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LED顯示屏動態(tài)顯示和遠程監(jiān)控的實現(xiàn)
摘 要：由于普通LED點陣顯示屏動態(tài)顯示通常采用硬件掃描驅(qū)動，這在一些需要特殊顯示的場合顯得不夠靈活。文中提出了一種利用PC機和單片機的通訊來實現(xiàn)顯示屏靈活的動態(tài)顯示和遠程監(jiān)控的設計方法，同時該方法還可以將顯示內(nèi)容在PC機上進行預覽。
關鍵詞：LED；動態(tài)顯示；遠程控制；顯示預覽
1引言
LED 點陣電子顯示屏是集微電子技術、計算機技術、信息處理技術于一體的大型顯示屏系統(tǒng)。它以其色彩鮮艷，動態(tài)范圍廣，亮度高，壽命長，工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點而成為眾多顯示媒體以及戶外作業(yè)顯示的理想選擇。同時也可廣泛應用到軍事、車站、賓館、體育、新聞、金融、證券、廣告以及交通運輸?shù)仍S多行業(yè)。
目前大多數(shù)的LED點陣顯示系統(tǒng)自帶字庫。其顯示和動態(tài)效果（主要是顯示內(nèi)容的滾動）的實現(xiàn)主要依靠硬件掃描驅(qū)動，該方法雖然比較方便，但顯示只能按照預先的設計進行。而實際上經(jīng)常會遇到一些特殊要求的動態(tài)顯示，比如電梯運行中指示箭頭的上下移動、某些智能儀表幅值的條形顯示、廣告中廠家的商標顯示等。這時一般的顯示系統(tǒng)就很難達到要求。另外，由于受到存儲器本身的局限，其特殊字符或圖案也往往難以顯示，同時顯示內(nèi)容也不能隨意更改。本文提出一種利用PC機和單片機控制的LED顯示系統(tǒng)通訊方法。該方法可以對顯示內(nèi)容（包括漢字和特殊圖符）進行實時控制，從而實現(xiàn)諸如閃動、滾動、打字等多種動態(tài)顯示效果。該方法同時還可以調(diào)節(jié)動態(tài)顯示的速度，同時用戶也可以在PC機上進行顯示效果的預覽，顯示內(nèi)容亦可以即時修改。另外，通過標準的RS232／485 轉(zhuǎn)換模塊還可以實現(xiàn)對顯示系統(tǒng)的遠程控制。
2系統(tǒng)硬件設計
本 系統(tǒng)主要的硬件設計是下位機單片機的顯示 控制部分。而上位機（PC機）與單片機顯示控制部分的接口為標準RS232通訊方式。若需實現(xiàn)遠程監(jiān)控，只需增加RS232／485轉(zhuǎn)換模塊即可，該部分已有成熟的電路設計，故不再詳細敘述。
具體的LED顯示屏控制電路如圖1所示。整個電路由單片機89C52、點陣數(shù)據(jù)存儲器6264、列驅(qū)動電路ULN2803、行驅(qū)動電路TIP122、移位寄存器4094及附屬電路組成。該電路所設計的電子屏可顯示10個漢字，需要40個8×8 LED點陣模塊，可組成16×160的矩形點陣。由于AT89C52僅有8k存儲空間，而顯示的內(nèi)容由PC機控制，因此不可能預先把需要顯示的內(nèi)容做成點陣存在單片機中，而只能由PC機即時地把所需顯示的點陣數(shù)據(jù)傳給單片機并存入緩沖區(qū)6264。
該電路的顯示采用逐行掃描方式。工作時，由單片機從緩沖區(qū)取出第一行需要顯示的20字節(jié)點陣數(shù)據(jù)，再由列點陣數(shù)據(jù)輸入端P1．2口按位依次串行輸入至列移位寄存器，其數(shù)據(jù)輸入的順序與顯示內(nèi)容的順序相反。然后置行點陣選通端P1．3為1，即置行移位寄存器的D為高電平，STR使能（所有4094的OE 引腳接＋5V電平），從而使列移位寄存器中的數(shù)據(jù)同時并行輸出以選通該行。經(jīng)延時一段時間后再進行下一行點陣數(shù)據(jù)的顯示。需要注意的是，每次只能選通一行數(shù)據(jù)，即要通過不斷的逐行掃描來實現(xiàn)漢字或字符的顯示。
