實(shí)驗(yàn)室無(wú)線信息顯示牌的研究與制作

O 引言
    LED漢字動(dòng)態(tài)顯示屏是利用由多塊發(fā)光二極管點(diǎn)陣(此處采用8×8點(diǎn)陣)組成的顯示屏。它與傳統(tǒng)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(duì)比度強(qiáng)，動(dòng)態(tài)顯示效果好，故障率低，能耗少，使用壽命長(zhǎng)，組態(tài)靈活，視覺(jué)效果好，可全天候運(yùn)行等許多優(yōu)點(diǎn)，已得到了廣泛的應(yīng)用。
    縱觀LED顯示屏發(fā)展過(guò)程，與當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步是密切相關(guān)的，國(guó)內(nèi)第一塊LED顯示屏于1982年在南京火車(chē)站建成。隨著電子元器件性能的提高、大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)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(yè)的市場(chǎng)需求大幅度增長(zhǎng)，使LED顯示屏進(jìn)入快速發(fā)展階段，出現(xiàn)了多級(jí)灰度的LED視頻顯示屏。本文重點(diǎn)介紹了一種4個(gè)漢字無(wú)線信息顯示板的設(shè)計(jì)。該電子信息顯示板在數(shù)據(jù)傳送和接收上采用了無(wú)線方式。在驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)上，采用了目前廣為利用的行掃描列驅(qū)動(dòng)方式，并考慮了行掃描列驅(qū)動(dòng)擴(kuò)展功能。

1 無(wú)線信息顯示牌的設(shè)計(jì)目標(biāo)
    無(wú)線信息顯示板的應(yīng)用非常廣泛，不同應(yīng)用有相應(yīng)的使用要求，本文期望應(yīng)設(shè)計(jì)滿足的要求：能夠通過(guò)電腦發(fā)送所要顯示的中英文字?jǐn)?shù)據(jù)信息；采用無(wú)線發(fā)送數(shù)據(jù)信息；將所存儲(chǔ)的文字信息從右向左依次滾動(dòng)顯示，且能很容易地刷新所要顯示的信息；具有無(wú)線／有線切換開(kāi)關(guān)，可以使用有線和無(wú)線2種發(fā)送數(shù)據(jù)；顯示容量要足夠的大；顯示亮度要高，數(shù)據(jù)傳輸速度要快，畫(huà)面要無(wú)閃爍等。

2 無(wú)線信息顯示牌的設(shè)計(jì)原理及硬件實(shí)現(xiàn)
    關(guān)于LED顯示屏的顯示原理，類(lèi)似于電視機(jī)。1個(gè)字符用1個(gè)16×16LED點(diǎn)陣顯示，逐行掃描就是先點(diǎn)亮16×16LED點(diǎn)陣的第一行LED發(fā)光，由輸入的列數(shù)據(jù)決定。第1行點(diǎn)亮持續(xù)一段時(shí)間后，再熄滅第1行后點(diǎn)亮第2行，第2行再持續(xù)一段時(shí)間后，再點(diǎn)亮第3行，以此類(lèi)推，這樣將16行LED依次點(diǎn)亮，即完成了一屏的顯示，而后再返回第1行繼續(xù)點(diǎn)亮第2屏。由于人眼視覺(jué)的暫留效應(yīng)，本電路的刷新頻率設(shè)為36 Hz。顯示過(guò)程中利用單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)處理功能來(lái)控制顯示板的顯示。發(fā)送數(shù)據(jù)利用計(jì)算機(jī)的串行通信端口發(fā)送數(shù)據(jù)，采用無(wú)線發(fā)射接收的專(zhuān)用數(shù)據(jù)通信模塊及一些輔助電路來(lái)完成PC機(jī)和單片機(jī)的數(shù)據(jù)通信。PC機(jī)使用COMl或是COM2端口通信，單片機(jī)使用RXD接收PC機(jī)所發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)。使用單片機(jī)的P1口與顯示板進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，顯示板將接收的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。
2．1 無(wú)線信息顯示牌的設(shè)計(jì)電路框圖
    電路由發(fā)射機(jī)電路(包括串口電平轉(zhuǎn)換電路、發(fā)射模塊電路、發(fā)射機(jī)電源電路)、接收機(jī)電路(包括接收模塊電路、模塊電源電路)、單片機(jī)系統(tǒng)板電路、以及顯示驅(qū)動(dòng)板電路等幾大模塊組成，如圖1所示。

2．2 LED點(diǎn)陣顯示屏的驅(qū)動(dòng)控制
    驅(qū)動(dòng)控制電路可選用74HC595(8位移位寄存器／鎖存器)，如圖2所示。

