条形led显示屏远程控制系统 第6页
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本 章主 要 以 设计 “ 电 子 门 牌” 为 例 进 行 了 关于 L E D 显 示 屏 相 应 问 题 的讨
论 。本 显 示屏 可 以 显示 5 个 静 态 的汉 字 或 者是 1 0 个字 母 或 是数 字， 可 以采
用 上 、下 、左 、 静 止 等滚 动方 式 显 示 更 多 的 内容 ， 由 于点 阵 系 统的 单 片 机内
部有 2 K B 的 E E P R O M ， 因 此 在存 储 显示 信 息 的 点 阵 字 模 时， 系 统 没 有 增加
额外 的 存 储 单 元 ，从 而节 省 了 外部 E E P R O M 的 开 支 ， 当 然 由 于 容量 的 限 制，
导 致 系 统最 多 只 能 存储 6 0 （2 K B / 3 2 B ） 个 汉 字 ， 但 实际 中 如 果有 特殊 要 求可
以增 设 存 储 单元 。 在 显 示 上 ， 由 于 显 示屏 中 点阵 模 块 较 多 ，因 此 采 用了
74 L S 5 9 5 进 行 列 驱 动， 为 了 增 大 驱 动 电 流 采用 8 5 5 0 和 A 9 4 0 耦合 方式 ， 另外
考虑 到 处 理 信 息 的 速 度 ， 系 统 中 采 用 了 双 单 片机 的 架 构， 两 个 单片 机 都 采用
性价 比 较 高的 S T C 1 2 C 5 4 1 0 A D ， 主 单 片 机主 要负 责 与 外 部远 程 控 制 器 进行通
信以 及 显 示 屏 内 容 的 刷新 ，还 可 以 直接 对 时 钟芯 片 D S 1 3 0 2 和温 湿度 传 感器
SH T 进 行 初 始 化 操 作。 附属 单 片 机则 可以 独 立 地 对 当 前 时 间和 温湿 度 数据进
行 刷新 ， 并将 数 据 显 示 在相 应 的 数码 管中 。系 统 由 于需 要 很 大的 工作 电 流，
因此 选 用 了 性 能 较 好 的开 关电 源 来 给 整 个 系 统供 电 。 点阵 显 示 屏系 统 结 构如
图 3 . 1 所 示。
附 属 信息
数 码管 显 示器
EEE EEE PPP RRR OO M 点阵 信 点阵 显 示屏444 88通 5 息存 储 单元
信
接
口
时钟 温 度 湿度 发 生 装置
主 单 片机
附 单 片机
图 3 . 1 点 阵 显 示 终 端 控 制系 统 结 构图
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333 .. 1 主 单 片 机相 关 设计
333 ... 111 .. 1主 单 片机 与 远程 控 制器 的 通信
由 于 点阵 显示 屏与 远 程 控制 器 一 般距 离 较远 ， 因此 采用 R S - 4 8 5 接 口实
现 异 步 串行 通讯 ， 另外 要完 成 通信 还必 须 事 先 约 定通 信 基 本 协[ 议1 2 ] [ 1 3 ] ， 通信
设计 详 见 §4 . 4 。
333 ... 111 .. 2 主 单 片 机 外 围 模块
1 、R S - 4 8 5 通 信:
系 统 是 采用 M A X 4 8 5 芯 片 来进 行 R S - 4 8 5 标 准通 信 的。M A X 4 8 5 是 美 国 美信
公司 生 产 的 半 双 工通 信 专 用芯 片。 功 耗很 : 低 待 机 状 态、 5 V 电 源 下， 电流3 0 0 u
A 。其 抗 共 模 干 扰 能 力 很 强 ，能 在 - 7 V 到+ 1 2 V 的共 模 电 压 下正 常收 发 数 据。
MA X 4 8 5 的 驱 动能 力较 强， R S - 4 8 5 总线 可 以 挂接 3 2 个 M A X 4 8 5 构 成 的 节 点。
此外 M A X 4 8 5 还 具有 电流 限 制 、过 热 关断 以 及 输 出 超 载 保 护功 能。 它 最 高通
信 速率 2 . 5 M b p s ， 最 大 距离 1 2 0 0 米。
MA X 4 8 5 采 用 平 衡 差 分传 输， 外形 为8 引 脚 封 装， 芯 片 内集 成有 发 送器和
接 收器 ， 引脚 D I ，R O 分 别 是 发 送 输 入 和 接收 输 出 端， D E ，R E 分别 是 发 送允
许和 接 收 允 许 使 能端 ， 电 平为 标 准T T L 兼容 电 平: A ，B 为 输 出/ 输 入串 行 差分
总 线， 当 V A - V B > 2 0 0 m V 时 ， 表示 逻辑 “ 1 " ， 当 V B - V A > 2 0 0 m V 时 ， 表 示 逻辑
“0 " 。 其 引 脚 图 如 下:
图 3 . 2 M A X 4 8 5 引 脚图
MA X 4 8 5 和 单片 机 接 口方 便， 组 网简 单。 实际 应用 中 要在 信号 线 间 连1 2 接0
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欧电 阻 以 实 现 总 线 阻 抗 匹 配， 信 号 在 传 输 线 上传 送 ， 若遇 到 阻 抗不 连 续 的情
况 ， 会出 现反 射 现 象 ， 从 而 影 响 信 号 的 远 距 离传 送 ， 因而 必 须 采用 匹 配 的方
