根，只用到其中的發(fā)送數(shù)據(jù)端子TXD和信號地線GND作為有線連接，由于單片機(jī)系統(tǒng)的電平為標(biāo)準(zhǔn)的TTL電平，在此使用MAX232A轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。

2.5 無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊

nRF2401是單片射頻收發(fā)芯片，需要工作于2.4～2.5 GHz ISM頻段，芯片內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器等功能模塊，輸出功率和通信頻道可通過程序進(jìn)行配置。芯片能耗非常低，以5 dBm的功率發(fā)射時，工作電流只有10.5 mA;接收時，工作電流只有18 mA。其DuoCeiver TM技術(shù)使nRF2401可以使用同一天線，同時接收2個不同頻道的數(shù)據(jù)。nRF240適用于多種無線通信的場合，如無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、無線鼠標(biāo)、遙控開鎖、遙控玩具等。

3 無線電子信息顯示牌的調(diào)試

對于單片機(jī)系統(tǒng)板來說，主要是系統(tǒng)的可靠性設(shè)計。電源、地線要恰當(dāng)選取，時鐘區(qū)元件接線要盡量的短，模擬地和數(shù)字地要分開布線，單片機(jī)及其他IC電路端都要加一個去耦電容。單片機(jī)不用的I/O端口要定義成輸出。無線發(fā)射接收部分主要是要注意模塊電源的選擇，以及隔離措施的使用。發(fā)射模塊的電源為12 V，制作時用整流電源加7812穩(wěn)壓。在使用時，接收模塊一定要單獨(dú)用7805穩(wěn)壓供電，并在信號輸出端加隔離驅(qū)動后與單片機(jī)相連。接收模塊要用金屬殼屏蔽，再外接天線，否則接收模塊極易受到單片機(jī)時鐘倍頻的干擾。各部分都調(diào)試完畢后，進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試，該設(shè)計目標(biāo)的可行性得到實驗證明。

4 結(jié)語

使用單片機(jī)對于許多智能控制來說都是很重要的;對于節(jié)省硬件電路是很有效的;對于LED電子信息顯示板來說，只能依靠單片機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能來實現(xiàn)，再加上PC電腦作為數(shù)據(jù)的發(fā)送設(shè)備，對節(jié)省電路的成本很重要。與PC機(jī)相結(jié)合，LED點陣顯示板一定會發(fā)揮更大的潛力，使生活環(huán)境增加一份色彩。