實驗室無線信息顯示牌的研究與制作

摘 要:介紹一種實用小型的LED顯示系統，它采用MCS51單片機控制模塊、LED顯示驅動模塊和無線通信模塊。通過無線通信模塊實現顯示內容的遙控切換。在驅動電路的設計上，采用行掃描列驅動方式，增加了行掃描列驅動擴展功能。在硬件設計中，采用結構化的單元模塊設計，具有可擴展性，顯示亮度高且穩定。該設計不僅可降低硬件成本，而且還可降低功耗。經調試證明，該設計合理且實用。關鍵詞:單片機; LED點陣; 無線通信; MC551

中圖分類號:TN9198-34文獻標識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)16-0154-03

Development of Laboratory Wireless Information Display

ZHOU Guang-kuan1， JIN Yin-bin2

(1. Communication and Information Engineering College， Xi’an Science and Technology University， Xi’an 710054， China;

2. School of Electrical Engineering， Xi’an Jiaotong University， Xi’an 710049， China)

Abstract: A practical miniature LED display system which adopts the MCS51 microcontroller module， LED display driving module and wireless communication module is introduced. The display content can be changed through wireless remote control. The line scanning and row driving mode is employed in the design of the drive circuit to enhance the extending function of the mode. The structurized unit module， which has the characteristics of perfect expandability， high display brightness and high stability， is used in hardware design. This design reduces not only the hardware cost， but also the consumption. The debugging result proves that the design is equitable and practical.Keywords: single-chip microcomputer; LED lattice; wireless communication;MC551

0 引 言

LED漢字動態顯示屏是利用由多塊發光二極管點陣(此處采用8×8點陣)組成的顯示屏。它與傳統的顯示媒體，如多彩霓虹燈、像素管電視墻、四色磁翻板等相比較，具有亮度高，對比度強，動態顯示效果好，故障率低，能耗少，使用壽命長，組態靈活，視覺效果好，可全天候運行等許多優點，已得到了廣泛的應用[1]。

縱觀LED顯示屏發展過程，與當代科學技術的進步是密切相關的，國內第一塊LED顯示屏于1982年在南京火車站建成[2]。隨著電子元器件性能的提高、大規模集成電路和計算機技術的發展，LED器件的可靠性及亮度不斷提高，成本不斷下降，特別是金融證券行業的市場需求大幅度增長，使LED顯示屏進入快速發展階段，出現了多級灰度的LED視頻顯示屏[3]。本文重點介紹了一種4個漢字無線信息顯示板的設計。該電子信息顯示板在數據傳送和接收上采用了無線方式。在驅動電路的設計上，采用了目前廣為利用的行掃描列驅動方式，并考慮了行掃描列驅動擴展功能。

1 無線信息顯示牌的設計目標

無線信息顯示板的應用非常廣泛，不同應用有相應的使用要求，本文期望應設計滿足的要求:能夠通過電腦發送所要顯示的中英文字數據信息;采用無線發送數據信息;將所存儲的文字信息從右向左依次滾動顯示，且能很容易地刷新所要顯示的信息;具有無線/有線切換開關，可以使用有線和無線2種發送數據;顯示容量要足夠的大;顯示亮度要高，數據傳輸速度要快，畫面要無閃爍等。

2 無線信息顯示牌的設計原理及硬件實現

關于LED顯示屏的顯示原理，類似于電視機[4]。1個字符用1個16×16LED點陣顯示，逐行掃描就是先點亮16×16LED點陣的第一行LED發光，由輸入的列數據決定。第1行點亮持續一段時間后，再熄滅第1行后點亮第2行，第2行再持續一段時間后，再點亮第3行，以此類推，這樣將16行LED依次點亮，即完成了一屏的顯示，而后再返回第1行繼續點亮第2屏。由于人眼視覺的暫留效應，本電路的刷新頻率設為36 Hz。顯示過程中利用單片機的數據存儲和數據處理功能來控制顯示板的顯示[5]。發送數據利用計算機的串行通信端口發送數據，采用無線發射接收的專用數據通信模塊及一些輔助電路來完成PC機和單片機的數據通信。PC機使用COM1或是COM2端口通信，單片機使用RXD接收PC機所發來的數據。使用單片機的P1口與顯示板進行數據傳輸，顯示板將接收的串行數據轉換為并行數據進行顯示。

2.1 無線信息顯示牌的設計電路框圖

電路由發射機電路(包括串口電平轉換電路、發射模塊電路、發射機電源電路)、接收機電路(包括接收模塊電路、模塊電源電路)、單片機系統板電路、以及顯示驅動板電路等幾大模塊組成，如圖1所示。

