點(diǎn)陣式LED顯示屏溫濕度采集驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

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(佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院，黑龍江 佳木斯 154007)

0 引 言

經(jīng)過STH11感應(yīng)溫濕度信號(hào)傳送給單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，再通過線纜和通訊卡將其傳給單片機(jī)，單片機(jī)經(jīng)過硬件電路板設(shè)計(jì)和軟件編程設(shè)計(jì)，使它能夠進(jìn)行溫度信號(hào)的分析與處理，將模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后，數(shù)據(jù)通過LED顯示屏控制卡能讓LED顯示器顯示實(shí)時(shí)溫度與濕度。

處理層即單片機(jī)控制器與驅(qū)動(dòng)卡組成的設(shè)備系統(tǒng)，依據(jù)收到的溫濕度信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)化分析后得到可操控?cái)?shù)值，然后發(fā)送到上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)了采集數(shù)值的分布式計(jì)算與集中監(jiān)控管理。設(shè)備運(yùn)用層在這里即為點(diǎn)陣式LED顯示屏。如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總框圖

1 溫濕度采集驅(qū)動(dòng)電路總體設(shè)計(jì)

1.1 溫濕度記錄系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

LED點(diǎn)陣屏是一種雙基色顯示屏幕，可以呈現(xiàn)紅，綠，黃三原色。在這里操控器的核心器件選擇STC89C51系列單片機(jī)，然后拓展32KSRAM當(dāng)成是緩存區(qū)，512KFlash用于貯存顯示的點(diǎn)陣信息與諸多很需要的參數(shù)。

撥碼開關(guān)選擇本屏的物理地址。操控器還拓展了1片溫濕度傳感設(shè)備采集溫濕度數(shù)值，1片時(shí)鐘芯片進(jìn)行實(shí)時(shí)時(shí)鐘的讀寫。系統(tǒng)框圖如2所示。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

1.2 硬件電路設(shè)計(jì)

(1)儲(chǔ)存器拓展電路

STC89C51單片機(jī)是一種強(qiáng)大的抗沖擊、高速度、低功耗微處理器，升級(jí)版的51單片機(jī)，內(nèi)部集成了看門狗定時(shí)器，其內(nèi)部配置了64K字節(jié)的閃存與512字節(jié)的RAM貯存器，支持ISP在線編程，升級(jí)更新，成本低售價(jià)也相對(duì)實(shí)惠。

基于提升響應(yīng)速率，設(shè)備拓展了32KSRAM，作為顯示緩存區(qū)，一個(gè)用于貯存數(shù)值的當(dāng)前顯示和許多特別的處理框架，單片機(jī)的接口設(shè)置如圖3所示，利用單片機(jī)的P3.2單獨(dú)的SRAM的高地址線A14，為了便于數(shù)值的紅色和綠色的LED點(diǎn)陣存儲(chǔ)，當(dāng)P3.2輸出是0，在RAM地址0x0000到0x3fff供選，紅色LED P3.2數(shù)值；當(dāng)輸出1，選擇0x4000到0x7FFF綠色計(jì)算RAM地址的LED。

Flash用于貯存代碼，呈現(xiàn)數(shù)字信息和字體。我們能夠調(diào)用表漢字和英文對(duì)應(yīng)值。貯存16×16點(diǎn)陣漢字的64K字節(jié)的貯存空間，能夠裝在2048，512K的閃存，能夠支持各種現(xiàn)實(shí)的要求。SST39VF040的地址線有19位，而單片機(jī)才氣P1口拓展高級(jí)3地址線。

設(shè)備里單片機(jī)，SRAM,Flash需要313V供電，接入控制電壓5V，提供3.3V穩(wěn)壓供電。

圖3 單片機(jī)原理圖

低壓差電壓芯片LM1117輸出最大電流能夠800mA,輸出電壓的準(zhǔn)確度很高，基本在±1%以下，并且?guī)в幸欢ūＷo(hù)功能。

(2)串行接口電路

控制器收到值，單片機(jī)雙工通用異步收發(fā)器(UART)的開始工作。當(dāng)傳輸距離小于20m時(shí)，采用不平衡RS-232，采用RS-485時(shí)，傳輸距離為幾十米到上百米。RS-485采用平衡傳輸和差分接收，因此具有抑制共模效應(yīng)的能力，可以聯(lián)網(wǎng)形成分布式設(shè)備。由于顯示位置分散，距離幾十甚至上百，所以他們分別MAX232和SN75176控制器。開關(guān)電平，RS-232和RS-485之間的跳線開關(guān)，與PC通信完成存儲(chǔ)和更新值。

