魏立明 閆 偉 金雅慶 郭思成

(1:吉林建筑大學(xué) 電氣與計(jì)算機(jī)學(xué)院,長(zhǎng)春 130118; 2:吉林建筑大學(xué) 藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院,長(zhǎng)春 130118;3:北京師范大學(xué)附屬實(shí)驗(yàn)中學(xué)，北京 100032)

0 引言

現(xiàn)代生活日新月異,伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,單片機(jī)以其集成度高、體積小、低電壓、低功耗、易擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于各個(gè)電子產(chǎn)品當(dāng)中[1].單片機(jī)控制的LED點(diǎn)陣顯示屏幕一直以來(lái)在平板顯示領(lǐng)域扮演著極其重要的角色,并且在未來(lái)的發(fā)展中,還有相當(dāng)大的發(fā)展空間.LED廣告牌被廣泛地應(yīng)用于在交通、醫(yī)院、商店、市場(chǎng)、廣告、信息傳播等生活的各個(gè)方面,目前國(guó)際上來(lái)說(shuō)它算是非常先進(jìn)的電子顯示媒體.當(dāng)今社會(huì)信息化發(fā)展地十分迅猛,單片機(jī)控制的廣告牌的硬件電路設(shè)計(jì)方案日新月異,各具功能和特色.

1 總體方案設(shè)計(jì)

在該設(shè)計(jì)里,我們是以單片機(jī)作為主控制模塊,控制LED點(diǎn)陣來(lái)實(shí)現(xiàn)文字的顯示效果.實(shí)際電路中需要用到單片機(jī)的輸出口來(lái)分別控制點(diǎn)陣,同時(shí)在單片機(jī)的外部加以時(shí)鐘、按鍵、復(fù)位電路來(lái)對(duì)單片機(jī)進(jìn)行控制,以保證實(shí)現(xiàn)不同的功能[2].按照此設(shè)計(jì)思路進(jìn)行了對(duì)總體方案的設(shè)計(jì).總體方案圖見(jiàn)圖1.

圖1 總體方案圖Fig.1 The figure of overall plan

本方案是利用單片機(jī)的P0口來(lái)進(jìn)行對(duì)列控制芯片的片選,因?yàn)榱锌刂菩枰辽?4位的輸出端口,所以列芯片需用到不止一片,必須考慮如何片選的問(wèn)題.利用一個(gè)P口來(lái)控制列控制芯片74LS373,一個(gè)P口來(lái)控制行控制芯片74HC154,再由行列控制芯片來(lái)控制點(diǎn)陣,從而實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)LED顯示屏的間接控制.

2 硬件系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

該設(shè)計(jì)系統(tǒng)中大致有五部分電路，分別為:時(shí)鐘電路、按鍵電路、復(fù)位電路、行驅(qū)動(dòng)電路、列控制電路[3].

時(shí)鐘電路.用于產(chǎn)生AT89C52單片機(jī)所必需的工作時(shí)的控制信號(hào).AT89C52內(nèi)部的高增益的反相放大器來(lái)構(gòu)成振蕩器.XTAL1作為輸入端引腳,XTAL2作為輸出端引腳，把微調(diào)電容和石英晶體跨接在這兩個(gè)引腳中間,使之構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器[4].電路中的電容C1和C2的典型值通常選擇為30pF.電路中電容值的大小會(huì)直接影響振蕩器頻率的高低以及起振的快速性.振蕩頻率為6MHz或12MHz的石英晶體常作為單片機(jī)的晶振,該設(shè)計(jì)中采用的是12MHz的晶振.

手動(dòng)按鍵控制電路.當(dāng)廣告間需要進(jìn)行切換時(shí),可以手動(dòng)按鍵,此時(shí)LED顯示屏幕上可以自動(dòng)切換到下一條廣告語(yǔ)，并實(shí)現(xiàn)移動(dòng)的顯示效果,實(shí)現(xiàn)廣告之間切換的功能.其中,單片機(jī)的P1.0,P1.1,P1.2來(lái)控制按鍵功能的實(shí)現(xiàn)，這3個(gè)按鍵都由人來(lái)進(jìn)行控制.

圖2 時(shí)鐘，按鍵，復(fù)位電路Fig.2 The clock circuit,the key circuit,the reset circuit

復(fù)位電路.是保證電路穩(wěn)定工作的必要條件,上電復(fù)位是復(fù)位電路的主要功能.在電源通電時(shí),只有當(dāng)VCC高于4.75V且低于5.25V，同時(shí)晶體振蕩器穩(wěn)定工作時(shí),復(fù)位信號(hào)將失去作用,電路開(kāi)始正常工作[5].

