单片机的无线点阵LED显示系统的设计

苏州高等职业技术学校 吴荣娣

无线点阵LED显示屏主要有发光二极管组成，在进行半导体二极管的像素点排列时，一块显示屏就需要几十万个像素点。LED电子显示屏可以在屏幕上显示出按照要求进行变化的数字、文字以及各种图案，并且利用不同的材料产生的彩色像素点可以保证显示屏完成色彩的还原，进而使得显示对象更加清楚明了。在近几年无线点阵LED显示屏已经大范围取代了传统传播媒介，以及额定电压小、能耗好、寿命长、稳定性高、耐久力强、亮度高等特点快速发展为传播媒介当中的核心工具，并在信息显示方面占据着关键位置。在当前的社会生活中，LED显示屏已经渗透到了日常生产生活的方方面面，不仅应用到了人流量较大的车站、证券所、航班显示、体育比赛赛程安排与计分，还在商场广告宣传、厂家新品发布当中得到了普遍使用。目前LED电子屏已经在现有基础上朝着高发光频率、高亮度、高耐久性的方向发展。本文基于单片机进行无线点阵LED显示系统的设计，主要将总体设计划分为三个部分，分别是单片机控制部分、LED显示部分以及后续的无线通讯部分与无线遥控器，并在各个部分的设计过程当中始终以高效能与低成本兼顾作为基本目标，实现各对象在无线点阵LED屏幕当中的显示操作。

1 无线点阵LED显示系统构成

由图1所示，基于单片机的无线点阵LED系统结构主要以51单片机作为核心，型号选择为AT89S52。在该系统组成当中，单片机控制模块的主要功能是以编程的形式进行屏幕数据信息的刷新，并对数据信息进行相关处理，这一模块是单片机控制的LED显示系统核心部分，因此设计过程十分重要。另外LED显示模块的主要功能是将控制模块处理完成的数据信息在显示屏当中进行显示，主要利用了LED驱动电路的特点，并将LED点阵作为显示工具。第三个模块便是无线通讯以及无线遥控器，针对于这一模块进行设计时，首先应明确其功能是将外部输入数据同单片机的控制功能进行有效连接，实现两个部分的正常通讯，以保障数据在单片机中顺利输入。

图1 无线点阵LED显示系统结构

2 无线点阵LED显示系统硬件设计

若要将外部数据有效显示到LED电子屏当中，首先要进行显示对象的存储，这一数据信息与图片点阵保存在单片机的存储器当中，而后再通过频率为315MHz的公用无线频道完成数据传送的无线控制。进行数据信息显示的过程可以划分为两个步骤，首先进行显示对象的选择，从存储信息当中挑选出要进行LED显示的图片或文字，然后再使用同步接口SPI完成向单片机显示模块的输送工作。对LED电子显示屏进行无线控制的硬件系统设计，主要便可分为以下三个模块。

2.1 单片机控制模块设计

单片机的控制模块在整个LED显示系统当中属于最核心的单元，在设计时选择51系列单片机作为基本元器件，并执行发送控制指令以及显示内容的重要功能。因此单片机在控制模块当中的作用十分关键，必须在51系列当中选择一个最为合适的机型作为主要控制芯片进而投入使用，首要考虑的便是其编程功能以及单片机的人物执行速度，为保障单片机在具备较强编程能力的同时还能够对LED显示屏进行快速扫描，本次硬件设计中选择美国公司生产的AT89S52作为单片机控制单元的核心部件。单片机控制模块结构图如图2所示。

图2 单片机控制模块结构图

该控制模块除了完成于无线通讯模块的联系之外，还需要根据外部输入数据进行对应图片、文字或者数字的显示，因此点阵数据信息必须从LED显示系统当中完成扫描工作。由单片机控制模块的结构图来看，电源模块向AT89S52单片机进行5V电压的提供，无线通讯模块通过I/O端口同单片机进行正常通讯连接，另外单片机同样通过I/O端口完成其显示模块与同步串口SPI之间的连接。由于当前大型显示设备不仅需要满足工作时间较长的特点，显示图案变化的复杂性也需在设计阶段严加重视，因此为提升单片机数据信息控制的稳定程度，在LED显示系统当中加入了看门狗芯片MAX813L，这一电路既具有复位功能，还具有电压检测功能，能够有效增强单片机控制系统的可靠性。MAX813L芯片主要通过对电源电压的工作情况进行监测，若电源电压下降到4.65V便可以完成复位。

由电路结构图3所示，P0接口将4位并行数据输出到4-16译码器当中，而串行数据从SPI接口直接输出到串行转并行芯片当中，P3口连接无线通讯模块的中断引脚，并利用P1接口进行按键码的直接获取。另外单片机的复位引脚直接同看门狗电路的RST引脚相连接，当电压降至规定大小时系统即进行复位，以增强单片机控制系统的稳定性。

图3 单片机芯片连接结构图

2.2 LED显示模块设计

LED显示模块主要完成文字、图片等数据信息的显示工作，因此核心部件便是16×16点阵的单色显示屏。该LED显示屏通过对显示系统进行扫描的形式进行图像的显示，由SPI接口以及片选电路实现与单片机控制模块的有效连接。显示模块的设计原理为单片机控制模块将16位数据信息利用SPI接口和片选设备直接输送到显示部分，再由串行转并行芯片将串行数据转化为并行数据进行锁存，若显示模块选择其中一行数据，则在LED显示屏当中便显示其中一行数据，并依次将16行数据显示完毕。由于数据信息达到一定的帧数之后，人的视觉停留便会将显示屏当中出现的数据信息组合成一幅完整的图像，完成图像信息在LED电子显示屏当中的显示。

2.3 无线通讯模块和无线遥控器设计

该无线通讯模块的组成结构分为发射以及接收部分，其中无线通讯电路的发射设备主要依赖于PT2262芯片执行功能，而对应的接收模块则需要采用编码与解码功能同时具备的芯片PT2272来进行无线接收。而无线遥控发射设备除上文应用的芯片之外，还需要外围电路、按键以及发射天线。实现无线通讯的方式便是按下按键，由发射天线向外发射出包含有按键信息的电磁信号。

结语：LED显示屏作为近年来快速发展起来的显示媒介，具有超越传统媒介的诸多优点，例如工作功耗低、亮度高、变化灵活等，另外由于LED电子显示屏在自主研发的大环境下成本已经大大降低，并且具备较远的可视距离，因此其在室内与室外环境当中均具有非常广泛的应用。我国的LED产业已经由多年前从外国进行相关芯片的购买转变为了自主研发，并形成了从设计、生产、封装到集成应用的产业链，显示屏的抗静电以及发光效率等问题已经取得了巨大突破，为国内微电子产业注入了源源不断的动力。本文研制的无线点阵LED显示系统由单片机进行驱动控制，进行数字、图形、字母的显示，可以有效应用于各大公共场合的实时信息发布之中，并利用无线通信部分完成信息内容的快速切换。