专利名称：模块化组合型微机控制灯泡显示屏的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种模块化组合型微机控制灯泡显示屏，它用于活动广告、城市装饰、宣传标志及大型露天运动场比赛计分，由显示屏和控制系统组成。
作为活动画面的显示屏广告不管大小，都是根据用户需要，把一个显示屏看作一个整体，对于一个大到数十到数百平方米的显示屏，总是要与特定的环境协调配合，因而都是单独设计制作，尚无定型的系统商品问世，因此可靠性差，极易造成设计缺陷和工艺制作困难，设计、施工、调试费用大，用户投资风险大，周期长见效慢。
本发明的目的在于设计一种结构简单，组装方便，可靠性好，便于运输，造价低，安装调试周期短，见效快的可以组合成各种规格、图案的模块化组合型微机控制灯泡显示屏。
模块化组合型微机控制灯泡显示屏，由控制系统和显示屏组成，其特点是控制系统采用多台相当于专用电脑的子控制机7和一台同步器6及一台主机5构成的电脑网络，每台子控制机7独立控制由几个单元显示模板4组成的显示屏1一部分的子显示屏2或3组成子系统9，由同步器6输出同步脉冲控制子控制机7同步工作，主机5用作系统操作台及图形编辑、数据存贮。显示屏1采用若干个与灯泡控制电路板13形成一体的单元显示模板4拼装而成。单原显示模板4有显示面板11、固定于显示面板上的灯头16、灯泡17、显示面板背面装有控制电路板固定装置12、电路板插件14、电路板插件与灯头间的连线15及通过电路板插件接于显示模板上，可方便拆卸的控制电路板13。
按本发明设计制作的模块化组合型微机控制灯泡显示屏，结构简单合理，可靠性好，调试组装、运输方便，制作周期短，见效快，投资风险小，采用单元显示模板积木化便于商品化，能组合拼装成不通规格，外形的单色或多色灯泡显示屏。
本发明有如下附图图1为控制系统和显示屏结构示意图。
图2为单元显示模板示意图。
图3为32只灯泡控制电路板原理图。
图4为控制电路板输入输出时序图。
图5为子控制机原理图。
图6为子系统接线示意图。
图7为同步器原理示意图。
图8为高频脉冲调制电路图。
图9为信号解调电路。
图10为一种七色单元显示模板。
图11为一种七色单元显示模板接线示意图。
图12为显示缓冲区结构和输出时序图。
下面参照
本发明的实施方案。如图1所示为本发明控制系统和显示屏结构示意图，控制系统采用有多台子控制机7和一台同步器6及主机5，每台子控制机独立控制由几个单元显示模板4组成显示屏的一部分的子显示屏如2或3，组成子系统9，同步器6输出同步信号通过通信总线8控制子控制机同步工作，使这些子系统是一些可单独使用的小型电脑显示屏，主机与用作操作台及图形编辑和数据存贮，将子系统拼装成各种规格的大型灯泡显示屏。显示屏1采用若干个与灯泡控制电路板13连成一体的单元显示模板4拼装而成。每个单元显示模板如图2所示，有显示面板11，固定于显示面板上的普通灯头16、灯泡17、显示面板背面装有控制电路板固定装置12、电路板插件14、插件与灯头间布有连线15，控制电路板13插于电路板插件14内被固定装置12固定于显示面板背面，通过连线15使灯泡17与控制电路板13连接，为了防止雨水流入灯头引起短路，在普通灯头16前端装有防雨橡胶密封套20。为防止露天使用时雨水流入显示模板的背面对连线15，电路板插件14和控制电路板13的浸蚀，显示面板11顶部为向前倾斜的防水斜面18。
