点阵式LED显示屏温湿度采集驱动电路设计

2018-06-28,

佳木斯大学学报（自然科学版） 2018年3期

(佳木斯大学信息电子技术学院，黑龙江佳木斯 154007)

0 引言

经过STH11感应温湿度信号传送给单片机进行数据采集，再通过线缆和通讯卡将其传给单片机，单片机经过硬件电路板设计和软件编程设计，使它能够进行温度信号的分析与处理，将模拟量信号转换为数字量后，数据通过LED显示屏控制卡能让LED显示器显示实时温度与湿度。

处理层即单片机控制器与驱动卡组成的设备系统，依据收到的温湿度信号进行转化分析后得到可操控数值，然后发送到上位机，实现了采集数值的分布式计算与集中监控管理。设备运用层在这里即为点阵式LED显示屏。如图1所示。

图1 系统总框图

1 温湿度采集驱动电路总体设计

1.1 温湿度记录系统框架设计

LED点阵屏是一种双基色显示屏幕，可以呈现红，绿，黄三原色。在这里操控器的核心器件选择STC89C51系列单片机，然后拓展32KSRAM当成是缓存区，512KFlash用于贮存显示的点阵信息与诸多很需要的参数。

拨码开关选择本屏的物理地址。操控器还拓展了1片温湿度传感设备采集温湿度数值，1片时钟芯片进行实时时钟的读写。系统框图如2所示。

图2 系统结构框图

1.2 硬件电路设计

(1)储存器拓展电路

STC89C51单片机是一种强大的抗冲击、高速度、低功耗微处理器，升级版的51单片机，内部集成了看门狗定时器，其内部配置了64K字节的闪存与512字节的RAM贮存器，支持ISP在线编程，升级更新，成本低售价也相对实惠。

基于提升响应速率，设备拓展了32KSRAM，作为显示缓存区，一个用于贮存数值的当前显示和许多特别的处理框架，单片机的接口设置如图3所示，利用单片机的P3.2单独的SRAM的高地址线A14，为了便于数值的红色和绿色的LED点阵存储，当P3.2输出是0，在RAM地址0x0000到0x3fff供选，红色LED P3.2数值；当输出1，选择0x4000到0x7FFF绿色计算RAM地址的LED。

Flash用于贮存代码，呈现数字信息和字体。我们能够调用表汉字和英文对应值。贮存16×16点阵汉字的64K字节的贮存空间，能够装在2048，512K的闪存，能够支持各种现实的要求。SST39VF040的地址线有19位，而单片机才气P1口拓展高级3地址线。

设备里单片机，SRAM,Flash需要313V供电，接入控制电压5V，提供3.3V稳压供电。

图3 单片机原理图

低压差电压芯片LM1117输出最大电流能够800mA,输出电压的准确度很高，基本在±1%以下，并且带有一定保护功能。

(2)串行接口电路

控制器收到值，单片机双工通用异步收发器(UART)的开始工作。当传输距离小于20m时，采用不平衡RS-232，采用RS-485时，传输距离为几十米到上百米。RS-485采用平衡传输和差分接收，因此具有抑制共模效应的能力，可以联网形成分布式设备。由于显示位置分散，距离几十甚至上百，所以他们分别MAX232和SN75176控制器。开关电平，RS-232和RS-485之间的跳线开关，与PC通信完成存储和更新值。

(3)实时时钟钟电路

单片机与HT1381低功耗实时钟芯片接口采取串行传送方式，如图4～7所示电路能够读写年、月、日、星期、时、分、秒等实时时钟电路，在经过分析处理投放到点阵式LED屏上。HT1381所需时钟单片机采集分析转换，外部接入321768KHz晶振就可以工作、显示。装配3V可充蓄电池，设备采取外部供电，二极管通，外部供电一边向芯片供电，另一边对蓄电池加以充电。一旦设备不供电，二极管截至，芯片由蓄电池来供电。

(4)温湿度传感器电路

温湿度传感设备用单总线数字温湿度传感器STH11，该元件将温湿度传感设备、温湿报警触发器、ROM等聚集在一个小的芯片上，内部集成了14位A/D转换器，传感备转输出的温湿度数据的计算值。STH11以九位数字的是温湿度值，读如果在位仅需要一根数据线。

图4 实时时钟电路原理图

图5 传感器电路

图6 行驱动电路

图7 列驱动电路

(5)扫描控制电路与LED阵列

目前大多数LED显示屏的屏幕研究采取的是板块化的框架，其基本单元是LED显示单元板块，屏幕大小与形状可灵活改变，显示屏的安装与维护仍十分方便。LED显示单元板块分为LED点阵与驱动电路2块。

LED点阵选用红绿双色屏，红、绿、黄3三原色均可显示，经济实惠。各个板本是16×64像素，由16×8像素共阳极LED点阵。16行LED共享一列数值，每行LED显示周期在扫描周期的1 / 16之间。在持续的视觉效果的基础上，只要整个屏幕刷新率超过60Hz，可以形成一个稳定的照片。每个LED显示单元有8个红色数字输入，8个绿色数字输入，和8线操作数据输入。

驱动电路分为行驱动与列驱动：

行驱动电路由2片3-8译码器74HC138组成。行选择数据与控制线连接时，全部LED灯熄灭，因此它要有高驱动电流驱动4953。4953拥有2个P沟道MOSFET管，漏极电流达到419A，保障线驱动功能，16×64点阵要有8件4953。2、138、16输出，分别依据相应的4953个驱动程序选择线路，最终实现其功能。

列驱动器采取74HC595，拥有移位贮存器和三态锁存器，并且拥有串行输入并行输出8bit位的数值。红色和绿色点阵的值与8个74HC595锁存，由2个单片机分别操纵。第一串行输出被输入595片的595个串行输入端，采用同样原理，除了引脚链接，依据级联的方法，8个595芯片共同与各个芯片的595个并行输出链接的LED接线柱。

显示过程为：

(1)把显示缓存区里的第1行红色数值与绿色数值分别送入595锁存；

(2)扫描数据，选择LED阵列的第一行并延长时间；

(3)做消隐，扫描数据，向下移动一行，然后重复这个过程直到显示第十六行。如此循环。

每个LED显示单元拥有2个端口，依据显示器的宽度依据实际情况拓展LED单元，而且控制器的值维持原值。

如若需要高度上的拓展，能够依据拓展CPLD/FPGA操控行扫描信息的同步数值来完成，显示原理操作原理基本还是和前面一样。