圖1 無線信息顯示牌的設計系統框圖

2.2 LED點陣顯示屏的驅動控制

驅動控制電路可選用74HC595(8位移位寄存器/鎖存器)[6]，如圖2所示。

圖2 兩個字的列鎖存電路

其中，SCK為移位脈沖信號;SER為串行信號。數據從SER端輸入，每個SCK的上升沿使數據右移一位。如果要輸入一組數據，即8N個，則SCK信號產生8N個脈沖，當SCK信號結束后，由RCK輸出一個負脈沖，其上升沿使數據輸出顯示。

驅動電路是由4/16譯碼器74LS154，4953驅動芯片等組成。每片4953芯片可驅動2行LED顯示。由4/16譯碼器輸出產生一個行地址，輸出為低電平來控制所有顯示的行，同一行的LED處于有效狀態。同時使用一條數組傳送指令將列數據傳送過來。就是說，當16行中的某一MOS管的基極加低電平時(平時是高電平)，這個MOS管就處于要導通的狀態。那么在64列中，某一列是低電平，該列的LED就導通發光，這樣就完成了一行的顯示。對于這一列的驅動MOS管來說，要考慮其最大承受電流和最大耗散功率[7]。

2.3 單片機控制電路板的原理

無線電子信息顯示板單片機部分為最常用的單片機最小系統[8]。主要由復位電路、晶體振蕩電路(12 MHz)、存儲器擴展電路(擴展為32 KB)構成。輸出數據用P1端口，而P0，P2端口主要用來擴展外部數據存儲器。P3口只使用了RXD端和INT1端。單片機的通信方式為串行異步通信方式，波特率為2 400 b/s，如圖3所示。

2.4 與電腦接口電路的設計

無線電子信息顯示板與PC機之間的通信設置為單工通信方式，即只有PC機向顯示板發送數據。所以它與電腦串行通信接口的連線只有兩根，只用到其中的發送數據端子TXD和信號地線GND作為有線連接，由于單片機系統的電平為標準的TTL電平，在此使用MAX232A轉換芯片進行電平轉換[9]。

2.5 無線數據收發模塊

nRF2401是單片射頻收發芯片，需要工作于2.4～2.5 GHz ISM頻段，芯片內置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調制器等功能模塊，輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置[10]。芯片能耗非常低，以5 dBm的功率發射時，工作電流只有10.5 mA;接收時，工作電流只有18 mA。其DuoCeiver TM技術使nRF2401可以使用同一天線，同時接收2個不同頻道的數據。nRF240適用于多種無線通信的場合，如無線數據傳輸系統、無線鼠標、遙控開鎖、遙控玩具等。

3 無線電子信息顯示牌的調試

對于單片機系統板來說，主要是系統的可靠性設計。電源、地線要恰當選取，時鐘區元件接線要盡量的短，模擬地和數字地要分開布線，單片機及其他IC電路端都要加一個去耦電容。單片機不用的I/O端口要定義成輸出。

無線發射接收部分主要是要注意模塊電源的選擇，以及隔離措施的使用。發射模塊的電源為12 V，制作時用整流電源加7812穩壓。在使用時，接收模塊一定要單獨用7805穩壓供電，并在信號輸出端加隔離驅動后與單片機相連。接收模塊要用金屬殼屏蔽，再外接天線，否則接收模塊極易受到單片機時鐘倍頻的干擾。各部分都調試完畢后，進行聯合調試，該設計目標的可行性得到實驗證明。

圖3 顯示板單片機系統圖

4 結 語

使用單片機對于許多智能控制來說都是很重要的;對于節省硬件電路是很有效的;對于LED電子信息顯示板來說，只能依靠單片機強大的數據處理功能來實現，再加上PC電腦作為數據的發送設備，對節省電路的成本很重要。與PC機相結合，LED點陣顯示板一定會發揮更大的潛力，使生活環境增加一份色彩。

參考文獻

[1]王紅民.LED點陣顯示屏驅動方案[J].黑龍江電子技術，1999(5):1-2.

[2]張奇志.一種小型LED電子顯示屏系統[J].現代電子技術，2002，25(9):74-77.

[3]張敏，任瓊.LED顯示屏幾種控制電路的比較[J].江漢大學學報，2001，18(3):67-69.

[4]楊文龍.單片機原理及應用[M].西安:電子科技大學出版社，1993.

[5]薛永毅，王淑英，何希才.新型電源電路應用[M].北京:電子工業出版社，2001.

[6]堵國梁，史小軍，朱為.LED顯示屏恒流驅動電路的設計[J].電子器件，2001，24(3):252-256.

[7]張長杰.LED顯示屏部件接口標準初探[J].中國LED產業現狀及市場前景，2001(1):1-2.

[8]謝宋和，鄧璐娟.單片機在LED顯示屏中的應用[J].電子與自動化，1998(4):31-33.

[9]劉國勇.MAX 232/MAX 232A收發器及其應用[J].國外電子元器件，1997(1):28-29.

[10]張誼軍，湯軍社，寇一波.無線通信LED顯示屏系統的硬件設計[J].機械與電子，2004(1):42-43.