3顯示與控制的設計
在筆者設計的PC機控制多單片機顯示系統(tǒng)中，用PC機實現(xiàn)的主要功能包括單片機顯示子系統(tǒng)的選擇，顯示方式選擇（包括靜態(tài)、閃動、滾動、打字等），滾動方向選擇（包括上下滾動和左右滾動），動態(tài)顯示速度調(diào)節(jié)（即文字閃動頻率、滾動速度、打字顯示速度等），顯示內(nèi)容輸入及顯示預覽等。單片機一般通過 RS232／485串行接收PC機發(fā)出的顯示指采用定時器中斷方式進行行掃描，每次中斷顯示一行，定時中斷時間為1．25ms，這樣整屏的刷新率為 50Hz，因而無閃爍感。
實現(xiàn)動態(tài)顯示速度調(diào)節(jié)的方法通常是改變定時器的中斷時間，但是當顯示速度很慢的時候，該方法容易使整屏的刷新率降低，從而使顯示內(nèi)容出現(xiàn)閃爍。因此，本設計采用一種“軟定時”方法，即在程序中命名一變量作為“軟定時器”，以用來設定兩次動態(tài)顯示的時間間隔。在對定時中斷調(diào)用計數(shù)時，如果調(diào)用次數(shù)達到設定值，則改變顯示內(nèi)容。為保證能夠正常顯示，“軟定時器”的設定值必須大于整屏顯示周期。由于顯示屏每行顯示1．25ms，整屏顯示周期為20ms，考慮到余量的情況，可將軟定時器的設定值定在大于30ms。如此循環(huán)計數(shù)，即可實現(xiàn)動態(tài)顯示?！败浂〞r器”的設定值可以通過上位機PC機來改變，這樣既可實現(xiàn) LED動態(tài)顯示的速度調(diào)節(jié)，又可保持顯示內(nèi)容的流暢和無閃爍感。
3．1單片機動態(tài)顯示控制
以上提到的靜態(tài)、閃動、滾動和打字等4種顯示方式，實際上是單片機定時中斷程序進行行掃描處理的不同方法。下面將分別說明如何實現(xiàn)這4種顯示方式。
靜態(tài)顯示只需在定時中斷處理程序中從顯示緩沖區(qū)調(diào)入相應的一行顯示數(shù)據(jù)，然后選中該行即可實現(xiàn)該行的顯示，如此循環(huán)，便可顯示整個內(nèi)容。閃動顯示與此類似，不同的是要間隔一個“軟定時器”的定時時間，在行掃描時，行移位寄存器的D端打入的全為0，可使得整屏不顯示，以確保黑屏時間與顯示時間相等，從而實現(xiàn)漢字或圖符的閃動顯示。
滾動顯示要求需要顯示的內(nèi)容每隔一定時間向指定方向（這里以從右向左為例）移動一列，這樣顯示屏可以顯示更多的內(nèi)容。為此，需要在下次移動顯示之前對顯示緩沖區(qū)的內(nèi)容進行更改，從而完成相應點陣數(shù)據(jù)的移位操作。具體操作方法是：
設置一個顯示緩沖區(qū)（如圖2所示），該區(qū)應包括兩部分：一部分用來保存當前LED顯示屏上顯示的10個漢字點陣數(shù)據(jù)；另一部分為點陣數(shù)據(jù)預裝載區(qū)，用來保存即將進入LED顯示屏的1個漢字的點陣數(shù)據(jù)。滾動指針始終指向顯示屏的最右邊原點。當滾動指針移動到需要顯示的點陣數(shù)據(jù)存儲區(qū)的第1個漢字的首地址時，顯示緩沖區(qū)LED顯示區(qū)為空白，而預裝載區(qū)已保存了第1個待顯示漢字的點陣數(shù)據(jù)。當需要滾動顯示時，則可在接下來的掃描周期的每個行掃描中斷處理程序中，將對顯示緩沖區(qū)的相應行點陣數(shù)據(jù)左移一位，同時更改顯示緩沖區(qū)的內(nèi)容。（需要注意的是，要確保該操作能在1．25ms的中斷時間內(nèi)完成。這里89C52采用22MHz晶振，實驗證明可以實現(xiàn)該操作）。這樣，在一個掃描周期后，整個漢字將左移一列，而顯示緩沖區(qū)的內(nèi)容也同時更改。由于預裝載區(qū)保存了1個漢字點陣數(shù)據(jù)，即16×16點陣，所以當前顯示緩沖區(qū)的內(nèi)容只能移動16列。當下一個滾動到來時，滾動指針將移動到點陣數(shù)據(jù)存儲區(qū)的下一個漢字的首地址，并在預裝載區(qū)存入該漢字的點陣數(shù)據(jù)。然后重復執(zhí)行上述操作便可實現(xiàn)滾動顯示。特殊字符或圖形的顯示與此類似，這里不再贅述。
