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智能式LED电子显示屏的设计与实现

LED显示屏技术 2019年12月12日 08:59    network    阅读 1422

LED大屏幕显示系统是一种集计算机科学技术、通信技术、影像技术和电子技术等科技含量高产品。大屏幕智能显示屏使用计算机控制技术,将光、电融合为一体的大屏幕智能显示屏已经应用到许多行业和领域,具有良好的前景。
此设计在LED大屏幕显示系统的基础上,开发研制的智能式LED电子显示屏,具有以下特点:
(1)对屏幕的温度进行实时监控、检测、控制,并通过LED显示屏显示出来。DS1820测量的温度范围是-55℃-+125℃,分辨率为0.5℃,测量误差很小。
(2)能产生高精度的时钟信号。系统使用的时钟芯片DS12887能提供恒定的时间和精准的定时功能,也可进行报警中断。
(3)本系统集时间、图形、汉字、温度等内容为一体,显示内容多,而且可以进行智能化控制,实现了人机对话。
1.总体设计
总体设计主要分为两大部分:系统硬件设计部分和软件设计部分。
1.1系统硬件设计
该系统主要是由控制系统、温度采集系统、时钟产生、显示驱动电路等四部分组成,系统方框图见图1所示。
图1 系统方框图
1.1.1系统控制
此控制系统是由AT89C51、2764、74LS154、74HC595、74LS373、7279A、MAX232等芯片组成。
显示缓冲区采用2764。在显示缓冲区RAM中,取出相应显示数据或图形信息,进行信息的动态显示。保证了单片机控制系统运行的可靠性。
MAX232被用作进行串行通讯,它与上位机(即计算机)进行直接通讯,实时接收计算机发送来的控制信息和显示数据。
键盘电路选用智能控制芯片HD7279A,它通过串行方式与主机接口连接,占用的数据线少,节省了主机端口,而且它的附加器件很少,编程较容易。
1.1.2温度采集
本系统采用单线多点温度采集电路进行温度检测,采用Dallas公司生产的数字温度传感器,具有独特的单线接口,可将温度直接转变为数字量读出。采用该数字温度传感器进行设计能够省去A/D转换电路、放大电路,具有很高的性价比。
1.1.3时钟产生
在MCS-51系列单片机中,通过两个记数定时器能够实现时钟系统,由于它的计时精度一般,为了得到高精度时钟控制,我们选用功能更强大,价格较便宜,编程简单的实时时钟芯片DS12887。
1.1.4显示驱动
本系统采用逐行扫描列驱动的方式,74HC595是串行输入并行输出的移位寄存器。每块芯片可以锁存驱动八个发光二极管。驱动电路采用三极管放大电路,驱动电路如图2。
图2 驱动电路
1.2软件部分
此系统扫描方式采用动态扫描,每屏能显示八个汉字、温度信息、图像和时间等。
一开机首先进行单片机的初始化,DS1820进行温度转换,设置数据缓冲区、串行口的工作方式,允许进行串行通讯,预备从串行口接收待显示数据。
在显示子程序中,单片机对将要显示的汉字进行编号,查找到显示汉字的首地址,然后传输32个字节,完成一个汉字的显示过程。通过循环方式可以显示所有需要显示的汉字。温度信息的显示、时钟信息的显示均采用同一原理。
在常用显示技术中,大多是将所需要显示的字符、符号以及汉字等以点阵的形式存放在系统的程序存储器中,需要显示时再从程序存储器中调用。这种显示方法存在很大的缺点,如果显示的汉字内容比较多的时候,每一个汉字就需要32个字节,不但程序存储器的容量不够大,而且就输入每个汉字的点阵码,也是一件非常繁琐的事情。此外,在软件上设计起来也是非常麻烦。
采用逐行扫描的方式显示汉字,需要循环扫描每一个字的时间要长,只有这样才能让人们看清楚每一个汉字,在显示汉字时才会稳定的感觉。
2.实际制作中的一些难题
最初由于驱动电路设计不够合理,使得点亮LED时,驱动电流太小,每一个LED发光二极管的亮度极低,看不清楚显示的汉字。这主要是由于LED的发光亮度基本上正比于电流强度,而多数LED发光二极管的电流范围在5mA~20mA之间,因此,我们改动了驱动电路,增大了驱动电流,使发光二极管达到理想的亮度。
在本系统中,为了使LED发光二极管达到最佳的亮度,我们通过实验进行了实验值与理论值的对比,以使其达到最佳亮度。对于发光二极管的实际发光电流一般在5mA~20mA左右,但是在用三极管进行驱动的时候,使用一个滑动变阻器进行电流测试,当变阻器的阻值在40Ω左右时,用万压表测量电流,检测显示电流竟达到48mA,但是二极管仍然没有被烧坏。这是因为在动态显示时,尽管电流很大,但是每次导通的时间都很短,所以二极管在短时间内不会被烧坏。这样电流加大后,亮度大大提高。
由于LED的响应时间很短,在采用动态驱动时就必须考虑时间问题。由于没有余辉时间可利用,只有提高扫描频率来适应人的视觉特性。一般说来,发光二极管在每秒钟内能够亮25次以上,人眼就不会感觉到有闪烁,这时的画面给人的感觉是稳定的。在本系统里,每一个发光二极管每秒钟能够亮50次。
3.结束语
本系统实现了中西文、图形、时间、温度的显示,通过上位机可以随意改变显示的内容,实时性能较好,智能化程度较高,实现了人机对话,显示效果较好。同时本系统也可以用于多种公共场所,具有很强的市场竞争能力。

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