LED顯示屏控制系統之硬件設計

　　LED點陣式顯示屏發展到今天在朝著兩個方向發展廣告招牌，高端產品主要是全彩色顯示屏，它的控制系統多采用ARM、CPLD、FPGA等芯片，成本比較高，技術比較復雜，這類產主要應用在戶外廣場等大型場所。低端產品主要是單色或者是雙基色以及帶有一定灰度的產品，這類產品一般成本不高，對價格極其敏感，主要應用在室內及其門面招牌等處。但隨著ARM芯片的普及，現在的人們在這類簡單的產品上也使用上了ARM芯片，(當年51單片機流行時有這樣一名話：做一個與非門用51單片機比較簡單)這可能有一種技術跟風的感覺吧。一顆ARM芯片最便宜的也要20塊左右吧，並且如果你用這種芯片和普通單片機沒有什麼大的差別，如果用功能強一點的可能在50元左右吧，這樣整個LED點陣式顯示屏的控制系統成本就會比較高了，這對於一個2led招牌000元左右的小產品來說已經是一個不容忽視的價格了。
　　本低成本的LED 顯示屏控制系統硬件設計采用STC89C52+SST39SF040+STC62WV256等硬件，在這一個硬件平台上可以根據所控制顯示屏的大小更改相應的硬件，如可以更改單片機，存儲器等。下面對其設計原理加以解釋。
　　STC89C52單片機是宏晶科技的單片機，字幕機該單片機與8051單片機相兼容，同時又有許多改進之處，是一款增強型51單片機。它與原51單片機具有如下優點：1、單片機寫入程序無法讀出，使產口的保密性好。2、寬電壓，不怕電源抖動。3、溫度範圍寬，-40至85度。4、I/O口經過特殊處理，抗干擾能力強。5、單片機內部的電源供電系統經過特殊處理。6、單片機內部的復位電路特殊處理，不需要外部復拉電路。7、單片機內部看門狗特殊處理，不怕程序跑飛。8、可選6時鐘周期/每機器周期工作模式，提高工作速度。9、可降低振蕩增益至原1/2。10、在系統編程，不再需要昂貴的仿真器和編程器。11、具有P4口，增加了IO的數量。12、速度快，晶振頻率可以達到80M，如果再使用6倍速，頻率相當於普通8051的160M。使用起來更方便。具體使用方法可見其數據手冊。見本博客。
　　SST39SF040是一種擁有512K×8容量的FLASH芯片，它具有100000次的擦寫周期和100年的數據保存時間。它具有4K每頁的小容量頁面，可以頁面擦除和芯片擦除，使用起來更方便。具體使用方法見其數據手冊。見本博客。
　　STC62WV256具有寬範圍的工作電壓和32K×8的數據容量，其使用方法同一般RAM。詳見其數據手冊。見本博客。
　　通訊部分：做為一個LED 顯示屏控制系統的通訊應該有兩個獨立的通訊端口，即兩個串口。而我選用的單片機只有一個串口，這就要相應的把一個串口做為兩個串口來用，這樣會帶來任務竟爭和分配的問題，本設計中在外部設置了一個硬件開關用發兩個外部任務的切換，一個用於接收外部計算機的數據通訊用。一個用於向外部顯示屏發送數據用。硬件開關使用的是74HC125芯片，74HC125是三態輸出高有效四總線緩衝門，設計見本原理圖中的U6。與外部計算機通訊要進行電平轉換，本設計本著低成本的設計原則測有采用232芯片，而是采用3極管進行電平轉換，只此一項即可節約成本4塊多錢。設計原理見圖中Q1和Q2部分。
　　顯示屏輸出部分：這一部分主要負責將從串口發出的數據完美的發送到顯示屏上，從一個串口發送數據要發送到顯示屏的每一行上，這就需要相應的譯碼控制電路來完，一般情況下這一部分電路是分兩部分完成的，在控制部分只完成將數據線和時鐘線進行分離，每分離出一對數據線和電視牆時鐘線可以控制顯示屏上的16行顯示代碼，而控制每一行的控制線的電路部分則放到顯示屏去做。所以這裡主要介紹一下控制系統的控制部分。從單片機出來一對數據然後經過4片74HC125將其分為8對數據線和控制線，這樣本控制系統就可以控制16×8高度的顯示屏。頁16行的譯碼線則只需要從控制系統上引出4根線即可，這4根線到顯示屏上後又會經過譯碼電路譯成16選1行控制線。而向顯示屏引出的還有數據鎖存線和顯示屏顯示使能線。有了這些控制線和數據就可以控制整個顯示屏的顯示了。而本控制系統可以控制16×8高度1024點寬度的顯示屏。這一部分電路見原理圖中U5，U7，U8，U9，U10。
　　存儲部分：存儲部分又分為兩部分，一部分用於顯示代碼的存儲，一部分用於臨時顯示代碼的存儲。顯示代碼存儲器采用SST39SF040，這是一顆FLASH芯片，掉電後數據不丟失。按一個漢字32個字節進行計算本系統可以存儲16384個漢字。臨時顯示代碼存儲器采用STC62C256存儲器，它是RAM芯片，數據掉電丟失，用於保存顯示當時的數據。這一部分電路見原理圖中U2，U3，U4部分。
　　本控制系統還加入了時鐘芯片，可以用在有時間顯示要求的場所。
　　以上所用到的全部芯片為貼片封，以減小電路板的面積，降低硬件設計成本。
　　因為處跑馬燈處從成本考慮，所以本控制系統沒有一般系統豪化的硬件陣容。但麻闕雖小，五髒俱全，本控制系統同樣可以完成LED顯示屏控制的任務。