基于藍(lán)牙技術(shù)的LED點(diǎn)陣屏設(shè)計(jì)方案

　　0 引言

　　本文設(shè)計(jì)一種內(nèi)容更新便捷、可擴(kuò)展、低價(jià)格的點(diǎn)陣LED 文字顯示屏。降低成本的途徑是①用幾乎人人都有的手機(jī)的藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸功能進(jìn)行LED 顯示內(nèi)容的更新，免去專業(yè)上位機(jī)軟件和控制卡的成本，操作也更簡(jiǎn)單;②單次顯示內(nèi)容在5 ~ 30 個(gè)漢字或英文字母，因?yàn)轱@示內(nèi)容較少，就可實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展電路的簡(jiǎn)單化。

　　1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

　　1. 1 系統(tǒng)組成

　　系統(tǒng)由帶藍(lán)牙功能的智能手機(jī)和LED 顯示屏組成。其中，LED 顯示屏由單片機(jī)、LED 點(diǎn)陣模塊、字庫(kù)芯片、藍(lán)牙接收模塊、5V 開(kāi)關(guān)電源和3.3V 穩(wěn)壓電路組成，如圖1 所示。系統(tǒng)工作過(guò)程是： 用戶通過(guò)智能手機(jī)的記事本編輯"數(shù)據(jù)",并經(jīng)無(wú)線藍(lán)牙發(fā)送到顯示屏上的藍(lán)牙接收模塊。主控單片機(jī)讀取藍(lán)牙接收模塊接收的"數(shù)據(jù)"并進(jìn)行處理。"數(shù)據(jù)"由"控制命令"和"顯示內(nèi)容"構(gòu)成，兩部分?jǐn)?shù)據(jù)用自定義特征符分隔開(kāi)。"控制命令"用于對(duì)顯示屏的亮度、顯示內(nèi)容移動(dòng)速度和移動(dòng)方向進(jìn)行設(shè)置; 而單片機(jī)根據(jù)收到的"顯示內(nèi)容"的字符代碼在字庫(kù)芯片中找到相應(yīng)的32 字節(jié)顯示代碼送點(diǎn)陣屏顯示。

　　圖1 系統(tǒng)組成

　　1. 2 LED 點(diǎn)陣屏工作原理

　　LED 點(diǎn)陣顯示屏可按顯示需要由若干塊每塊LED 單元板拼接而成。通用LED 單元板由2 位16 × 16 點(diǎn)陣LED 構(gòu)成，尺寸為160* 320mm2.單元板的工作原理如下。

　　每板有16 行32 列，數(shù)據(jù)的顯示采用傳統(tǒng)的行列式掃描方式。通常為了減小閃爍，提高掃描速度，采用1 /4 掃描，即把16 行分為4 個(gè)4 行，每次同時(shí)選通4 個(gè)4 行中的同序?qū)?yīng)行，這樣掃描4 次即可完成16 行的掃描顯示。其中列控制由74HC595承擔(dān)，每塊單元板上有16 片，每片分別控制4 行8 列的點(diǎn)陣小單元。行控制是由1 片譯碼器74LS138 承擔(dān)，每次使單元板的4 個(gè)4 行的同序?qū)?yīng)行選通。為了保證正常的電流驅(qū)動(dòng)( 亮度) ,74LS138 的輸出經(jīng)AMP4593 驅(qū)動(dòng)放大。每塊單元板有4 片，每片分別驅(qū)動(dòng)4 行。16 片74HC595 接成級(jí)聯(lián)方式，由于每4 行32 列需4 片74HC595, 16 行32 列就是16 片。設(shè)第一個(gè)4 行的4 片74HC595 序號(hào)為1、2、3、4,第二個(gè)4 行的4 片74HC595 序號(hào)為5、6、7、8,依次類推。每一片的數(shù)據(jù)輸出端接到下一片的輸入端，數(shù)據(jù)從第1 片的輸入端串行輸入，在移位脈沖的作用下一位一位依序移入，經(jīng)過(guò)8 × 16 個(gè)脈沖，最先移入的數(shù)據(jù)位移到了第16 片的最低位( 也是該片的輸出端) ,所有數(shù)據(jù)都移入后，就可顯示一板完整的內(nèi)容，按此規(guī)律即可進(jìn)行顯示的軟件設(shè)計(jì)。如果顯示的字?jǐn)?shù)多，拼接的LED 單元板就多，顯示一屏完整內(nèi)容所需的移位脈沖就多。這種顯示方式要求主控單片機(jī)有較高的指令執(zhí)行速度，否則就會(huì)有閃爍感。點(diǎn)陣單元板原理圖如圖2 所示。

　　圖2 點(diǎn)陣單元板原理圖

　　2 系統(tǒng)主要模塊的選擇和電路設(shè)計(jì)

