基于VB和單片機無線傳輸的LED顯示系統研究

湖北工業大學機械工程學院 朱云峰

0 引言

隨著計算機通信技術和網絡技術的發展，計算機與其外部設備之間的數據傳輸越來越重要。無線通信技術是當前最熱門的技術之一，幾乎被應用于電子設計的每個領域。目前，LED顯示屏系統已得到廣泛應用，但通常我們所看到點陣屏的控制傳輸設施大多采用有線傳輸方式來實現，使用麻煩且在特殊環境下操作難度加大，為彌補有線傳輸方式的不足，考慮采用無線方式控制L E D數據傳輸。

1 系統設計方案

本系統設計采用PC機與一個單片機進行通信，同時它也可擴展為多機全雙工通信系統，結構也很簡單。其由單片機主控模塊、無線發射模塊、無線接收模塊、LED點陣顯示模塊、數據存儲模塊、上位機管理模塊等部分組成整個串行通信系統。

該系統采用了上位機——下位機的結構，上位PC機主要用于接收用戶輸入的信息，并將信息通過R S－232串口發送給MC U，經信息處理后傳送無線收發芯片NRF 905。上位機管理模塊提供給用戶與系統進行交流的平臺，用戶通過P C機輸入需在L E D顯示屏上顯示的文字或圖形信息，然后通過無線短距離通信方式把數據傳輸到下位機收發芯片，實現隨時改變顯示的內容。其結構框圖如圖1所示。

圖1 發射端結構框圖

下位機收發芯片NRF905把接收到的字模數據首先存入MC U單片機緩存，然后再由驅動程序將數據傳遞給控制顯示芯片實現L E D顯示屏的顯示。即使用P C機來對數據采集，并且把控制信號傳送給單片機，利用單片機對數據處理的結果進行存儲和顯示，同時對現場設備的狀態進行監控，把設備的狀態實時傳給P C機，其基本結構如圖2所示。

圖2 接收顯示端結構框圖

2 系統硬件設計

2.1 應用芯片介紹

AT89C51是一種帶4K字節閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM）的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機，其可擦除只讀存儲器可以反復擦除100次。從工作原理上講，單片機就是一種微型計算機，是一種“程序存儲式”計算機。它是在一塊硅片上集成了中央處理器（CPU）、隨機內存（RAM）、程序內存（ROM或EPROM）、定時／計數器以及各種I／O接口，也就是集成在一塊芯片上的計算機，兼容標準M C S－51指令系統，功能強大。

CAT24WC02是一個2 K位串行CMOSE2PROM，內部含256個8位字節，同時，其還帶有一個16字節頁寫緩沖器，該器件通過I 2總線接口進行操作，有一個專門的寫保護功能。

2.2 串行通信接口連接及電平轉換

在實際運用中，必須注意要進行電平轉換，RS－232 C串行接口不能和TTL電平直接相連，不然將燒壞TTL電路。通常使用的電平轉換集成電路為驅動器MC 1489和接收器MC 1488，另外還可使用MAX 232電平轉換電路。雖然也可以用幾個三極管進行模擬轉換，但是還是用專用芯片更簡單可靠。

由MAXIM公司生產的MAX 232芯片，內部有一個電源電壓變換器，內置兩路接收器和驅動器的IC芯片，能將輸入的＋5V電壓提升為＋10V電壓 ，滿足RS－232輸出電平所需的。故配備單一的＋5V電源即可滿足使用該芯片接口的串行通信系統要求，更能適用配備＋12V電源的使用場合。因MAX 232價格便宜合適，硬件接口方便，適應性強，被大多設計所采用。

PC機的DB9接頭與AT89C51單片機通過MAX232連接起來的電路如圖3所示。

圖3 PC機與單片機通信電平轉換電路

2.3 電源供電電路

電源電路的器件基本都是5V直流電，所以需要一個穩定的直流電源，圖4就是整個電路的＋5V供電電路，采用了交直流2種供電方案供用戶選擇。

進行電路板布局，電路板布局對后期的布線相當重要，可以說一個好的布局基本決定了布線的成功，此外，電路板布局與許多因素有關，比如電磁干擾、是否有利于導熱等。電路板布局一般都要遵循最近相鄰原則，即元器件一般都要放置在與其電器相連最近的元件附近。

圖4 電源供電＋5V電路

3 系統軟件設計

本系統軟件部分分成上層和底層兩大層：上層系統應用程序須實現與上位機信息（或指令命令）的發送相關的編程；底層系統應用程序則要完成顯示驅動程序，用來控制下位機如何顯示點陣內容和顯示方式，它的作用一是傳送特定的數據集合到點陣顯示屏上；二是并激發行其他控制用信號和掃描信號，驅動掃描的實施。

3.1 上位機程序設計

利用Win 32 API接口函數實現在W indows環境下P C機之間的串行通信，使用V B中的MS Comm通信控件來實現通信編程開發。與多線程相比較，MS Comm的最大特點就是屏蔽通信過程底層操作，編程簡單。通信過程是先進行串口初始化，加載窗體程序，同時選擇或打開串口，設置波特率和工作方式。上位機主界面如圖5所示。

圖5 上位機主界面

3.2 下位機程序設計

系統采用異步串行通信方式，通過無線接收模塊接收遠程顯示和控制信息，并存儲在單片機片內RAM（或外擴展的RAM）作為屏幕顯示數據，用于顯示調用。

LED點陣的顯示內容及方式主要由RS－232接口接收顯示方式命令和點陣顯示數據，并進行顯示。采用模塊化結構編制程序，包含主程序和子程序，如掃描顯示子程序、中斷串口服務子程序。下位機程序流程如圖6所示。

4 測試與驗證

本設計的核心單元是單片機AT89C51，是在有線LED點陣顯示系統基礎上研究設計出來的無線傳輸的LED點陣屏，由于無線模塊不方便仿真，故本設計只對有線點陣進行了軟件仿真。以下選用單片機仿真軟件Proteus 7．0，用C語言編寫的程序，通過keil生成hex文件，進而成功地對有線點陣進行了軟件仿真，相關結果如圖7所示。

5 結束語

該系統既利用了單片機價格低、功能強、抗干擾能力好和面向控制等優點，又利用了Windows操作系統的高級用戶界面、多任務、自動內存管理等特點，也解決了傳統LED顯示屏的諸多問題，使控制更為方便靈活，課題有很大的實用價值。

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