0 引言

　　本文設計一種內容更新便捷、可擴展、低價格的點陣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的藍牙數據傳輸功能進行LED 顯示內容的更新，免去專業上位機軟件和控制卡的成本，操作也更簡單;②單次顯示內容在5 ~ 30 個漢字或英文字母，因為顯示內容較少，就可實現擴展電路的簡單化。

　　1 系統設計方案

　　1. 1 系統組成

　　系統由帶藍牙功能的智能手機和LED 顯示屏組成。其中，LED 顯示屏由單片機、LED 點陣模塊、字庫芯片、藍牙接收模塊、5V 開關電源和3.3V 穩壓電路組成，如圖1 所示。系統工作過程是： 用戶通過智能手機的記事本編輯"數據",并經無線藍牙發送到顯示屏上的藍牙接收模塊。主控單片機讀取藍牙接收模塊接收的"數據"并進行處理。"數據"由"控制命令"和"顯示內容"構成，兩部分數據用自定義特征符分隔開。"控制命令"用于對顯示屏的亮度、顯示內容移動速度和移動方向進行設置; 而單片機根據收到的"顯示內容"的字符代碼在字庫芯片中找到相應的32 字節顯示代碼送點陣屏顯示。

　　圖1 系統組成

　　1. 2 LED 點陣屏工作原理

　　LED 點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 點陣LED 構成，尺寸為160* 320mm2.單元板的工作原理如下。

　　每板有16 行32 列，數據的顯示采用傳統的行列式掃描方式。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4 行，每次同時選通4 個4 行中的同序對應行，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，每塊單元板上有16 片，每片分別控制4 行8 列的點陣小單元。行控制是由1 片譯碼器74LS138 承擔，每次使單元板的4 個4 行的同序對應行選通。為了保證正常的電流驅動( 亮度) ,74LS138 的輸出經AMP4593 驅動放大。每塊單元板有4 片，每片分別驅動4 行。16 片74HC595 接成級聯方式，由于每4 行32 列需4 片74HC595, 16 行32 列就是16 片。設第一個4 行的4 片74HC595 序號為1、2、3、4,第二個4 行的4 片74HC595 序號為5、6、7、8,依次類推。每一片的數據輸出端接到下一片的輸入端，數據從第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，經過8 × 16 個脈沖，最先移入的數據位移到了第16 片的最低位( 也是該片的輸出端) ,所有數據都移入后，就可顯示一板完整的內容，按此規律即可進行顯示的軟件設計。如果顯示的字數多，拼接的LED 單元板就多，顯示一屏完整內容所需的移位脈沖就多。這種顯示方式要求主控單片機有較高的指令執行速度，否則就會有閃爍感。點陣單元板原理圖如圖2 所示。

　　圖2 點陣單元板原理圖

　　2 系統主要模塊的選擇和電路設計

　　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展，要求系統主控單片機有較快的運行速度; 較大的存儲空間用于存儲顯示數據，因此選用美國silicon 公司的C8051F410.該芯片是一款高性能產品，FTQP - 32 封裝( 9mm* 9mm) 大大減小了體積; 由于采用了精簡指令結構，使得每個機器周期僅需一個時鐘周期，運算速度快大大加快，如果使用片內24. 5MHz 的內部時鐘，其運行速度大約是普通8051 單片機工作在12MHz 時鐘時的24 倍; 芯片內部資源豐富，自帶看門狗，通過JTAG 接口連接調試器，可方便硬件在線調試; 芯片內含UART、SPI、I2C 等通信接口，方便與外圍芯片連接; 4 個定時器/計數器使編程更方便; 自帶的16K/32KFLASH,可存儲大約1K 個漢字。

　　2. 1. 2 最小系統電路設計

　　系統對單片機時鐘的精度和溫度穩定度都沒有特別要求，可以直接使用C8051F410 單片機內部自帶的時鐘振蕩器，而無需外接振蕩器。使用時要注意的是，是芯片工作電源是從Vregin 引腳引入( + 3. 3V) ,VDD 是內部基準電壓輸出引腳，VIO 是I /O 口作為數字引腳時的電源輸入引腳。電路設計時必需在緊靠這3 個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，與藍牙模塊連接。這12 根引腳都需配置為數字引腳。最小系統電路如圖3 所示。

　　圖3 C8051F410 單片機最小系統

　　2. 2 藍牙模塊

　　2. 2. 1 模塊選擇

　　選用藍牙模塊的要求是： 價格便宜、體積小，使用方便。符合條件的藍牙模塊產品很多。設計選用的是南京國春電氣生產的GC - 02 藍牙模塊，這是款高質量的CLASS2 藍牙模塊。此藍牙模塊內部帶有對象交換協議( OPP) 文件接收功能，只要上電后，就可被手機藍牙識別，并可成功配對建立連接，接收手機藍牙傳輸的文件。

　　GC - 02 藍牙模塊共有29 個引腳，可通過SPI 接口或UART接口與單片機通信。本系統單片機選擇UART 方式與GC - 02進行通信。藍牙模塊處于待機模式時，已配對過的手機向藍牙模塊發送文件，未配對的手機需先進行配對，輸入正確的PIN 碼( 即配對密碼) 即可配對。此藍牙模塊的出場廠PIN 碼是"1234",其PIN 碼可通過向藍牙模塊發送指令進行修改。

　　2. 2. 2 電路設計

　　單片機通過引腳P0.4 和P0. 5 與藍牙模塊GC- 2 的串口( 12 腳和13腳) 進行通信，藍牙模塊的其他功能未用。單片機與藍牙模塊的連接如圖4所示。

　　圖4 單片機與藍牙模塊的連接圖。