自制LED电子显示屏

　　设计并制作一台简易LED电子显示屏，16行×32列点阵显示。原理示意图如下图所示。
　　
　　要求
　　
　　(1)基本要求：设计并制作LED电子显示屏和控制器。
　　
　　1)自制一台简易16行×32列点阵显示的LED电子显示屏；

　　2)自制显示屏控制器，扩展键盘和相应的接口实现多功能显示控制，显示屏显示数字和字母，亮度可用按键连续调整。
　　
　　3)显示屏通过按键切换显示数字和字母，显示内容可以平滑的左右移动；4)显示屏能显示4组特定数字或者英文字母组成的句子，通过按键切换显示内容；5)能显示4组特定汉字组成的句子，通过按键切换显示内容，并具有掉电保护功能。
　　
　　(2)发挥部分
　　
　　1)自制一台简易16行×64列点阵显示的LED电子显示屏；
　　
　　2)LED显示屏亮度可根据环境亮度自动调节。
　　
　　3)实现信息的左右滚屏显示，预存信息的定时循环显示，滚屏方向和速度(5级)可以设定；
　　
　　4)实现实时时间、日期、温度显示，显示屏数字显示：时：分：秒；
　　
　　5)可以用相关软件将PC中的汉字显示在LED屏上(软件打包成WINDOWS下可执行文件并刻成光盘，比赛结束时封入到作品箱中，测试时由组委会提供PC,PC机上只装有WitldowsXP系统，测试时不得使用U盘。)注：一次性至少将20个汉字写入到控制器中。

　　一、方案论证及比较

　　1．控制核心
　　
　　方案一：用C51单片机为控制核心。
　　
　　方案二：用SST89E564单片机。因为89E564集成了C51的全部功能，且具有存储空间大、有PWM等多项扩展功能，故选方案二。
　　
　　2．显示部分
　　
　　方案一：静态显示。将一帧图像中每个二极管的状态分别用0和1表示，为0、发光二极管处暗状态；为1则被点亮。每个发光二极管均需一个驱动电路，一幅画面输入后、所有LED的状态将保持到下一幅画面。静态显示所需译码驱动装置及引线多而复杂。成本高、可靠性也较低。
　　
　　方案二：动态显示。将一幅画面分割，对组成画面的各部分分别显示。采用多路复用技术的动态扫描显示方式时、复用的程度不是无限增加的，因为我们看到一幅稳定画面的实质是利用了人眼的视觉暂留效应且与二极管发光时间和亮度有关。通过实验发现．当扫描刷新频率(发光二极管的停闪频率)为50Hz，发光二极管导通时间≥1ms时，显示亮度较好，无闪烁感。故选择方案二。
　　
　　3．数字时钟
　　
　　方案一：采用软件实现数字时钟。原理为：在单片机存储器设三个字节分别存放时钟的时、分、秒信息。利用定时器与软件结合实现1秒定时中断，每产生一次中断，存储器内相应的秒值加1；若秒值达到60，则将其清零，并将相应的分字节值加1；若分值达到60。则清零分字节，并将时字节值加1；若时值达到24，则将时字节清零。该方案具有硬件电路简单的特点，但当单片机不上电、程序将不执行。且由于每次执行程序时，定时器都要重新赋初值，所以该时钟精度不高。
　　
　　方案二：采用可作为IBMAT计算机时钟和日历的时钟芯片DSl2887c．DSl2887与MCl46818B二、方案论证及比较和DSl287的管脚兼容，自带晶体振荡器及电池，在没有外部电源的情况下可以工作10年，可以计算到2100年前的秒、分、小时、星期、日期、月、年七种日历信息并带闰年补偿。用二进制码或BCD码代表日历闹钟信息，有12和24小时两种制式，采用12小时制时有AM和PM提示，内建128字节RAM。我们采用方案二。
　　
　　4．温度采集部分
　　
　　方案一：采用NTC热敏电阻，但在较大的温度范围内应用式时误差较大。
　　
　　方案二：采用美国DAI_．LAS公司数字温度传感器DS18820。它可提供九位温度读数，能把温度信号直接转换成串行数字信号供单片机处理。其测量范围从一55℃～+125℃，增量值为O．5℃，可在1s(典型值)内把温度变换成数字。测得的温度值的存储在两个八位的RAM中。单片机直接从中读出数据转换成十进制就是温度值，使用方便。故选择方案二。
　　
　　5．光线采集
　　
　　方案一：采用专用环境亮度传感器，如美国铹型半导体(MICrosEMI)公司的能实现人眼仿真的集成化可见光亮度传感器Lx1970。亮度传感器能够相对精确的将外界环境的亮度转换为对应的数字量输出，易于单片机检测。
　　
　　方案二：采用光敏电阻加A／D转换芯片TLC549构成亮度检测电路。
　　
　　相对方案一，方案二对光线的检测精度也鞍高，且更加经济，故采用此电路作为光线采集电路。

