基于单片机的广告牌系统设计

魏立明 闫 伟 金雅庆 郭思成

(1:吉林建筑大学 电气与计算机学院,长春 130118; 2:吉林建筑大学 艺术设计学院,长春 130118;3:北京师范大学附属实验中学，北京 100032)

0 引言

现代生活日新月异,伴随着科学技术的不断发展,单片机以其集成度高、体积小、低电压、低功耗、易扩展等优点被广泛应用于各个电子产品当中[1].单片机控制的LED点阵显示屏幕一直以来在平板显示领域扮演着极其重要的角色,并且在未来的发展中,还有相当大的发展空间.LED广告牌被广泛地应用于在交通、医院、商店、市场、广告、信息传播等生活的各个方面,目前国际上来说它算是非常先进的电子显示媒体.当今社会信息化发展地十分迅猛,单片机控制的广告牌的硬件电路设计方案日新月异,各具功能和特色.

1 总体方案设计

在该设计里,我们是以单片机作为主控制模块,控制LED点阵来实现文字的显示效果.实际电路中需要用到单片机的输出口来分别控制点阵,同时在单片机的外部加以时钟、按键、复位电路来对单片机进行控制,以保证实现不同的功能[2].按照此设计思路进行了对总体方案的设计.总体方案图见图1.

图1 总体方案图Fig.1 The figure of overall plan

本方案是利用单片机的P0口来进行对列控制芯片的片选,因为列控制需要至少64位的输出端口,所以列芯片需用到不止一片,必须考虑如何片选的问题.利用一个P口来控制列控制芯片74LS373,一个P口来控制行控制芯片74HC154,再由行列控制芯片来控制点阵,从而实现单片机对LED显示屏的间接控制.

2 硬件系统电路设计

该设计系统中大致有五部分电路，分别为:时钟电路、按键电路、复位电路、行驱动电路、列控制电路[3].

时钟电路.用于产生AT89C52单片机所必需的工作时的控制信号.AT89C52内部的高增益的反相放大器来构成振荡器.XTAL1作为输入端引脚,XTAL2作为输出端引脚，把微调电容和石英晶体跨接在这两个引脚中间,使之构成一个稳定的自激振荡器[4].电路中的电容C1和C2的典型值通常选择为30pF.电路中电容值的大小会直接影响振荡器频率的高低以及起振的快速性.振荡频率为6MHz或12MHz的石英晶体常作为单片机的晶振,该设计中采用的是12MHz的晶振.

手动按键控制电路.当广告间需要进行切换时,可以手动按键,此时LED显示屏幕上可以自动切换到下一条广告语，并实现移动的显示效果,实现广告之间切换的功能.其中,单片机的P1.0,P1.1,P1.2来控制按键功能的实现，这3个按键都由人来进行控制.

图2 时钟，按键，复位电路Fig.2 The clock circuit,the key circuit,the reset circuit

复位电路.是保证电路稳定工作的必要条件,上电复位是复位电路的主要功能.在电源通电时,只有当VCC高于4.75V且低于5.25V，同时晶体振荡器稳定工作时,复位信号将失去作用,电路开始正常工作[5].

当按键被按下时,RST则与VCC直接相连,此时为高电平,进行复位,与此同时电容也被短路而开始放电;按键被松开时,VCC则对电容进行充电,充电电流流经电阻R1,而RST依然为高电平,所以仍然是复位.当充电完成后,这时电容则相当于开路,此时RST为低电平,电路开始正常工作.

行控制电路.用单片机的P3.2,P3.3,P3.4和P3.5的4个I/O口连接74HC154的4个输入端,在译码器的输出端可输出16个电平信号.根据译码器的特点，在任何时候译码器端的16个输出端口都只有一个低电平信号,信号经过限流电阻接到PNP晶体管的基极,集电极接高电平,射极则接至发光二极管的阳极.

列控制电路.由于该设计是64列,所以需要64个输出口.AT89C52单片机的I/O口远不能实现同时对全部列的控制,所以用74LS373锁存器来进行对列的控制.用整个P2口作为总线传输数据,再用整个P0口对锁存器进行片选,这样一次就可以传输8位信号,可以实现8列的选通.而且锁存器具有锁存功能,每传输一次,锁存一次,LED就能有足够的时间点亮,使显示效果更加明显.实际要用到8个锁存器,下面以2个锁存器为例.其时钟、按键、复位电路图见图2所示，行控制电路和列控制电路图见图3所示.

图3 行控制电路和列控制电路Fig.3 The column control circuit and the Line control circuit

3 软件系统设计及系统仿真

流程图是程序设计的大纲,程序的设计要围绕流程图来进行.主程序流程图是软件设计的主体部分,可以从主程序中调用各个子程序来实现相应的功能.主程序中包括程序初始化、广告语判断、“送字”子程序、“移字”子程序及扫描子程序.主程序流程图见图4所示.

图4 主程序流程图Fig.4 The main program flow chart

“送字”顾名思义,就是将4个字的字码送入RAM的空间中,因为要在RAM中“移字”,所以“送字”是必须的.广告语是由右向左滚动显示,第一个显示的必须是第一个字,而且第一个字必须先出现在最右边的16×16点阵中.

“移字”,就是在RAM空间中,将对应的字码放入累加器中左移.

执行完“送字”、“移字”,字码现在还仅仅是在RAM中,在LED点阵上是没有文字的,要显示文字,还需要不可缺少的扫描程序.

系统的仿真使用的是Proteus 7.8软件,它是比较好的仿真单片机及外围器件的工具.将单片机外围硬件电路连接好,然后将编写好的程序导入到单片机中,点击仿真按钮即可完成系统的仿真.静态时的仿真效果见图5所示.

图5 静态仿真图Fig.5 The static simulation diagram

5 结语

本设计包括了整个硬件设计电路的所有子电路,这些子电路结合在一起组成的整体硬件电路能够满足广告牌设计的基本要求.随着我国经济的迅猛发展,科技水平的不断提高,LED电子显示屏以及各种广告牌也将在未来的社会经济发展中扮演越来越来重要的角色.