移動(dòng)數(shù)據(jù)的LED顯示屏構(gòu)成原理介紹及其仿真應(yīng)用

基于移動(dòng)數(shù)據(jù)的LED顯示屏使用目前覆蓋范圍最廣、最穩(wěn)定的GSM/GPRS/CDMA/小靈通網(wǎng)絡(luò)，在任何有移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地方都可實(shí)時(shí)方便地通過短消息方式更新LED顯示屏的內(nèi)容，有效解決了LED顯示屏數(shù)據(jù)更新麻煩、無法監(jiān)控的困難，減輕了管理部門的工作負(fù)擔(dān)。隨著移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展及LED顯示屏幕應(yīng)用范圍的進(jìn)一步推廣，此種基于移動(dòng)數(shù)據(jù)的LED顯示屏幕具有較大應(yīng)用價(jià)值。

LED電子顯示屏幕作為一種信息顯示設(shè)備，主要用于播放廣告、新聞、通知、天氣預(yù)報(bào)、時(shí)間、股票信息、航班信息、售票信息等，在站牌、交通路口、公交車、售票大廳、營業(yè)大廳、等候大廳、證券公司、機(jī)場(chǎng)、體育、氣象、交通控制等場(chǎng)所得到了越來越多的應(yīng)用，具有廣闊的應(yīng)用前景。

　　但是，傳統(tǒng)的LED顯示屏使用有線通信方式傳輸數(shù)據(jù)，受到地域和布線的嚴(yán)重限制。如果有大量的LED顯示屏同時(shí)工作，為LED顯示屏傳輸更新的數(shù)據(jù)就成為很麻煩的事，并且在沒有其他附加控制設(shè)備的情況下，LED顯示屏的管理部門也無法監(jiān)控LED顯示屏的實(shí)際運(yùn)行情況。

1 系統(tǒng)構(gòu)成及原理

　　此種基于移動(dòng)數(shù)據(jù)的LED顯示屏幕系統(tǒng)由GSM無線收發(fā)模塊、MCU(單片機(jī))、LED驅(qū)動(dòng)電路、LED顯示屏幕四部分組成。原理框圖如圖1所示。

系統(tǒng)的控制中心為MCU(單片機(jī))，本設(shè)計(jì)使用ATMEL公司的AT89C51芯片，它通過串口控制GSM無線模塊收發(fā)移動(dòng)數(shù)據(jù)，并控制LED驅(qū)動(dòng)電路及顯示屏幕將需要顯示的內(nèi)容用適當(dāng)?shù)姆绞斤@示出來。GSM無線收發(fā)模塊使用西門子公司的TC35i，配一張市面上常見的普通SIM卡，負(fù)責(zé)接收合法用戶通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)過來的顯示內(nèi)容，并將LED顯示屏的狀態(tài)數(shù)據(jù)通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)回傳給用戶。LED驅(qū)動(dòng)電路及顯示屏幕與傳統(tǒng)方式基本相同[1，2]，采用具有“16 PIN 08接口”的LED單元板，可拼接成需要的屏幕尺寸。

　　使用時(shí)，用戶只需將希望在LED屏幕上顯示的內(nèi)容在手機(jī)或電腦上按短信格式編輯好，然后像普通短信一樣發(fā)送給插在TC35i模塊中的SIM卡所對(duì)應(yīng)的號(hào)碼。帶SIM卡的TC35i模塊接收到發(fā)來的短信后，首先檢查短信的發(fā)送者是否為合法用戶。若不是合法用戶，TC35i丟棄該短信；若是合法用戶，則取出要顯示的內(nèi)容，并按要求的方式控制LED屏幕將信息顯示出來。同時(shí)，TC35i可將LED屏幕的狀態(tài)數(shù)據(jù)以短信格式發(fā)送給合法用戶。如此，利用移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了顯示內(nèi)容及狀態(tài)數(shù)據(jù)的雙向?qū)崟r(shí)傳輸。

　　考慮到簡便性，本文以一塊32×64點(diǎn)陣的LED單元板顯示16×16點(diǎn)陣的漢字為例說明系統(tǒng)原理。至于更大尺寸的LED屏幕，只要將類似的多塊LED單元板通過“16 PIN 08接口”依次級(jí)聯(lián)即可。

2 硬件實(shí)現(xiàn)

2.1 TC35i模塊與單片機(jī)的硬件接口電路

本系統(tǒng)中移動(dòng)數(shù)據(jù)的收發(fā)都依靠TC35i模塊進(jìn)行。TC35i模塊集射頻電路和基帶處理于一體，可工作在GSM 900 MHz和DCS 1 800 MHz兩個(gè)頻段，使用RS232串口與MCU(單片機(jī))連接，其RS232數(shù)據(jù)接口符合GSM07.05和GSM07.07規(guī)范，使用標(biāo)準(zhǔn)的AT命令集。模塊通過50 Ω的天線連接器連接天線，還通過40引腳的ZIF連接器實(shí)現(xiàn)電源和SIM卡支架的連接，以及指令、數(shù)據(jù)、語音信號(hào)及控制信號(hào)的雙向傳輸[3]。

圖2顯示了單片機(jī)和TC35i接口的關(guān)鍵部分。

需要注意，系統(tǒng)加電后，為使TC35i進(jìn)入工作狀態(tài)，必須給IGT引腳加一延時(shí)大于100 ms的低脈沖，并且電平下降持續(xù)時(shí)間不可超過1 ms。啟動(dòng)后，IGT應(yīng)保持高電平(3.3 V)。驅(qū)動(dòng)IGT時(shí)，TC35i供電電壓不能低于3.3 V，否則TC35i不能激活。另外，ZIF連接座的SIMPRES引腳用來檢測(cè)SIM卡是否插好，如果連接正確，則SIMPRES引腳輸出高電平，否則為低電平。

