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1、模块化LED大屏幕显示器设计 摘要：针对现有的LED大屏幕显示器需重复设计、成本高等问题，提出 了一种模块化设计的LED大屏幕显示器，可以实现灵活配置、脱机运行、特效显示等，并简要介绍了其硬件结构和软件功能。 关键词：LED 大屏幕 模块 I2C总线LED 大屏幕显示器由于其醒目、内容灵活多变等特点，已经越来越多地应用于广告、信息发布、交通指示等公共场所，取得了良好效果。LED显示屏主要分为数码显示和点阵显示两大数，本文只讨论点阵显示。目前的LED显示屏基本上都是先由用户提出要求，生产厂这根据需要订做，每次都要重复设计电路和机械结构，造成资源浪费，而且若用户的需求改变，改动将十分困难。实际上不
2、论显示屏的大小，其原理都是相同的，因此完全可以设计出一种标准化、模块化的LED显示屏，会对不同的需要，只需要得意组合相应的模块即可。本文介绍的就是一种模块化的LED显示屏，可以根据需要灵活改变大小，并可以脱离计算机独立运行，还可以实现如闪烁、滚动显示等特效。对整体式显示屏刷新率不足发生闪烁的常见问题，在这个设计中由于被分割成小模块，不再成为问题。1 基本原理基本的设计思路是把整个显示屏分成若干相同大小、相同功能的显示模块，而另外用一个中央控制模块控制，同步所有显示模块的运行，实现整体协调的显示。所以本系统主要由两部分组成：显示模块和控制模块。显示模块实际都是相同大小的小LED驱动板，能够驱动L
3、ED阵列，具有基本的显示功能，并可以接收来自控制模块的数据和命令，此外一些常用的显示效果如闪烁、滚动等也包括在显示模块中。现有国标点阵汉字库有1616和2424两种，考虑到软件编写的方便和硬件的能力，我们把显示模块作为1616点阵大小。控制模块负责控制各显示模块，向各显示模块发送数据和命令。控制模块储存要显示的点阵数据信息，定时向各显示模块下传。控制模块上还带有小键盘和通用异步串行口，即可以用键盘操作，也可以用计算机控制，还可以用计算机更新控制模块内的数据。显示模块和控制模块之间用总线的方式连接，我们选用了I2C总线。整个系统的设计使用有很大的自由度：控制模块控制的显示模块数量可以改变，显示模
4、块的排列方式也可以改变（如16个显示模块，既可以是28也可以是4 4），对同一块显示屏可以保存若干条件用信息分别显示，每条信息的点阵大小可以不同，超过屏幕大小的信息可以滚动显示出来。这样基本可以满足多种多样的需求。2 电路结构控制模块的原理如图1所示。采用PIC16C73作为中央控制器。该单片机内置I2C接口、串行口，而且具有比较强的口线驱动能力（每根口线25mA），使用它可以简化很多外围电路。数据存储使用两片EEPROM：X24256共提供64K字节的数据空间，可以反复擦除重定民，掉电数据不丢失。如果全部用来显示1616点阵的汉字，可以显示2000个左右。数据存储器与各个显示模块共用I2C总
5、线，依靠各自的地址区分究竟是存储器还是显示模块。小键盘外接4个限流电阻直接接到CPU的口线上，对键盘采用44扫描方式。控制模块与计算机的连接使用RS232串行口，用一片MAX202做电平转换。此外控制模块还带有一个光强度传感器，其作用是调节显示屏的亮度。由于白天和夜晚的环境光强差异很大，白天觉得合适的亮芳到了晚上可能会很刺眠，因此根据外界的光强使用这个传感器自动调节显示屏的度。这里使用的是TI公司的TLS235光频转换元件。每个显示模块要驱动一块1616的LED阵列，由于单片机的口线数量少，使用静态显示是不可能的，这里使用了动态扫描显示。考虑到刷新速度的因素，使用16行扫描刷新可能会有闪烁，所