　　2. 1 主控芯片

　　2. 1. 1 芯片選擇

　　為了滿足LED 顯示屏的顯示及多板的擴(kuò)展，要求系統(tǒng)主控單片機(jī)有較快的運(yùn)行速度; 較大的存儲(chǔ)空間用于存儲(chǔ)顯示數(shù)據(jù)，因此選用美國(guó)silicon 公司的C8051F410.該芯片是一款高性能產(chǎn)品，F(xiàn)TQP - 32 封裝( 9mm* 9mm) 大大減小了體積; 由于采用了精簡(jiǎn)指令結(jié)構(gòu)，使得每個(gè)機(jī)器周期僅需一個(gè)時(shí)鐘周期，運(yùn)算速度快大大加快，如果使用片內(nèi)24. 5MHz 的內(nèi)部時(shí)鐘，其運(yùn)行速度大約是普通8051 單片機(jī)工作在12MHz 時(shí)鐘時(shí)的24 倍; 芯片內(nèi)部資源豐富，自帶看門狗，通過(guò)JTAG 接口連接調(diào)試器，可方便硬件在線調(diào)試; 芯片內(nèi)含UART、SPI、I2C 等通信接口，方便與外圍芯片連接; 4 個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器使編程更方便; 自帶的16K/32KFLASH,可存儲(chǔ)大約1K 個(gè)漢字。

　　2. 1. 2 最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)對(duì)單片機(jī)時(shí)鐘的精度和溫度穩(wěn)定度都沒(méi)有特別要求，可以直接使用C8051F410 單片機(jī)內(nèi)部自帶的時(shí)鐘振蕩器，而無(wú)需外接振蕩器。使用時(shí)要注意的是，是芯片工作電源是從Vregin 引腳引入( + 3. 3V) ,VDD 是內(nèi)部基準(zhǔn)電壓輸出引腳，VIO 是I /O 口作為數(shù)字引腳時(shí)的電源輸入引腳。電路設(shè)計(jì)時(shí)必需在緊靠這3 個(gè)引腳的位置布上濾波和退耦電容( 4. 7μ 和104p) .P1. 0~ P1. 3 是顯示屏的控制線CLK、SCLK、R 和OE; P1. 7、P0. 0 ~ P0. 2是字庫(kù)芯片控制線，采用SPI 接口; P2. 0 和P2. 1 是顯示屏的行掃控制線A 和B; P0. 4 和P0. 5 是串口通信線，與藍(lán)牙模塊連接。這12 根引腳都需配置為數(shù)字引腳。最小系統(tǒng)電路如圖3 所示。

　　圖3 C8051F410 單片機(jī)最小系統(tǒng)

　　2. 2 藍(lán)牙模塊

　　2. 2. 1 模塊選擇

　　選用藍(lán)牙模塊的要求是： 價(jià)格便宜、體積小，使用方便。符合條件的藍(lán)牙模塊產(chǎn)品很多。設(shè)計(jì)選用的是南京國(guó)春電氣生產(chǎn)的GC - 02 藍(lán)牙模塊，這是款高質(zhì)量的CLASS2 藍(lán)牙模塊。此藍(lán)牙模塊內(nèi)部帶有對(duì)象交換協(xié)議( OPP) 文件接收功能，只要上電后，就可被手機(jī)藍(lán)牙識(shí)別，并可成功配對(duì)建立連接，接收手機(jī)藍(lán)牙傳輸?shù)奈募?/p>

　　GC - 02 藍(lán)牙模塊共有29 個(gè)引腳，可通過(guò)SPI 接口或UART接口與單片機(jī)通信。本系統(tǒng)單片機(jī)選擇UART 方式與GC - 02進(jìn)行通信。藍(lán)牙模塊處于待機(jī)模式時(shí)，已配對(duì)過(guò)的手機(jī)向藍(lán)牙模塊發(fā)送文件，未配對(duì)的手機(jī)需先進(jìn)行配對(duì)，輸入正確的PIN 碼( 即配對(duì)密碼) 即可配對(duì)。此藍(lán)牙模塊的出場(chǎng)廠PIN 碼是"1234",其PIN 碼可通過(guò)向藍(lán)牙模塊發(fā)送指令進(jìn)行修改。

　　2. 2. 2 電路設(shè)計(jì)

　　單片機(jī)通過(guò)引腳P0.4 和P0. 5 與藍(lán)牙模塊GC- 2 的串口( 12 腳和13腳) 進(jìn)行通信，藍(lán)牙模塊的其他功能未用。單片機(jī)與藍(lán)牙模塊的連接如圖4所示。

　　圖4 單片機(jī)與藍(lán)牙模塊的連接圖。