CN110197628A - 基于全彩色显示屏的电子桌签 - Google Patents

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Abstract

一种基于全彩色显示屏的电子桌签，本设计基于IAP15W4K58S4单片机，可以通过显示屏显示需要的内容，达到传统桌签相同的显示目的。与电脑通信，利用USB数据线进行的串口通信，通过电脑上的操作界面，可以灵活更改桌签上的文字内容、字体、字号、颜色等，且电子桌签显示亮度高，视角大，颜色鲜艳，显示内容丰富，不仅可以显示文字内容，还可以显示一些图形。桌签选用ETA6886辅以相应的外围电路构成电池管理模块，带有移动电源，续航能力高，稳定性很强。发明在满足其桌签基本功能的基础上，可以达到绿色环保，可持续发展的目的。

Description

基于全彩色显示屏的电子桌签
技术领域
本发明属于桌签及电子显示屏技术领域，涉及一种全彩色显示屏的电子桌签。
背景技术
迄今为止，LED显示屏正被广泛用作平板显示器，它是由发光二极管阵列或像素单元组成的。每一个LED作为LED显示屏的基本单位，最终汇聚起来形成一个较大的LED屏。它是一种以半导体P-N结接入正电流后可以有效地发射可见光为原理的电致发光器件。控制技术的不断发展，最终，它导致了模块化或集成化的方向。特别是大型的平板显示屏，现在已经成为LED的重要应用方向。较高的发光效率、较长的使用寿命、组态灵活、颜色丰富以及拥有对室内外环境较强的适应能力等是LED显示屏的优点，应用领域已经遍及交通、证券、电信、广告、宣传等各个方面。
LED的发光效果主要取决于两个方面，一个是它的材料，另一个是制作它的工艺。通过改变上述两个方面，我们可以有效地控制其本身的发光颜色和效率。目前，市面上主要有三种颜色的LED，它们分别是红色、绿色和蓝色。将红色和绿色LED作为像素屏幕一起被称为双色屏幕或伪彩色屏幕，红色、绿色和蓝色三种LED被组合为像素屏幕，成为三色屏幕或全彩色屏幕。
今天的LED显示屏是模块化和数字控制的。目前，大型LED显示屏基本上由多个模块组成，一个模块组一般是由5个或8个像素点为边所构成的正方形组成，之后将其焊接在PCB上，通过一个高速数字电路与其相应的控制程序实现对其的精确控制。
当前的会议桌签等基本都采用桌签架或纸质桌签芯的方式来制作，这样就使得其灵活性大大降低，且由于材料原因，纸质桌签芯难以多次重复利用，当遇到突发情况时，如会场临时变动和人员的变更等，很难灵活地修改桌签内容。因此有必要设计一款电子桌签。
发明内容
本发明目的是解决传统桌签灵活性低且桌签内容不能更改无法重复使用的问题，提供一种基于全彩色显示屏的电子桌签。
本发明是在高密度全彩色LED显示屏的基础上，与电池管理模块和通信模块等互相配合，以达到对该桌签上的文字内容、颜色和字体进行灵活设置的作用。本电子桌签采用IAP15W4K58S4单片机作为主控芯片，分别控制全彩色LED显示屏和通信模块，最终制作一个操作简便与成本低廉的电子桌签。
本发明技术方案
一种基于全彩色显示屏的电子桌签，包括单片机控制模块，单片机控制模块输入端连接通信模块，单片机控制模块与通信模块同时连接电池管理模块并由电池管理模块供电，单片机控制模块的输出端连接由点阵显示器阳极驱动电路和阴极驱动电路构成的驱动模块，驱动模块连接显示模块。其中：
1.单片机控制模块(主控芯片)：采用IAP15W4K58S4单片机实现，通过主控单片机及其附属电路的配合达到对显示模块(全彩LED显示屏)的智能化控制；2.显示模块(LED显示屏)：由32*64个红绿蓝三色LED像素点所构成的点阵所组成，通过不同像素点之间的搭配可以呈现出多种颜色；
3.驱动模块(包括点阵显示器阳极驱动电路和阴极驱动电路)：通过以D4953行驱动芯片和MBI5124列驱动芯片为主与其他芯片的共同作用点亮显示模块(全彩LED显示屏)；
4.电池管理模块：通过以ETA6886芯片为核心，加以合适的外围电路共同构成该电池管理模块；
5.通信模块：本发明共有两种通信方式，一种是通过串口的方式，数据通过USB数据线传输，另一种是通过无线数据传输，主要以ESP8266数据传输模块为主。
本发明的优点和有益效果在于：
(1)可以通过显示屏显示需要的内容，达到传统桌签相同的显示目的；
(2)与电脑有线和无线通信，通过电脑上的操作界面，实时灵活更改桌签上的文字内容、字体、字号、颜色等，且电子桌签显示亮度高，视角大，颜色鲜艳，显示内容丰富，不仅可以显示文字内容，还可以显示一些图形。
(3)带有移动电源，续航能力高，稳定性很强。发明在满足其桌签基本功能的基础上，可以达到绿色环保，可持续发展的目的。
附图说明
图1是本发明采用一整块长为16cm，宽为8cm的32*64的全彩屏电子桌签实物图。
图2是电子桌签主体结构框图。
图3是显示驱动模块结构框图。
图4是核心控制部分电路图。
图5是通信模块的USB接口及其附属部分电路图。
图6是电源转换部分电路图。
图7是通信模块的USB转串口部分电路图。
图8是显示驱动原理图。
图9是行驱动器D4953共用示意图。
