摘要本文提出了一种实现微机控制LED点阵显示屏的新方案。论文从上位机信息的输入开始，到显示屏的最终显示，详细的给出了电路的设计方案和软件流程。并根据LED显示系统中的具体技术难点讨论了相应的解决方案。

关键词LED显示屏 显示单元 单片机 双口RAM 可靠性                   

LED点阵显示屏的原理

LED点阵显示屏主要原理是将要显示的图文信息首先进行数字化处理，使图文信息转换成相应的数字化视频信号，经过数字通信系统将数字视频信号传输到LED显示屏显示缓存中，由显示单元控制电路读取相应的显示信息进行显示。由于LED显示屏在进行图文显示时，其显示方式丰富多变，因此其相应的视频控制模块也十分复杂。

1. 2 LED显示屏的技术难点及解决方案

1.2.1技术难点

 1.由于要对显示屏上数以万计的像素进行控制，并且随着显示屏面积的增大，电路结构也非常庞大，因此系统的模块化设计成为重点考虑的问题。

  2.为了在屏上显示动画，视频图像等信息，显示系统必须用30帧/秒以上的速度来更新显示画面，这就要求显示系统有非常高的处理速度。

  3.为了在显示屏上细致的显示出信息所表示的形状，一般每帧有多至几百KB的显示数据送到显示屏，因此有非常大的数据传输量。

  4.用LED器件制造的显示屏主要用于大型公共设施和室外场所，尺寸通常在几米到几十米长，显示数据传输距离达几百米到千米以上。

总体设计采用集散控制方案，在统一协调的基础上来进行分级递阶控制，并通过功能分散、危险分散来达到设计的优化。化整为零，将显示屏分解为规模较小的显示单元，即用显示单元来组成显示系统。显示单元本身具有与显示屏相同的控制功能，并具有良好的嵌入性。显示单元具备稳定、高速、简洁的长距离数据传输系统。显示单元组成的显示系统应结构简单、性能稳定。

2微机控制LED显示系统的总体设计

2.1微机控制LED点阵赤示系统的基本构成

微机控制LED点阵显示系统主要由主控计算机、通信部分、控制部分、显示部分和附属部分五大部分构成。这五大部分都是各自相对独立的自治系统，虽然它们各自完成各自的功能，但相互间还有联系及数据信息的交换，各种条件相互制约，在系统的协调下统一工作。系统的基本组成如图2-1所示。

一般以BM/PC及其兼容机作为系统的主控微机，用于接收用户的输入信息并向显示屏发送数据。整个系统的通信部分分为两个模块，模块I用来进行通信标准的转换即把RS-232总线标准转换为RS-485总线标准。模块II用来接收RS-485总线标准的数据并向显示模块发送显示数据。控制部分作为显示屏的核心则主要进行系统进程的控制、数据的存储发送以及外部控制信号的输出。显示部分根据需要由一定数量的显示单元构成，并划分为若干显示区域，采用分布式扫描技术，各单元独立进行扫描显示。附属功能控制部分主要是执行如打铃控制信号的输出等一些附属控制功能，它是在控制部分的管理、监控下完成其功能的。

    微机控制LED点阵显示系统主要用在公共场所显示文字信息。用户在微机上通过控制软件将编辑好的文字和相应的控制命令经通讯线路传至系统的控制部分，显示屏即可根据用户选择的方式逐页循环显示用户编辑好的文字。本系统还具有脱机显示方式，用户将显示内容传至显示部分后，计算机就可以不再介入显示过程，显示系统就可以根据用户设定的模式显示所要显示的信息。由于系统有内置时钟和温度传感器，故显示屏还可以循环显示日期、时间以及温度。此外，显示屏还具有定时打铃功能。显示屏内的非易失性存储器可存储多达数百次的打铃时间。

显示屏工作过程如下:

    用户将待显示的信息输入主控计算机中，由计算机中的控制软件把输入的信息转换成相应的数据，经微机串行接口发送到RS-232C数据总线上。通信转换电路将RS-232标准的数据转换成RS-485标准，以便进行远距离传输。主控部分的通信接口接收到RS-485标准的信号后，将其转换成CMOS电平信号存储在缓冲区内。主控CPU识别控制命令及显示数据并执行相应的操作。副CPU则从显示缓冲区取出显示数据发送给显示单元。显示单元接收到本单元的数据后，按照规定的频率在本区域内独立进行扫描显示。副CPU分别定时从双端口存储器和温度控制器中读出时间值、温度值，经查询字库后转换成显示数据送到显示单元。微机控制LED点阵显示系统的功能流程图如图2-2所示。

主控电路作为点阵显示系统的核心部分，其主要是将接收到的显示数据存储到视频显示缓冲区，同时将显示缓冲区的数据按地址分配给各显示单元。为了完成以上功能，在主控电路中采用一些新的技术和器件。如多机并行处理和异步双口RAM等。

3.1多CPU并行处理工作方式

    系统采用双CPU并行处理工作方式。主CPU与一些外围电路一起构成主CPU电路，负责整个系统的初始化、显示方式的处理及与PC机的通信等工作。副CPU则负责将收到的显示数据按地址分配到各显示单元以及信息的分屏显示、滚动等。与此同时，主副CPU都有各自的存储电路，用于保存非易失性信息。

