LED顯示屏動態(tài)顯示和遠程監(jiān)控的實現(xiàn)

1、引言
 

       LED 點陣電子顯示屏是集微電子技術、計算機技術、信息處理技術于一體的大型顯示屏系統(tǒng)。它以其色彩鮮艷，動態(tài)范圍廣，亮度高，壽命長，工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點而成為眾多顯示媒體以及戶外作業(yè)顯示的理想選擇。同時也可廣泛應用到軍事、車站、賓館、體育、新聞、金融、證券、廣告以及交通運輸?shù)仍S多行業(yè)。

       目前大多數(shù)的LED點陣顯示系統(tǒng)自帶字庫。其顯示和動態(tài)效果（主要是顯示內容的滾動）的實現(xiàn)主要依靠硬件掃描驅動，該方法雖然比較方便，但顯示只能按照預先的設計進行。而實際上經常會遇到一些特殊要求的動態(tài)顯示，比如電梯運行中指示箭頭的上下移動、某些智能儀表幅值的條形顯示、廣告中廠家的商標顯示等。這時一般的顯示系統(tǒng)就很難達到要求。

       另外，由于受到存儲器本身的局限，其特殊字符或圖案也往往難以顯示，同時顯示內容也不能隨意更改。本文提出一種利用PC機和單片機控制的LED顯示系統(tǒng)通訊方法。該方法可以對顯示內容（包括漢字和特殊圖符）進行實時控制，從而實現(xiàn)諸如閃動、滾動、打字等多種動態(tài)顯示效果。該方法同時還可以調節(jié)動態(tài)顯示的速度，同時用戶也可以在PC機上進行顯示效果的預覽，顯示內容亦可以即時修改。另外，通過標準的RS232／485 轉換模塊還可以實現(xiàn)對顯示系統(tǒng)的遠程控制。
 

2、系統(tǒng)硬件設計
 

       本系統(tǒng)主要的硬件設計是下位機單片機的顯示 控制部分。而上位機（PC機）與單片機顯示控制部分的接口為標準RS232通訊方式。若需實現(xiàn)遠程監(jiān)控，只需增加RS232／485轉換模塊即可，該部分已有成熟的電路設計，故不再詳細敘述。

       具體的LED顯示屏控制電路如圖1所示。整個電路由單片機89C52、點陣數(shù)據(jù)存儲器6264、列驅動電路ULN2803、行驅動電路TIP122、移位寄存器4094及附屬電路組成。該電路所設計的電子屏可顯示10個漢字，需要40個8×8 LED點陣模塊，可組成16×160的矩形點陣。由于AT89C52僅有8k存儲空間，而顯示的內容由PC機控制，因此不可能預先把需要顯示的內容做成點陣存在單片機中，而只能由PC機即時地把所需顯示的點陣數(shù)據(jù)傳給單片機并存入緩沖區(qū)6264。

       該電路的顯示采用逐行掃描方式。工作時，由單片機從緩沖區(qū)取出第一行需要顯示的20字節(jié)點陣數(shù)據(jù)，再由列點陣數(shù)據(jù)輸入端P1．2口按位依次串行輸入至列移位寄存器，其數(shù)據(jù)輸入的順序與顯示內容的順序相反。然后置行點陣選通端P1．3為1，即置行移位寄存器的D為高電平，STR使能（所有4094的OE 引腳接＋5V電平），從而使列移位寄存器中的數(shù)據(jù)同時并行輸出以選通該行。經延時一段時間后再進行下一行點陣數(shù)據(jù)的顯示。需要注意的是，每次只能選通一行數(shù)據(jù)，即要通過不斷的逐行掃描來實現(xiàn)漢字或字符的顯示。
 

3、顯示與控制的設計
 

       在筆者設計的PC機控制多單片機顯示系統(tǒng)中，用PC機實現(xiàn)的主要功能包括單片機顯示子系統(tǒng)的選擇，顯示方式選擇（包括靜態(tài)、閃動、滾動、打字等），滾動方向選擇（包括上下滾動和左右滾動），動態(tài)顯示速度調節(jié)（即文字閃動頻率、滾動速度、打字顯示速度等），顯示內容輸入及顯示預覽等。單片機一般通過 RS232／485串行接收PC機發(fā)出的顯示指采用定時器中斷方式進行行掃描，每次中斷顯示一行，定時中斷時間為1．25ms，這樣整屏的刷新率為 50Hz，因而無閃爍感。