图10是系统控制部分PCB版图。
图11是系统电源管理部分PCB版图。
图12是KEIL5编译界面。
图13是KEIL5设置界面。
具体实施方式
一种基于全彩色显示屏的电子桌签，如图1所示，其构成部分如图2，包括单片机控制模块，单片机控制模块输入端连接通信模块，单片机控制模块与通信模块同时连接电池管理模块并由电池管理模块供电，单片机控制模块的输出端连接由点阵显示器阳极驱动电路和阴极驱动电路构成的驱动模块，驱动模块连接显示模块。
其中，
显示驱动模块(点阵显示器阳极驱动电路和阴极驱动电路构成的驱动模块)原理框图是本设计的核心显示部分，如图3所示，采用模块化处理,每行LED共用一个D4953，所有的LED阳极共线并与D4953相连，显示时，通过选通MOS管来进行逐行动态扫描。此方案能够节省很多的驱动控制电路，降低成本。
单片机控制模块(核心控制部分)原理框图如图4所示，这部分是设计的核心控制部分。本设计采用IAP15W4K58S4单片机作为主控芯片，无需外接晶体振荡器和外部复位电路。因此只需要在VCC和GND两端增加100nF的电容，以达到过滤杂波的目的。
通信模块的USB接口及其附属部分如图5，本部分有USB接口、电源供电、开关三个部分。本设计通过Micro USB口对单片机部分进行供电和数据传输。其中电源供电部分，VCC脚紧接一个肖特基二极管和一个保险丝，以达到保护电路的效果。然后可由开关对输入电路进行控制，以达到手动开关电的效果。其中E2处的电解电容是为了滤除杂波，并加一发光二极管及其限流电阻作指示作用。最后D+和D-两个引脚与USB转串口芯片CH340的UD+和UD-两个引脚相连进行数据传输。
电池管理模块——电源转换部分如图6，该部分是本设计电源转换部分。由于本设计中USB转串口芯片CH340与主控单片机IAP15W4K58S4的工作电压都是3.3V，而系统电源为5V，因此需要一个低压差调压器LM1117来改变5V的输入电压至3.3V，周边配以滤波电容达到滤除杂波的目的。
通信模块的USB转串口部分如图7，这部分是USB串口部分的设计。因为CH340芯片有一个内置的USB上拉电阻，所以它的UD+和UD-两个引脚应该直接连接到Micro USB上的D+和D-端口，从而实现数据传输。芯片的正常运行需要外部提供XI和XO两引脚12MHz时钟信号，这是连接到一个晶体振荡器上。此外,芯片支持两种供电模式,5V或3.3V,3.3V被应用于这个设计,VCC接外部的3.3V作为输入电压,V3的脚也应该接入外部3.3V电压,并且其他连接到芯片的电路在工作时不得超过3.3V。最后将该芯片的串行数据输入口RXD与串行数据输出口TXD配以相应的辅助电路与单片机的TXD与RXD相连，从而实现与单片机的数据传输。
显示驱动模块(点阵显示器阳极驱动电路和阴极驱动电路构成的驱动模块)的硬件设计如图8和图9，由于D4953中存在2个完全无关的P沟道金属氧化物场效应管，所以每两行共用1个D4953芯片，共使用16个，示意图如图8左部电路所示。其中该芯片的漏极与每行LED的阳极相连，栅极与74LS138的输出端相连。本设计采用2个74LS138来控制16个D4953，通过控制74LS138的选通端，从而控制选通某一行LED。比如当选通端的值为000时，我们可以选通第1行或第16行，然后我们通过控制该芯片的使能端，最后的选择是在上半区或下半区。另外，我们通过三态输出、八路信号收发器74HC245作桥梁，一端与单片机相连，一端与显示驱动芯片相连，使驱动能力得到提升。并且，在本设计中还接入单稳态触发器74HC123以达到保护驱动芯片D4953的目的。
由于MBI5124可提供16位的输出元，所以我们在将屏分为上下两个半区的基础上，将屏从左到右每16列分为一组。因为每个LED由3个像素点构成，所以在每一组LED中采用3片MBI5124去分别控制红绿蓝三种颜色，共使用24个。由于可以通过D4953选通某一行，所以我们将所有的MBI5124的时钟讯号之输入端CLK和输出致能讯号端各自共用，通过与74HC245相连以增强驱动能力。另外，为了减少数据传输的时间，我们将控制每行相同像素点的MBI5124数据端级联，前一串行数据输出SDO连接到下一驱动器的SDI端。
1.硬件电路部分调试
系统控制部分硬件电路PCB控制部分和电源部分如图10和图11所示，通过电源管理电路输出，经由USB串口输入单片机给系统供电。首先测试下载电路部分，经过测试，单片机无法被识别，在经过仔细地将原理图文件和PCB文件对比之后，发现单片机未设置冷启动开关，使用细导线飞线的方法外接一开关后，再次测试，程序载入正常。程序烧录后，再次通电，全彩屏被点亮。
2.软件程序部分调试
本设计以KEIL MDK5为软件程序设计平台，本次设计的软件部分依托于Keil 5与Visual Studio，其中Keil 5编译界面如图12。图13为设在设置界面中，我们可以对是否生成hex文件以及芯片容量等参数进行设置，将编写好的程序烧录在IAP15W4K58S4芯片中，之后将硬件电路接上电源，按下开关，观察实验现象，从而判断程序的正确性。

