基于雙CPU的三色LED實時交通信息顯示系統設計

　　0引言

　　隨著城市化建設和交通事業的飛速發展，在智能交通系統（ITS）的研究和發展中，交通誘導信息系統是解決交通擁擠、保證交通安全、提高交通網絡使用效率的主要手段。交通信息的發布是整個誘導系統中發揮直接效應的重要組成部分，利用它實時發布交通指令、道路狀況等信息來提高道路的通行能力。LED點陣顯示屏以其色彩鮮艷、亮度高、壽命長、工作穩定可靠等優點成為交通信息發布的重要途徑。單基色（紅色或綠色）LED顯示屏往往不能滿足信息分類和視角上的差別，而交通信息主要面向車輛駕駛者，由于車輛在可視距離內停留的時間很短，因此應避免用復雜的多灰度圖形和動畫內容，以免干擾行駛者。而在以二基色實現紅、黃、綠三種顏色的顯示屏系統中，紅、黃、綠是交通領域內的通用顏色，分別代表禁止、警告、和同意性標語，既可以

達到顏色變化的效果，給人視覺上的差別，又與交管部門的信號裝置顏色相吻合。采用雙CPU和雙口RAM制作大型三色圖文顯示系統，將數據處理和傳輸分別由兩個獨立的CPU來完成，不僅提高了系統的處理速度和穩定性，軟件設計也相對簡單。

　　1系統總體設計方案

　　顯示屏的內容是動態刷新的，CPU要進行大量的數據處理和傳輸。根據人的視覺特性，頻率應大于50HZ，在實際設計時，為了達到比較好的效果，頻率一般大于60HZ。對于大型的圖文顯示屏來說，基于單處理器和普通存儲器的系統在硬件和軟件設計上都遇到叫大困難，顯示內容易出現閃爍。采用雙CPU結構和雙口RAM使處理數據和輸出數據同時進行，提高掃描速度，顯示內容相當穩定?？傮w結構如圖1。

　　1. 1系統雙CPU控制原理
　　兩片CPU均采用AT89C51，帶4KROM，對本系統來說空間已足夠。CPU1負責與指揮中心PC機進行通信和緩存區內數據的處理與編排，CPU2負責行掃描信號的產生和顯示數據的輸出。采用非易失性的存儲芯片28C64存儲顯示內容，可存放8K字節的漢字、ASCII或圖形。IDT7132是COMS靜態雙口RAM，存儲容量為2K x8 bit。它有兩套完全獨立的數據線、地址線和讀寫控制線，并有一套競爭仲裁電路，因而可以使用兩個CPU分地獨立的訪問內部資源。

將IDT7132的2K字節存儲空間分為2個顯示緩存E1區和E2區，分別占1K字節的空間。CPU1通過P1.1和P1.2與CPU2（P3.2，P3.3）進行協調，對緩存區E1和E2交替使用。CPU1處理E1區的數據時，CPU2將E2區的數據輸出顯示。當CPU2輸出完E2區的數據后，轉向對E1區的數據輸出，并通知CPU1對E2區的數據進行處理，開始下一輪的循環。由于兩片CPU訪問的是ITD7132的兩塊不同的區域，避免了對同一單元同時進行訪問，不存在仲裁的問題，因此兩片CPU可同時獨立工作，分別完成數據的處理和傳輸，減輕了CPU2處理大量數據的壓力，大大提高運行速度，顯示內容相當穩定。

　　CPU1在處理數據的同時，通過RS232接口隨時監測指揮中心發來的命令和數據。如顯示屏開/關、顏色、運行方式、移動速度、交通信息內容等。CPU1接受完數據并處理好緩存區的數據后通知CPU2開始輸出顯示新的內容并按新的運行控制字運行。

　　1.2顏色的產生和控制
　　顯示模塊采用8X8點陣的雙基色模塊，有16個引角驅動紅色的燈管和16個引角驅動綠色燈管，其組合的顏色可以達到明黃的效果。行掃描信號用兩片74LS154 4-16譯碼器完成，通過CPU2的P3.4，P3.5控制，分別產生16行紅色和16行綠色掃描信號，高電平有效。若P3.4=1，P3.5=1，即同時為高電平，則同時產生紅色和綠色掃描信號，顯示屏的顏色表現為黃色，從而實現三色。在交通領域中，紅色代表禁止性標語，黃色代表警告性標語，而綠色代表同意性標語，與交通部門在實際應用中的信號顏色保持一致。根據顯示內容的需要，通過應用程序編排，可以同時實現三種顏色的文字和圖行的顯示，如圖2。