本发明把32只(单色或三色显示屏系统)或48只灯泡(七色显示屏系统)的控制电路板作为一组，做在一块电路板上，如图3所示为32只灯泡控制电路板原理图，为了减少电路连接，该板采用串行数据输入，子控制机对该板提供4个信号串行数据DA、数据输入同步时钟CL、电路板选通、数据锁存ST、允许亮灯DE，这些信号经光耦合器G01～G04隔离后输入电路板，隔离电压为1000V，板上用的信号接收芯片U1～U4为CMOS集成电路CD4094，它是一片带8位数据锁成器和三态缓冲输出的8位移位寄存器，电路中4片联级使用构成了32位串行数据输入，CD4094的ST端是数据锁成端，当它为高电平时，移位寄存器中的内容进入锁存器，为低电平时，锁存器中的内容成锁存状态，不随移位寄存器中的内容改变，OE端是三态门控制端，当它为低电平时，所有的输出端Q1～Q8为高阻状态。当本系统用作七色显示屏控制时，取一块板控制48只灯泡，电路原理完全相同，所不同的仅为采用6片CD4094联级输入，输出驱动电路增加16路构成48路。模块信号输入时序如图4所示，图中①为板选通，开始输入数据，②为板选通结束，数据保存，③为不允许亮灯。
子控制机7原理如图5所示，它由8031单片机IC1、程序存贮器IC2、数据存贮器IC3、锁成器IC4、与门IC6、缓冲器IC7、非门IC8、D触发器IC9、8位移为寄存器IC11～IC18、译码器IC5、IC10、IC19、计数器IC20、驱动器IC21～IC24、三极管BG1～BG6、电阻R1～R8、电容C1～C29、晶体JT组成。采用8031单片机作主控制器，内含8K程序存贮器和32K数据存贮器，该子控制机设计控制64块灯泡控制电路板13，共可控制2048只灯泡或3072只灯泡(每块板控制48只灯泡时)，数据输出采用串行接口。为了降低信号传输的速度以提高可靠性，子控制机采用8路串行数据同时输出。接口芯片IC11～IC18采用8片74LS165八位移位寄存器，它输出的数据经IC23、IC24两片75174驱动器芯片反相后输出。串行数据输出同步时钟信号由74HC14与门IC8构成，经74LS161可编程的十六进制计数器IC20的第一级后，从Q0端输出，它的置数端P0～P3由8031有的P1.4～P1.7控制，一般全部置为“1”，当IC20从Q0输出第8个时钟对它的进位输出端CT发进位脉冲，使74LS74D触发器IC9置位向CPU发请求送数中断信号，同时禁止IC20计数，CPU对IC11～IC18装入数据后，通过“写”地址4008H使IC9A复位并开始发送数据，时钟输出驱动电路由BG1～BG4构成。灯泡控制电路板所需的选通信号直接由IC1的P1.0～P1.3提供，由74LS138译码器IC19译码后，经IC21～IC22驱动输出。灯泡控制电路板所需的允许输出“OE”信号直接由CPU通过“写”地址4010H和写4018H控制IC9B置位或清除实现，并经BG5～BG6驱动输出。子控制机7与灯泡控制电路板13的连接如附图6子系统接线示意图所示，图中的信号线实际使用一根地线和一根信号线组成的电流环连接。
图步器6原理如图7所示，由8031单片机IC27、2764程序存贮器芯片IC28、62256数据存贮器芯片IC29、锁存器IC30、接口芯片IC31、反向器IC32、高频脉冲调制电路23组成。内含8K程序贮器(EPROM)和32K数据存贮器(RAM)，扩充一片8255可编程的并行I/O接口芯片IC31，作为与主机5通信的并行接口，A口用作数据输入输出，C口作应答控制信号，通过软件实现与主机的通信。利用IC27的串行通信接口TXD端向子控制机发送数据，又用PO口的D7端作对所有子控制的复位信号输出端，输出一个大于20ms的低电平信号控制子控制机复位，高频脉冲调制电路23如图8所示，该电路把串行数据和复位信号调制成20MHZ的脉冲，经变压器B1隔离后送入数据总线，数据总线是一条75Ω的高频电缆，子控制机的输入线采用分支器连到数据总线为保证阻抗匹配。子控制机的信号解调电路如图9所示，输入信号经B2隔离，D1、D2检波后送比较点IC25～LM339，调节W1可抑制噪声，IC25A输出的信号经74HC14反向器IC26整形后连接到子控制机IC1的RXT端作串行数据输入，当RXT端的信号变低电平时，晶体管BG7关断，电容C5开始充电，R6和C5的充电时间常数保证延时到15ms时，比较器IC25B翻转输出高电平的复位信号(RET)。