6、以使用8行扫描、32位数据的方式。每条数据线每个时刻只对应一个发光单元，要求电流较小；而当显示屏全开的时候，8路共阳极扫描线将会对应32个发光单元，电流要求大，所以两端的驱动电路是分别设计的。数据线端使用TI公司的4片TPIC6B595。扫描端使用Allegro公司的两片2944。显示模块与控制模块用I2C总线相连。由于显示模块的任务只是显示，所以不另外增加存储器，只有内部的RAM单元保存欲显示的点阵数据，并不停地扫描显示到 LED阵列上。诸如滚动、闪烁等显示效果只是对显示数据做额外处理，如滚动显示实际对应数据的移位操作。这些功能也编写在显示模块中，由控制模块发送命令激活这些功能。此外需说明的
7、是，显示模块的驱动电路与LED阵列可以看作分离的两部分，只要在驱动电路的驱动能力范围内，可以使用发光单元不同的LED阵列，如1个发光单元仅为1个LED的小型显示牌或者1个发光单元包括57个LED的大型显示牌等。3 软件设计本系统的软件包括一个部分：显示模块、控制模块和PC机。简析PIC16C73单片机结构特点和工作原理 来源：深圳龙人计算机 发布者：站长 时间：2009-9-24 阅读：1637次PIC系列单片机不是单纯的功能堆积，而是以多型号来满足不同层次的需要，并可提供低价的OTP芯片。另外，该系列单片机还具有低功耗睡眠功能、掉电复位锁定、上电复位电路、看门狗电路等功能，而且外围器件少、占
8、用空间小；成本低，保密技术也十分可靠，可最大限度地保护开发者的利益。因此，在工业控制、仪器仪表、计算机、家电等诸多领域具有极其广阔的发展前景。PIC16C73微控制器所具有的优越性能主要归功于它的精简指令集（RISC）和所采用的哈佛（Harvard）结构，它具有分离的程序储器空间（12位宽指令）和数据存储器空间（8位宽数据）。同时可运用两级流水线指令进行取数和执行，除了跳转指令需要两个周期外，其余所有的指令都可在单周期内执行。PIC16C73分离的程序和数据空间可使指令字优化为任意宽度，从而使指令具有单字长的特性，且允许指令码的数据位数多于8位，这样，就可达到2：1的代码压缩和4：1的速度。结
9、构特点及工作原理PIC16C73 PIC16xx系列微控制器中的一种，它由高性能RISC结构的CPU、存储器、I/O接口和复位电路等组成。1、外部结构特点PIC16C73是28脚双列直插式大规模集成芯片。各引脚功能如下：OSC1/CLKIN：为晶体振荡器输入/外部时钟源输入引脚。OSC2/CLKOUT：晶体振荡器输出/外部时钟源输出引脚。在晶体振荡器方式下，接晶体或陶瓷振荡器；在RC振荡方式，输出1/4fosc。MCLR/Vpp：芯片复位/编程电压输入脚，复位时，低电平有效。RA0/AN0RA5/AN4/SS：复用引脚，RA0RA5为双向数据线；AN0AN4为A/D输入输出通道；RA5AN4/
10、SS还可作为同步串口使用。RB0RB7：B口双向数据信号线，其引脚含有可控的弱上拉电阻。其中，RB4/INT可作为外部中断输入端；RB4RB7可产生变化中断；RB6可作为串行编程的时钟端；RB7可作为串行编程的数据端。RC0RC7：复用引脚，为C口双向数据信号线，C口引脚均为多功能复用引脚。RC0/T1OS0/T1CK1可选择TMR1振荡器输出或TMR1时钟输入；RC1/T1OS1/CCP2可作为TMR1振荡器输入或捕捉器2输入/比较器输出/PWH2输出；RC2/CCP1可作为捕捉器1输入/比较器输出/PWH1输出；RC3/SCK/SCL可作为同步串行时钟输入/SPI的I2C方式输入；RC4/
