led 顯示屏控制系統(tǒng)之硬件設(shè)計(jì)

LED點(diǎn)陣式顯示屏發(fā)展到今天在朝著兩個(gè)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(lèi)產(chǎn)主要應(yīng)用在戶(hù)外廣場(chǎng)等大型場(chǎng)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(lèi)產(chǎn)品一般成本不高，對(duì)價(jià)格極其敏感，主要應(yīng)用在室內(nèi)及其門(mén)面招牌等處。但隨著ARM芯片的普及，現(xiàn)在的人們?cè)谶@類(lèi)簡(jiǎn)單的產(chǎn)品上也使用上了ARM芯片，（當(dāng)年51單片機(jī)流行時(shí)有這樣一名話(huà)：做一個(gè)與非門(mén)用51單片機(jī)比較簡(jiǎn)單）這可能有一種技術(shù)跟風(fēng)的感覺(jué)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(jī)沒(méi)有什么大的差別，如果用功能強(qiáng)一點(diǎn)的可能在50元左右吧，這樣整個(gè)LED點(diǎn)陣式顯示屏的控制系統(tǒng)成本就會(huì)比較高了，這對(duì)于一個(gè)2000元左右的小產(chǎn)品來(lái)說(shuō)已經(jīng)是一個(gè)不容忽視的價(jià)格了。

本低成本的LED 顯示屏控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)采用STC89C52+SST39SF040+STC62WV256等硬件，在這一個(gè)硬件平臺(tái)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(jī)，存儲(chǔ)器等。下面對(duì)其設(shè)計(jì)原理加以解釋。

STC89C52單片機(jī)是宏晶科技的單片機(jī)，該單片機(jī)與8051單片機(jī)相兼容，同時(shí)又有許多改進(jìn)之處，是一款增強(qiáng)型51單片機(jī)。它與原51單片機(jī)具有如下優(yōu)點(diǎn)：1、單片機(jī)寫(xiě)入程序無(wú)法讀出，使產(chǎn)口的保密性好。2、寬電壓，不怕電源抖動(dòng)。3、溫度范圍寬，－40至85度。4、I/O口經(jīng)過(guò)特殊處理，抗干擾能力強(qiáng)。5、單片機(jī)內(nèi)部的電源供電系統(tǒng)經(jīng)過(guò)特殊處理。6、單片機(jī)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(jī)內(nèi)部看門(mén)狗特殊處理，不怕程序跑飛。8、可選6時(shí)鐘周期/每機(jī)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(dá)到80M，如果再使用6倍速，頻率相當(dāng)于普通8051的160M。使用起來(lái)更方便。具體使用方法可見(jiàn)其數(shù)據(jù)手冊(cè)。見(jiàn)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(xiě)周期和100年的數(shù)據(jù)保存時(shí)間。它具有4Ｋ每頁(yè)的小容量頁(yè)面，可以頁(yè)面擦除和芯片擦除，使用起來(lái)更方便。具體使用方法見(jiàn)其數(shù)據(jù)手冊(cè)。見(jiàn)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(jiàn)其數(shù)據(jù)手冊(cè)。見(jiàn)本博客。

通訊部分：做為一個(gè)LED 顯示屏控制系統(tǒng)的通訊應(yīng)該有兩個(gè)獨(dú)立的通訊端口，即兩個(gè)串口。而我選用的單片機(jī)只有一個(gè)串口，這就要相應(yīng)的把一個(gè)串口做為兩個(gè)串口來(lái)用，這樣會(huì)帶來(lái)任務(wù)竟?fàn)幒头峙涞膯?wèn)題，本設(shè)計(jì)中在外部設(shè)置了一個(gè)硬件開(kāi)關(guān)用發(fā)兩個(gè)外部任務(wù)的切換，一個(gè)用于接收外部計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)通訊用。一個(gè)用于向外部顯示屏發(fā)送數(shù)據(jù)用。硬件開(kāi)關(guān)使用的是74HC125芯片，74HC125是三態(tài)輸出高有效四總線(xiàn)緩沖門(mén)，設(shè)計(jì)見(jiàn)本原理圖中的U6。與外部計(jì)算機(jī)通訊要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，本設(shè)計(jì)本著低成本的設(shè)計(jì)原則測(cè)有采用232芯片，而是采用3極管進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，只此一項(xiàng)即可節(jié)約成本4塊多錢(qián)。設(shè)計(jì)原理見(jiàn)圖中Q1和Q2部分。

顯示屏輸出部分：這一部分主要負(fù)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(gè)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(lái)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(xiàn)和時(shí)鐘線(xiàn)進(jìn)行分離，每分離出一對(duì)數(shù)據(jù)線(xiàn)和時(shí)鐘線(xiàn)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(xiàn)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(jī)出來(lái)一對(duì)數(shù)據(jù)然后經(jīng)過(guò)4片74HC125將其分為8對(duì)數(shù)據(jù)線(xiàn)和控制線(xiàn)，這樣本控制系統(tǒng)就可以控制16×8高度的顯示屏。頁(yè)16行的譯碼線(xiàn)則只需要從控制系統(tǒng)上引出4根線(xiàn)即可，這4根線(xiàn)到顯示屏上后又會(huì)經(jīng)過(guò)譯碼電路譯成16選1行控制線(xiàn)。而向顯示屏引出的還有數(shù)據(jù)鎖存線(xiàn)和顯示屏顯示使能線(xiàn)。有了這些控制線(xiàn)和數(shù)據(jù)就可以控制整個(gè)顯示屏的顯示了。而本控制系統(tǒng)可以控制16×8高度1024點(diǎn)寬度的顯示屏。這一部分電路見(jiàn)原理圖中U5，U7，U8，U9，U10。

存儲(chǔ)部分：存儲(chǔ)部分又分為兩部分，一部分用于顯示代碼的存儲(chǔ)，一部分用于臨時(shí)顯示代碼的存儲(chǔ)。顯示代碼存儲(chǔ)器采用SST39SF040，這是一顆FLASH芯片，掉電后數(shù)據(jù)不丟失。按一個(gè)漢字32個(gè)字節(jié)進(jìn)行計(jì)算本系統(tǒng)可以存儲(chǔ)16384個(gè)漢字。臨時(shí)顯示代碼存儲(chǔ)器采用STC62C256存儲(chǔ)器，它是RAM芯片，數(shù)據(jù)掉電丟失，用于保存顯示當(dāng)時(shí)的數(shù)據(jù)。這一部分電路見(jiàn)原理圖中U2，U3，U4部分。

本控制系統(tǒng)還加入了時(shí)鐘芯片，可以用在有時(shí)間顯示要求的場(chǎng)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(jì)成本。

因?yàn)樘幪帍某杀究紤]，所以本控制系統(tǒng)沒(méi)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)。