1、LED显示屏的计算机远程控制系统设计摘要LED (light-emitting diode)显示屏系统是将光电、计算机以及控制等技术综合一体的现代新技术，它与传统的广告宣传紧密结合成为新的媒体宣传工具，广泛应用于展览中心、金融市场、医院、体育场馆、机场、码头、车站、街道、高速公路等公共场所的信息显示和广告宣传。LED 显示屏系统主要由显示屏、显示屏控制器以及完成文字录入和显示模式控制的计算机三个部分组成。该系统既可以显示中文、英文、也可以显小图形符号或用户指定的特殊图形符号。LED 显示屏由于内容更新方便，显示方式多样和视觉感觉理想而倍受用户的欢迎，也是广告(公共)宣传中近年高速发展的新型科技
2、产品。但是由于其系统配套复杂，控制显示内容只能就近完成，设备维护较复杂，使得 LED 显示屏的应用场所受到很大的限制，这些都要求该技术进一步的完善和提高。本系统是针对只显示文字，图形符号的文字 LED 显示屏系统而进行研究的，通过该系统实现对显示屏的远程控制，随时可以更新显示内容。实现远程控制的方式我们采用目前管理方便，运行成本较低的 RS485 总线传输。而显示屏控制则由控制电路板来完成，即两片单片机和一个双口 RAM。由于 RS485 总线的最大传输距离为 1200 米，其上最多可挂 32 台接收设备，这样就实现了计算机到 LED 屏幕的总分式控制。 该成果是采用信息技术改造传统产业的典型
3、模式。通过系统改造，减少了人流，物流，工作流，极大的加快了信息流，减少了使用管理费用，扩大了 LED 显示屏的应用范围。该技术可以应用在小区、连锁店、学校等新建的公共场所。采用了本系统后，操作者可以在办公室内分时更新多台 LED 显示屏的显示内容。关键词: LED 显示屏，计算机，微处理器，单片机，双口 RAMThe LED display of computer remote control system designAbstractThe display screen system of LED( light-emitting diode) synthesizes the integrat
4、ive modern new technology of the technology, such as photoelectricity, computer and control,etc., It combines closely with traditional advertising and becomes the new media instrument of propaganda, Apply to the exhibition centre extensively, The information of public places, such as financial marke
5、t, hospital, stadium, airport, quay, station, street, expressway,etc. shows and advertising. LED display screen system finish characters input and show by display screen, display screen controller 3 main parts of computer that mode control form mainly, This system can show Chinese, English and can s
6、how the figure symbol or the special figure symbol which the user appointed too .LED display screen because content newer and convenient, display mode variety and vision feel relatively ideal time receive by user favourably, It is the new-type scientific and technologicalproducts of high-speed devel
7、opment in recent years while propagating of advertisement( public) too, But because its system forms a complete set complicatedly, can only finish nearby to control, plant maintenance is relatively complicated, Make a lot of places used receive very great restriction，Cant realize long-range to contr
