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移动数据的LED显示屏构成原理介绍及其仿真应用

作者:时间:2011-12-24来源:网络收藏

基于使用目前覆盖范围最广、最稳定的GSM/GPRS/CDMA/小灵通网络,在任何有网络覆盖的地方都可实时方便地通过短消息方式更新的内容,有效解决了更新麻烦、无法监控的困难,减轻了管理部门的工作负担。随着通信技术的发展及LED显示屏幕范围的进一步推广,此种基于移动的LED显示屏幕具有较大价值。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/168727.htm

LED电子显示屏幕作为一种信息显示设备,主要用于播放广告、新闻、通知、天气预报、时间、股票信息、航班信息、售票信息等,在站牌、交通路口、公交车、售票大厅、营业大厅、等候大厅、证券公司、机场、体育、气象、交通控制等场所得到了越来越多的,具有广阔的应用前景。

  但是,传统的LED显示屏使用有线通信方式传输数据,受到地域和布线的严重限制。如果有大量的LED显示屏同时工作,为LED显示屏传输更新的数据就成为很麻烦的事,并且在没有其他附加控制设备的情况下,LED显示屏的管理部门也无法监控LED显示屏的实际运行情况。

1 系统

  此种基于移动数据的LED显示屏幕系统由GSM无线收发模块、MCU(单片机)、LED驱动电路、LED显示屏幕四部分组成。框图如图1所示。

系统的控制中心为MCU(单片机),本设计使用ATMEL公司的AT89C51芯片,它通过串口控制GSM无线模块收发移动数据,并控制LED驱动电路及显示屏幕将需要显示的内容用适当的方式显示出来。GSM无线收发模块使用西门子公司的TC35i,配一张市面上常见的普通SIM卡,负责接收合法用户通过移动网络发过来的显示内容,并将LED显示屏的状态数据通过移动网络回传给用户。LED驱动电路及显示屏幕与传统方式基本相同[1,2],采用具有“16 PIN 08接口”的LED单元板,可拼接成需要的屏幕尺寸。

  使用时,用户只需将希望在LED屏幕上显示的内容在手机或电脑上按短信格式编辑好,然后像普通短信一样发送给插在TC35i模块中的SIM卡所对应的号码。带SIM卡的TC35i模块接收到发来的短信后,首先检查短信的发送者是否为合法用户。若不是合法用户,TC35i丢弃该短信;若是合法用户,则取出要显示的内容,并按要求的方式控制LED屏幕将信息显示出来。同时,TC35i可将LED屏幕的状态数据以短信格式发送给合法用户。如此,利用移动通信网络实现了显示内容及状态数据的双向实时传输。

  考虑到简便性,本文以一块32×64点阵的LED单元板显示16×16点阵的汉字为例说明系统。至于更大尺寸的LED屏幕,只要将类似的多块LED单元板通过“16 PIN 08接口”依次级联即可。

2 硬件实现

2.1 TC35i模块与单片机的硬件接口电路

本系统中移动数据的收发都依靠TC35i模块进行。TC35i模块集射频电路和基带处理于一体,可工作在GSM 900 MHz和DCS 1 800 MHz两个频段,使用RS232串口与MCU(单片机)连接,其RS232数据接口符合GSM07.05和GSM07.07规范,使用标准的AT命令集。模块通过50 Ω的天线连接器连接天线,还通过40引脚的ZIF连接器实现电源和SIM卡支架的连接,以及指令、数据、语音信号及控制信号的双向传输[3]。

图2显示了单片机和TC35i接口的关键部分。

需要注意,系统加电后,为使TC35i进入工作状态,必须给IGT引脚加一延时大于100 ms的低脉冲,并且电平下降持续时间不可超过1 ms。启动后,IGT应保持高电平(3.3 V)。驱动IGT时,TC35i供电电压不能低于3.3 V,否则TC35i不能激活。另外,ZIF连接座的SIMPRES引脚用来检测SIM卡是否插好,如果连接正确,则SIMPRES引脚输出高电平,否则为低电平。

2.2 单片机及LED显示驱动电路

  由于通过移动网络短消息得到的只是汉字的内码,而LED屏幕显示需要汉字的点阵信息,所以在本系统中必须存放GB2312汉字点阵字库,再加上LED屏幕显示时需要存放大量的显示数据,所以在单片机AT89C51的外围扩展了64 KB的RAM(62256)和512 KB的Flash 存储器(29F040)。其中29F040存放点阵字库(HZK16、ASC16)和Unicode转GB2312码表,62256做显示缓存。单片机收到短消息后先把待显示信息转换成GB2312码,显示时再从29F040中读出对应点阵信息存储在62256中。

  单片机P1口用于控制LED屏幕的显示,其中P1.0~P1.3脚分别输出4位行选信号A、B、C、D,ABCD从0000变到1111,逐行扫描1~16行点,将显示数据依次显示出来;P1.4脚输出移位时钟信号SHCLK,使得显示数据可以依次进入LED单元板;P1.5脚输出锁存信号STB,使得显示数据可以稳定输出;P1.6脚输出LED单元板的上16行的显示数据R1,P1.7脚输出LED单元板的下16行的显示数据R2。

  32×64点阵的LED单元板用于显示16点阵的汉字时,可以显示2行,每行4个汉字。其组成电路如图3。行驱动电路使用了2片74HC138芯片,上、下16行的列驱动电路都使用了8片74HC595芯片。具体显示时采用动态扫描方式,单片机输出的4位行选信号A、B、C、D经2片74HCl38译码后逐行扫描LED单元板的1~16行和17~32行;上16行的显示数据R1及下16行的显示数据R2在同一移位时钟信号SHCLK的作用下分别依次打入各自的74HC595,最后在共同锁存信号STB的作用下稳定输出在74HC595的并行输出端。

  在实际制作LED单元板时,往往在74HCl38芯片输出的行扫描线上再加上4953芯片以增加驱动能力。

3 程序设计

3.1 短消息收发控制

  单片机通过AT命令控制TC35i模块进行初始化和短消息的收发,对短消息的控制共有3种模式:Block模式、PDU模式和Text模式。Text模式不支持中文,而使用Block模式需要手机生产厂家提供驱动支持,本系统使用PDU模式进行短消息接收和发送。

  系统上电以后首先对TC35i进行初始化,内容主要包括:
(1)设置短消息中心号码AT+CSCA=“+8613800250500”
CR>(该号码因地区不同而设置不同)。
(2)设置短消息格式AT+CMGF=0CR>(0代表PDU格式)。
(3)设置短消息存放的位置AT+CPMS=“SM”CR>(SM表示将短消息存放在SIM卡中)。
(4)设置短信到达通知AT+CNMI=1,1,0,0,1CR>。此命令可使模块在短消息到达后向单片机发送指令CR>+CMTI:“SM”,INDEX(信息存储位置)CR>。

系统操作过程中,单片机通过AT命令控制TC35i模块接收或发送短消息。命令格式如下:
(1)读取短消息指令AT+CMGR=INDEXCR>。
(2)发送短消息指令AT+CMGS=<length><CR>。
(3)删除短消息指令AT+CMGD=INDEXCR>。
(4)SIM卡状态查询命令AT^SCKS。

接收和发送的短消息均以PDU串的数据形式被单片机处理,PDU串由数字“0”~“9”和字母“A”~“F”组成,是十六进制数或者BCD码十进制数。PDU串不仅包含可显示的消息本身,还包含很多其他信息,如SMS服务中心号码、目标号码、回复号码、编码方式和服务时间等。发送和接收的PDU串结构不完全相同。下面用2个实例说明PDU串的结构和编排方式。

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