滾動(dòng)文字與圖像兼得的AVR單片機(jī)LED顯示屏設(shè)計(jì)

3.2 子模塊顯示驅(qū)動(dòng)電路

子模塊顯示驅(qū)動(dòng)電路由RS 485轉(zhuǎn)換電路、子模塊地址標(biāo)識(shí)電路和點(diǎn)陣驅(qū)動(dòng)電路組成。RS 485轉(zhuǎn)換電路和主機(jī)板中一樣，同樣采用MAX485作電平轉(zhuǎn)換。

由于采用單片機(jī)的異步串行口進(jìn)行多機(jī)通信進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，每個(gè)子模塊應(yīng)該有和其位置相對(duì)應(yīng)的地址標(biāo)識(shí)。地址標(biāo)識(shí)電路采用8位并進(jìn)串出芯片74HCl65和8位撥碼開關(guān)組成，因此本系統(tǒng)最多可以容納255個(gè)子模塊(地址OxFF作為更新子模塊顯示的控制字)。如果簡(jiǎn)單地通過(guò)軟件內(nèi)部的設(shè)定來(lái)決定各個(gè)子模塊的地址，每個(gè)AT-mega8所對(duì)應(yīng)的程序會(huì)有差別，這樣會(huì)給程序的燒寫帶來(lái)不便，因此采用外部硬件電路對(duì)子模塊的地址進(jìn)行標(biāo)識(shí)。采用74HC165作串并行轉(zhuǎn)換是為了節(jié)省單片機(jī)的引腳資源。LED點(diǎn)陣采用動(dòng)態(tài)掃描法進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，并且實(shí)現(xiàn)16階灰度顯示，為了節(jié)省單片機(jī)程序中掃描程序的時(shí)間消耗，提高掃描速度，顯示數(shù)據(jù)采用并行輸出的方法。驅(qū)動(dòng)電路采用4-16譯碼器74HC154譯碼后驅(qū)動(dòng)16個(gè)中功率三極管8550作為行選，2個(gè)8位數(shù)據(jù)鎖存器74LS373作為行數(shù)據(jù)鎖存。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括上位機(jī)軟件的設(shè)計(jì)、主機(jī)板AT-mega32程序設(shè)計(jì)、顯示子模塊ATmega8程序設(shè)計(jì)3部分。

上位機(jī)軟件完成圖像和文字的編輯，通過(guò)計(jì)算機(jī)串行接口把顯示數(shù)據(jù)傳送到主機(jī)板上。主機(jī)板接收上位機(jī)的數(shù)據(jù)并通過(guò)內(nèi)部Boot Loader區(qū)的程序進(jìn)行FLASH ROM內(nèi)顯示數(shù)據(jù)的自更新。主機(jī)板把顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行分割處理后發(fā)送給每個(gè)子模塊，并且完成顯示數(shù)據(jù)的上下、左右滾屏處理。子模塊通過(guò)軟件調(diào)制脈沖占空比的方法，實(shí)現(xiàn)16階灰度圖像顯示。

4.1 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

上位機(jī)軟件使用VB開發(fā)，主要完成圖像的取點(diǎn)、線性補(bǔ)償和點(diǎn)陣數(shù)據(jù)生成。首先將圖像文件轉(zhuǎn)換為96×64分辨率、256階色深的單色灰度圖像，由于使用占空比驅(qū)動(dòng)的LED其占空比/亮度為對(duì)數(shù)特性，所以需加入指數(shù)特性調(diào)整為線性之后才能交付顯示系統(tǒng)進(jìn)行顯示。其計(jì)算公式為Dout=15×(Din/255)n。n為比例系數(shù)，經(jīng)實(shí)際顯示校對(duì)后確定為1.35，同時(shí)通過(guò)該公式完成從256階灰度到16階灰度的轉(zhuǎn)換。通過(guò)MSComm控件實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與主機(jī)板的通信。

4.2 主機(jī)板ATmega32程序設(shè)計(jì)

主機(jī)部分軟件主要分為按鍵響應(yīng)處理，顯示數(shù)據(jù)分割和分割后的數(shù)據(jù)發(fā)送3部分。其中顯示數(shù)據(jù)的分割占最主要的地位，同時(shí)顯示內(nèi)容的滾屏移動(dòng)也包括在這部分中。按鍵響應(yīng)使用外中斷響應(yīng)，配合定時(shí)器TO進(jìn)行去抖處理后置位按鍵有效標(biāo)志，在主程序中檢查該按鍵有效標(biāo)志并進(jìn)行響應(yīng)處理。4.3 顯示子模塊程序設(shè)計(jì)

顯示子模塊的軟件分為數(shù)據(jù)接收和動(dòng)態(tài)刷新顯示2部分。由于子模塊要實(shí)現(xiàn)16階灰度的表現(xiàn)，而且還需要實(shí)現(xiàn)足夠高的刷新速率以避免產(chǎn)生閃爍現(xiàn)象，所以對(duì)刷新顯示部分的速度要求較高。本設(shè)計(jì)采用的方案為：全屏(每個(gè)子模塊為16行×16點(diǎn)/行)刷新分為16份時(shí)間片，每份時(shí)間片實(shí)現(xiàn)一行的掃描。而每行的時(shí)間片又分為15個(gè)子時(shí)間片，其中灰度為最暗的點(diǎn)點(diǎn)亮0個(gè)子時(shí)間片，灰度為最亮的點(diǎn)點(diǎn)亮15個(gè)時(shí)間片，由此實(shí)現(xiàn)占空比為0/15～15/15共16個(gè)級(jí)別的平均電流控制，從而實(shí)現(xiàn)16階的灰度顯示。通過(guò)：MEGA8片內(nèi)定時(shí)器T2，每個(gè)子時(shí)間片取得52μs的掃描時(shí)間，15個(gè)子時(shí)間片構(gòu)成一個(gè)單行掃描的時(shí)間片(52 μs×15=780μs)，16個(gè)單行掃描時(shí)間片又構(gòu)成一次全屏的掃描(780 μs×16=12.48 ms)，則刷新頻率約為80 Hz，在最高亮度下也可以保證不出現(xiàn)行閃的現(xiàn)象。

5 結(jié)語(yǔ)

本文提出的基于AVR單片機(jī)的LED顯示屏已應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)，AVR單片機(jī)的看門狗功能使得系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。由于本設(shè)計(jì)是主從式的解決方案，具有可擴(kuò)展性，并且采用ISP功能給電路板的調(diào)試和系統(tǒng)的維護(hù)帶來(lái)了很大的方便。實(shí)踐證明，本系統(tǒng)可以方便地顯示各種字體的文字信息及16階灰度的圖像，畫面清晰、性能穩(wěn)定、操作簡(jiǎn)便，具有很好的應(yīng)用價(jià)值。