當(dāng)按鍵被按下時(shí),RST則與VCC直接相連,此時(shí)為高電平,進(jìn)行復(fù)位,與此同時(shí)電容也被短路而開(kāi)始放電;按鍵被松開(kāi)時(shí),VCC則對(duì)電容進(jìn)行充電,充電電流流經(jīng)電阻R1,而RST依然為高電平,所以仍然是復(fù)位.當(dāng)充電完成后,這時(shí)電容則相當(dāng)于開(kāi)路,此時(shí)RST為低電平,電路開(kāi)始正常工作.

行控制電路.用單片機(jī)的P3.2,P3.3,P3.4和P3.5的4個(gè)I/O口連接74HC154的4個(gè)輸入端,在譯碼器的輸出端可輸出16個(gè)電平信號(hào).根據(jù)譯碼器的特點(diǎn)，在任何時(shí)候譯碼器端的16個(gè)輸出端口都只有一個(gè)低電平信號(hào),信號(hào)經(jīng)過(guò)限流電阻接到PNP晶體管的基極,集電極接高電平,射極則接至發(fā)光二極管的陽(yáng)極.

列控制電路.由于該設(shè)計(jì)是64列,所以需要64個(gè)輸出口.AT89C52單片機(jī)的I/O口遠(yuǎn)不能實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)全部列的控制,所以用74LS373鎖存器來(lái)進(jìn)行對(duì)列的控制.用整個(gè)P2口作為總線傳輸數(shù)據(jù),再用整個(gè)P0口對(duì)鎖存器進(jìn)行片選,這樣一次就可以傳輸8位信號(hào),可以實(shí)現(xiàn)8列的選通.而且鎖存器具有鎖存功能,每傳輸一次,鎖存一次,LED就能有足夠的時(shí)間點(diǎn)亮,使顯示效果更加明顯.實(shí)際要用到8個(gè)鎖存器,下面以2個(gè)鎖存器為例.其時(shí)鐘、按鍵、復(fù)位電路圖見(jiàn)圖2所示，行控制電路和列控制電路圖見(jiàn)圖3所示.

圖3 行控制電路和列控制電路Fig.3 The column control circuit and the Line control circuit

3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)及系統(tǒng)仿真

流程圖是程序設(shè)計(jì)的大綱,程序的設(shè)計(jì)要圍繞流程圖來(lái)進(jìn)行.主程序流程圖是軟件設(shè)計(jì)的主體部分,可以從主程序中調(diào)用各個(gè)子程序來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能.主程序中包括程序初始化、廣告語(yǔ)判斷、“送字”子程序、“移字”子程序及掃描子程序.主程序流程圖見(jiàn)圖4所示.

圖4 主程序流程圖Fig.4 The main program flow chart

“送字”顧名思義,就是將4個(gè)字的字碼送入RAM的空間中,因?yàn)橐赗AM中“移字”,所以“送字”是必須的.廣告語(yǔ)是由右向左滾動(dòng)顯示,第一個(gè)顯示的必須是第一個(gè)字,而且第一個(gè)字必須先出現(xiàn)在最右邊的16×16點(diǎn)陣中.

“移字”,就是在RAM空間中,將對(duì)應(yīng)的字碼放入累加器中左移.

執(zhí)行完“送字”、“移字”,字碼現(xiàn)在還僅僅是在RAM中,在LED點(diǎn)陣上是沒(méi)有文字的,要顯示文字,還需要不可缺少的掃描程序.

系統(tǒng)的仿真使用的是Proteus 7.8軟件,它是比較好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具.將單片機(jī)外圍硬件電路連接好,然后將編寫(xiě)好的程序?qū)氲絾纹瑱C(jī)中,點(diǎn)擊仿真按鈕即可完成系統(tǒng)的仿真.靜態(tài)時(shí)的仿真效果見(jiàn)圖5所示.

圖5 靜態(tài)仿真圖Fig.5 The static simulation diagram

5 結(jié)語(yǔ)

本設(shè)計(jì)包括了整個(gè)硬件設(shè)計(jì)電路的所有子電路,這些子電路結(jié)合在一起組成的整體硬件電路能夠滿足廣告牌設(shè)計(jì)的基本要求.隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展,科技水平的不斷提高,LED電子顯示屏以及各種廣告牌也將在未來(lái)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中扮演越來(lái)越來(lái)重要的角色.