其中，SCK為移位脈沖信號(hào)；SER為串行信號(hào)。數(shù)據(jù)從SER端輸入，每個(gè)SCK的上升沿使數(shù)據(jù)右移一位。如果要輸入一組數(shù)據(jù)，即8N個(gè)，則SCK信號(hào)產(chǎn)生8N個(gè)脈沖，當(dāng)SCK信號(hào)結(jié)束后，由RCK輸出一個(gè)負(fù)脈沖，其上升沿使數(shù)據(jù)輸出顯示。
    驅(qū)動(dòng)電路是由4／16譯碼器74LSl54，4953驅(qū)動(dòng)芯片等組成。每片4953芯片可驅(qū)動(dòng)2行LED顯示。由4／16譯碼器輸出產(chǎn)生一個(gè)行地址，輸出為低電平來(lái)控制所有顯示的行，同一行的LED處于有效狀態(tài)。同時(shí)使用一條數(shù)組傳送指令將列數(shù)據(jù)傳送過(guò)來(lái)。就是說(shuō)，當(dāng)16行中的某一MOS管的基極加低電平時(shí)(平時(shí)是高電平)，這個(gè)MOS管就處于要導(dǎo)通的狀態(tài)。那么在64列中，某一列是低電平，該列的LED就導(dǎo)通發(fā)光，這樣就完成了一行的顯示。對(duì)于這一列的驅(qū)動(dòng)MOS管來(lái)說(shuō)，要考慮其最大承受電流和最大耗散功率。
2．3 單片機(jī)控制電路板的原理
    無(wú)線電子信息顯示板單片機(jī)部分為最常用的單片機(jī)最小系統(tǒng)。主要由復(fù)位電路、晶體振蕩電路(12 MHz)、存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路(擴(kuò)展為32KB)構(gòu)成。輸出數(shù)據(jù)用P1端口，而P0，P2端口主要用來(lái)擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。P3口只使用了RXD端和INTl端。單片機(jī)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(shè)計(jì)
    無(wú)線電子信息顯示板與PC機(jī)之間的通信設(shè)置為單工通信方式，即只有PC機(jī)向顯示板發(fā)送數(shù)據(jù)。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(fā)送數(shù)據(jù)端子TXD和信號(hào)地線GND作為有線連接，由于單片機(jī)系統(tǒng)的電平為標(biāo)準(zhǔn)的TTL電平，在此使用MAX232A轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。
2．5 無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊
    nRF2401是單片射頻收發(fā)芯片，需要工作于2．4～2．5 GHz ISM頻段，芯片內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器等功能模塊，輸出功率和通信頻道可通過(guò)程序進(jìn)行配置。芯片能耗非常低，以5 dBm的功率發(fā)射時(shí)，工作電流只有10．5 mA；接收時(shí)，工作電流只有18 mA。其DuoCeiver TM技術(shù)使nRF2401可以使用同一天線，同時(shí)接收2個(gè)不同頻道的數(shù)據(jù)。nRF240適用于多種無(wú)線通信的場(chǎng)合，如無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、無(wú)線鼠標(biāo)、遙控開(kāi)鎖、遙控玩具等。

3 無(wú)線電子信息顯示牌的調(diào)試
    對(duì)于單片機(jī)系統(tǒng)板來(lái)說(shuō)，主要是系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)。電源、地線要恰當(dāng)選取，時(shí)鐘區(qū)元件接線要盡量的短，模擬地和數(shù)字地要分開(kāi)布線，單片機(jī)及其他IC電路端都要加一個(gè)去耦電容。單片機(jī)不用的I／O端口要定義成輸出。無(wú)線發(fā)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(fā)射模塊的電源為12 V，制作時(shí)用整流電源加7812穩(wěn)壓。在使用時(shí)，接收模塊一定要單獨(dú)用7805穩(wěn)壓供電，并在信號(hào)輸出端加隔離驅(qū)動(dòng)后與單片機(jī)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(jī)時(shí)鐘倍頻的干擾。各部分都調(diào)試完畢后，進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試，該設(shè)計(jì)目標(biāo)的可行性得到實(shí)驗(yàn)證明。

4 結(jié)語(yǔ)
    使用單片機(jī)對(duì)于許多智能控制來(lái)說(shuō)都是很重要的；對(duì)于節(jié)省硬件電路是很有效的；對(duì)于LED電子信息顯示板來(lái)說(shuō)，只能依靠單片機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能來(lái)實(shí)現(xiàn)，再加上PC電腦作為數(shù)據(jù)的發(fā)送設(shè)備，對(duì)節(jié)省電路的成本很重要。與PC機(jī)相結(jié)合，LED點(diǎn)陣顯示板一定會(huì)發(fā)揮更大的潛力，使生活環(huán)境增加一份色彩。