2.2 單片機(jī)及LED顯示驅(qū)動(dòng)電路

　　由于通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)短消息得到的只是漢字的內(nèi)碼，而LED屏幕顯示需要漢字的點(diǎn)陣信息，所以在本系統(tǒng)中必須存放GB2312漢字點(diǎn)陣字庫，再加上LED屏幕顯示時(shí)需要存放大量的顯示數(shù)據(jù)，所以在單片機(jī)AT89C51的外圍擴(kuò)展了64 KB的RAM（62256）和512 KB的Flash 存儲(chǔ)器(29F040)。其中29F040存放點(diǎn)陣字庫(HZK16、ASC16)和Unicode轉(zhuǎn)GB2312碼表，62256做顯示緩存。單片機(jī)收到短消息后先把待顯示信息轉(zhuǎn)換成GB2312碼，顯示時(shí)再從29F040中讀出對(duì)應(yīng)點(diǎn)陣信息存儲(chǔ)在62256中。

　　單片機(jī)P1口用于控制LED屏幕的顯示，其中P1.0～P1.3腳分別輸出4位行選信號(hào)A、B、C、D，ABCD從0000變到1111，逐行掃描1～16行點(diǎn)，將顯示數(shù)據(jù)依次顯示出來；P1.4腳輸出移位時(shí)鐘信號(hào)SHCLK，使得顯示數(shù)據(jù)可以依次進(jìn)入LED單元板；P1.5腳輸出鎖存信號(hào)STB，使得顯示數(shù)據(jù)可以穩(wěn)定輸出；P1.6腳輸出LED單元板的上16行的顯示數(shù)據(jù)R1，P1.7腳輸出LED單元板的下16行的顯示數(shù)據(jù)R2。

　　32×64點(diǎn)陣的LED單元板用于顯示16點(diǎn)陣的漢字時(shí)，可以顯示２行，每行4個(gè)漢字。其組成電路如圖3。行驅(qū)動(dòng)電路使用了2片74HC138芯片，上、下16行的列驅(qū)動(dòng)電路都使用了8片74HC595芯片。具體顯示時(shí)采用動(dòng)態(tài)掃描方式，單片機(jī)輸出的4位行選信號(hào)A、B、C、D經(jīng)2片74HCl38譯碼后逐行掃描LED單元板的1～16行和17～32行；上16行的顯示數(shù)據(jù)R1及下16行的顯示數(shù)據(jù)R2在同一移位時(shí)鐘信號(hào)SHCLK的作用下分別依次打入各自的74HC595，最后在共同鎖存信號(hào)STB的作用下穩(wěn)定輸出在74HC595的并行輸出端。

　　在實(shí)際制作LED單元板時(shí)，往往在74HCl38芯片輸出的行掃描線上再加上4953芯片以增加驅(qū)動(dòng)能力。

3 程序設(shè)計(jì)

3.1 短消息收發(fā)控制

　　單片機(jī)通過AT命令控制TC35i模塊進(jìn)行初始化和短消息的收發(fā)，對(duì)短消息的控制共有3種模式：Block模式、PDU模式和Text模式。Text模式不支持中文，而使用Block模式需要手機(jī)生產(chǎn)廠家提供驅(qū)動(dòng)支持，本系統(tǒng)使用PDU模式進(jìn)行短消息接收和發(fā)送。

　　系統(tǒng)上電以后首先對(duì)TC35i進(jìn)行初始化，內(nèi)容主要包括：
(1)設(shè)置短消息中心號(hào)碼AT+CSCA=“+8613800250500”
CR>(該號(hào)碼因地區(qū)不同而設(shè)置不同)。
(2)設(shè)置短消息格式AT+CMGF=0CR>(0代表PDU格式)。
(3)設(shè)置短消息存放的位置AT+CPMS=“SM”CR>(SM表示將短消息存放在SIM卡中)。
(4)設(shè)置短信到達(dá)通知AT+CNMI=1，1，0，0，1CR>。此命令可使模塊在短消息到達(dá)后向單片機(jī)發(fā)送指令CR>+CMTI：“SM”，INDEX(信息存儲(chǔ)位置)CR>。

系統(tǒng)操作過程中，單片機(jī)通過AT命令控制TC35i模塊接收或發(fā)送短消息。命令格式如下：
(1)讀取短消息指令A(yù)T+CMGR=INDEXCR>。
(2)發(fā)送短消息指令A(yù)T+CMGS=＜length＞＜CR＞。
(3)刪除短消息指令A(yù)T+CMGD=INDEXCR>。
(4)SIM卡狀態(tài)查詢命令A(yù)T^SCKS。

接收和發(fā)送的短消息均以PDU串的數(shù)據(jù)形式被單片機(jī)處理，PDU串由數(shù)字“0”～“9”和字母“A”～“F”組成，是十六進(jìn)制數(shù)或者BCD碼十進(jìn)制數(shù)。PDU串不僅包含可顯示的消息本身，還包含很多其他信息，如SMS服務(wù)中心號(hào)碼、目標(biāo)號(hào)碼、回復(fù)號(hào)碼、編碼方式和服務(wù)時(shí)間等。發(fā)送和接收的PDU串結(jié)構(gòu)不完全相同。下面用2個(gè)實(shí)例說明PDU串的結(jié)構(gòu)和編排方式。