引言
本文设计的是一种内容更新便捷、可扩展、低价格的点阵 LED文字显示屏。
降低成本的途径是：1、用几乎人人都有的手机的蓝牙数据传输功能进行LED显示内容的更新，免去专业上位机软件和控制卡的成本，操作也更简单；2、单次显示内容在5至30个汉字或英文字母，因为显示内容较少，就可实现扩展电路的简单化。
1 系统设计方案
1.1 系统组成
系统由带蓝牙功能的智能手机和LED显示屏组成。其中，LED显示屏由单片机、LED点阵模块、字库芯片、蓝牙接收模块、5V开关电源和3.3V稳压电路组成，如图1所示。系统工作过程是： 用户通过智能手机的记事本编辑“数据”，并经无线蓝牙发送到显示屏上的蓝牙接收模块。主控单片机读取蓝牙接收模块接收的“数据”并进行处理。“数据”由“控制命令”和“显示内容”构成，两部分数据用自定义特征符分隔开。“控制命令”用于对显示屏的亮度、显示内容移动速度和移动方向进行设置； 而单片机根据收到的“显示内容”的字符代码在字库芯片中找到相应的32字节显示代码送点阵屏显示。
 图1 系统组成
1.2 LED 点阵屏工作原理
LED 点阵显示屏可按显示需要由若干块每块LED 单元板拼接而成。通用LED单元板由2位16×16点阵LED构成，尺寸为160*320mm。
单元板的工作原理如下：
每板有16 行32列，数据的显示采用传统的行列式扫描方式。通常为了减小闪烁，提高扫描速度，采用1/4 扫描，即把16行分为4个4行，每次同时选通4个4行中的同序对应行，这样扫描4次即可完成16行的扫描显示。其中列控制由74HC595承担，每块单元板上有16片，每片分别控制4行8列的点阵小单元。行控制是由1片译码器74LS138承担，每次使单元板的4个4行的同序对应行选通。为了保证正常的电流驱动（ 亮度），74LS138 的输出经AMP4593 驱动放大。每块单元板有4 片，每片分别驱动4 行。16 片74HC595 接成级联方式，由于每4 行32 列需4 片74HC595， 16 行32 列就是16 片。设第一个4 行的4片74HC595 序号为1、2、3、4，第二个4 行的4 片74HC595 序号为5、6、7、8，依次类推。每一片的数据输出端接到下一片的输入端，数据从第1 片的输入端串行输入，在移位脉冲的作用下一位一位依序移入，经过8×16 个脉冲，最先移入的数据位移到了第16 片的最低位（也是该片的输出端），所有数据都移入后，就可显示一板完整的内容，按此规律即可进行显示的软件设计。如果显示的字数多，拼接的 LED 单元板就多，显示一屏完整内容所需的移位脉冲就多。这种显示方式要求主控单片机有较高的指令执行速度，否则就会有闪烁感。点阵单元板原理图如图2所示。
 图2 点阵单元板原理图2 系统主要模块的选择和电路设计 2.1 主控芯片
2.1.1 芯片选择
为了满足LED 显示屏的显示及多板的扩展，要求系统主控单片机有较快的运行速度； 较大的存储空间用于存储显示数据，因此选用美国silicon公司的C8051F410。该芯片是一款高性能产品，FTQP-32 封装（9mm* 9mm） 大大减小了体积； 由于采用了精简指令结构，使得每个机器周期仅需一个时钟周期，运算速度快大大加快，如果使用片内24. 5MHz 的内部时钟，其运行速度大约是普通8051 单片机工作在12MHz 时钟时的24 倍； 芯片内部资源丰富，自带看门狗，通过JTAG 接口连接调试器，可方便硬件在线调试； 芯片内含UART、SPI、I2C等通信接口，方便与外围芯片连接； 4个定时器/计数器使编程更方便； 自带的16K/32KFLASH，可存储大约1K个汉字。
2.1.2 最小系统电路设计
系统对单片机时钟的精度和温度稳定度都没有特别要求，可以直接使用C8051F410单片机内部自带的时钟振荡器，而无需外接振荡器。使用时要注意的是，是芯片工作电源是从Vregin引脚引入（+ 3. 3V） ，VDD是内部基准电压输出引脚，VIO 是I /O口作为数字引脚时的电源输入引脚。电路设计时必需在紧靠这3 个引脚的位置布上滤波和退耦电容（4. 7μ 和104p） .P1. 0~ P1. 3 是显示屏的控制线CLK、SCLK、R 和OE; P1. 7、P0. 0 ~ P0. 2是字库芯片控制线，采用SPI 接口； P2. 0和P2. 1是显示屏的行扫控制线A 和B; P0. 4和P0. 5是串口通信线，与蓝牙模块连接。这12根引脚都需配置为数字引脚。最小系统电路如图3所示。
 图3 C8051F410 单片机最小系统
2.2 蓝牙模块
2.2.1 模块选择
选用蓝牙模块的要求是： 价格便宜、体积小，使用方便。符合条件的蓝牙模块产品很多。设计选用的是南京国春电气生产的GC-02 蓝牙模块，这是款高质量的CLASS2蓝牙模块。此蓝牙模块内部带有对象交换协议（OPP）文件接收功能，只要上电后，就可被手机蓝牙识别，并可成功配对建立连接，接收手机蓝牙传输的文件。
GC-02 蓝牙模块共有29个引脚，可通过SPI 接口或UART接口与单片机通信。本系统单片机选择UART方式与GC-02进行通信。蓝牙模块处于待机模式时，已配对过的手机向蓝牙模块发送文件，未配对的手机需先进行配对，输入正确的PIN 码（即配对密码）即可配对。此蓝牙模块的出场厂PIN 码是“1234”，其PIN 码可通过向蓝牙模块发送指令进行修改。
2.2.2 电路设计
单片机通过引脚P0.4和P0. 5与蓝牙模块GC-2的串口（12 脚和13脚）进行通信，蓝牙模块的其他功能未用。单片机与蓝牙模块的连接如图4所示。
 图4 单片机与蓝牙模块的连接图。 | 
