1 引言
在車站、商場、學(xué)校等一些需要發(fā)布多變的實時信息或進(jìn)行廣告宣傳的場所，黑板、紙張或是霓虹燈廣告牌這些傳統(tǒng)的媒介手段，不論是在顯示效果還是可修改性上都已無法滿足當(dāng)前的需求。而 LED點陣顯示屏具有耗電省、成本低、壽命長、占用空間小以及能夠?qū)崟r顯示等特點，而且顯示內(nèi)容的信息量大，用戶可隨時任意自行編輯修改顯示內(nèi)容，因此，近年來已得到了廣泛應(yīng)用。
2 總體設(shè)計
系統(tǒng)采用了上位機——下位機的結(jié)構(gòu)構(gòu)建，上位機為 PC機，通過串行通信接口與下位機顯示系統(tǒng)進(jìn)行通信[1]，以實現(xiàn)對顯示內(nèi)容的實時擦除、更新等操作；下位機系統(tǒng)主要包括單片機控制電路和顯示電路兩部分，漢字顯示采用 16x16點陣模式，通過單片機的控制，實現(xiàn)字符從右往左滾動的動態(tài)顯示效果。基本框圖如圖 1所示。
3 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
3.1 MCU的選擇
MCU是整個下位機系統(tǒng)的核心部件，其性能和片內(nèi)資源很大程度上決定了該系統(tǒng)工作的靈活性、先進(jìn)性和穩(wěn)定性。基于此，本系統(tǒng)選用了 STC公司生產(chǎn)的 STC89C55RD+增強型 51單片機。
STC89C55RD+單片機的指令系統(tǒng)、硬件結(jié)構(gòu)以及片內(nèi)資源與標(biāo)準(zhǔn)8052單片機完全兼容，采用DIP40封裝形式；支持的最高時鐘頻率為80M，能最大限度地提高M(jìn)CU的運行速度；片內(nèi)包含大容量的20KBFlash程序存儲器和1KB的數(shù)據(jù)存儲器，其內(nèi)部可用Data Flash達(dá)58個扇區(qū)共29KB；具有在系統(tǒng)可編程（ISP）功能和在應(yīng)用可編程（IAP）功能，可實現(xiàn)遠(yuǎn)程軟件升級，無需編程器，從而大大縮短開發(fā)復(fù)雜度，同時可節(jié)省購買編程器的額外投入。
3.2 串行通信
系統(tǒng)上位機和下位機通過串行通信接口進(jìn)行聯(lián)系。 STC89C55RD+單片機內(nèi)部含有一個可編程的全雙工串行通信接口，即 RXD（P3.0）和TXD（P3.1），具有 UART的全部功能，該接口電路能同時進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送和接收。一般情況下只要通過RXD、TXD和GND三根線就可以實現(xiàn)與上位機PC的串行通信，根據(jù)通信距離的遠(yuǎn)近，可以選擇RS232或RS485通信方式，由于本系統(tǒng)中顯示屏控制電路與上位機PC的距離較近，故選用了RS-232標(biāo)準(zhǔn)總線接口。具體電路圖如圖2所示。
3.3 驅(qū)動及掃描電路
LED點陣選用8x8模塊，每 4塊排列成一個16x16的點陣，用于顯示一個漢字。點陣每一行的所有LED共陰極，每一列的所有LED共陽極。
因為單片機I/O口的驅(qū)動能力有限，所以每一行LED陰極通過一個三極管8550與電源相連，I/O口僅需要提供幾個毫安的灌入電流即可控制其通斷。考慮到本系統(tǒng)可以同時顯示六個漢字，故每一列 LED的陽極都通過一個限流電阻和一個三極管8550與電源相連，當(dāng)六個漢字的同一行漢字字模（即12個字節(jié)）通過鎖存器74HC377并行送出后，由移位寄存器 74HC595輸出行選通信號，來點亮該行的LED，接著再送下一行數(shù)據(jù)，再選中下一行有效，直到16行全被掃描過一遍。至此，一幅完整的文字信息就顯現(xiàn)出來，然后按這種方式反復(fù)掃描，借助于程序的控制，即可實現(xiàn)信息從右至左的動態(tài)顯示了。具體電路圖如圖3所示。
該系統(tǒng)的軟件主要實現(xiàn)的功能包括：上位機信息（或命令）的發(fā)送和下位機點陣顯示內(nèi)容及方式的控制兩部分。
4.1上位機軟件
上位機信息（或命令）的發(fā)送使用普通的字模提取軟件和串口調(diào)試軟件即可，在與下位機進(jìn)行通信時，須保證雙方具有相同的數(shù)據(jù)格式和波特率，本設(shè)計采用 RS232通信，波特率為9600bit/s。同時，制定了上下位機之間的通信協(xié)議，信息包格式如圖4所示。
4.2下位機軟件
LED點陣的顯示內(nèi)容及方式主要由單片機的程序進(jìn)行控制。程序采用模塊化結(jié)構(gòu)，主要包括有主程序、串口中斷服務(wù)子程序以及掃描顯示子程序等。
(1)主程序為順序結(jié)構(gòu)，主要完成系統(tǒng)對 I/O口和一些變量的初始化，定時器初始值、串行通信工作方式、以及波特率的設(shè)置[2]，然后循環(huán)調(diào)用掃描顯示子程序，顯示原來Data Flash區(qū)中已存在的漢字信息。
(2)串口中斷服務(wù)子程序采用接收中斷啟動[3]，主要負(fù)責(zé)接收來自上位機 PC發(fā)送的信息，包括欲顯示的內(nèi)容以及命令字節(jié)，并根據(jù)命令完成相應(yīng)的信息寫入、擦除等操作，最后開中斷返回主程序。其流程圖入圖5所示。
其中信息的寫入、擦除等操作主要由單片機的IAP功能來完成。 IAP，即在應(yīng)用可編程，是指在程序運行時程序存儲器可由程序自身進(jìn)行擦寫。通過IAP功能的相關(guān)指令，既可以將 欲顯示的數(shù)據(jù)寫入到程序存儲器指定的扇區(qū)中，也可以根據(jù)需要擦除相應(yīng)扇區(qū)中的數(shù)據(jù)。這樣，數(shù)據(jù)就如同燒入的程序一樣，掉電不會丟失。當(dāng)然寫入數(shù)據(jù)的區(qū)域與程序存儲區(qū)是分開的，以使程序不會遭到破壞。
(3)掃描顯示子程序則負(fù)責(zé)從顯示緩沖區(qū)取出字模，輸出行選通信號和列掃描信號，進(jìn)行動態(tài)掃描顯示。
5 結(jié)束語
本點陣顯示系統(tǒng)無需外擴程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器，通過STC89C55RD+單片機的IAP功能實現(xiàn)信息的實時發(fā)布和更新。該系統(tǒng)外形美觀、工作穩(wěn)定、字符清晰且字體可自由設(shè)定，現(xiàn)已實際應(yīng)用于我院作為信息發(fā)布的主要平臺。另外，可對系統(tǒng)稍加改進(jìn)，便可實現(xiàn)通過一臺計算機來控制多塊顯示屏，以適應(yīng)不同場所、不同時間顯示不同信息的需要。如果在該系統(tǒng)的基礎(chǔ)上添加無線通訊模塊[4]，就可以開發(fā)出基于無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)?LED顯示系統(tǒng)。
本文作者創(chuàng)新點：該系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)簡單，沒有外擴程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器，充分發(fā)揮了STC89C55RD+單片機的IAP功能，利用軟件實現(xiàn)了信息的隨時發(fā)布和更新。