移动数据的LED显示屏构成原理介绍及其仿真应用

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

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应用，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 系统构成及原理

　　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。原理框图如图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原理。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。