1.3通用顯示單元的驅動
　　驅動電路設計的好壞直接影響到系統的生產成本和顯示的效果及系統的運行性能。采用16塊雙級基色8x8點陣模塊構成16x64點陣的通用顯示單元。分兩行，每行8塊。行掃描信號用兩片74LS154 4-16譯碼器完成，列數據的輸出采用并行移位鎖存的傳輸方式?？梢赃x用74LS273這樣一類鎖存芯片，采用首尾相連的方式。這種方式雖然對印刷線路扳的質量要求高，密度大，增加了布線的難度，但目前的制板技術和采用SMD貼片元件，完全可以克服。且這一設計方案優點是傳輸速度快,控制方便，系統的整體投入成本比較低，大大地提高系統的性價比。P3.1與寫信號（/WR）經過或非門后產生鎖存信號，同時鎖存列數據。行、列信號的驅動分別采用PNP型的BD682和NPN型的BD681達林頓管，其特點是增益高，開關速度快，設計電路簡單。

　　整個顯示屏根據尺寸大小，可以象“搭積木”一樣進行拼接，以保證系統安裝方便。

　　2 通信傳輸和網絡控制

　　在誘導系統中，交通信息的發布和顯示要有一定的實時性，實現實時數據的傳輸。網絡結構如圖3

圖3 系統網絡結構框圖

　　用標準的RS232通信方式實現指揮中心與顯示系統信息的傳輸，對于距離較遠的可通過電話線用MODEM或光纖通訊。指揮中心通過接受采集的交通信息和調度指令，對不同位置的顯

示子系統進行集中控制和管理。每個信息顯示子系統分配不同的端口號（地址），分別實時檢測和接受指揮中心發來的不同路段的交通信息和圖文數據。PC機應用軟件利用VB6.0的ActiveX控件MSCcomm能方便的開發使用計算機的串口，可簡單高效的實現設備之間的通信。其使用方法目前有很多書籍均有介紹，這里不多加論述。

　　3 系統軟件設計

　　3.1單片機顯示控制的軟件設計
　　LED 點陣顯示屏可實現動態、靜態圖文顯示。動態中有打字、左移、右移、上移、下移、開簾、關簾等多種方式。可根據顯示屏的尺寸規格和內容選擇不同的顏色、顯示方式和移動速度。通過標準RS232接口，計算機將編輯好的文字或圖形數據下載到主控器，并存儲在非易失性存儲器中，然后就可以脫機運行。整個軟件程序采用C51編程，由于采用了雙CPU的結構，使得處理數據和傳輸數據分別由兩片CPU來完成，避免了處理大量數據的復雜性，編程實現相對比較簡單。

　　3.2應用軟件點陣數據的提取
　　本文設計的顯示屏可以實現漢字、全角字符和ASCII碼混合顯示，編輯文本簡單靈活。選用UCDOS的ASC16和HZK16文件做字模庫。HZK16文件是16x16字模點陣，占32個字節，而ASC16文件的字符為16x8點陣，占16個字節，針對這種情況，本文提出了一種新的字模處理方法，把漢字拆成兩半，形成左右結構，當作兩個字符，這樣就和ASCII碼的字模統一起來了，使處理漢字和字符都一樣。對于特殊符號，可以直接通過程序界面輸入點陣數據。圖形的點陣數據的提取，可以先做一個BMP文件，然后用取模軟件獲得。根據GB2312—80標準，若知道漢字或字符的內碼，假設為A1A2B1B2H，則可根據如下公式計算區位碼。若為漢字則
　　區碼=（A1A2-A1H） AND 7FH
　　位碼=（B1B2H=A1H） AND 7FH
　　若為全角字符則
　　區碼=（A1A2-21H） AND 7FH
　　位碼=（B1B2H=21H） AND 7FH
　　點陣起始位置=（區碼*94+位碼）x點陣字節數
　　ASC16文件所有字符按照ASCII值從小到大升序排列。計算字符首地址的公式：
　　字符點陣首地址=字符的ASCII碼值×16+1
　　根據起始地址連續取32或16個字節數據即可獲得字模。限于篇幅，程序省略。

　　4 結束語

　　基于該設計方法的顯示屏，掃描速度快，實際運行結果也相當穩定。三種顏色的實現保持了與交通部門采用信號顏色的一致性。用戶根據定制的顯示屏的尺寸，在硬件上只需對通用顯示單元的拼接，在軟件上則可進行靈活地編輯圖文內容，顏色和運行方式。