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摘 要：由于普通LED點(diǎn)陣顯示屏動態(tài)顯示通常采用硬件掃描驅(qū)動，這在一些需要特殊顯示的場合顯得不夠靈活。文中提出了一種利用PC機(jī)和單片機(jī)的通訊來實(shí)現(xiàn)顯示屏靈活的動態(tài)顯示和遠(yuǎn)程監(jiān)控的設(shè)計(jì)方法，同時該方法還可以將顯示內(nèi)容在PC機(jī)上進(jìn)行預(yù)覽。
關(guān)鍵詞：LED；動態(tài)顯示；遠(yuǎn)程控制；顯示預(yù)覽
1引言
LED 點(diǎn)陣電子顯示屏是集微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理技術(shù)于一體的大型顯示屏系統(tǒng)。它以其色彩鮮艷，動態(tài)范圍廣，亮度高，壽命長，工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)而成為眾多顯示媒體以及戶外作業(yè)顯示的理想選擇。同時也可廣泛應(yīng)用到軍事、車站、賓館、體育、新聞、金融、證券、廣告以及交通運(yùn)輸?shù)仍S多行業(yè)。
目前大多數(shù)的LED點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)自帶字庫。其顯示和動態(tài)效果（主要是顯示內(nèi)容的滾動）的實(shí)現(xiàn)主要依靠硬件掃描驅(qū)動，該方法雖然比較方便，但顯示只能按照預(yù)先的設(shè)計(jì)進(jìn)行。而實(shí)際上經(jīng)常會遇到一些特殊要求的動態(tài)顯示，比如電梯運(yùn)行中指示箭頭的上下移動、某些智能儀表幅值的條形顯示、廣告中廠家的商標(biāo)顯示等。這時一般的顯示系統(tǒng)就很難達(dá)到要求。另外，由于受到存儲器本身的局限，其特殊字符或圖案也往往難以顯示，同時顯示內(nèi)容也不能隨意更改。本文提出一種利用PC機(jī)和單片機(jī)控制的LED顯示系統(tǒng)通訊方法。該方法可以對顯示內(nèi)容（包括漢字和特殊圖符）進(jìn)行實(shí)時控制，從而實(shí)現(xiàn)諸如閃動、滾動、打字等多種動態(tài)顯示效果。該方法同時還可以調(diào)節(jié)動態(tài)顯示的速度，同時用戶也可以在PC機(jī)上進(jìn)行顯示效果的預(yù)覽，顯示內(nèi)容亦可以即時修改。另外，通過標(biāo)準(zhǔn)的RS232／485 轉(zhuǎn)換模塊還可以實(shí)現(xiàn)對顯示系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制。
2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
本 系統(tǒng)主要的硬件設(shè)計(jì)是下位機(jī)單片機(jī)的顯示 控制部分。而上位機(jī)（PC機(jī)）與單片機(jī)顯示控制部分的接口為標(biāo)準(zhǔn)RS232通訊方式。若需實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，只需增加RS232／485轉(zhuǎn)換模塊即可，該部分已有成熟的電路設(shè)計(jì)，故不再詳細(xì)敘述。
具體的LED顯示屏控制電路如圖1所示。整個電路由單片機(jī)89C52、點(diǎn)陣數(shù)據(jù)存儲器6264、列驅(qū)動電路ULN2803、行驅(qū)動電路TIP122、移位寄存器4094及附屬電路組成。該電路所設(shè)計(jì)的電子屏可顯示10個漢字，需要40個8×8 LED點(diǎn)陣模塊，可組成16×160的矩形點(diǎn)陣。由于AT89C52僅有8k存儲空間，而顯示的內(nèi)容由PC機(jī)控制，因此不可能預(yù)先把需要顯示的內(nèi)容做成點(diǎn)陣存在單片機(jī)中，而只能由PC機(jī)即時地把所需顯示的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)傳給單片機(jī)并存入緩沖區(qū)6264。
該電路的顯示采用逐行掃描方式。工作時，由單片機(jī)從緩沖區(qū)取出第一行需要顯示的20字節(jié)點(diǎn)陣數(shù)據(jù)，再由列點(diǎn)陣數(shù)據(jù)輸入端P1．2口按位依次串行輸入至列移位寄存器，其數(shù)據(jù)輸入的順序與顯示內(nèi)容的順序相反。然后置行點(diǎn)陣選通端P1．3為1，即置行移位寄存器的D為高電平，STR使能（所有4094的OE 引腳接＋5V電平），從而使列移位寄存器中的數(shù)據(jù)同時并行輸出以選通該行。經(jīng)延時一段時間后再進(jìn)行下一行點(diǎn)陣數(shù)據(jù)的顯示。需要注意的是，每次只能選通一行數(shù)據(jù)，即要通過不斷的逐行掃描來實(shí)現(xiàn)漢字或字符的顯示。
3顯示與控制的設(shè)計(jì)