图10所示为一种七色显示屏的单元模板，该模板用红、绿、兰三只灯泡作为一个像素，通过三种不同颜色的组合得到七种不同的显示颜色，模板上的像素取16行8列成矩阵排列，共384只灯泡，板上的连线如图11所示，整个模板由八块48只灯泡控制电路板控制，每块板控制一列像素(48只灯泡)，这样一台子控制机最多可控制八个单元显示模板，形成一个子系统。单色模板与七色模块原理大致相同，只是每个像素只用一只灯泡，对于16行8列的模块只需用4块32只灯泡控制电路板控制，每块电路板控制两列灯泡。
主机5采用IBMPC系列通用微机，配有键盘，CRT软件，硬磁盘驱动器等外部设备，用主机作操作台，实现显示图形、文字的编辑修改、存贮，及时显示屏系统进行控制操作。为了减少主机的占用时间，主机采用并行I/O接口与同步器6联结，主机送向子控制机7的所有数据和操作命令都以文件的形式送往同步器6，再由同步器转换成串行信号，通过调制隔离送到通信总线8上送径经子控制机，当主机对子控制机送完显示数据，显示屏正常显示无需操作时，主机可以关机或移作它用。
显示扫描程序是子控制内部程序，它提供显示屏的基本显示功能，在子控制机的数据RMA中规定一个显示缓冲区，它的每一个数据位分别应一个子显示屏2或3上的一只灯泡，“1”表示亮，“0”表示不亮，显示扫描程序的任务是执行一次把显示缓冲区中的内容送到灯泡控制电路板上的U1～U4的CD4094中去操作，使显示屏显示出一帧图形。七色显示模板的显示缓冲区结构和输出时序如图12所示，图中的小方格中的数字表示第几个中断周期，它右边的长方格表示一字节数据，DBUF是显示缓冲区的起始地址。子控制机对显示模板送数的操作在数据输出中端(INTO)服务程序中进行，INTO中断由硬件自动发出，输出数据的方法是先对8片IC1～IC18装入数据(写4000H～4007H)，然后复位INTO中断(空写4008H)，数据便会在硬件的控制下自动串行送出，八位数据发送完后硬件又会发出新的中断请求，子控制机在每次中断服务程序中送出的八字节数据，同时分别送入一个显示模板上的八块灯泡控制电路板中，执行6次中断程序后一块显示模块的送数操作完成，然后用单片机的PO口的D0～D3位输出下一块模板的选通信号，向下一块模板传送数据，对整个子显示屏的送数操作，在48次中断程序中完成。
为了使系统的动态显示功能有较好的可扩充性，本系统设计了一套简单的动态显示程序语言，是一种从格式到运行都与机器语言完全相信的语言，可以使用简单的助记符在主机上进行汇编，然后送到子控制机中运行。该语言中包括若干功能单一的动态操作命令，用助记符表示时LM.2表示显示图形左移两列，UM.1表示显示图形上移一行，TI.10表示空操作延时10个同步周期，SP.9000H表示设置显示指针为9000H并显示这帧图形，JP.28表示转移并执行程序缓冲区中偏移地址为28单元中的指令等等。这些指令的机内代码是一个字节，后面跟1～2个字节的操作数，如指令LM.2的机内号码是12H.02H，代码在子控制内的数据RAM中指定一个程序缓冲区顺序存放，由软件设置一个“程序指针”读取这些代码，然后根据代码转移到相应的功能模块执行一条指令，执行完后把程序指针移向下条指令。本系统把一个同步周期作为一条动态操作指令周期，子控制机备每到一个同步信号就执行一条动态操作命令。以前述七色显示屏为例说明实施方法，在子控制机内有32K的数据RAM，大约可设置30K的显示图形数据缓冲区，以一个子帧显示图形384个字节计算，共可存贮80个子帧的图形。在软件中设置一个“显示指针”，它指示一个子帧图形的起始地址，只要把从这个地址开始的384个字节送到显示缓冲区，然后调用一次显示、扫描程序便可把这帧图形显示出来，如果我们在显示图形数据缓冲区中存有80帧的卡通图形，便可通过改变显示指针的值使这些图形显示出来，这就是前述SPC设置显示指针，并显示这帧图形指令的功能，如果不断的执行SP指令，便可实现卡通显示功能。
