單片機(jī)的無線點(diǎn)陣LED顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

蘇州高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校 吳榮娣

無線點(diǎn)陣LED顯示屏主要有發(fā)光二極管組成，在進(jìn)行半導(dǎo)體二極管的像素點(diǎn)排列時，一塊顯示屏就需要幾十萬個像素點(diǎn)。LED電子顯示屏可以在屏幕上顯示出按照要求進(jìn)行變化的數(shù)字、文字以及各種圖案，并且利用不同的材料產(chǎn)生的彩色像素點(diǎn)可以保證顯示屏完成色彩的還原，進(jìn)而使得顯示對象更加清楚明了。在近幾年無線點(diǎn)陣LED顯示屏已經(jīng)大范圍取代了傳統(tǒng)傳播媒介，以及額定電壓小、能耗好、壽命長、穩(wěn)定性高、耐久力強(qiáng)、亮度高等特點(diǎn)快速發(fā)展為傳播媒介當(dāng)中的核心工具，并在信息顯示方面占據(jù)著關(guān)鍵位置。在當(dāng)前的社會生活中，LED顯示屏已經(jīng)滲透到了日常生產(chǎn)生活的方方面面，不僅應(yīng)用到了人流量較大的車站、證券所、航班顯示、體育比賽賽程安排與計(jì)分，還在商場廣告宣傳、廠家新品發(fā)布當(dāng)中得到了普遍使用。目前LED電子屏已經(jīng)在現(xiàn)有基礎(chǔ)上朝著高發(fā)光頻率、高亮度、高耐久性的方向發(fā)展。本文基于單片機(jī)進(jìn)行無線點(diǎn)陣LED顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要將總體設(shè)計(jì)劃分為三個部分，分別是單片機(jī)控制部分、LED顯示部分以及后續(xù)的無線通訊部分與無線遙控器，并在各個部分的設(shè)計(jì)過程當(dāng)中始終以高效能與低成本兼顧作為基本目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)各對象在無線點(diǎn)陣LED屏幕當(dāng)中的顯示操作。

1 無線點(diǎn)陣LED顯示系統(tǒng)構(gòu)成

由圖1所示，基于單片機(jī)的無線點(diǎn)陣LED系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要以51單片機(jī)作為核心，型號選擇為AT89S52。在該系統(tǒng)組成當(dāng)中，單片機(jī)控制模塊的主要功能是以編程的形式進(jìn)行屏幕數(shù)據(jù)信息的刷新，并對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行相關(guān)處理，這一模塊是單片機(jī)控制的LED顯示系統(tǒng)核心部分，因此設(shè)計(jì)過程十分重要。另外LED顯示模塊的主要功能是將控制模塊處理完成的數(shù)據(jù)信息在顯示屏當(dāng)中進(jìn)行顯示，主要利用了LED驅(qū)動電路的特點(diǎn)，并將LED點(diǎn)陣作為顯示工具。第三個模塊便是無線通訊以及無線遙控器，針對于這一模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)時，首先應(yīng)明確其功能是將外部輸入數(shù)據(jù)同單片機(jī)的控制功能進(jìn)行有效連接，實(shí)現(xiàn)兩個部分的正常通訊，以保障數(shù)據(jù)在單片機(jī)中順利輸入。

圖1 無線點(diǎn)陣LED顯示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2 無線點(diǎn)陣LED顯示系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

若要將外部數(shù)據(jù)有效顯示到LED電子屏當(dāng)中，首先要進(jìn)行顯示對象的存儲，這一數(shù)據(jù)信息與圖片點(diǎn)陣保存在單片機(jī)的存儲器當(dāng)中，而后再通過頻率為315MHz的公用無線頻道完成數(shù)據(jù)傳送的無線控制。進(jìn)行數(shù)據(jù)信息顯示的過程可以劃分為兩個步驟，首先進(jìn)行顯示對象的選擇，從存儲信息當(dāng)中挑選出要進(jìn)行LED顯示的圖片或文字，然后再使用同步接口SPI完成向單片機(jī)顯示模塊的輸送工作。對LED電子顯示屏進(jìn)行無線控制的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要便可分為以下三個模塊。

2.1 單片機(jī)控制模塊設(shè)計(jì)

單片機(jī)的控制模塊在整個LED顯示系統(tǒng)當(dāng)中屬于最核心的單元，在設(shè)計(jì)時選擇51系列單片機(jī)作為基本元器件，并執(zhí)行發(fā)送控制指令以及顯示內(nèi)容的重要功能。因此單片機(jī)在控制模塊當(dāng)中的作用十分關(guān)鍵，必須在51系列當(dāng)中選擇一個最為合適的機(jī)型作為主要控制芯片進(jìn)而投入使用，首要考慮的便是其編程功能以及單片機(jī)的人物執(zhí)行速度，為保障單片機(jī)在具備較強(qiáng)編程能力的同時還能夠?qū)ED顯示屏進(jìn)行快速掃描，本次硬件設(shè)計(jì)中選擇美國公司生產(chǎn)的AT89S52作為單片機(jī)控制單元的核心部件。單片機(jī)控制模塊結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 單片機(jī)控制模塊結(jié)構(gòu)圖