3.1.1主CPU电路

    主CPU电路图见3-2， CPU采用89C51单片机，外扩一片74HC373实现数据和地址总线的分离，74HC139为2—4线译码器，用于输出片选信号。DS12887为整个系统提供时I旬基准。28C256是32KbvtesE}PROM，用于存储显示信息和其它一些系统临时信息。MAX813L实现电压监测和看门狗功能，防止系统因电源干扰和其它干扰出现死机现象。CL232和MAX485担负主CPU的串行通信功能。电路中采用高速光藕6N136来进行串行通信的光电隔离，增强系统的抗干扰性。电路中一些主要芯片简介如下:

DS12887为美国DALLAS公司提供的实时时钟芯片。芯片提供了秒、分、小时、日、月、年、星期等信息并且可自动运行至2100年，输出信息可用二进制和BCD码两种方式表示，芯片提供报警功能和工ntel及Motorola两种总线操作方式。内部有128个RAM单元用于与软件的接口。其外型为24脚双列直插封装。

(1)图3-3显示了DS12887的地址映射图，其中包含114字节的用户RAM、实时时钟占用了10字节、另外控制寄存器占用了4字节。由于DS12887内部装有铿电池，故其114字节的用户RAM为非易失性的。除了下面几个寄存器外，128字节的其它字节都可直接读写。

(2)寄存器C, D为只读寄存器。

(3)寄存器A的位7只能读。

(4)秒寄存器的高位只能读。

此外DS12887的三个报警字节可按两种方式工作。第一种方式是当报警时间己写入时、分、秒字节单元且报警允许位为1的情况下，每天在规定的报警时间产生一次报警中断。第二种方式是在三个报警单元中插入一个或多个“忽略”代码(十六进制的CO-FF )，当在时报警字节中写入一个“忽略”代码时，每小时将产生一次报警;类似的其它字节按此类推。

    DS12887含有三个独立的可编程中断源。报警中断可编程为每秒一次到每天一次;.周期中断为100ms-122us; DS12887的走时精度为士1分/月。X:}1X81:}L:

    MAX813L是带电压监测的单片机专用看门狗电路。能显著增强由分立IC芯片构成的控制系统的可靠性。能监控电源及电池电压和P/uC的工作状况，当电源电压降至4. 65V以下时，即产生复位。此外，MAX813L还带有一个1. 6秒的看门狗定时器，其具有1. 25V门限的电源故障报警电路可用于检测电池电压和非5V的电源。看门狗定时器的输出如果连接至MR将会触发复位信号。

主CPU具体工作过程:

    主CPU与上位机之间的通信

    主CPU与计算机之间的通信采用两种通信标准，即RS232C和RS485。可根据现场的实际情况任选一种，如果计算机离显示屏相对较近则可采用RS232C标准进行通信;反之，则采用RS485进行通信。

RS232通信:

    RS-232C通讯标准规定:逻辑“1”为-3V~-15V，逻辑“0”为+3V~+15V,这种信号的抗干扰性能比TTL强得多。其异步传输最高速率规定为20Kbpso  在RS-232标准中，码元畸变小于4%时，最大传输距离为15米，但在应用中传输距离一般按负载电容来计算。RS-232标准规定的最大传输负载电容为2500PF。CL232只要求单一+5V供电，外围电路简单。

RS485通信:

     系统采用MAX485芯片来进行RS485标准通信。MAX485半双工通信专用芯片功耗很低:待机状态、5V电源下，电流300 u A。其抗共模干扰能力很强，能在-7V到+12V的共模电压下正常收发数据。此外还具有电流限制、过热关断以及输出超载保护功能。它最高通信速率2. 5Mbps，最大距离1200米。MAX485的驱动能力较强，RS485总线可以挂接32个MAX485构成的节点。

MAX485和单片机接口方便，组网简单。如下图所示:120欧电阻是总线阻抗匹配电阻，信号在传输线上传送，若遇到阻抗不连续的情况，会出现反射现象;’从而影响信号的远距离传送，因而必须采用匹配的方法来消除反射。

    主CPU软件流程如图3-6。主CPU上电后首先确认是冷启动还是热启动，如果是前者，则在初始化中将各种标志位及内存清零，设定各种可编程控制寄存器；如果是后者，则意味着主CPU是在受干扰处于非正常工作状态后由看门狗电路复位而重新启动的，不能将内存全部清零，而应尽可能恢复以前的工作状态。

主CPU的程序在系统正常工作后首先查询是否有存储的显示内容，如果有，则先将这些显示数据调到双口RAM的显存中，供显示屏显示。其次还要查询是否收到计算机发来的命令，当收到命令后，对命令进行解释译码并执行相应功能，如初始化接收缓冲区、设置时钟芯片等。

主CPU负责整个系统时间的发布，每当时钟芯片DS12887完成一次时间更新，都会产生一个脉冲，引起主CPU的一次中断。主CPU响应外中断INT1后，就会读取当前的全部时间信息，送至时间存储区中供系统其它各部分使用。当主CPU接收到一帧串行数据，就会产生串行中断，其具体软件流程图如图3-7。首先要查询当前的工作状态，然后将数据存储在相应的缓冲区内，直至接收完全部数据，并置上相应的执行标志。