11、SDI/SDA可作为SPI数据输入（SPI）或数据I/O（I2C）；RC6/SDO可作为SPI数据输出（SPI）；RC6/TX/CK可以作为异步发送或SCI同步时钟线；RC7/RX/DT可以作为异步接收或SCI同步数据线。2、内部结构特点a.高性能CPU仅35条单字指令，采用的时钟频率为20MHz，指令周期为200ns；具有8级深度的硬件堆栈；具有中断能力，有11个中断源；带有片内RC振荡器的看门狗（WDT）；具有程序保密位，可防止非法拷贝；具有低功耗SLEEP方式，功率低，采用高速CMOS EPROM工艺制造；可选择不同的振荡器方式；工作电压为3.0V6.0V。b.分离的程序和数据空间该PI
12、C器件带有13位程序存储器，最大寻址能力为8k14位，用户存储空间（00000FFFh）共4k14位。当访问大于以上地址范围的物理存储空间时，可采用滚动循环访问方式。数据存储区分为每个存储体Bank0和Bank1，每个存储体又由通用寄存器和专用寄存器构成。当状态寄存器中的RP0位为0时，选中Bank0；RP0为1时选中Bank1。每个存储体最大可以扩展到7Eh（128个字节）。在每个存储体中，专用寄存器被安排在低空间，用SRAM实现的通用寄存器被安排在高地址空间。专用寄存器中含有A/D的寄存器。c.片内器件模块有3个定时/计数器和3个双向I/O口。含有16位捕捉/比较/PWM模块。其中捕捉器的
13、最大分辨率为12.5ns；而比较器的最大分辨率为200ns；PWM的分辨率为10位。带有5路A/D转换器和A/D中断功能。d.完善的串行通信接口（SCI）SCI利用RC6和RC7两个引脚来作为通信线的二线制串行通信接口。它们可被定义为三种方式：全双工异步方式、半双工同步主控方式和半双工同步从动方式。SIC部件含有两个8位的可读写状态和控制寄存器，分别为发送和控制寄存器TXSTA、接收和控制寄存器RCSTA。显示模块的软件主要包括扫描显示、特效处理和I2C通信三部分。三显示模块CPU的RAM中开辟出32字节作为显示缓冲区，扫描显示程序只是定时从显示缓冲区中取数据发往移动寄存器，并设置相对应的扫描
14、线，实现一次扫描。扫描显示并不识别缓冲区里的数据是什么。扫描是利用了人眼的图象滞留效果，如果扫描频率达到60Hz以上，对扫描频率的波动就不大敏感了，所以这里的扫描显示程序没有使用定时器中断，仅由循环完成。特效处理是指对扫描缓冲区的数据做移位的操作，主要对应滚动显示效果。滚动时每次滚动一个像素行或列，大部分数据已经存在于显示模块中，控制模块发送滚动命令时联合国加两个字节（1行或1列）的新数据。由于使用的扫描方式是328的方式，因此数据存放并非完全线性，而有跳跃存储的部分，加之字符滚动显示有上下左右四个方向，要把新来的数据移入缓冲区并移出两字节的旧数据，因而需要比较繁复的RAM地址计算。I2C通信
15、是PIC16C73内部硬件实现的功能，比较简单，只用中断就可实现。显示亮度的调节功能是通过调节发光单元点亮时间实现的。具体来讲，由于是扫描显示，每个发光单元最多只有1/8的时间可以点亮，如果这1/8的时间全部点亮，其效果就是最大亮度，如果在这1/8的时间内仍有部分时间不亮，则总体的显示亮度就下降。显示模块从控制模块接收环境亮度数据，调节这个点亮时间的比例，以实现调节亮度的功能。控制模块程序包括与显示模块的I2C通信，与EEPROM的I2C通信，与计算机的串行通信，数据的地址计算，外界光强度检测几个部分。两个I2C通信部分和串行通信由硬件支持，比较容易。外界光强度传感器直接把光强转化成频率送入CPU，所以只要定时计数即可。比较复杂的部分是数据的地址计算。由于本系统的自由度、数据使用索引的办法在EEPROM中存储，地址计算逻辑上简单但实现起来比较繁复，要对每个显示模块发送不同的内容。对于滚动显示的情况则更加复杂。如果是静态显示，则控制模块仅接收到命令后传送一
