溫度傳感器選用單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20,該器件將溫度傳感器、溫度報警觸發(fā)器、ROM等集成在一個很小的芯片上，傳感器直接輸出的就是溫度信號的數(shù)字值。DS18B20以9位數(shù)字的方式反映溫度值，讀出或?qū)懭霐?shù)據(jù)僅需要一根信號線。
1.5 掃描控制電路和LED陣列
目前大多數(shù)LED顯示屏的屏幕設(shè)計采用的是模塊化的結(jié)構(gòu)，其基本單元是LED顯示單元模塊，屏幕大小和形狀可靈活改變，顯示屏的安裝和維護(hù)也十分方便。LED顯示單元模塊分為LED點陣和驅(qū)動電路2部分。
該LED點陣選用紅綠雙基色屏，可顯示紅、綠、黃3種顏色，價格適中。每個模塊是16×64像素，由16塊8×8像素共陽極LED點陣組成。16行LED共用一列數(shù)據(jù)，每行LED的顯示時間占一個掃描周期的1/16。根據(jù)人眼的視覺暫留效應(yīng)，只要整屏的刷新頻率大于60Hz,即可形成一幅穩(wěn)定的畫面。每個LED顯示單元有8個紅色數(shù)據(jù)輸入端、8個綠色數(shù)據(jù)輸入端和8個行控制信號輸入端。
驅(qū)動電路分為行驅(qū)動和列驅(qū)動。
行驅(qū)動電路由2片3-8譯碼器74HC138組成。一個行選信號同時控制著一行中所有LED的通斷，所以它需要較大的驅(qū)動電流，為此選用4953。4953內(nèi)含2個P溝道的MOSFET管，漏極電流最大可達(dá)419A,保證了行驅(qū)動能力，16×64點陣需要8片4953。2片138的16路輸出分別通過4953的驅(qū)動用于選通相應(yīng)的行，實現(xiàn)對行的控制。
列驅(qū)動采用74HC595,內(nèi)含移位寄存器和三態(tài)輸出鎖存器，可以把串行輸入的8bit數(shù)據(jù)并行輸出。分別用8個74HC595鎖存紅色、綠色數(shù)據(jù)。單片機(jī)2路控制信號與所有595的時鐘輸入SRCLK,鎖存信號RCLK相連。第1片595的串行輸出接到第2片595的串行輸入端，同理，其他引腳的連接方式一樣，通過這種級聯(lián)的方式，把8個595芯片連在一起，同時每個595芯片的并行輸出連接8個LED的列。
顯示過程為：
?。?）把顯示緩存區(qū)中的第1行紅色數(shù)據(jù)和綠色數(shù)據(jù)分別送入595鎖存；
?。?）送行掃描信號，選通LED陣列的第一行并延時；
?。?）行消隱，行掃描信號下移一行并重復(fù)上述過程直至完成第16行的顯示。如此循環(huán)。
每個LED顯示單元模塊有2個接口，可根據(jù)顯示長度的不同需求靈活擴(kuò)展LED單元，控制器保持不變。如需高度上擴(kuò)展，可通過擴(kuò)展CPLD/FPGA控制行掃描信號的同步來實現(xiàn)，在顯示和控制原理上并無差別。
2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計
系統(tǒng)軟件包括上位機(jī)軟件和下位機(jī)軟件。上位機(jī)軟件用VC編寫，與下位機(jī)通過異步串口進(jìn)行通信。上位機(jī)軟件的任務(wù)是校準(zhǔn)時鐘，編輯顯示的內(nèi)容、顏色和顯示效果等并把數(shù)據(jù)廣播發(fā)送到LED顯示控制器。通信的數(shù)據(jù)格式如表1所示。
下位機(jī)開機(jī)進(jìn)行中斷、串口初始化后，按照指令執(zhí)行顯示子程序，定時進(jìn)行溫度采樣和時鐘數(shù)據(jù)的讀取。下位機(jī)始終處于監(jiān)聽狀態(tài)，當(dāng)有串口中斷時，和上位機(jī)通信，上位機(jī)發(fā)1字節(jié)地址符，下位機(jī)接收后與本屏地址進(jìn)行比較，本屏地址由控制器的撥碼開關(guān)設(shè)定。如果地址相同則接收數(shù)據(jù)，否則中斷返回，由此實現(xiàn)LED屏的分布式控制。接收完全部數(shù)據(jù)后，進(jìn)行校驗，如出錯則要求重發(fā)，校驗正確則發(fā)送接受成功標(biāo)志給上位機(jī)，結(jié)束中斷。串口中斷程序和定時器中斷程序流程見圖5。
控制器接收到數(shù)據(jù)后存于Flash中，根據(jù)數(shù)據(jù)中的命令字，執(zhí)行相應(yīng)的操作，操作判斷流程如圖6所示。
顯示子程序根據(jù)漢字內(nèi)碼從字庫中查找出字模，送至顯示緩存區(qū)，通過數(shù)據(jù)處理后輸出至列選通信號，配合行掃描信號，進(jìn)行動態(tài)掃描顯示。其中數(shù)據(jù)處理功能主要完成字幕左移、右移、百葉窗、變色、閃爍等。
3 結(jié)語
本文選用了STC89LE516單片機(jī)，在保證功能和穩(wěn)定的前提下，降低了成本，擴(kuò)展了大容量Flash數(shù)據(jù)存儲器，上位機(jī)只需傳送漢字內(nèi)碼即可顯示，減少了數(shù)據(jù)傳送量，提高了響應(yīng)速度。LED顯示單元可靈活擴(kuò)展，滿足不同需求。