LED显示屏无线数据传送控制器的设计

王树彬,李树华

(内蒙古大学理工学院电子工程系,呼和浩特010021)

摘要:采用微控制器和复杂可编程逻辑器件相结合的结构体系,设计了一个在无线数据通信方式下向LED显示屏的主控电路传送数据的控制器.该控制器能够完成LED显示屏所要显示的字符、汉字、图片的编辑和实现200米以内的数据传送.

关键词:单片机;复杂可编程逻辑器件;硬汉字库;液晶显示模块

LED显示屏系统是用于信息发布的可显示文字和图片的一种屏幕式电子显示设备,其主控电路的作用之一就是负责接收数据.通常主控电路是接收PC机传来的数据,在设计二者的通信接口时,采用有线电缆作为传输介质,根据PC机配置的标准串行接口,进行电平转换.本文选取单片机应用系统结合复杂可编程逻辑器件,设计了在无线数据通信方式下向LED显示屏的主控电路传送数据的控制器.该控制器操作简单、携带方便,能够完成LED显示屏显示内容的编辑与数据传送,在一些小型且需要不断改变显示内容的LED显示屏系统中具有较高的性价比,大大缩小了设备占用空间,而且摆脱线缆的束缚.

1 硬件设计

1.1 系统组成及工作原理

硬件电路组成框图如图1所示.使用ATMEL公司的8位单片机AT89C51作为主控CPU;双交互键盘和ACM12232A液晶显示模块构成人机交互界面;设计键盘锁防止误操作键盘、换档键使每个按键成为双功能键;使用CPLD实现的功能模块HZCL与硬汉字库在AT89C51的控制下完成16×16点阵汉字字模的提取.在AT89C51片外扩充了8KByte片外RAM,存放一个拼音的汉字内码、显示汉字的字模数据、提供拼音输入法的指针地址,又扩充了64KByte片外ROM,存放程序和拼音输入法的码表及16×8点阵的ASCII码的字模库;TX2000无线传输模块实现200米以内的数据的无线传送.

1.2 系统中对汉字和图片的处理

改变通常单片机系统处理汉字先根据需要建立小字库再根据新的编码编程的方式,直接利用PC机的汉字内码作为单片机系统的汉字编码对GB2312280标准的硬汉字库寻址而处理汉字.对图片的处理是使用字模提取软件生成112×32点阵的HEX格式的图片字模文件固化在片外ROM中,使用功能键控制MCU对其进行访问.

1.3 AT89C51单片机对硬汉字库的寻址

AT89C51最大寻址空间为64KByte.GB2312280标准的硬汉字库为256KByte.在提取汉字字模时采用了地址分时缓冲锁存输出法,使用一个锁存器74LS373锁存AT89C51外部数据总线上的数据作为寻址硬汉字库的低五位地址,AT89C51的地址总线提供寻址硬汉字库的高13位地址,然后通过读操作对字库芯片进行访问.由于内码是不连续的,不能与硬汉字库的地址一一对应,必须转换.这种转换关系用可编程逻辑器件实现,集成在功能模块HZCL中.

1.4 图形点阵液晶显示接口

ACM12232A图形点阵液晶显示模块显示点阵为122×32点阵,是一种图形式点阵液晶显示器,主要由两片行、列驱动及控制合一的液晶显示驱动控制器SED1520及122×32全点阵液晶显示器组成.可以显示图片,也可显示2行×7.5个汉字.单片机控制ACM12232A图形液晶显示模块采用直接访问方式,将液晶显示模块的接口作为存储器直接挂在单片机的总线上.模块的接口时序是M6800时序,AT89C51的读写信号为Intel8080时序,选通电路满足M6800使能信号要求.