打字顯示要求漢字在顯示屏上按從左到右的順序一個個的出現(xiàn)，如同打字的效果。設計時可采用如下方法：首先將LED顯示屏對應的顯示緩沖區(qū)全部清零，即 LED顯示空白，然后每間隔一個“軟定時器”設定的動態(tài)顯示時間，顯示緩沖區(qū)依次加入一個漢字點陣數(shù)據(jù)并進行掃描顯示，這樣就可達到打字顯示的效果。
3．2 PC機控制程序
a．通訊功能的實現(xiàn)
在Windows環(huán)境下，實現(xiàn)PC與單片機的通訊可利用Windows的通訊API函數(shù)或者利用VC＋＋（或其它語言）的標準通訊函數(shù)＿inp、＿outp來實現(xiàn)。但上述兩種方法比較繁瑣，而采用ActiveX控件MSComm32來實現(xiàn)則非常方便。該控件用事件的方式簡化了對串口操作的編程，并可設置串行通信的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收，還可對串口狀態(tài)及串口通信的信息格式和協(xié)議進行設置。
| 舊屏 | |
| 6AV6 545-0BA15-2AX0 | TP170A觸摸式面板 |
| 6AV6 545-0BB15-2AX0 | TP170B觸摸式面板,5.7寸單色中文顯示 |
| 6AV6 545-0BC15-2AX0 | TP170B觸摸式面板,5.7寸彩色中文顯示 |
| 6AV6 542-0BB15-2AX0 | OP170B操作員面板,5.7寸單色中文顯示 |
| 6AV6 545-0CA10-0AX0 | TP270-6觸摸式面板,5.7寸彩色中文顯示 |
| 6AV6 545-0CC10-0AX0 | TP270-10觸摸式面板,10.4寸彩色中文顯示 |
| 6AV6 542-0CA10-0AX0 | OP270-6操作員面板,5.7寸彩色中文顯示 |
| 6AV6 542-0CC10-0AX0 | OP270-10操作員面板,10.4寸彩色中文顯示 |
| 6AV6 542-0AG10-0AX0 | MP270B按鍵式面板,10.4寸彩色中文顯示 |
| 6AV6 545-0AH10-0AX0 | MP270B-6 觸摸式面板，5.7寸彩色中文 |
| 6AV6 545-0AG10-0AX0 | MP270B-10 觸摸式面板,10.4寸彩色中文顯示 |
| 6AV6 542-0DA10-0AX0 | MP370按鍵式面板,12寸256色中文顯示 |
| 6AV6 545-0DA10-0AX0 | MP370觸摸式面板,12寸256色中文顯示 |
| 6AV6 545-0DB10-0AX0 | MP370觸摸式面板,15寸256色中文顯示 |
| 6AV6 574-2AC00-2AA1 | CF 存儲卡 512 MB |
S7-300
- 模塊化微型PLC系統(tǒng)，滿足中、小規(guī)模的性能要求
- 各種性能的模塊可以非常好地滿足和適應自動化控制任務
- 簡單實用的分布式結構和多界面網(wǎng)絡能力，應用十分靈活
- 方便用戶和簡易的無風扇設計
- 當控制任務增加時，可自由擴展
- 大量的集成功能使它功能非常強勁
S7-300F
- 故障安全型自動化系統(tǒng)，滿足工廠日益增加的安全需求
- 基于S7-300
- 可連接配有安全相關模塊的附加 ET 200S 和 ET 200M 分布式 I/O 站
- 通過采用 PROFIsafe 行規(guī)的 PROFIBUS DP 進行安全相關通訊
- 此外，還有用于與安全無關應用的標準模塊
提供了以下標準 CPU
- CPU 312，用于小型工廠
- CPU 314，用于對程序量和指令處理速率有額外要求的工廠