       實現(xiàn)動態(tài)顯示速度調節(jié)的方法通常是改變定時器的中斷時間，但是當顯示速度很慢的時候，該方法容易使整屏的刷新率降低，從而使顯示內容出現(xiàn)閃爍。因此，本設計采用一種“軟定時”方法，即在程序中命名一變量作為“軟定時器”，以用來設定兩次動態(tài)顯示的時間間隔。在對定時中斷調用計數(shù)時，如果調用次數(shù)達到設定值，則改變顯示內容。為保證能夠正常顯示，“軟定時器”的設定值必須大于整屏顯示周期。由于顯示屏每行顯示1．25ms，整屏顯示周期為20ms，考慮到余量的情況，可將軟定時器的設定值定在大于30ms。如此循環(huán)計數(shù)，即可實現(xiàn)動態(tài)顯示。“軟定時器”的設定值可以通過上位機PC機來改變，這樣既可實現(xiàn) LED動態(tài)顯示的速度調節(jié)，又可保持顯示內容的流暢和無閃爍感。
 

3．1單片機動態(tài)顯示控制
 

　　以上提到的靜態(tài)、閃動、滾動和打字等4種顯示方式，實際上是單片機定時中斷程序進行行掃描處理的不同方法。下面將分別說明如何實現(xiàn)這4種顯示方式。

　　靜態(tài)顯示只需在定時中斷處理程序中從顯示緩沖區(qū)調入相應的一行顯示數(shù)據(jù)，然后選中該行即可實現(xiàn)該行的顯示，如此循環(huán)，便可顯示整個內容。閃動顯示與此類似，不同的是要間隔一個“軟定時器”的定時時間，在行掃描時，行移位寄存器的D端打入的全為0，可使得整屏不顯示，以確保黑屏時間與顯示時間相等，從而實現(xiàn)漢字或圖符的閃動顯示。 　　

    滾動顯示要求需要顯示的內容每隔一定時間向指定方向（這里以從右向左為例）移動一列，這樣顯示屏可以顯示更多的內容。為此，需要在下次移動顯示之前對顯示緩沖區(qū)的內容進行更改，從而完成相應點陣數(shù)據(jù)的移位操作。具體操作方法是： 　　


       設置一個顯示緩沖區(qū)（如圖2所示），該區(qū)應包括兩部分：一部分用來保存當前LED顯示屏上顯示的10個漢字點陣數(shù)據(jù)；另一部分為點陣數(shù)據(jù)預裝載區(qū)，用來保存即將進入LED顯示屏的1個漢字的點陣數(shù)據(jù)。滾動指針始終指向顯示屏的最右邊原點。當滾動指針移動到需要顯示的點陣數(shù)據(jù)存儲區(qū)的第1個漢字的首地址時，顯示緩沖區(qū)LED顯示區(qū)為空白，而預裝載區(qū)已保存了第1個待顯示漢字的點陣數(shù)據(jù)。當需要滾動顯示時，則可在接下來的掃描周期的每個行掃描中斷處理程序中，將對顯示緩沖區(qū)的相應行點陣數(shù)據(jù)左移一位，同時更改顯示緩沖區(qū)的內容。（需要注意的是，要確保該操作能在1．25ms的中斷時間內完成。這里89C52采用22MHz晶振，實驗證明可以實現(xiàn)該操作）。這樣，在一個掃描周期后，整個漢字將左移一列，而顯示緩沖區(qū)的內容也同時更改。由于預裝載區(qū)保存了1個漢字點陣數(shù)據(jù)，即16×16點陣，所以當前顯示緩沖區(qū)的內容只能移動16列。當下一個滾動到來時，滾動指針將移動到點陣數(shù)據(jù)存儲區(qū)的下一個漢字的首地址，并在預裝載區(qū)存入該漢字的點陣數(shù)據(jù)。然后重復執(zhí)行上述操作便可實現(xiàn)滾動顯示。特殊字符或圖形的顯示與此類似，這里不再贅述。

       打字顯示要求漢字在顯示屏上按從左到右的順序一個個的出現(xiàn)，如同打字的效果。設計時可采用如下方法：首先將LED顯示屏對應的顯示緩沖區(qū)全部清零，即 LED顯示空白，然后每間隔一個“軟定時器”設定的動態(tài)顯示時間，顯示緩沖區(qū)依次加入一個漢字點陣數(shù)據(jù)并進行掃描顯示，這樣就可達到打字顯示的效果。
 