　　6．LEB驱动芯片选择
　　
　　方案一：采取并口输入并口输出，此方案占用大量I/O口资源。
　　
　　方案二：选取串口输入并口输出。使用I/O口较少。串口输入选用MBl5026，该芯片具有16个等电流输出通道，等电流输出值不受通道负载电压影响，利用一个外接电阻可调整电流输出值，等电流输出范围值为5～90111A，快速的输出电流响应为200ns.选方案二

　　7．串口通信芯片选择
　　
　　方案一：采用MCl488或MCl489芯片实现电平转换，但这两种芯片可靠性不高，且需要正负12V电源供电，硬件复杂。
　　
　　方案二：采用单电源电平转换芯片MAX232A。
　　
　　只需外接5个容量为0．1μF～1μF的小电容即可实现RS一232与TTL电平之间的转换，该电路更简单、可靠，故采用此方案。

　　8．随机存储器选择
　　
　　方案一：采用6264(或62256)加后备电池来实现对数据的存储。
　　
　　方案二：采用HM628128随机静态存储器。
　　
　　H4M628128与6264(或62256)相比，具有容量大，功耗、价格低，速度快，设计和使用方便等特点，故采用方案二。

　　9．电源模块
　　
　　方案一：用干电池作为LED点阵系统的电源。
　　
　　方案二：用200W/5V直流稳压电源，更加经济、轻便，故采用此方案。

　　二、系统设计与实现

　　系统原理框图如下图。以单片机SST89E564为核心。把由DSl8820、DSl2887读来的数据利用软件进行处理，并把数据传输到显示模块，实现温度、时间的实时显示。LED电子显示屏把单片机传来的数据显示出来，并且可以实现滚动显示。利用光电传感器来实现LED显示屏亮度的自动调节。在显示电路中，主要靠按键来实现各种显示要求的功能选择与切换。

　　1．硬件设计

　　硬件部分主要由七个模块组成：①单片机控制模块；②时钟模块；③温度测量模块；④光线采集模块；⑤LED显示模块；⑥存储器模块；⑦PC通信模块。
　　
　　(1)单片机控制模块。该模块包括晶体振荡电路、复位开关和电源部分。下图为SST89E564单片机的最小系统。

　　
　　(2)时钟模块。时钟模块硬件电路如下图。模式选择脚NC接地，选择IN—TEL时序，选择DSl2887时钟芯片的地址总线及AS端口和单片机的P0及ALE端直接相连；而DS、RW读写控制线与单片机RD、WR控制线相连，DSl2887的高位地址由单片机P3．5端口来片选。

　　
　　(3)温度测量模块。DSl8820采用寄生电源工作方式，单片机用一个I/O口与DSl8820通信。为了使DSl8820能完成准确的温度变换，I/O线上必须提供足够的功率。因为DS‘18820的工作电流高达1mA，5kΩ的上拉电阻将使I/O线没有足够的驱动能力。为确保DS18820在其有效变换期间内得到足够的电流，可采用如下图接法。这种接法的优点是在I/O线上不要求强的上拉。总线上主机不需要向上连接便在温度变换期间使线保持高电平。这就允许在变换时间内其它数据在单线上传送。

　　
　　(4)光线采集模块。光线采集模块通过光敏电阻的阻值随环境光线的强弱变化。在采样电阻R10两端产生相应的变化电压。再由A/D转换芯片TLC549将变化的电压转变为对应的数字信号，供给单片机处理，进而对LED显示屏亮度进行调节。

　　
　　(5)LED显示模块。LED点阵条屏是由16个8×8的LED点阵块组成，形成16×64矩形点阵。
　　
　　显示屏的主要硬件有：①16位等电流LED驱动器MBl5026作为LED的列线驱动输入，通过改变外接电阻阻值来调整输出级电流，进而控制LED显示屏亮度；②三八译码器74LS138，作为LED行线的译码选择；③三极管连接三八译码器(级联)的十六个输出端，作为开关使用，驱动LED的行线。如下图所示。

　　
　　(6)存储器模块。该模块可实现掉电保护功能。
　　
　　(7)PC通信模块。PC通信模块如下图所示。通过编写上位机发送程序和下位机接收程序实现PC与单片机之间的通信，完成对汉字的发送与接收。

　　2．软件设计
　　
　　系统流程图。如下图所示。
　　
　　经实际测试，本系统全部完成了基本部分和发挥部分的要求，其中扩展了屏幕亮度调节范围，实现255个等级可调；其次，通过VC编写的上位机发送程序可实现多于20个汉字的发送。