1.5 复杂可编程逻辑器件实现的功能模块HZCL

可编程逻辑器件(PLD2ProgramableLogicDevice)是一种由用户根据需要而自行定义器件管脚和构造逻辑功能的数字集成电路,自由设计一个数字系统或数字集成电路后,通过软件仿真,可以事先验证设计的正确性.设计中使用Altera公司的生产的MAX7000S系列的EPM27128SLC84215器件,借助EDA开发工具MAX+PLUSII采用层次设计输入实现功能模块HZCL.EPM27128SLC84215具有2500个可用门,68个可用I?O,引脚到引脚的逻辑延迟为15ns.功能模块HZCL框图见图2.功能模块HZCL具备的功能是:1)内码与汉字库地址之间的转换关系,由GBYM模块实现;2)第一个锁存器74LS373隔离AT89C51的数据线和地址线;3)第二个锁存器74LS373锁存AT89C51外部数据总线上的数据作为寻址硬汉字库的低五位地址,此时给第二个锁存器74LS373分配FFFFH的地址单元,由ENCODER模块实现;4)AT89C51通过地址译码控制液晶E1和E2的选通电路;5)提供一个译码器74LS138;6)为AT89C51的外部中断INT0提供一个反相器.功能模块HZCL的时序仿真图见图3,仿真图是在给定输入信号ALE,WR,RD,D72D0,A152A8,C,B,A,IN1的情况下得到的,经分析仿真结果是正确的,由此可得出功能模块HZCL的时序是完全正确的.

采用这种设计方法将原来由电路板设计完成的大部分工作放在芯片的设计中进行,通过芯片设计实现多种逻辑功能,因此减轻了原理图和印制板设计的工作量和难度,增加了设计的自由度和灵活性,提高了效率.同时还大大减少了所用芯片的种类和数量,缩小了体积,降低了功耗,提高了系统的整体性能.

1.6 发射电路

利用键盘编辑完LED显示屏要显示的内容,存放在片外RAM中,由发射子程序利用AT89C51的串口(P3.1)通过无线发射模块TX2000将数据传送递给LED显示屏的主控电路.LED显示屏的主控电路通过无线接收模块RX2000及串口(P3.0)接收数据.

无线发射模块TX2000内置AM?ASK发射晶片TX4915.工作频率315MHz,直接接CMOS、TTL电平数据接口、通信数率20Kbps以内,输出功率10mW,电流1ΛA,工作电压2.2～5V.不发送数据时自动进入休眠状态.无线接收模块RX2000内置ASK接收晶片RX3310.工作频率315MHz,直接接CMOS、TTL电平数据接口、通信数率500～20Kbps,工作电压3.6～5V.无线发射模块TX2000、接收模块RX2000均为标准的DIP引脚间距,使用简便,加电即可工作,用于200m以内的无线数据传输.

2 软件编程

  基于设计的硬件电路,AT89C51用程序来控制各部分的工作,软件采用模块化编程.主程序完成数据的赋值、设置堆栈、键值存放单元赋初值、LCD初始化后转扫描键盘程序.由于按键较多,采用软件延时的方法消除按键抖动.在编程时,设置等待按键释放处理,目的是为了消除连击,使得一次按键只执行一次相应键控子程序,避免键控子程序连续执行.

液晶显示模块显示信息之前,对其进行初始化.功能模块HZCL的E1、E2引脚分别选通两片SED1520.寄存器选择信号D?I由地址线A8控制,读?写选择信号R?W由地址线A9控制.LCD写指令代码地址为0000H,LCD读状态字地址为0200H,LCD写显示数据地址为0100H,LCD读显示数据地址为0300H.由此具体参数编写驱动程序.

普通拼音输入法提供GB2312280规定的二级字库共6763个汉字的内码查询,每个汉字内码由2个字节表示,代码为13.3KByte,设计中采用了KeilC51语言编写.建立拼音输入法汉字排列表和拼音输入法查询码表,使用查询函数,输入拼音码,返回汉字的起始地址,码表全部放在单片机的程序空间.

发送数据过程是:将存放在片外RAM中字模数据载入SBUF,然后经TXD(P3.1)将数据传给无线发射模块TX2000传送给LED显示屏的主控电路.系统的通信约定:①波特率约定为19.2Kbps,用定时器T1作波特率发生器,其工作在方式2;②串行口初始化为方式1,单向通信.在单片机进行控制发送开始时,由于接收模块处于随机状态,先发5帧01010101报头调整好同步.

3 结 论

  利用AT89C51单片机灵活的控制能力与CPLD的高性能、高集成度相结合完成设计.使用国标硬汉字库,可以任意输入汉字,灵活性大,检索速度快,满足LED显示屏发布信息需要的汉字数量,同时可传送预先存放的图片.整体电路设计合理、性能良好,在200米以内可以很好的与LED显示屏进行无线通信,波特率为19.2Kbps.AT89C51使用了闲置模式,有效低降低了功耗.