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1 引言 在車站、商場、學校等一些需要發布多變的實時信息或進行廣告宣傳的場所，黑板、紙張或是霓虹燈廣告牌這些傳統的媒介手段，不論是在顯示效果還是可修改性上都已無法滿足當前的需求。而 LED點陣顯示屏具有耗電省、成本低、壽命長、占用空間小以及能夠實時顯示等特點，而且顯示內容的信息量大，用戶可隨時任意自行編輯修改顯示內容，因此，近年來已得到了廣泛應用。 2 總體設計 系統采用了上位機——下位機的結構構建，上位機為 PC機，通過串行通信接口與下位機顯示系統進行通信，以實現對顯示內容的實時擦除、更新等操作；下位機系統主要包括單片機控制電路和顯示電路兩部分，漢字顯示采用 16x16點陣模式，通過單片機的控制，實現字符從右往左滾動的動態顯示效果。基本框圖如圖 1所示。 3 系統的硬件結構 3.1 MCU的選擇 MCU是整個下位機系統的核心部件，其性能和片內資源很大程度上決定了該系統工作的靈活性、先進性和穩定性。基于此，本系統選用了 STC公司生產的 STC89C55RD+增強型 51單片機。 STC89C55RD+單片機的指令系統、硬件結構以及片內資源與標準8052單片機完全兼容，采用DIP40封裝形式；支持的最高時鐘頻率為80M，能最大限度地提高MCU的運行速度；片內包含大容量的20KBFlash程序存儲器和1KB的數據存儲器，其內部可用Data Flash達58個扇區共29KB；具有在系統可編程（ISP）功能和在應用可編程（IAP）功能，可實現遠程軟件升級，無需編程器，從而大大縮短開發復雜度，同時可節省購買編程器的額外投入。 3.2 串行通信 系統上位機和下位機通過串行通信接口進行聯系。 STC89C55RD+單片機內部含有一個可編程的全雙工串行通信接口，即 RXD（P3.0）和TXD（P3.1），具有 UART的全部功能，該接口電路能同時進行數據發送和接收。一般情況下只要通過RXD、TXD和GND三根線就可以實現與上位機PC的串行通信，根據通信距離的遠近，可以選擇RS232或RS485通信方式，由于本系統中顯示屏控制電路與上位機PC的距離較近，故選用了RS-232標準總線接口。具體電路圖如圖2所示。 3.3 驅動及掃描電路 LED點陣選用8x8模塊，每 4塊排列成一個16x16的點陣，用于顯示一個漢字。點陣每一行的所有LED共陰極，每一列的所有LED共陽極。 因為單片機I/O口的驅動能力有限，所以每一行LED陰極通過一個三極管8550與電源相連，I/O口僅需要提供幾個毫安的灌入電流即可控制其通斷。考慮到本系統可以同時顯示六個漢字，故每一列 LED的陽極都通過一個限流電阻和一個三極管8550與電源相連，當六個漢字的同一行漢字字模（即12個字節）通過鎖存器74HC377并行送出后，由移位寄存器 74HC595輸出行選通信號，來點亮該行的LED，接著再送下一行數據，再選中下一行有效，直到16行全被掃描過一遍。至此，一幅完整的文字信息就顯現出來，然后按這種方式反復掃描，借助于程序的控制，即可實現信息從右至左的動態顯示了。具體電路圖如圖3所示。 該系統的軟件主要實現的功能包括：上位機信息（或命令）的發送和下位機點陣顯示內容及方式的控制兩部分。 4.1上位機軟件 上位機信息（或命令）的發送使用普通的字模提取軟件和串口調試軟件即可，在與下位機進行通信時，須保證雙方具有相同的數據格式和波特率，本設計采用 RS232通信，波特率為9600bit/s。同時，制定了上下位機之間的通信協議，信息包格式如圖4所示。 4.2下位機軟件 LED點陣的顯示內容及方式主要由單片機的程序進行控制。程序采用模塊化結構，主要包括有主程序、串口中斷服務子程序以及掃描顯示子程序等。 (1)主程序為順序結構，主要完成系統對 I/O口和一些變量的初始化，定時器初始值、串行通信工作方式、以及波特率的設置，然后循環調用掃描顯示子程序，顯示原來Data Flash區中已存在的漢字信息。 (2)串口中斷服務子程序采用接收中斷啟動，主要負責接收來自上位機 PC發送的信息，包括欲顯示的內容以及命令字節，并根據命令完成相應的信息寫入、擦除等操作，最后開中斷返回主程序。其流程圖入圖5所示。 其中信息的寫入、擦除等操作主要由單片機的IAP功能來完成。 IAP，即在應用可編程，是指在程序運行時程序存儲器可由程序自身進行擦寫。通過IAP功能的相關指令，既可以將 欲顯示的數據寫入到程序存儲器指定的扇區中，也可以根據需要擦除相應扇區中的數據。這樣，數據就如同燒入的程序一樣，掉電不會丟失。當然寫入數據的區域與程序存儲區是分開的，以使程序不會遭到破壞。 (3)掃描顯示子程序則負責從顯示緩沖區取出字模，輸出行選通信號和列掃描信號，進行動態掃描顯示。 5 結束語 本點陣顯示系統無需外擴程序存儲器和數據存儲器，通過STC89C55RD+單片機的IAP功能實現信息的實時發布和更新。該系統外形美觀、工作穩定、字符清晰且字體可自由設定，現已實際應用于我院作為信息發布的主要平臺。另外，可對系統稍加改進，便可實現通過一臺計算機來控制多塊顯示屏，以適應不同場所、不同時間顯示不同信息的需要。如果在該系統的基礎上添加無線通訊模塊，就可以開發出基于無線數據傳輸的 LED顯示系統。 本文作者創新點：該系統電路結構簡單，沒有外擴程序存儲器和數據存儲器，充分發揮了STC89C55RD+單片機的IAP功能，利用軟件實現了信息的隨時發布和更新。 |
