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基于一种多总线式的LED显示动态屏设计

1 引 言

LED显示屏在地铁中作为一种面向"民众,"的信息显示终端,有着异常广泛的夷易近用和商用代价。

今朝在海内运行的地铁车辆普遍都配备了LED显示屏,但附加功能较少,屏幕显示内容单一。为了共同新型地铁搭客信息系统的应用,我们设计了一种全新的多总线式LED显示动态屏。

该显示屏在外部通讯时不只具有多种总线接口,在内部节制电路设计中还采纳了单总线和I2C总线器件。

地铁上的LED 屏分两种:一种放置于车厢外侧,用于显示列车运行区间、运行偏向和当前到站站名,中英文兼容显示;也可根据运行必要显示其他办事信息;翰墨显示可选静止、滚动、平移、瀑布、动画等多种效果,最大年夜显示字符数为16 ×16 点阵字符12个。另一种为终点LED 显示屏,放置于车内,终点站LED 显示屏可按列车运营要求预置终点站,并实时显示当前的终点站,同时还能显示今朝车内温度,最大年夜显示字符数为16 ×16 点阵字符8 个。

2 系统构成

LED显示系统屏由单片机节制单元和显示单元两部分组成,单个显示单元可显示16 ×16 的汉字4 个,若制作临盆必然尺寸的LED图文显示屏系统,只要用多少智能显示单元,采纳“搭积木”的措施即可实现,系统中各显示单元之间采纳串行通信联系。节制单元除了认真节制显示单元和传输上位机的指令和旌旗灯号外,还内嵌了单总线数字温度传感器18B20。得益于节制电路的模块设计,若对湿度丈量也有要求的环境下,18b20 可进级为Dallas 公司的DS2438 和HoneywELl 公司的HIH23610 构成的模块电路。为了满意整车的通讯必要,上位机与车内的各节制单元之间采纳CAN 总线要领通讯。

图1 系统布局图

3 硬件设计

显示单元由LED显示面板和显示电路两部分组成,LED显示面板是由4 块点阵模块组成的16 ×64 点阵通用智能显示单元,单个显示单元全屏可以显示4 个16 ×16 点阵汉字或符号,系统中各显示单元之间采纳串行通信联系,从而使得全部系统的事情和谐统一。显示电路由两个16针排线口、两个74H245 三态总线驱动器、一个74HC04D 六反相器、两个74H138 八译码器以及8 个74HC595 移位存器组成。节制电路核心为WINBOND 的高速单片机77E58 , 晶振频率为24 MHz.A T29C020A 为256 K 的ROM ,用于存贮16 ×16 点阵的汉字库和16 ×8 点阵的ASCII 码表。A T24C020 是基于I2 C 串行总线的EP2ROM ,其存储预设定的语句,例如地铁站点名称、问候语等。车内温度经由过程单总线式数字温度传感器18b20 丈量。SJA1000 和TJA1040 分手为CAN 总线节制器和收发器

3. 1 节制电路单元设计

全部系统以winbond 的动态单片机77E58为核心,77E58 采纳了从新设计的微处置惩罚器内核,其指令兼容51 系列,但因为时钟周期仅为4 个周期,在相同的时钟频率下,其运行速率一样平常比传统8051 前进2~3 倍,是以很好地办理了大年夜容量汉字动态显示时对单片机的频率要求,别的还自带看门狗。77E58 经由过程锁存器74L S373 节制闪速存储器A T29C020 ,大年夜小为256 K.因为存储器容量大年夜于64 K,是以在设计中采纳了分页寻址的措施,即用P1. 1 和P1. 2 对闪存器进行页选,共分4 页,每页的寻址大年夜小为64 K, P1. 5 除了用于对A T29C020 片选外,还包管了P1. 1 和P1. 2 在16 针的排线接口上复用时纰谬A T29C020 造成误操作。CAN 节制器为通讯的关键部分,为了前进抗滋扰能力,在CAN 节制器SJA1000 和CAN收发器TJA1040 之间加接6N137 高速光耦,单片机经由过程P3. 0 对CAN 节制器SJA1000 进行片选。18B20 为单总线器件,该器件与单片机接口仅需占用一个I/ O 端口,可直接将温度转化成数字旌旗灯号,并以9 位数字码要领串行输出,在节制电路中选用P1. 4 完成对18B20 的片选和数据传输功能。A T24C020 的时钟线SCL 和双向数据线SDA 分手接单片机的P1. 6 和P 1. 7 .16 针的排线接口是节制电路和显示电路的接口部分。节制电路的硬件连接图如图2。

