1 引言
LED顯示屏的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段，第一階段是1990年，國(guó)外以通訊控制，單點(diǎn)四級(jí)調(diào)灰的紅、綠雙基色LED顯示屏為主；第二階段是1990-1995年，LED的技術(shù)和材料方面不斷提升，藍(lán)色LED晶片研制成功引導(dǎo)全彩LED顯示屏出現(xiàn)，視頻控制技術(shù)使顯示屏的動(dòng)態(tài)顯示效果得到迅速的發(fā)展；第三階段是1995年以后，逐步深化標(biāo)準(zhǔn)化等新問(wèn)題。LED顯示屏正向全色彩、多媒體化的方向發(fā)展，系統(tǒng)制造業(yè)向集體化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展[1]。
2 LED顯示屏系統(tǒng)構(gòu)成
LED顯示屏系統(tǒng)主要由行列驅(qū)動(dòng)器、LED顯示點(diǎn)陣單元（屏幕）、上位機(jī)（PC）、下位機(jī)（單片機(jī)）、電源等組成。單基色LED顯示屏的主控制器是單片機(jī)，并擴(kuò)展有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、漢字庫(kù)、實(shí)時(shí)日歷時(shí)鐘以及通信接口等[2]。主控制器的主要功能是接受來(lái)自計(jì)算機(jī)發(fā)送來(lái)的命令和數(shù)據(jù)，將命令和數(shù)據(jù)傳送給相應(yīng)的顯示單元，實(shí)現(xiàn)顯示單元的同步顯示。LED顯示屏的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 LED顯示屏基本結(jié)構(gòu)
下位機(jī)為系統(tǒng)的主控制器，LED顯示屏系統(tǒng)主要由單片機(jī)作為核心控制器，控制器位數(shù)也由8位發(fā)展到16位、32位；行列驅(qū)動(dòng)器及LED顯示點(diǎn)陣單元構(gòu)成了LED顯示屏屏體，其主要部分是顯示點(diǎn)陣和行列驅(qū)動(dòng)電路，顯示點(diǎn)陣多采用8*8單色或雙色顯示單元拼接而成，智能點(diǎn)陣顯示單元是獨(dú)立完成顯示任務(wù)的小系統(tǒng)，或是整個(gè)LED顯示屏系統(tǒng)的某一局部，它可以顯示文字、線條或簡(jiǎn)單圖形。上位機(jī)及相應(yīng)的應(yīng)用軟件主要完成發(fā)送更新后的顯示數(shù)據(jù)到主控制器，給主控制器發(fā)送改變顯示模式的相應(yīng)命令，給主控制器傳送實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)等功能[3]。
3 LED顯示屏關(guān)鍵技術(shù)
RS-232標(biāo)準(zhǔn)的全稱是EIA-RS-232C，其對(duì)電氣特性和邏輯電平做了規(guī)定，用正負(fù)電壓來(lái)表示邏輯狀態(tài)。單片機(jī)的串口是TTL電平，+5V代表邏輯1，－5V代表邏輯0,而PC機(jī)的串口是RS-232接口標(biāo)準(zhǔn),-3V~-15V表示邏輯1,+3V~+15V表示邏輯0。為了能讓二者進(jìn)行數(shù)據(jù)及控制的通信，必須實(shí)現(xiàn)RS-232與TTL電路的電平轉(zhuǎn)換。通常，采用MAX232芯片構(gòu)成的接口電路實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與PC機(jī)的電平轉(zhuǎn)換。要經(jīng)過(guò)串口初始化、串口助手調(diào)試軟件，還有串口發(fā)送和串口接受都正確的情況下才能實(shí)現(xiàn)串口通信[4]。
點(diǎn)陣LED一般采用掃描式顯示，分為三種方式：點(diǎn)掃描、行掃描、列掃描。要符合視覺(jué)暫留要求，點(diǎn)掃描時(shí)其掃描頻率必須大于1024HZ，周期小于1ms；行掃描和列掃描的頻率必須大于128HZ，周期小于7.8ms。要同時(shí)驅(qū)動(dòng)一列或一行時(shí)需外加驅(qū)動(dòng)電路以提高電流，不然LED亮度不足。