(3)實(shí)時(shí)時(shí)鐘鐘電路

單片機(jī)與HT1381低功耗實(shí)時(shí)鐘芯片接口采取串行傳送方式，如圖4～7所示電路能夠讀寫年、月、日、星期、時(shí)、分、秒等實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，在經(jīng)過分析處理投放到點(diǎn)陣式LED屏上。HT1381所需時(shí)鐘單片機(jī)采集分析轉(zhuǎn)換，外部接入321768KHz晶振就可以工作、顯示。裝配3V可充蓄電池，設(shè)備采取外部供電，二極管通，外部供電一邊向芯片供電，另一邊對(duì)蓄電池加以充電。一旦設(shè)備不供電，二極管截至，芯片由蓄電池來供電。

(4)溫濕度傳感器電路

溫濕度傳感設(shè)備用單總線數(shù)字溫濕度傳感器STH11，該元件將溫濕度傳感設(shè)備、溫濕報(bào)警觸發(fā)器、ROM等聚集在一個(gè)小的芯片上，內(nèi)部集成了14位A/D轉(zhuǎn)換器，傳感備轉(zhuǎn)輸出的溫濕度數(shù)據(jù)的計(jì)算值。STH11以九位數(shù)字的是溫濕度值，讀如果在位僅需要一根數(shù)據(jù)線。

圖4 實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路原理圖

圖5 傳感器電路

圖6 行驅(qū)動(dòng)電路

圖7 列驅(qū)動(dòng)電路

(5)掃描控制電路與LED陣列

目前大多數(shù)LED顯示屏的屏幕研究采取的是板塊化的框架，其基本單元是LED顯示單元板塊，屏幕大小與形狀可靈活改變，顯示屏的安裝與維護(hù)仍十分方便。LED顯示單元板塊分為L(zhǎng)ED點(diǎn)陣與驅(qū)動(dòng)電路2塊。

LED點(diǎn)陣選用紅綠雙色屏，紅、綠、黃3三原色均可顯示，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。各個(gè)板本是16×64像素，由16×8像素共陽極LED點(diǎn)陣。16行LED共享一列數(shù)值，每行LED顯示周期在掃描周期的1 / 16之間。在持續(xù)的視覺效果的基礎(chǔ)上，只要整個(gè)屏幕刷新率超過60Hz，可以形成一個(gè)穩(wěn)定的照片。每個(gè)LED顯示單元有8個(gè)紅色數(shù)字輸入，8個(gè)綠色數(shù)字輸入，和8線操作數(shù)據(jù)輸入。

驅(qū)動(dòng)電路分為行驅(qū)動(dòng)與列驅(qū)動(dòng)：

行驅(qū)動(dòng)電路由2片3-8譯碼器74HC138組成。行選擇數(shù)據(jù)與控制線連接時(shí)，全部LED燈熄滅，因此它要有高驅(qū)動(dòng)電流驅(qū)動(dòng)4953。4953擁有2個(gè)P溝道MOSFET管，漏極電流達(dá)到419A，保障線驅(qū)動(dòng)功能，16×64點(diǎn)陣要有8件4953。2、138、16輸出，分別依據(jù)相應(yīng)的4953個(gè)驅(qū)動(dòng)程序選擇線路，最終實(shí)現(xiàn)其功能。

列驅(qū)動(dòng)器采取74HC595，擁有移位貯存器和三態(tài)鎖存器，并且擁有串行輸入并行輸出8bit位的數(shù)值。紅色和綠色點(diǎn)陣的值與8個(gè)74HC595鎖存，由2個(gè)單片機(jī)分別操縱。第一串行輸出被輸入595片的595個(gè)串行輸入端，采用同樣原理，除了引腳鏈接，依據(jù)級(jí)聯(lián)的方法，8個(gè)595芯片共同與各個(gè)芯片的595個(gè)并行輸出鏈接的LED接線柱。

顯示過程為：

(1)把顯示緩存區(qū)里的第1行紅色數(shù)值與綠色數(shù)值分別送入595鎖存；

(2)掃描數(shù)據(jù)，選擇LED陣列的第一行并延長(zhǎng)時(shí)間；

(3)做消隱，掃描數(shù)據(jù)，向下移動(dòng)一行，然后重復(fù)這個(gè)過程直到顯示第十六行。如此循環(huán)。

每個(gè)LED顯示單元擁有2個(gè)端口，依據(jù)顯示器的寬度依據(jù)實(shí)際情況拓展LED單元，而且控制器的值維持原值。

如若需要高度上的拓展，能夠依據(jù)拓展CPLD/FPGA操控行掃描信息的同步數(shù)值來完成，顯示原理操作原理基本還是和前面一樣。

2 結(jié) 語

單片機(jī)結(jié)合傳感器與點(diǎn)陣式LED顯示屏組成一套檢測(cè)系統(tǒng)，但會(huì)有儲(chǔ)存拓展電路、接口電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路等設(shè)計(jì)問題，既要考慮系統(tǒng)穩(wěn)定性又要考慮數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換準(zhǔn)確性，時(shí)鐘同步性。

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