摘要 ：LED显 示技 术 ，由于一般 采 用有 线传送 信息 ，在信 息更改频繁 的一些 场合 受到 了限制 。设 计 了无 线 通 信 LED 显 示 板 的 硬 件 部 分 ，介 绍 了 LED 点 阵 显 示 器 的 驱 动 电路 和 无 线 收 发模 块 电路 。 该 系统便于扩展 ，工作稳 定可靠。

关键词 ：LED显示屏 ；单 片机 ；无线通信

0 引 言

LED以其发光效率高、动态显示效果好、故 障 率低 、能耗少 、使用 寿命 长 、显示 内容 多样 、显示方式 丰富 、组态灵 活、视觉效果好 以及对室外环境适应性 强等 优点 ，已经广泛应用在短小新 闻报 道、气象信息 显示以及车站、码头、机场、银行、体育馆、宾馆和大 型商场等公共场所 的信息提示 和通 知 。

LED显示技术已经很成熟 ，但由于其显示和更 收稿 日期 ：2004—1l—O9 · 24 · 新信息往往采用和微机连接通信，故其应用范围受 到了限制 。系统采用 无线 和有线 接 收信息 ，在 室外 和信息更 新频繁 的场合有其显著 的优点 。 

系统 电路 由发射 机 电路 (包括 串 口电平转 换 电 路 、发射模块 电路 和发射 机 电源 电路 )、接 收机 电路 (包括接 收模 块 电路 、模 块 电源 电路 和隔 离 放 大 电 路 )、单 片机 系统板 电路以及显示驱动板 电路等几大 模块组成[2 ]。

1 LED点阵显示屏的驱动控制

对 于 LED点阵显 示屏来说 ，由于有成百上千个 独立 的发光点需要 驱动 ，驱动 电路 的好坏 ，直接影响 到整个显示 屏的显 示效 果 ，也影响到显示屏 的寿命 。 经 比较 ，我 们采 用 数据 串行传 输方 式[6]，如 图 1所 示 7l。

由 4／16译 码器输 出到一 个射 极跟 随器 的输 入 端产 生一个行地址 ，输 出为低 电平 来 控制所 有显 示 的行 ，所有 同一 行 的发光 二极 管处 于有 效状 态。 同 时使用 一条数组传送指令将列数据 传送 过来 。就是 说 ，当 16行 中的某一 三极 管 的基 极加 低 电平 时 (平 时是高电平)，这个三极管就处于要导通的状态。那 么在 128列 中 ，哪一 列是低 电平 ，哪一 列 的 LED发 光二极 管就导通发光 ，这样就完成 了一行 的显示 。

显示亮度是通 过 改变 IED发 光 与不发 光 时 间 的 比值来控制 的。利用 人眼 的视觉 惰性 ，用 脉宽 调 制方法来实现灰度 控制 ，也 就是周 期性 改 变 光脉 冲 宽度(即占空 比)。通过 改变 LED发 光 与不 发 光时 间的 比值 ，就 可以改变 LED对 于人视觉 的亮度 。由 于脉宽调制更适合于数字控制，所以在普遍采用单 片微 机 来 提供 LED显 示 内容 的今 天 ，几 乎 所有 的 LED屏都 是采用脉 宽调制来 控制亮度等级 的。

2 单片机控制 电路板

单 片机作 为整个 电子显示板的控制 、驱动 、接收 发送数据 和整个 电路 协调 的 中央处理 单元 ，担负 着 重要 的任务 。

该 系统单 片机部分为最常用 的单片机最 小系统 (图略)，主要 由复位 电路 (开机复位和按键复位 2种 结合方式)、晶体振 荡 电路 (12MHz)和存 储 器扩展 电路 (扩展为 32kB)构成 。输 出数据 用 P1端 口，而 P0，P2端 口主要用 来扩展 外部 数据 存储 器 。P3口 只使用 了 RXD端 和 INT1端 。单 片机 的 通信 方式 为 串行异步通信方式 ，接收来 自计算机发送 的信 号 ， 比特率 为 2400bit／S。