傳統(tǒng)的LED顯示屏控制系統(tǒng)一般采用由單片機(jī)、閃存以及靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器芯片構(gòu)成最小系統(tǒng)。LED顯示屏功能需求日益增加，嵌入式技術(shù)不斷發(fā)展，基于單片機(jī)的LED顯示屏控制系統(tǒng)已無(wú)法滿足市場(chǎng)需求，可以使用功能強(qiáng)大的ARM和FPGA作為LED顯示屏系統(tǒng)的核心部分，其中LED顯示屏控制系統(tǒng)與上位機(jī)之間的通信部分利用ARM實(shí)現(xiàn)，上位機(jī)與LED顯示屏控制系統(tǒng)之間的通信可以采用標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)串行通信方式以及以太網(wǎng)通信方式，在通訊方式上包括RS232、RS485、LAN、光纖傳輸與無(wú)線傳輸[5]。
MFC指微軟基礎(chǔ)類，是隨微軟VisualC++開(kāi)發(fā)工具開(kāi)發(fā)的一種應(yīng)用框架。1992年的Microsoft 16位版的C++編譯器中，MFC是作為一個(gè)擴(kuò)展輕量Windows API面向?qū)ο蟮?/span>C++封裝庫(kù)而引入的。MFC是對(duì)API進(jìn)行類封裝，Windows API函數(shù)按功能大體分為以下：窗口管理函數(shù)WUI、圖形設(shè)備管理函數(shù)GUI、系統(tǒng)服務(wù)函數(shù)SUI[6]。
4 單片機(jī)選擇與電路設(shè)計(jì)
單基色LED顯示屏采用ARM為核心的器件，雖然以單片機(jī)為核心控制的使用率越來(lái)越低，但是單片機(jī)所擁有的某些優(yōu)勢(shì)是其他器件無(wú)法替代的。
基于8051內(nèi)核的增強(qiáng)型、單時(shí)鐘1T的STC12C5A60S2單片機(jī)，其工作頻率0~30MHz，相當(dāng)于普通8051單片機(jī)的0~420MHz，運(yùn)行速度要比傳統(tǒng)8051快10倍左右。片上集成1280字節(jié)RAM，60Kb的內(nèi)存，8K的EEPROM，有4個(gè)16位定時(shí)器，有獨(dú)立的波特率發(fā)生器，3個(gè)時(shí)鐘輸出口，7路外部中斷[7]。通用I/O口可設(shè)置成準(zhǔn)雙向口、弱上拉、強(qiáng)推挽、強(qiáng)上拉四種工作模式；不需要專用的編程器和仿真器，支持ISP和IAP，大大降低了設(shè)備成本和使用成本；8路A/D可做10位或8位A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換速度可達(dá)每秒鐘25萬(wàn)次；片上集成SPI接口；擁有雙串口，通過(guò)設(shè)置特殊寄存器P1.2和P1.3可以擴(kuò)展為RXD2和TXD2。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，其工作電壓范圍是3.5~5.5V。單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。
圖2 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖
按鍵電路采用四個(gè)獨(dú)立按鍵，P1.4~P1.7接四個(gè)按鍵S0~S3分別控制LED顯示屏實(shí)現(xiàn)漢字、字符的右移，左移，靜態(tài)，從右移、左移到靜態(tài)三種狀態(tài)循環(huán)顯示的切換各種狀態(tài)[8]，按鍵電路如圖3所示。
圖3 按鍵電路圖
5 結(jié)束語(yǔ)
本文主要介紹的是單片機(jī)控制LED屏的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，STC單片機(jī)控制的單基色LED顯示屏系統(tǒng)具有體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好，成本低，易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。采用74HC154和74HC595芯片驅(qū)動(dòng)點(diǎn)陣屏的行和列，點(diǎn)陣顯示屏各點(diǎn)亮度均勻，清晰、穩(wěn)定的顯示文字、圖形，具有靜止顯示、左移、右移顯示功能。對(duì)于系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)、LED顯示屏的關(guān)鍵技術(shù)、單片機(jī)選擇與電路設(shè)計(jì)做了詳細(xì)的介紹，但是還有許多地方不完善，如深化上位機(jī)中實(shí)現(xiàn)圖像解碼的研究，以后會(huì)繼續(xù)深入研究解決。