通信软件分主机对同步器，同步器对子控制机两部分，主机对同步器通信采用并行接口，同步器对子控制机则采用串行接口。同步器除接受主机对它的控制命令外，主要是数据转发供能，系统的数据流向仅为主机→同步器→子控制机。把所有需要传送的数据命令都归纳为一种标准的通信文件进行传输，该文件分标题和正文两部分。其中标题部分由8个字节组成，第一字节目的机号，第二字节文件类型，第三四字节目的地址，第五六字节正文字节数，第七八字节显示或程序指针。对于目的的机号规定0～7FH表示对单台控制机寻址;80H表示公共机号，对所有子控制机寻址;81H-FDH表示对子机“分组”寻址(把数台子控制机编成一个组同时进行传输)，这对多显示屏系统十分有利;FEH表示对同步器寻址，用于对同步器传送如开同步、关同步、发送一个同步信号、子控制机复位等操作命令。对于文件类型字节规定00H表示传送显示数据;03H表示传送对子控制机的命令;06H表示传送动态显示程序;09H表示传送实时显示的数据，实时显示数据是把需要实时显示的内容直接送到显示缓冲区，实时显示数据是把需要实时显示的内容直接送到显示缓冲区，文件传送完后子控制机软件识别到文件类型标志是09H时，便调用一次显示扫描程序，使传送的内容即显示出来，OCH表示这不是一个文件而是一个同步信号。对于目的地址表示的是数据传送到子控制机数据RAM中的物理首地址，与其在同步器中的存放地址无关。文件标题包含了系统中需要传输的各种数据的所有信息。文件标题后紧接正文，正文可是显示图形数据，动态显示程序或对子控制机的命令，正文的结尾不需要加结束符号。
权利要求
1.一种模块化组合型微机控制灯泡显示屏，由控制系统和显示屏组成，其特征在于a.控制系统采用有多台专用电脑子控制机7和一台同步器6及主机5构成的电脑网络；b.显示屏1采用若干个与灯泡控制电路板13形成一体的单元显示模板4拼装组成。
2.按权利要求1所述的模块化组合型微机控制灯泡显示屏，其特征在于每台子控制机7独立控制由几个单元显示换板4组成的显示屏1的一部分子显示屏2或3组成子系统9，并由同步器6控制子控制机7同步工作，主机5用作操作台及图形编辑、存贮。
3.按权利要求1所述的模块化组合型微机控制灯泡显示屏，其特征在于单元显示模板4有显示面板11、固定于显示面板上的灯头16、灯泡17、显示面板背面装有控制电路板固定装置12、电路板插件14、电路板插件与灯头间的连线15及通过电路板插件联接于显示模板上，可方便拆卸的控制电路板13。
4.按权利要求1所述的模块组化合型微机控制灯泡显示屏，其特征在于子控制机7由微处理芯片IC1、程序、数据存贮器IC2、IC3及专用接口电路IC4～IC24组成。
5.按权利要求1所述的模块化组合型微机控制灯泡显示屏，其特征在于灯头16的前部装有橡胶密封套20。
全文摘要
模块化组合型微机控制灯泡显示屏，特点是采用一台微机作主机5和多台专用电脑子控制机7及一台同步器6构成的专用电脑网络进行控制，同步器控制子控制机同步工作，主机作为操作台和画面编辑，每台子控制机独立控制由几个单元显示模板4组成的显示屏一部分的子显示屏2或3构成子系统9。显示屏用与灯泡控制板联成一体的显示模板4拼装而成，使显示屏完全积木化，可定型生产并方便组成数十到数百平方米的单色或多色显示屏。
文档编号G09F9/307GK1077556SQ9311086
公开日1993年10月20日 申请日期1993年2月3日 优先权日1993年2月3日
发明者张炬 申请人:张炬