法 来消 除 反 射[ 1 4 ] 。
通 信 中采 用 的 “双 绞 线 ”其 特 性 阻抗 和 节 距比 有 关， 特 性 阻 抗在 1 1 0 到
13 0 欧 姆 之 间 ，因 此在 总 线 两 端 分 别 挂 接两 个 1 2 0 欧 姆 电 阻， 以便 使 线 路阻
抗和 M A X 4 8 5 输 出阻 抗相 匹 配 ， 减 少 传 输反 射 ， 提高 可靠 性[ 1 5 ] 。
常 用的 R S - 4 8 5 总 线 驱 动芯 片有 M A X 4 8 5 、 M A X 1 4 8 0 、M A X 1 4 8 7 、M A X 3 0 8 2
和 M A X 1 4 8 等。
2 、7 4 L S 5 9 5 [ 1 6 ]
7 4 L S 5 9 5 是 T T L 电 平 器件 ，而 7 4 H C 5 9 5 是 硅结 构的 C M O S 器 件 ，兼
容低 电压 T T L 电路 ， 遵 守 J E D E C 标 准。 两 种 器 件 都 具有 8 个 移位 寄 存 器和
一 个存 储 器， 具 有 三 态输 出功 能 。 移 位 寄 存器 和 存 储器 是分 开的 时 钟信号、
数 据在 S C H c p 的 上 升 沿输 入， 在S T c p 的 下 降 沿 时 进入 到存 储 寄 存 器 中。如
果两 个 时 钟 连 在 一 起 ， 则 移 位 寄 存 器 总 是 比 存储 寄 存 器早 一 个 脉冲 。 移 位寄
存 器有 一 个 串 行 移 位 输 入（ D s ） 和 一 个 串 行 输 出（ Q 7 ’ ） 和 一 个 异 步 的 低电
平复 位 ， 存 储 寄 存 器 有 一 个并 行 8 位 的 、 具 备三 态 的 总线 输 出 ，当 O E 为低
电 平 时 ，存 储 寄 存 器 的 数 据 输 出 到 总 线。
图 3 . 3 7 4 X X 5 9 5 引 脚图
Q0 —Q 7 : 八 位 并 行 输 出端 ， 可 以直 接 控 制数 码管 的 8 个 段或 8 只 L E D 。
Q7 ' : 级 联 输 出 端 。级 联 时可 以 接下 一个 5 9 5 的 S D I 端。
SD I : 串行 数 据输 入 端。
777 444 555 99 5 的控 制端 说 明：
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? / S C L R ( 1 0 脚) : 低 电 平 时 将移 位 寄 存器 的数 据 清零 。 通 常它 接 V c c 。
? S C K ( 1 1 脚) ： 上 升 沿 时 数据 寄 存器 的 数据 移 位。
? Q 0 - - > Q 1 - - > Q 2 - - > . . . - - > Q 7 ； 下降 沿 移位 寄 存器 数据 不 变。 （ 脉冲 宽 度：
5V 时 ，大 于 几十 纳 秒。
? R C K ( 1 2 脚) ：上 升 沿 时 ， 移 位 寄 存器 的 数 据 进 入 数 据 存 储 寄存 器 ； 在降
沿 时 ，存 储 寄 存器 数 据 不变 。 通 常将 R C K 置 为 低 电平 ， 当 移位 结 束 后，
在 R C K 端 产生 一 个 正 脉 冲 更 新 显 示 数 据。
? / G ( 1 3 脚) : 高电 平 时 禁 止 输 出 （ 高阻 态 ） 。 如 果 单 片 机 的 引 脚 充 裕 ，用
一 个引 脚 控 制 它 ， 可 以方 便 地产 生 闪烁 和 熄灭 效 果。
74 1 6 4 和 7 4 5 9 5 功 能 相 仿 ， 都是 8 位 串 行 输 入 转 并 行 输 出 移位 寄 存 器。
74 1 6 4 的 驱 动电 流( 2 5 m A ) 比 7 4 5 9 5 ( 3 5 m A ) 的 要 小 ，1 4 脚 封装 ， 体 积 也 小 一些，
并且 1 6 4 不 具 有 锁存 功 能。
74 5 9 5 的 主 要 优 点 是 具有 数 据 存 储 寄 存 器， 在 移 位的 过 程 中， 输 出 端的
数据 可 以 保 持 不 变 。 这在 串行 速 度 慢 的 场 合 很有 用 处 ，数 码 管 没有 闪 烁 感。
与 1 6 4 只 有 数 据 清 零 端 相比 ，5 9 5 还 有 输 出 使能 端 ， 可 以 使 输 出 为 高 阻 态[ 1 7 ] 。
特色
? 驱动 电 流大
? 速 度快 ， 最 高 频率
? 工 作电 压 范 围： 2 . 0 ～ 6 . 0 V
? 低输 入 电流 ：1 . 0 μA
? 高抗 噪 声度
极限 参 数：
? 电 源电 压 V c c 最 大值 7 . 0 V
? 每 个输 出 端 输 入电 流 I I N = 3 5 m A
? 每 个 输出 端 输 出 电流 I O U T = 4 5 m A
? 存 储 温度 T - 6 5 ～1 5 0 ℃
333 ... 111 .. 3 主 单 片 机 工 作 流程
主 单 片机 软 件 流程 如图 3 . 4 。 以设 计 电 子门 牌为 例， 主 单 片机 加 电 开机
默认 显 示 版 本 信 息, 5 秒 钟 后 显 示 当 前 实 验 室 门牌 如 “ 微机 实验 室” ， 显 示方
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