8、ol and transmit information and need this technology need further perfection and development in step.A systematic one is to only shows the charactersing for this, LEDs display screen of characters system of the figure symbol is studied，Realize through this system what this display screen show conten
9、t long-range to control, at any time go on and show basic purpose that content upgrades . To realize the remote control of the way we use current management, operation convenience with lower cost RS485 bus transport. And display control circuit is accomplished by control, two double mouth and a RAM
10、chip. Due to the maximum transmission distance RS485 bus for 1200 meters, its most 32 receiving equipment can be hanged, thus realizing the computer to control the total fraction LED screen.This result is using information technology to transform traditional industries of typical model. Through the
11、system reform, reduce the flow, logistics, workflow, greatly reduce the speed, the use of information management fee, expanded the LED display applications. This technology can be applied in the village, chain, the new public schools, etc. Using this system, the operator can be updated in office tim
12、e many LED display show content.Keywords: LED display screen, the computer, Microprocessor, MCU Multi-RAM第 1 页 共 46 页 1 绪论1.1 LED显示屏简介LED 显示屏系统 1，主要由显示屏 (含显示阵列，行、列驱动电路，电源)显示屏控制器和计算机(含录入管理软件)这三个主要部分组成。可以实现视频、音频、数据及其它信息接收、存储、管理和最终的显示播放。主要功能是再现图文声音和视频信息。它是集光、电、声为一体的新型广告媒体。它采用先进的多媒体技术和相应的软件，可以通过计算机键盘、扫描
13、仪、录像机、摄像机等输入中西文字，图形视频图像等。由计算机发出的信息和控制信号，通过控制器和行列驱动电路，控制发光二极管的亮暗状态，从而在显示阵面上显示出多色，多灰度生动活泼的绚丽多彩的各种画面 2。LED 显示屏是作为广播、电视、报纸、杂志之后的又一新传播媒体。目前在商场、广场、体育馆、车站、码头、航空港、医院、银行、证券期货交易所、电视台的演播室、大型企业形象宣传牌、监控中心等处都有日益广泛的应用。LED 显示屏根据使用场所可以分为室外屏和室内屏两种，其主要区别是发光管的发光亮度不同。而根据所显示的内容则也可以分为图像屏和文字屏两种，图像屏可以显示图象以及多媒体，而文字屏则主要显示文字，也
14、可以显示简单的固定图像，有单色和三色两种。显示图像的多媒体室外屏是投资巨大(高达数百万)的大型高档设备，主要应用在大型公共场所、形象工程和一些重要场所。LED 室外全彩色显示系统由红、绿、蓝三原色组成，可显示自然界所有颜色，在阳光照射下，屏幕能够显示清晰的图像。室外系统采用功能强大的多媒体技术，可实时播放电视或录像，不仅能显示各种图像文字，而且能将二维或者三维电脑动画与视频相叠加，适用于商业区、展览中心、体育场馆、娱乐中心、商场、车站、航空港、码头等处的信息显示和广告宣传。其特点为:电耗低、寿命长、全天候，可在任何地点安置。室内 LED 显示系统也能实现视频、声音、新闻及其他信息的接收、存储、
15、管理和最终播放，是一种全新的户内传播媒体。系统可以将电视、录像、影碟及计算机图像等多种不同类型媒体的内容作为播放的节目信息源，具有简单方便和直观演示播放的特点，已适用于商场、车站、空港码头、大型宾馆、会议中心、展览中心、证券等处的室内商业广告和各种信息的显示和宣传。由于该场所主要以文字显示为主，所有以文字屏为主，这也是我们所见到最多的 LED 显示屏，由于其屏幕面积较大，有时也第 2 页 共 46 页 称其为 LED 大屏幕显示系统。系统中控制器中的单片机通过 RS-485 接收由上位机(计算机) 传入的显示信息和控制信息，写入双口 RAM 进行储存。当显示系统正常运行时，系统可以将 RAM