該控制模塊除了完成于無線通訊模塊的聯(lián)系之外，還需要根據(jù)外部輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行對應(yīng)圖片、文字或者數(shù)字的顯示，因此點(diǎn)陣數(shù)據(jù)信息必須從LED顯示系統(tǒng)當(dāng)中完成掃描工作。由單片機(jī)控制模塊的結(jié)構(gòu)圖來看，電源模塊向AT89S52單片機(jī)進(jìn)行5V電壓的提供，無線通訊模塊通過I/O端口同單片機(jī)進(jìn)行正常通訊連接，另外單片機(jī)同樣通過I/O端口完成其顯示模塊與同步串口SPI之間的連接。由于當(dāng)前大型顯示設(shè)備不僅需要滿足工作時間較長的特點(diǎn)，顯示圖案變化的復(fù)雜性也需在設(shè)計(jì)階段嚴(yán)加重視，因此為提升單片機(jī)數(shù)據(jù)信息控制的穩(wěn)定程度，在LED顯示系統(tǒng)當(dāng)中加入了看門狗芯片MAX813L，這一電路既具有復(fù)位功能，還具有電壓檢測功能，能夠有效增強(qiáng)單片機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性。MAX813L芯片主要通過對電源電壓的工作情況進(jìn)行監(jiān)測，若電源電壓下降到4.65V便可以完成復(fù)位。

由電路結(jié)構(gòu)圖3所示，P0接口將4位并行數(shù)據(jù)輸出到4-16譯碼器當(dāng)中，而串行數(shù)據(jù)從SPI接口直接輸出到串行轉(zhuǎn)并行芯片當(dāng)中，P3口連接無線通訊模塊的中斷引腳，并利用P1接口進(jìn)行按鍵碼的直接獲取。另外單片機(jī)的復(fù)位引腳直接同看門狗電路的RST引腳相連接，當(dāng)電壓降至規(guī)定大小時系統(tǒng)即進(jìn)行復(fù)位，以增強(qiáng)單片機(jī)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

圖3 單片機(jī)芯片連接結(jié)構(gòu)圖

2.2 LED顯示模塊設(shè)計(jì)

LED顯示模塊主要完成文字、圖片等數(shù)據(jù)信息的顯示工作，因此核心部件便是16×16點(diǎn)陣的單色顯示屏。該LED顯示屏通過對顯示系統(tǒng)進(jìn)行掃描的形式進(jìn)行圖像的顯示，由SPI接口以及片選電路實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)控制模塊的有效連接。顯示模塊的設(shè)計(jì)原理為單片機(jī)控制模塊將16位數(shù)據(jù)信息利用SPI接口和片選設(shè)備直接輸送到顯示部分，再由串行轉(zhuǎn)并行芯片將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為并行數(shù)據(jù)進(jìn)行鎖存，若顯示模塊選擇其中一行數(shù)據(jù)，則在LED顯示屏當(dāng)中便顯示其中一行數(shù)據(jù)，并依次將16行數(shù)據(jù)顯示完畢。由于數(shù)據(jù)信息達(dá)到一定的幀數(shù)之后，人的視覺停留便會將顯示屏當(dāng)中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)信息組合成一幅完整的圖像，完成圖像信息在LED電子顯示屏當(dāng)中的顯示。

2.3 無線通訊模塊和無線遙控器設(shè)計(jì)

該無線通訊模塊的組成結(jié)構(gòu)分為發(fā)射以及接收部分，其中無線通訊電路的發(fā)射設(shè)備主要依賴于PT2262芯片執(zhí)行功能，而對應(yīng)的接收模塊則需要采用編碼與解碼功能同時具備的芯片PT2272來進(jìn)行無線接收。而無線遙控發(fā)射設(shè)備除上文應(yīng)用的芯片之外，還需要外圍電路、按鍵以及發(fā)射天線。實(shí)現(xiàn)無線通訊的方式便是按下按鍵，由發(fā)射天線向外發(fā)射出包含有按鍵信息的電磁信號。

結(jié)語：LED顯示屏作為近年來快速發(fā)展起來的顯示媒介，具有超越傳統(tǒng)媒介的諸多優(yōu)點(diǎn)，例如工作功耗低、亮度高、變化靈活等，另外由于LED電子顯示屏在自主研發(fā)的大環(huán)境下成本已經(jīng)大大降低，并且具備較遠(yuǎn)的可視距離，因此其在室內(nèi)與室外環(huán)境當(dāng)中均具有非常廣泛的應(yīng)用。我國的LED產(chǎn)業(yè)已經(jīng)由多年前從外國進(jìn)行相關(guān)芯片的購買轉(zhuǎn)變?yōu)榱俗灾餮邪l(fā)，并形成了從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、封裝到集成應(yīng)用的產(chǎn)業(yè)鏈，顯示屏的抗靜電以及發(fā)光效率等問題已經(jīng)取得了巨大突破，為國內(nèi)微電子產(chǎn)業(yè)注入了源源不斷的動力。本文研制的無線點(diǎn)陣LED顯示系統(tǒng)由單片機(jī)進(jìn)行驅(qū)動控制，進(jìn)行數(shù)字、圖形、字母的顯示，可以有效應(yīng)用于各大公共場合的實(shí)時信息發(fā)布之中，并利用無線通信部分完成信息內(nèi)容的快速切換。