- CPU 315-2 DP，用于具有中/大規(guī)模的程序量以及使用PROFIBUS DP進行分布式組態(tài)的工廠
- CPU 315-2 PN/DP，用于具有中/大規(guī)模的程序量以及使用PROFIBUS DP和PROFINET IO進行分布式組態(tài)的工廠，在PROFInet上實現(xiàn)基于組件的自動化中實現(xiàn)分布式智能系統(tǒng)
- CPU 317-2 DP，用于具有大容量程序量以及使用PROFIBUS DP進行分布式組態(tài)的工廠
- CPU 317-2 PN/DP，用于具有大容量程序量以及使用PROFIBUS DP和PROFINET IO進行分布式組態(tài)的工廠，在PROFInet上實現(xiàn)基于組件的自動化中實現(xiàn)分布式智能系統(tǒng)
- CPU 319-3 PN/DP，用于具有極大容量程序量何組網(wǎng)能力以及使用PROFIBUS DP和PROFINET IO進行分布式組態(tài)的工廠，在PROFInet上實現(xiàn)基于組件的自動化中實現(xiàn)分布式智能系統(tǒng)
-
CPU 312 安裝有：
- 微處理器;
處理器處理每條二進制指令的時間可達 100 ns。 - 擴展存儲器;
與執(zhí)行相關的程序段的 32 KB 高速 RAM（相當于約 10 K 指令）可以為用戶程序提供足夠的空間；
SIMATIC 微型存儲卡（最大 4 MB）作為程序的裝載存儲器，還允許將項目（包括符號和注釋）存儲在 CPU 中。 - 靈活的擴展能力;
多達 8 個模塊，（1排結構） - MPI多點接口;
集成的 MPI 接口最多可以同時建立與 S7-300/400 或編程設備、PC、OP 的 6 條連接。在這些連接中，始終為編程器和 OP 分別預留一個連接。通過“全局數(shù)據(jù)通訊”，MPI可以用來建立最多16個CPU組成的簡單網(wǎng)絡。 -
- 口令保護;
用戶程序使用密碼保護，可防止非法訪問。 - 診斷緩沖;
診斷緩沖區(qū)中可存儲最后 500 個錯誤和中斷事件，其中的 100 個事件可以長期保留。 - 免維護的數(shù)據(jù)后備;
如果發(fā)生斷電，則可通過 CPU 將所有保持性數(shù)據(jù)自動寫入到 SIMATIC 微型存儲卡（MMC 卡）上，且將在再次通電時保持不變。
可參數(shù)化的特性
可以使用 STEP 7 對 S7 的組態(tài)、屬性以及CPU的響應進行參數(shù)設置：
- MPI多點接口;
定義站地址 - 重啟動/循環(huán)時間特性；
最大循環(huán)時間以及負載限制，以及自檢測功能 - 時鐘存儲器；
設定地址 - 防護等級；
定義程序和數(shù)據(jù)的訪問權限 - 系統(tǒng)診斷；
定義診斷報警的處理和范圍 - 看門狗中斷；
周期設定 - 時鐘中斷;
設定起始日期、起始時間和間隔周期
顯示功能與信息功能
- 狀態(tài)和故障指示；
發(fā)光二極管顯示，例如，硬件、編程、定時器或I/O出錯以及運行模式，如RUN、STOP、Startup。 - 測試功能；
可使用編程器顯示程序執(zhí)行過程中的信號狀態(tài)，可以不通過用戶程序而修改過程變量，以及輸出堆棧內(nèi)容。 - 信息功能；
您可以使用 PG 以純文本的形式獲取 CPU 存儲容量和操作模式、主存儲器和裝載存儲器的當前利用率以及當前循環(huán)時間和診斷緩沖區(qū)內(nèi)容的相關信息。
集成的通訊功能
- PG/OP 通訊
- 全局數(shù)據(jù)通訊
- S7 基本通訊
- S7 通訊(只是服務器)
系統(tǒng)功能
CPU 具有廣泛的系統(tǒng)功能特性，諸如：診斷、參數(shù)賦值、報警、定時和測量等。
詳細信息請參見手冊。
西門子S7-200編程電纜制作
西門子S7-200編程電纜100%能用，絕對無損壞電腦和PLC，安全可靠。(注：681是電阻，它的阻值是680歐姆；682是電阻，它的阻值是6.8K)