16、的内容读出，根据内容控制各个控制信号，一并送入 LED 显示屏体进行显示，通过各个发光二极管的亮暗实现完整的信息显示 3。在系统中单片机控制采集数据并存贮数据到双口RAM 系统。1.2 LED显示屏存在的问题以及发展尽管目前 LED 显示屏的应用范围越来越广，但是在应用中也暴露出一些新的问题，如内容更新必须要计算机完成；作为控制的计算机离 LED 屏幕距离有一定的距离(一般不超过 10 米) 限制;每台计算机一般只能控制一台 LED 显示屏。这一切都极大的限制了LED 的显示屏的发展。如果用户要求远程控制或多台控制则就更难实现。除此之外，由于每个系统中必须有一台计算机进行控制，这使得系统的单体
17、投资比较大，维护管理费用也比较高，这一切都极大的制约了 LED 显示屏的发展。国内外的 LED 生产厂家对远程控制这一需求也进行了研究，也提出了一些解决方案，但是在实际运行中都有一定的限制，如有的生产厂家将互联网技术引入远程传输，即每个 LED 显示屏还采取的是原来的计算机系统，但是计算机与互联网相连，通过互联网实现与远程计算机进行数据交流，这种方法从原理上可以实现，但是在实际使用上还有很大的差距，如对客户的每个 LED 显示屏都要求与互联网相连接，从运行管理上这种远程控制方式并不能解决现场上不用计算机设备这一功能，日常运行管理费用比原来的还高，因此这种方法实际使用的很少。从 LED 显示屏的
18、需求上，市场上不仅需要像大屏幕的这样大型的显示屏，也需要根据不同场地配置不同规格的小型显示屏。但是由于 LED 显示屏无论大型还是小型，其最小系统的三大组成部分不能改变，而对于三部分中占投资比重较大的计算机实际利用率并不高，仅在内容更新时才与 LED 显示屏相连接，如果能将计算机去掉或多台LED 显示屏公用一台计算机，则可以有效的减少一次性投资，大大的拓宽了 LED 显示屏的使用范围，这将有着非常重要的市场价值。现代化的大工业的发展是将自动控制原理充分的应用到生产过程中，现代化的流水线除了将中心控制的控制信号和现场的控制器相连接外，也通过公共通信网络实现第 3 页 共 46 页 远程控制，实现
19、计算机(又称上位机)和各个小的控制器(下位机)的有机结合，组成一个科学的自动控制系统。我们将现代工业控制的方式方法应用到 LED 显示屏的远程控制系统。将位一于 LED 显示屏的现场控制计算机采用专用的控制器代替，再通过 RS485网络与集中控制的计算机相连是实现远程控制并能有效解决上述问题的方法之一。综上所述，为了有效的解决以上问题，我们提出了基于 RS485 总线的远程控制LED 显示屏方案。13 项目研究的意义传统的文字 LED 显示屏尽管有信息更新方便和视觉效果较好深受用户的欢迎，但由于一次投资大，远程控制功能差使得使用范围受到很大的限制，特别是需要远距离大范围多点应用 LED 显示屏
20、则成本和维护费用则更高，为了减少日常维护费用，积极开拓 LED 显示屏的应用范围，我们采用在现代化大工业中采用的远程数据传输和远程控制技术，将位于各个地区的 LED 显示屏实现远程控制，依托 RS485 网络可以实现对显示屏显示内容的远程更新。该技术的研究成功可以对广告业有巨大的推动作用，如果将该技术应用在己经建设好的 LED 显示屏上，则将 LED 显示屏的日常维护管理由专业的人员(公司 )远程操作，减少的维护管理费用，这也可以使用在显示屏需要移动的场所。如果将该技术使用在新建 LED 显示屏则效益更加明显，由于采用远程控制，其位于现场的显示屏可以根据功能、位置选择不同的型号。各种型号的 L
21、ED 显示屏都可以由远程计算机进行不同内容的更新，这样就可以将过去要使用 LED 显示屏必须要三大部分（LED 显示屏、控制器、计算机)简化为两部分，将投资的计算机去掉，这样就可以使 LED 显示屏应运范围更广，特别是有许多连锁店的商业机构，有成片开发的小区，大型的校园则使用效果更加明显。该技术的成熟也有可能使广告行业派生出新的服务功能和服务行业，如果将计算机管理人员、显示屏维护人员和广告宣传策划人员有机的结合，组成以服务 LED 显示屏服务的广告服务公司，解决众多使用 LED 显示屏企业中专业维护人员不足的这一基本问题，为企业提供包括 LED 内容更新和日常维护的全部工作，实现专业人员专业使
22、用的功能。其商业价值也非常显著，完全符合现代社会的专业分工更细的发展要求，因此可能使广告服务有新的模式出现。可以预见，在一个地区采用一台计算机控制多台显示屏实现内容即时更新，就是第 4 页 共 46 页 实现了信息流的快速传递，减少了过去传统的人流、物流和工作流，使得信息传播更加迅速，从而为企业带来的巨大经济效益。1.4 LED显示屏远程控制系统图 1.1 是我们采用全新技术的 LED 显示屏远程控制系统的原理框图。计算机将编好的内容经 RS232/RS485 转换卡发送给接收单片机。实现数据转发的接口板有两个单片机，一个用于控制双口 RAM 的接受，另一个单片机把双口 RAM 内的数据传输给
