智能式LED电子显示屏的设计与实现

刘杰

【摘 要】本文介绍了一种智能式LED点阵显示屏，并给出了LED点阵显示屏计算机控制系统方框图。

【关键词】LED；点阵；智能式；89C51单片机

0.概述

LED大屏幕显示系统是一种集计算机科学技术、通信技术、影像技术和电子技术等科技含量高产品。大屏幕智能显示屏使用计算机控制技术，将光、电融合为一体的大屏幕智能显示屏已经应用到许多行业和领域，具有良好的前景。

此设计在LED大屏幕显示系统的基础上，开发研制的智能式LED电子显示屏，具有以下特点：

（1）对屏幕的温度进行实时监控、检测、控制，并通过LED显示屏显示出来。DS1820测量的温度范围是-55℃-+125℃，分辨率为0.5℃，测量误差很小。

（2）能产生高精度的时钟信号。系统使用的时钟芯片DS12887能提供恒定的时间和精准的定时功能，也可进行报警中断。

（3）本系统集时间、图形、汉字、温度等内容为一体，显示内容多，而且可以进行智能化控制，实现了人机对话。

1.总体设计

总体设计主要分为两大部分：系统硬件设计部分和软件设计部分。

1.1系统硬件设计

该系统主要是由控制系统、温度采集系统、时钟产生、显示驱动电路等四部分组成，系统方框图见图1所示。

图1 系统方框图

1.1.1系统控制

此控制系统是由AT89C51、2764、74LS154、74HC595、74LS373、7279A、MAX232等芯片组成。

显示缓冲区采用2764。在显示缓冲区RAM中，取出相应显示数据或图形信息，进行信息的动态显示。保证了单片机控制系统运行的可靠性。

MAX232被用作进行串行通讯，它与上位机（即计算机）进行直接通讯，实时接收计算机发送来的控制信息和显示数据。

键盘电路选用智能控制芯片HD7279A，它通过串行方式与主机接口连接，占用的数据线少，节省了主机端口，而且它的附加器件很少，编程较容易。

1.1.2温度采集

本系统采用单线多点温度采集电路进行温度检测，采用Dallas公司生产的数字温度传感器，具有独特的单线接口，可将温度直接转变为数字量读出。采用该数字温度传感器进行设计能够省去A/D转换电路、放大电路，具有很高的性价比。

1.1.3时钟产生

在MCS-51系列单片机中，通过两个记数定时器能够实现时钟系统，由于它的计时精度一般，为了得到高精度时钟控制，我们选用功能更强大，价格较便宜，编程简单的实时时钟芯片DS12887。

1.1.4显示驱动

本系统采用逐行扫描列驱动的方式，74HC595是串行输入并行输出的移位寄存器。每块芯片可以锁存驱动八个发光二极管。驱动电路采用三极管放大电路，驱动电路如图2。

图2 驱动电路

1.2软件部分

此系统扫描方式采用动态扫描，每屏能显示八个汉字、温度信息、图像和时间等。

一开机首先进行单片机的初始化，DS1820进行温度转换，设置数据缓冲区、串行口的工作方式，允许进行串行通讯，预备从串行口接收待显示数据。

在显示子程序中，单片机对将要显示的汉字进行编号，查找到显示汉字的首地址，然后传输32个字节，完成一个汉字的显示过程。通过循環方式可以显示所有需要显示的汉字。温度信息的显示、时钟信息的显示均采用同一原理。

在常用显示技术中，大多是将所需要显示的字符、符号以及汉字等以点阵的形式存放在系统的程序存储器中，需要显示时再从程序存储器中调用。这种显示方法存在很大的缺点，如果显示的汉字内容比较多的时候，每一个汉字就需要32个字节，不但程序存储器的容量不够大，而且就输入每个汉字的点阵码，也是一件非常繁琐的事情。此外，在软件上设计起来也是非常麻烦。

采用逐行扫描的方式显示汉字，需要循环扫描每一个字的时间要长，只有这样才能让人们看清楚每一个汉字，在显示汉字时才会稳定的感觉。

2.实际制作中的一些难题

最初由于驱动电路设计不够合理，使得点亮LED时，驱动电流太小，每一个LED发光二极管的亮度极低，看不清楚显示的汉字。这主要是由于LED的发光亮度基本上正比于电流强度，而多数LED发光二极管的电流范围在5mA～20mA之间，因此，我们改动了驱动电路，增大了驱动电流，使发光二极管达到理想的亮度。

在本系统中，为了使LED发光二极管达到最佳的亮度，我们通过实验进行了实验值与理论值的对比，以使其达到最佳亮度。对于发光二极管的实际发光电流一般在5mA～20mA左右，但是在用三极管进行驱动的时候，使用一个滑动变阻器进行电流测试，当变阻器的阻值在40Ω左右时，用万压表测量电流，检测显示电流竟达到48mA，但是二极管仍然没有被烧坏。这是因为在动态显示时，尽管电流很大，但是每次导通的时间都很短，所以二极管在短时间内不会被烧坏。这样电流加大后，亮度大大提高。

由于LED的响应时间很短，在采用动态驱动时就必须考虑时间问题。由于没有余辉时间可利用，只有提高扫描频率来适应人的视觉特性。一般说来，发光二极管在每秒钟内能够亮25次以上，人眼就不会感觉到有闪烁，这时的画面给人的感觉是稳定的。在本系统里，每一个发光二极管每秒钟能够亮50次。

3.结束语

本系统实现了中西文、图形、时间、温度的显示，通过上位机可以随意改变显示的内容，实时性能较好，智能化程度较高，实现了人机对话，显示效果较好。同时本系统也可以用于多种公共场所，具有很强的市场竞争能力。 [科]