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led显示屏控制系统之硬件设计

日期: 2016-08-19
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LED点阵式显示屏发展到今天在朝着两个方向发展,高端产品主要是全彩色显示屏,它的控制系统多采用ARM、CPLD、FPGA等芯片,成本比较高,技术比较复杂,这类产主要应用在户外广场等大型场所。低端产品主要是单色或者是双基色以及带有一定灰度的产品,这类产品一般成本不高,对价格极其敏感,主要应用在室内及其门面招牌等处。但随着ARM芯片的普及,现在的人们在这类简单的产品上也使用上了ARM芯片,(当年51单片机流行时有这样一名话:做一个与非门用51单片机比较简单)这可能有一种技术跟风的感觉吧。一颗ARM芯片最便宜的也要20块左右吧,并且如果你用这种芯片和普通单片机没有什么大的差别,如果用功能强一点的可能在50元左右吧,这样整个LED点阵式显示屏的控制系统成本就会比较高了,这对于一个2000元左右的小产品来说已经是一个不容忽视的价格了。


  本低成本的LED 显示屏控制系统硬件设计采用STC89C52+SST39SF040+STC62WV256等硬件,在这一个硬件平台上可以根据所控制显示屏的大小更改相应的硬件,如可以更改单片机,存储器等。下面对其设计原理加以解释。


  STC89C52单片机是宏晶科技的单片机,该单片机与8051单片机相兼容,同时又有许多改进之处,是一款增强型51单片机。它与原51单片机具有如下优点:1、单片机写入程序无法读出,使产口的保密性好。2、宽电压,不怕电源抖动。3、温度范围宽,-40至85度。4、I/O口经过特殊处理,抗干扰能力强。5、单片机内部的电源供电系统经过特殊处理。6、单片机内部的复位电路特殊处理,不需要外部复拉电路。7、单片机内部看门狗特殊处理,不怕程序跑飞。8、可选6时钟周期/每机器周期工作模式,提高工作速度。9、可降低振荡增益至原1/2。10、在系统编程,不再需要昂贵的仿真器和编程器。11、具有P4口,增加了IO的数量。12、速度快,晶振频率可以达到80M,如果再使用6倍速,频率相当于普通8051的160M。使用起来更方便。具体使用方法可见其数据手册。见本博客。


  SST39SF040是一种拥有512K×8容量的FLASH芯片,它具有100000次的擦写周期和100年的数据保存时间。它具有4K每页的小容量页面,可以页面擦除和芯片擦除,使用起来更方便。具体使用方法见其数据手册。见本博客。


  STC62WV256具有宽范围的工作电压和32K×8的数据容量,其使用方法同一般RAM。详见其数据手册。见本博客。


  通讯部分:做为一个LED 显示屏控制系统的通讯应该有两个独立的通讯端口,即两个串口。而我选用的单片机只有一个串口,这就要相应的把一个串口做为两个串口来用,这样会带来任务竟争和分配的问题,本设计中在外部设置了一个硬件开关用发两个外部任务的切换,一个用于接收外部计算机的数据通讯用。一个用于向外部显示屏发送数据用。硬件开关使用的是74HC125芯片,74HC125是三态输出高有效四总线缓冲门,设计见本原理图中的U6。与外部计算机通讯要进行电平转换,本设计本着低成本的设计原则测有采用232芯片,而是采用3极管进行电平转换,只此一项即可节约成本4块多钱。设计原理见图中Q1和Q2部分。


  显示屏输出部分:这一部分主要负责将从串口发出的数据完美的发送到显示屏上,从一个串口发送数据要发送到显示屏的每一行上,这就需要相应的译码控制电路来完,一般情况下这一部分电路是分两部分完成的,在控制部分只完成将数据线和时钟线进行分离,每分离出一对数据线和时钟线可以控制显示屏上的16行显示代码,而控制每一行的控制线的电路部分则放到显示屏去做。所以这里主要介绍一下控制系统的控制部分。从单片机出来一对数据然后经过4片74HC125将其分为8对数据线和控制线,这样本控制系统就可以控制16×8高度的显示屏。页16行的译码线则只需要从控制系统上引出4根线即可,这4根线到显示屏上后又会经过译码电路译成16选1行控制线。而向显示屏引出的还有数据锁存线和显示屏显示使能线。有了这些控制线和数据就可以控制整个显示屏的显示了。而本控制系统可以控制16×8高度1024点宽度的显示屏。这一部分电路见原理图中U5,U7,U8,U9,U10。


  存储部分:存储部分又分为两部分,一部分用于显示代码的存储,一部分用于临时显示代码的存储。显示代码存储器采用SST39SF040,这是一颗FLASH芯片,掉电后数据不丢失。按一个汉字32个字节进行计算本系统可以存储16384个汉字。临时显示代码存储器采用STC62C256存储器,它是RAM芯片,数据掉电丢失,用于保存显示当时的数据。这一部分电路见原理图中U2,U3,U4部分。


  本控制系统还加入了时钟芯片,可以用在有时间显示要求的场所。


  以上所用到的全部芯片为贴片封,以减小电路板的面积,降低硬件设计成本。


  因为处处从成本考虑,所以本控制系统没有一般系统豪化的硬件阵容。但麻阙虽小,五脏俱全,本控制系统同样可以完成LED显示屏控制的任务。


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