Claims (6)

1.一种基于全彩色显示屏的电子桌签，其特征在于，包括单片机控制模块，单片机控制模块输入端连接通信模块，单片机控制模块与通信模块同时连接电池管理模块并由电池管理模块供电，单片机控制模块的输出端连接由点阵显示器阳极驱动电路和阴极驱动电路构成的驱动模块，驱动模块连接显示模块，可以进行全彩显示并且随时更改显示信息。
2.根据权利要求1所述的基于全彩色显示屏的电子桌签，其特征在于，所述的单片机控制模块采用IAP15W4K58S4单片机实现，通过单片机及其附属电路的配合达到对显示模块的智能化控制。
3.根据权利要求1所述的基于全彩色显示屏的电子桌签，其特征在于，所述的显示模块由32*64个红绿蓝三色LED像素点所构成的点阵组成，通过不同像素点之间的搭配能够呈现出多种颜色。
4.根据权利要求1所述的基于全彩色显示屏的电子桌签，其特征在于，所述的驱动模块包括点阵显示器阳极驱动电路和阴极驱动电路，通过以D4953行驱动芯片和MBI5124列驱动芯片为主共同作用点亮显示模块。
5.根据权利要求1所述的基于全彩色显示屏的电子桌签，其特征在于，所述的电池管理模块以ETA6886芯片为核心，与外围电路共同构成该电池管理模块。
6.根据权利要求1所述的基于全彩色显示屏的电子桌签，其特征在于，所述的通信模块共有两种通信方式，一种是通过串口的方式，数据通过USB数据线传输，另一种是通过无线数据传输，主要以ESP8266数据传输模块为主。
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