1 引言

　　LED 顯示屏是八十年代后期在全球迅速發展起來的新型信息傳播媒體，是集微電子技術、光電子技術、計算機技術、信息處理技術于一體的大型顯示系統。它以其色彩鮮艷、動態范圍廣、亮度高、壽命長、工作性能穩定而日漸成為顯示媒體中的佼佼者，廣泛應用于廣告、證券、信息傳播、新聞發布等方面， 是目前國際上較為先進的宣傳顯示媒體[1].本文提出了一種主從式單片機的LED 顯示屏解決方案， 該設計方案利用AVR單片機自身的FLASH ROM 和RAM,外部無需任何存儲電路，電路結構簡單。

　　2 系統的工作原理及總體方案設計

　　2. 1 AVR 單片機

　　AVR 單片機是增強型內置Flash 的RISC（ReducedInstruction Set CPU） 精簡指令集高速8 位單片機，硬件采用哈佛（Harward） 結構，達到一個時鐘周期可以執行一條指令，絕大部分指令都為單周期指令。支持在系統編程ISP,其中MEGA 系列還支持在應用編程IAP.內置的FLASH 程序存儲器可擦寫1000 次以上，給用戶的開發生產和維護帶來方便?？刹翆?0 萬次E PROM,為掉電后數據的保存帶來方便。AVR 單片機有豐富的片內資源，如RTC、WATCHDOG、A /D 轉換器、PWM 、USART、SPI、TWI 接口等，I / O 口功能強、驅動能力強。

　　2. 2 系統的工作原理

　　本設計采用AVR 系列單片機ATMEGA16 作為主控制器，以DS1302 時鐘芯片和16M 的外置晶振提供準確時間標準、很方便的現實和校準時間。

　　Atmega32 的內核具有豐富的指令集和32 個通用工作寄存器。所有的寄存器都直接與算邏單元（ALU） 相連接，使得一條指令可以在一個時鐘周期內同時訪問兩個獨立的寄存器。采用74HC245 存儲器作為信號功率放大。通過2 片74HC595 移位寄存器實現對數據的播放格式，ATMEGA32 卡內帶32MFLASH,用戶可用專用上位機軟件對要顯示的內容按照預定的顯示格式進行編輯后，通過RS485或RS232 接口，向顯示屏控制卡發送。發送結束后，控制卡可以脫開計算機，自動按照用戶設定的模式顯示所輸入的內容，從而通過LED 顯示屏來顯示你所需要的內容。直到下一次數據更新，所顯示的內容一直保持。

　　2. 3 系統的總體方案設計

　　LED 點陣顯示系統由計算機、RS-232 通訊電路、控制電路和LED 點陣顯示電路構成，結構框圖如圖1 所示。

圖1 系統結構框圖

　　上位機完成把圖像和文字轉換成為顯示屏的顯示碼，并且把顯示信息發通過RS232 送到控制電路上?？刂齐娐愤x用具有32KB 片內FLASH ROM 和2KB 片內RAM 的AT2mega32 單片機，沒有外掛存儲器。如果要存儲更多的顯示信息，可以選用具有64KB 片內FLASH ROM 的AT2mega64 或者具有128kB 片內FLASH ROM 的AT2mega128,也可以外掛存儲器來增大存儲能力?？刂齐娐分饕瓿蓪︼@示數據的滾動和分割處理，然后通過異步串行口發送到每個單元板中。每塊單元板用16 × 32 單色點陣塊拼成的點陣屏，控制電路更新顯示單元板的顯示內容時，對所有單元板按地址逐個發送顯示數據，更新完所有子模塊數據后，再發送一個特殊的地址字0xFF 作為控制字，使所單元板同時更新顯示數據，這樣可以避免當屏幕較大，單元板數量較多時各子模塊畫面更新不同步的問題。對本設計中完成的2 × 10 個單元板而言， 由于通訊速率限制，畫面更新速度最高可達56800 / （ 129 × 24 + 1 ） =18134 幀/ s,由于主控制電路還要完成全屏數據的分割和顯示內容的移動控制， 所以其實際幀數低于上述值，不過用于普通的圖片顯示已經可以達到要求。

　　3 系統硬件設計

　　3. 1 主控制器的選擇

　　Atmega32 是基于增強的AVR RISC 結構的低功耗8 位CMOS 微控制器。由于其先進的指令集以及單時鐘周期指令執行時間，Atmega32 的數據吞吐率高達1 MIPS /MHz,從而可以緩減系統在功耗和處理速度之間的矛盾。

　　Atmega32 有32K 字節的系統內可編程Flash（ 具有同時讀寫的能力， 即RWW ） , 512 字節EEPROM,1K 字節SRAM,32 個通用I /O 口線，32個通用工作寄存器，用于邊界掃描的JTAG 接口，支持片內調試與編程，三個具有比較模式的靈活的定時器/ 計數器（ T /C） ,片內/ 外中斷， 可編程串行USART,有起始條件檢測器的通用串行接口，具有片內振蕩器的可編程看門狗定時器，一個SPI 串行端口，以及六個可以通過軟件進行選擇的省電模式。

3. 2 單元板顯示電路單元

　　顯示驅動電路由RS232 轉換電路、子模塊地址標識電路和點陣驅動電路組成。RS232 轉換電路和主機板中一樣， 同樣采用MAX485 作電平轉換。由于采用單片機的異步串行口進行多機通信進行數據傳輸，單元模塊應該有和其位置相對應的地址標識地址標識電路采用8 位并進串出芯片74HC595 和8 位撥碼開關組成，因此本系統最多可以容納255 個子模塊（ 地址0xFF 作為更新子模塊顯示的控制字）。

　　LED 點陣采用動態掃描法進行驅動，并且實現16 階灰度顯示，為了節省單片機程序中掃描程序的時間消耗，提高掃描速度，顯示數據采用并行輸出的方法。驅動電路采用譯碼器74HC138 和74HC245,分別實現行選和位選。