23、显示屏，从而完成整个数据的传输 4。计算机 RS-232 电缆 RS232/RS485 转换卡接收单片机 双口RAM发送单片机 译码器 移位寄存器 LED显示屏接口板 LED 显示板接口RS-485图 1.1 LED 显示屏控制系统原理图1.5 系统要进行研究的主要内容1.5.1上位机通信软件设计根据 LED 显示屏系统的工作原理以及建立的运行控制模式，编程在计算机上使用的专用软件，进行数据的发送。1.5.2.接口板硬件电路设计接口板是解决位于传输线一端的计算机与另一端的 LED 显示器连接的问题。其作用是把来自计算机的数据存入双口 RAM，再由发送单片机把数据送入 LED 显示屏上进行显示。
24、使系统能正常运行的核心部位是单片机。整个过程如图 1.2 所示。第 5 页 共 46 页 计算机 RS232/RS485 转换卡接收单片机 双口RAM发送单片机屏幕显示控制信号RS232 RS485图 1.2 接口板电路框图1.5.3.下位机控制软件设计 此系统软件主要由两部分组成：即接收单片机软件和发送单片机软件。接收软件主要用于接收上位机传入的数据，单片机初始状态监测上位机的控制信号。单片机监测到控制信号后，把双口 RAM 内容清零。接收上位机传入的数据，并把数据存入双口 RAM 内。监测到数据传输结束后，发控制信号给另一单片机。随后程序返回到监测状态，继续监测上位机的控制信号。发送软件主
25、要用于从双口 RAM 读数据，并通过串行口发送数据到显示屏。单片机初始状态监测另一单片机发出的控制信号，监测到控制信号后，从双口 RAM 内读数据，并通过串行口传送数据到显示屏内的控制器解除交握。程序返回到监测另一单片机发出的控制信号状态。1.5.4.LED显示屏控制器设计LED 显示屏的控制和驱动电路由发送单片机、列驱动电路、行驱动电路、移位寄存器及附属电路组成。该电路的显示采用逐行扫描方式。工作时，单片机从缓冲区取出第一行需要显示的点阵数据，再由列点阵数据输入端按位依次串行输入至列移位寄存器。然后，让行点阵选通端使能，从而使列移位寄存器中的数据同时并行输出以选通该行。经延时一段时间后，再进
26、行下一行点阵数据的显示，经过不断的逐行扫描来实现字符或简单图形的显示。1.6各项研究的基本要求1.6.1 计算机收发软件功能要求（1）能够分时向各个单片机发送数据。第 6 页 共 46 页 （2）采用 windows 界面。1.6.2接口板接收单片机软件性能要求（1）实现远程呼叫的响应。（2）能够接收由计算机控制并经传输线输出的数据，并把数据存入双口 RAM 内。（3）检测数据传输的工作状态，系统结束后，发控制信号给接口板的发送单片机。1.6.3接口板发送单片机软件性能要求（1）检测接收单片机的控制信号。（2）从双口 RAM 中读数据，并通过串行口发送给显示屏。1.6.4接口板硬件性能要求（1
27、）实现数据转发。（2）保证信号收发时序的配合要求。1.6.5 LED显示屏性能要求（1）显示清晰，亮度适中（2）显示内容无闪烁 第 7 页 共 46 页 2 硬件系统介绍2.1微处理器2.1.1微处理器的发展微处理器又称单片机，具有控制功能强，体积小，功耗小等一系列的优点，它在工业控制、智能仪表、节能技术改造、通讯系统、信号处理及家用电器产品中都得到广泛的应用。随着数字技术的发展和单片机的广泛应用，以往采用模拟电路、数字电路实现的电路系统，大部分功能单元都可以通过对单片机硬件功能的扩展及专用控制程序来实现 6。近年来，微处理器的发展速度足以让世人惊叹。以计算机为主导的信息技术作为一种崭新的生产
28、力，正在向社会的各个领域渗透，也使机电一体化的进程大大加快。机电一体化是当今制造技术和产品发展的主要倾向，也是我国机电工业发展的必由之路。可以认为，它是用系统工程学的观点和方法，研究在机电系统和产品中如何将机械、计算机、信息处理和自动控制技术综合应用，以求机电系统和产品达到最佳的组合。机电一体化产品所需要的是嵌入式微型处理器，各种型号和功能更强的单片机和超级接口芯片不断出现，进一步向高层次发展的重要标志就是构成多机系统和分布式网络。世界上单片机芯片的产量以每年 27%的速度递增，到本世纪初已达 30 亿片，而我国的年需求量也超过了一亿片的数量，这表明单片机有着广阔的应用前景。目前而言，英特尔公
29、司的“MCS-51 系列”是所有单片机应用中的基础，后续的产品基本上是在它们的基础上进行性能改良和设计开发的，MCS-51 单片机应用系统功能较强、价格较低，较早应用，目前应用广泛。MCS-51 系列的三个基本产品是 8031,8751,8051。它们本是同根生，引脚与指令完全兼容，核心是一个 8 位的 CPU，但内部结构有所不同。8031 除 CPU 外，还包括 128 字节的 RAM, 21 个特殊功能寄存器(SFR)、4 个 8 位并行输入输出口、1 个全双工串行口，2 个 16 位的定时器/计数器，但内部没有程序存储器，需要在芯片外扩展 EPROM 芯片。8051 包含了 8031，芯片内又集成了 4K 字节的 ROM，用作程序存储器，并且 8051 是掩膜型单片机，不超过 4K 字节的程序是厂家制作芯片时，