3．2 PC機控制程序

       a．通訊功能的實現(xiàn)
       在Windows環(huán)境下，實現(xiàn)PC與單片機的通訊可利用Windows的通訊API函數(shù)或者利用VC＋＋（或其它語言）的標準通訊函數(shù)＿inp、＿outp來實現(xiàn)。但上述兩種方法比較繁瑣，而采用ActiveX控件MSComm32來實現(xiàn)則非常方便。該控件用事件的方式簡化了對串口操作的編程，并可設置串行通信的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收，還可對串口狀態(tài)及串口通信的信息格式和協(xié)議進行設置。其初始化程序如下：

       一般情況下，PC要與多個單片機89C51系統(tǒng)進行主從式通訊，為了區(qū)分各單片機系統(tǒng)，可以使89C51采用串口工作方式3，即11位異步接收／發(fā)送方式，該方式的有效數(shù)據(jù)為9位，其中第9位為地址／數(shù)據(jù)信息的標志位，其作用是使從機據(jù)此判斷發(fā)送的數(shù)據(jù)是否為地址，從而實現(xiàn)多機操作。但現(xiàn)在由于采用的是MSCOMM控件來實現(xiàn)PC機和單片機之間的通訊，這是一種標準的10位串口通信方式，即8位標準數(shù)據(jù)位和該數(shù)據(jù)的起始位、停止位各1位。因此二者格式不相符，故很難利用上述方案。因此可考慮將單片機串口設為工作方式1，即改為10位異步接收／發(fā)送方式來解決，其通訊流程如下：

       首先發(fā)通信開始標志，接著發(fā)送需要操作的單片機系統(tǒng)地址，然后發(fā)送顯示工作命令字，該命令包括2個字節(jié)，前一字節(jié)用于設定顯示方式和滾動方向，后一字節(jié)則用于設定顯示速度。再往下是傳送顯示內容的點陣數(shù)據(jù)，最后對數(shù)據(jù)進行校驗。該通訊規(guī)約非常簡便，能夠較好的解決上述問題，從而實現(xiàn)PC機與多單片機之間的主從式通訊及對顯示的控制。

       需要注意的是，當顯示內容需要改變時，為了避免在單片機串行中斷接收數(shù)據(jù)時，顯示屏出現(xiàn)亂碼，應使顯示屏暫不顯示（處于“黑屏”狀態(tài)），直到數(shù)據(jù)接收完全，串行中斷處理結束時再顯示。

       漢字字模的提取非常關鍵，本文的字模數(shù)據(jù)取自UCDOS下的字庫文件HZK16。關于這方面的介紹較多，文獻［2］給出了較為具體的在VC下提取漢字字模的方案，這里不再贅述。對于特殊字符或圖形點陣數(shù)據(jù)的提取，簡便的方法可以先做一個BMP文件，然后用一些取模軟件（如字模提取v2．1）來獲得。為了顯示方便，點陣數(shù)據(jù)的格式應為n×（16×8），不足要求的則應以0數(shù)據(jù)補充。 b．動態(tài)效果模擬顯示。

       為了方便調節(jié)LED的顯示效果，筆者在PC機的控制界面上設計了LED顯示屏的模擬顯示，它同實際的顯示效果完全一樣。用戶可以設定顯示的模式，并調節(jié)顯示速度，然后在界面上對顯示效果進行預覽，同時還可以隨時修改和設定參數(shù)，因而十分方便簡捷。

       為此，可先在界面上描繪出虛擬的LED顯示屏，由于實際的顯示屏為160×16點陣，故須在界面 上設定相同的區(qū)域。

       實現(xiàn)動態(tài)顯示效果的方法和以上幾種基本類似，這里以滾動顯示為例作一說明。對于需要滾動的文字，可以將其設置為位圖格式，暫存于內存中，然后利用VC 提供的位圖拷貝函數(shù)BitBlt將位圖復制到顯示位置。對于特殊字符或圖形，則可以直接利用BitBlt函數(shù)調用到顯示位置。然后在類CLEDDlg的 OnTimer函數(shù)中調用該函數(shù)，以實現(xiàn)文字的滾動顯示。另外，也可以通過設定不同的響應時間間隔來改變文字的滾動速度。

4、結束語
       本文提出的實現(xiàn)LED點陣顯示屏的動態(tài)顯示和控制的解決方案，已成功地應用于實際系統(tǒng)。如將該系統(tǒng)聯(lián)入計算機網絡，還可實現(xiàn)對顯示屏的遠程控制。