3 显 示屏 单片机 与 PC接 口电路

无线 电子信息显示板 与 PC机 的通信 设 置为单 工通信方式，即只有 PC机向显示板发送数据。所 以它与计 算机 串行通 信接 口的连线 只有 2根 ，只用 到了其中的发送数据端子 TXD和信号地线 GND。

作为有线 连接 ，由于单 片机 系统 的 电平 为标 准 的 TTL电平 ，可 使用 MAX232A 转 换 芯 片进 行 电 平转换 。

作为无 线连接 ，串 口的负载是发射机 ，而发射机 的工作 电压 为+12V。所 以 ，如果用 MAX232A 作 为电平转换 电路 ，还需要 再设 置一 个 电平 电 压扩 展 电路 ，将 +5V 的 TTL电平 信号 扩展 为 + 12V 的 数字 电平信号 ，这样就使 电路变得 复杂 了。

如果利用分立元件制作一个简单的电平转换电 路 ，直 接将 RS232电平转换为 0～12V 的数字 电平 信号 ，就 可 以 大 大节 省 电路 的成 本 。其 中 TIP52l 是光 电耦合器 ，用来隔离 。

4 无线数据通信方式的比较 以及 选择

无线数据通信 方式 有许 多 ，常用 的有红外 数据 通信、电力载波数据通信和高频无线电数据通信等 ， 这几 种通 信方式各有优 缺点 。

4．1 红 外 线 数 据 通 信

红外 线通 信 方 向性 很强 ，适用 于 近距离 的无线 传输 。 目前 专用的红外线 数据通信设 备的通信速率 也可 以做 的很高 ，可 以做 到 4MB／S，红 外数据 通信 的保密性很 高 ，而且具 有极 强的抗干扰能力 。

但 是 ，红外通 信 的不足 之处就 是 它的传输 距离 很短 ，只有 1～2m，如果减低速率 ，可 以将距离 延长 至 10m，但 必须是红外 发射二极管对 准红外接 收二 级管 。

所 以，红外 通信 对 于本 系统来 说 ，是不 合 适 的， 因为在发送数据 的过程 中，是不 允许 偏 离的 。如 果 偏离就可能导致数据 丢失 ，在显 示时会 出现乱码 。

4．2 电力载波数据通信

严 格说来 ，电力载波数据通 信不是无线的 ，但 是 一 般的用电器都有 220V 的电源线 ，所 以，利用 电源 线传输 数据 ，可 以认 为 是无 线 的。通信 的载 体 即现 成 的电力 线 ，不像 有线 通信 一样 需 要重 新铺设 通信 线路 ，也不像无 线传输 那样 需 要复 杂 的发送 接 收设 备来传输信 息 。它 无需 架设 额外 的通 信线 路 ，也不 占用 宝贵的无线频谱资 源 。

但 是 ，电力 载波 最大 的不足 之处就 是它 的抗 干 扰能力很 差 。由于 在 电力线 上 ，同时 有许 多 的用 电 设备 ，用 电设备 的开、关等操 作均会 产生无线 电子 干 扰 电波 ，就会 影 响数据 的正 常 发送 。另外 一些 使用 开关 电源 的用 电器的开关 电源的开关频率泄露也会 影响数据 的正常传 输 。所 以，用 来传 送 电子显示 信 息 是不够 合 适 的 。除非 使 用 特 殊 的抗 干 扰 技 术设 备 ，以及 容错 性 的通信 协议 ，才 能解决 以上问题 。

4．3 高频无线 电数 据通信

相对来说 ，就 是 比较 好 的选 择 ，因 为在高 频 段 ， 频率大于 300MHz以上 时 ，干扰 电波是很少 的 。一 般用 电器 的干扰也 不会对它 产生很 大的影响的 。所 以，对于本系统来说，使用高频无线电数据通信电路 是理想 的选择 。

5 发 射 和接 收模 块

5． 1 发 射模块

发射模块 如图 2所示 。

DF数 据发射 模块 的工 作频 率 为 315MHz，采 用声 表谐振 器 SAW 稳 频 ，频 率稳定度极 高 ，当环境 温度在 一25～ +85℃之 间 变 化 时，频飘 仅 为 3× 10 ／℃ 。

