led 顯示屏控制系統(tǒng)之硬件設(shè)計

LED點陣式顯示屏發(fā)展到今天在朝著兩個方向發(fā)展，高端產(chǎn)品主要是全彩色顯示屏，它的控制系統(tǒng)多采用ARM、CPLD、FPGA等芯片，成本比較高，技術(shù)比較復(fù)雜，這類產(chǎn)主要應(yīng)用在戶外廣場等大型場所。低端產(chǎn)品主要是單色或者是雙基色以及帶有一定灰度的產(chǎn)品，這類產(chǎn)品一般成本不高，對價格極其敏感，主要應(yīng)用在室內(nèi)及其門面招牌等處。但隨著ARM芯片的普及，現(xiàn)在的人們在這類簡單的產(chǎn)品上也使用上了ARM芯片，（當年51單片機流行時有這樣一名話：做一個與非門用51單片機比較簡單）這可能有一種技術(shù)跟風(fēng)的感覺吧。一顆ARM芯片最便宜的也要20塊左右吧，并且如果你用這種芯片和普通單片機沒有什么大的差別，如果用功能強一點的可能在50元左右吧，這樣整個LED點陣式顯示屏的控制系統(tǒng)成本就會比較高了，這對于一個2000元左右的小產(chǎn)品來說已經(jīng)是一個不容忽視的價格了。

本低成本的LED 顯示屏控制系統(tǒng)硬件設(shè)計采用STC89C52+SST39SF040+STC62WV256等硬件，在這一個硬件平臺上可以根據(jù)所控制顯示屏的大小更改相應(yīng)的硬件，如可以更改單片機，存儲器等。下面對其設(shè)計原理加以解釋。

STC89C52單片機是宏晶科技的單片機，該單片機與8051單片機相兼容，同時又有許多改進之處，是一款增強型51單片機。它與原51單片機具有如下優(yōu)點：1、單片機寫入程序無法讀出，使產(chǎn)口的保密性好。2、寬電壓，不怕電源抖動。3、溫度范圍寬，－40至85度。4、I/O口經(jīng)過特殊處理，抗干擾能力強。5、單片機內(nèi)部的電源供電系統(tǒng)經(jīng)過特殊處理。6、單片機內(nèi)部的復(fù)位電路特殊處理，不需要外部復(fù)拉電路。7、單片機內(nèi)部看門狗特殊處理，不怕程序跑飛。8、可選6時鐘周期/每機器周期工作模式，提高工作速度。9、可降低振蕩增益至原1/2。10、在系統(tǒng)編程，不再需要昂貴的仿真器和編程器。11、具有P4口，增加了IO的數(shù)量。12、速度快，晶振頻率可以達到80M，如果再使用6倍速，頻率相當于普通8051的160M。使用起來更方便。具體使用方法可見其數(shù)據(jù)手冊。見本博客。

SST39SF040是一種擁有512K×8容量的FLASH芯片，它具有100000次的擦寫周期和100年的數(shù)據(jù)保存時間。它具有4Ｋ每頁的小容量頁面，可以頁面擦除和芯片擦除，使用起來更方便。具體使用方法見其數(shù)據(jù)手冊。見本博客。

STC62WV256具有寬范圍的工作電壓和32K×8的數(shù)據(jù)容量，其使用方法同一般RAM。詳見其數(shù)據(jù)手冊。見本博客。

通訊部分：做為一個LED 顯示屏控制系統(tǒng)的通訊應(yīng)該有兩個獨立的通訊端口，即兩個串口。而我選用的單片機只有一個串口，這就要相應(yīng)的把一個串口做為兩個串口來用，這樣會帶來任務(wù)竟爭和分配的問題，本設(shè)計中在外部設(shè)置了一個硬件開關(guān)用發(fā)兩個外部任務(wù)的切換，一個用于接收外部計算機的數(shù)據(jù)通訊用。一個用于向外部顯示屏發(fā)送數(shù)據(jù)用。硬件開關(guān)使用的是74HC125芯片，74HC125是三態(tài)輸出高有效四總線緩沖門，設(shè)計見本原理圖中的U6。與外部計算機通訊要進行電平轉(zhuǎn)換，本設(shè)計本著低成本的設(shè)計原則測有采用232芯片，而是采用3極管進行電平轉(zhuǎn)換，只此一項即可節(jié)約成本4塊多錢。設(shè)計原理見圖中Q1和Q2部分。

顯示屏輸出部分：這一部分主要負責(zé)將從串口發(fā)出的數(shù)據(jù)完美的發(fā)送到顯示屏上，從一個串口發(fā)送數(shù)據(jù)要發(fā)送到顯示屏的每一行上，這就需要相應(yīng)的譯碼控制電路來完，一般情況下這一部分電路是分兩部分完成的，在控制部分只完成將數(shù)據(jù)線和時鐘線進行分離，每分離出一對數(shù)據(jù)線和時鐘線可以控制顯示屏上的16行顯示代碼，而控制每一行的控制線的電路部分則放到顯示屏去做。所以這里主要介紹一下控制系統(tǒng)的控制部分。從單片機出來一對數(shù)據(jù)然后經(jīng)過4片74HC125將其分為8對數(shù)據(jù)線和控制線，這樣本控制系統(tǒng)就可以控制16×8高度的顯示屏。頁16行的譯碼線則只需要從控制系統(tǒng)上引出4根線即可，這4根線到顯示屏上后又會經(jīng)過譯碼電路譯成16選1行控制線。而向顯示屏引出的還有數(shù)據(jù)鎖存線和顯示屏顯示使能線。有了這些控制線和數(shù)據(jù)就可以控制整個顯示屏的顯示了。而本控制系統(tǒng)可以控制16×8高度1024點寬度的顯示屏。這一部分電路見原理圖中U5，U7，U8，U9，U10。

存儲部分：存儲部分又分為兩部分，一部分用于顯示代碼的存儲，一部分用于臨時顯示代碼的存儲。顯示代碼存儲器采用SST39SF040，這是一顆FLASH芯片，掉電后數(shù)據(jù)不丟失。按一個漢字32個字節(jié)進行計算本系統(tǒng)可以存儲16384個漢字。臨時顯示代碼存儲器采用STC62C256存儲器，它是RAM芯片，數(shù)據(jù)掉電丟失，用于保存顯示當時的數(shù)據(jù)。這一部分電路見原理圖中U2，U3，U4部分。
 
本控制系統(tǒng)還加入了時鐘芯片，可以用在有時間顯示要求的場所。

以上所用到的全部芯片為貼片封，以減小電路板的面積，降低硬件設(shè)計成本。

因為處處從成本考慮，所以本控制系統(tǒng)沒有一般系統(tǒng)豪化的硬件陣容。但麻闕雖小，五臟俱全，本控制系統(tǒng)同樣可以完成LED顯示屏控制的任務(wù)。