图2 节制电路硬件连接图

3. 2 显示单元连接与节制

显示电路部分经由过程16 针排线(1) 口与节制电路部分的16 针排线口相连,16 针排线口(1) 将单片机的指令和数据传输到LED显示电路,16 针排线(2) 用于多个显示屏幕的级联,它的连线和16 针排线口(1) 基础一样,然则要留意其R 端连接的是图2 从左至右的第8 个74H595 的DS 端,在级联的时刻它将与下一块显示屏的16 针排线(1) 口串接(如图1)。CL K 为时钟旌旗灯号端, STR为行锁存端,R 为数据端, G( GND) 、LOE 为行点亮使能端,A 、B、C、D 为行选端。各端口详细感化如下:A、B、C、D 为行选择端,用于节制将来自上位机数据详细送至显示面板上的指定行,R 为数据端,吸收单片机传输的数据。LED显示单元的事情时序如下:CL K时钟旌旗灯号端在R 端收到一个数据后,由节制电路工资地给一个脉冲上升沿,STR 在一行数据(16 ×4) 64 个数据整个传送完后,给出一个脉冲上升沿以锁存数据;LOE 由单片机置1 将该行点亮。显示电路道理图如图3。

图3 显示电路道理图

4 模块化设计

地铁车辆根据实际环境对LED显示屏有不合的要求,是以我们在设计电路时对此做了充分斟酌,即在包管主要功能和布局不变的环境下,可以对特定模块进行交换。该布局使得LED节制电路具有优越的扩展性和易用性。

4. 1 温湿度模块

在南方酷热和多雨地带,只管车内有恒温空调,但湿度也是搭客们关心的一个紧张指标。我们设计的温湿度模块,具有丈量温度和湿度的功能。温度模块和温湿度模块有相同的插座接口,且都是单总线布局,均用P1. 4 口节制,是以交换很方便。HIH3610 是Honeywell 公司临盆的电压输出的三端集成湿度传感器,DS2438 是具有单总线通讯接口的10 位A/ D 转换器,片内包孕一个高分辨率的数字温度传感器,它可用于湿度传感器的温度补偿。图4 为温湿度模块道理图。

4. 2 485 总线扩展模块

485 总线作为一种成熟而廉价的总线在工业现场和交通领域有着弗成替代的位置,为此我们设计了485 总线扩展模块,它可替代原有的CAN模块进行外部通讯。该模块采纳MAXIM 公司的光电隔离型的MXL1535E 作为485 收发器,为了包管节制上的兼容,MXL1535E 与SJA1000 均经由过程P3. 0 进行片选。别的在RS2485 侧与节制器或节制逻辑侧之间经由过程变压器供给2500VRMS电隔离,在模块的输出部分添加了TVS 二极管电路以削减线路浪涌滋扰,还可使用跳线抉择是否加载总线的终端电阻。道理图如图5。

图5 485 总线扩展模块道理图

5 软件设计

系统软件由上位机治理软件和单元节制器节制软件组成。上位机治理软件是在Windows22000 操作平台上,使用C + + BUILD6. 0 开拓的,包括显示要领选择(包括静态、明灭、滚动、打字等) ,滚动偏向选择(包括高低滚动和阁下滚动) ,动态显示速率调节(即翰墨明灭频率、滚动速率、打字显示速率等) ,显示内容输入及显示预览等。

系统运行时,系统不仅可按预设定显示报站、广告等字符,也可人工输入必要的显示字符。单元节制器节制软件采纳8051 的KEIL C 编程,固化于单片机77E58 的EEPROM 中,主要完成高低位机通讯、温度和湿度的数据采集、I/ O 接口节制等功能。在实际运行时,温度丈量精度达到±0. 5 ℃,湿度丈量精度达到±2 % RH.

6 结 论

从硬件道理图的设计、逻辑布局、组成框图等几方面先容了地铁LED显示屏的设计思路,经由过程对现场总线接口模块以及温湿度模块接口的设计,使得该LED显示屏可适应不合情况的要求,具有优越的扩展性和通用性。颠末多次测试,该LED显示屏已在国产地铁新型搭客信息系统中装车试用,效果优越。实践证实该显示屏能很好地完成对汉字和图形的静态显示和各类动态显示,且具有亮度高、无闪烁、逻辑节制简单等特征,充分满意了地铁车辆对LED屏的显示要求。

责任编辑;zl

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