DF发射模 块未 设 编 码 集成 电路 ，而增 加 了一 只数 据调制 三极管 Q1，这种 结构使得 它可以方便地 和其它 固定编码 电路 、滚动码 电路及单片机接 口，而 不必考虑编码 电路 的工作 电压 和输 出幅度信号值 的 大小 。

小 。 DF数据 模块具 有较 宽 的工作 电压 范 围 3～ 12 V，当电压变化时发射频率基 本不变 ，和发 射模块 配 套的接收模块无需任何调整 就能稳定地 接收 。当发 射电压为 3V时 ，空 旷地传 输距 离为 20～501TI，发 射功率较 小 ，当电压 5V 时距离 为 100～200rn，当 电压 9V 时距离为 3O0～5001TI，当发射 电压为 12V 时 ，即为最佳 工作 电压 ，具有 较好 的发射 效果 ，发 射 电流约 60mA，空 旷地传输 距离 700～8001TI，发 射 功率约 500mw 。当电压 大于 l2V 时功耗增 大 ，有 效发射功率不再 明显提高 。这 套模块 的特点是发射 功率比较大，传输距离比较远，比较适合恶劣条件下 进 行通讯 。

DF数据 模 块 采 用 ASK 方 式 调 制 ，以 降低 功 耗 。当数据 信号停止时 ，发射 电流降 为零 ，数据信号 与 DF发 射模块输人 端可 以用 电阻或者直接连 接而 不能用电容耦合 ，否则 DF发射模块将不能正常工 作 。数据 电 平应 接 近 DF数 据模 块 的实 际 工 作 电 压 ，以获得较高 的调 制效果 。

5．2 接收模块

这里 提供 的超外 差接 收模块 如 图 3所示 ，采 用 进 口 高 性 能 无 线 遥 控 及 数 传 专 用 集 成 电 路RX3310A，并且采用 316．8MHz声表 谐振 器 ，工作 稳定可靠 ，适合比较恶劣的环境下全天候工作。超 外差 接收机对天线 的 阻抗 匹配要 求较 高 ，要求外 接 天线 的阻抗 必须是 50Q 的，否则对接收灵敏度有很 大的影响 ，所 以如果 用 1／4波 长 的普通 导线 时应为 23cm 最佳 ，要 尽可 能减 少 天线 根部 到发 射模 块天 线焊 接处的引线长度 ，如果无 法减小 ，可以用特性阻 抗 50Q的射频 同轴 电缆连接 。

6 抗 干扰 的设 计

为 了防止一些干 扰信 号影 响显示板 的显示 ，制 作了一个专 门识别密码的 电路 。即在每次发送数据 之前 ，先发送 一 段 密码 数 据 ，用 以通 知 接 收密 码 电 路 ，将数据传输 通道 打开 ，让 单片 机接 收数据 ，而 平 时的干扰信号 由于 密码 电路 的验证 不 符 ，密码 电路 将单片机 的接收数据端关 闭 。

为 了防止尖峰 等随机 干扰 引起 系统 “飞程序 ”， 显示 系统设计 了看 门狗 电路 。此 电路 由一单稳态电 路 CC4098实现 ，将它设计 成脉 冲漏 失检查 电路 ，电 路按再触发方式 连接 。程序 执行 时 ，每 隔 时 间， 单片机从 P1．6角 发 出一 个 负脉 冲，适 当调 节 阻容 参数使单稳定输 出脉宽 t．在 △￡～ 2At之 间。这样 系统正 常运行 时 ，P1．6脉 冲无丢 失现 象且 t>At。 但 当系统受 到干扰乱 跳 时 ，P1．6就有 漏失 ，这 时就 强制 系统 复位 ，以免 系统损坏 。

防止从 电源 系统 引人 干扰 ，可采 取交 流稳压器 保证供电的稳定性，防止电源过压和欠压。使用隔 离变压器 滤掉高频 噪声 ，低 通滤波器滤掉工频干扰 。

采用开关 电源并提供足够的功率余量 ，主机部 分使用单独 的稳压 电路 ，必要 时输人 ，输 出供 电分别 采用 DC—DC模 块 隔 离 ，以 避 免 各 个部 分 相 互 干 扰 。