在筆者設(shè)計(jì)的PC機(jī)控制多單片機(jī)顯示系統(tǒng)中，用PC機(jī)實(shí)現(xiàn)的主要功能包括單片機(jī)顯示子系統(tǒng)的選擇，顯示方式選擇（包括靜態(tài)、閃動、滾動、打字等），滾動方向選擇（包括上下滾動和左右滾動），動態(tài)顯示速度調(diào)節(jié)（即文字閃動頻率、滾動速度、打字顯示速度等），顯示內(nèi)容輸入及顯示預(yù)覽等。單片機(jī)一般通過 RS232／485串行接收PC機(jī)發(fā)出的顯示指采用定時器中斷方式進(jìn)行行掃描，每次中斷顯示一行，定時中斷時間為1．25ms，這樣整屏的刷新率為 50Hz，因而無閃爍感。
實(shí)現(xiàn)動態(tài)顯示速度調(diào)節(jié)的方法通常是改變定時器的中斷時間，但是當(dāng)顯示速度很慢的時候，該方法容易使整屏的刷新率降低，從而使顯示內(nèi)容出現(xiàn)閃爍。因此，本設(shè)計(jì)采用一種“軟定時”方法，即在程序中命名一變量作為“軟定時器”，以用來設(shè)定兩次動態(tài)顯示的時間間隔。在對定時中斷調(diào)用計(jì)數(shù)時，如果調(diào)用次數(shù)達(dá)到設(shè)定值，則改變顯示內(nèi)容。為保證能夠正常顯示，“軟定時器”的設(shè)定值必須大于整屏顯示周期。由于顯示屏每行顯示1．25ms，整屏顯示周期為20ms，考慮到余量的情況，可將軟定時器的設(shè)定值定在大于30ms。如此循環(huán)計(jì)數(shù)，即可實(shí)現(xiàn)動態(tài)顯示。“軟定時器”的設(shè)定值可以通過上位機(jī)PC機(jī)來改變，這樣既可實(shí)現(xiàn) LED動態(tài)顯示的速度調(diào)節(jié)，又可保持顯示內(nèi)容的流暢和無閃爍感。
3．1單片機(jī)動態(tài)顯示控制
以上提到的靜態(tài)、閃動、滾動和打字等4種顯示方式，實(shí)際上是單片機(jī)定時中斷程序進(jìn)行行掃描處理的不同方法。下面將分別說明如何實(shí)現(xiàn)這4種顯示方式。
靜態(tài)顯示只需在定時中斷處理程序中從顯示緩沖區(qū)調(diào)入相應(yīng)的一行顯示數(shù)據(jù)，然后選中該行即可實(shí)現(xiàn)該行的顯示，如此循環(huán)，便可顯示整個內(nèi)容。閃動顯示與此類似，不同的是要間隔一個“軟定時器”的定時時間，在行掃描時，行移位寄存器的D端打入的全為0，可使得整屏不顯示，以確保黑屏?xí)r間與顯示時間相等，從而實(shí)現(xiàn)漢字或圖符的閃動顯示。
滾動顯示要求需要顯示的內(nèi)容每隔一定時間向指定方向（這里以從右向左為例）移動一列，這樣顯示屏可以顯示更多的內(nèi)容。為此，需要在下次移動顯示之前對顯示緩沖區(qū)的內(nèi)容進(jìn)行更改，從而完成相應(yīng)點(diǎn)陣數(shù)據(jù)的移位操作。具體操作方法是：
設(shè)置一個顯示緩沖區(qū)（如圖2所示），該區(qū)應(yīng)包括兩部分：一部分用來保存當(dāng)前LED顯示屏上顯示的10個漢字點(diǎn)陣數(shù)據(jù)；另一部分為點(diǎn)陣數(shù)據(jù)預(yù)裝載區(qū)，用來保存即將進(jìn)入LED顯示屏的1個漢字的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)。滾動指針始終指向顯示屏的最右邊原點(diǎn)。當(dāng)滾動指針移動到需要顯示的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)存儲區(qū)的第1個漢字的首地址時，顯示緩沖區(qū)LED顯示區(qū)為空白，而預(yù)裝載區(qū)已保存了第1個待顯示漢字的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)。當(dāng)需要滾動顯示時，則可在接下來的掃描周期的每個行掃描中斷處理程序中，將對顯示緩沖區(qū)的相應(yīng)行點(diǎn)陣數(shù)據(jù)左移一位，同時更改顯示緩沖區(qū)的內(nèi)容。（需要注意的是，要確保該操作能在1．25ms的中斷時間內(nèi)完成。這里89C52采用22MHz晶振，實(shí)驗(yàn)證明可以實(shí)現(xiàn)該操作）。這樣，在一個掃描周期后，整個漢字將左移一列，而顯示緩沖區(qū)的內(nèi)容也同時更改。由于預(yù)裝載區(qū)保存了1個漢字點(diǎn)陣數(shù)據(jù)，即16×16點(diǎn)陣，所以當(dāng)前顯示緩沖區(qū)的內(nèi)容只能移動16列。當(dāng)下一個滾動到來時，滾動指針將移動到點(diǎn)陣數(shù)據(jù)存儲區(qū)的下一個漢字的首地址，并在預(yù)裝載區(qū)存入該漢字的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)。然后重復(fù)執(zhí)行上述操作便可實(shí)現(xiàn)滾動顯示。特殊字符或圖形的顯示與此類似，這里不再贅述。
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