一种工业显示屏的设计

      在炼焦生产过程中，多台作业机车按照给定的生产计划，相互配合进行工作，笔者设计了炼焦生产作业机车自动化控制系统。
    为了帮助车上操作人员正确、准时进行操作，防止误操作或各机车相互配合不当造成事故，炼焦控制系统中设计了一种工业显示屏。显示屏用数码管和指示灯显示：当前本车的生产任务，执行任务的时间以及实际时间，当前其它相关作业机车的位置、工作状态以及允许工作条件；显示屏用语音进行作业提示、工作状态通报、报警。图1为工作中的显示屏，数码管用L表示，指示灯用D表示。

1 总体电路结构
    显示屏总体电路框图如图2。单片机AT89C51作为电路核心，AT89C51串行口接收中央控制室主控计算机发来串行数据，由此控制显示的内容和发出相应的语音。AT89C51内部定时器Tl作为波特率发生器，TO用作定时。为了和车上PLC通信接口一致，显示屏采用RS一485串行通信标准，用MAX485作为通信接口。

为了防止系统出现死机现象，采用MAX813芯片实现“看门狗”功能。MAX813第6脚WDI接至AT89C51的P2．4，程序中每隔一定的时间执行一条CPL，P2．4指令，即不断地向MAX8l3的WDI脚发出脉冲信号进行“喂食”，一旦AT89C51出现“死锁”时，不可能再执行CPL P2．4，MAX813的计数器溢出，控制RESET引脚向AT89C51输出一个复位信号，使AT89C51复位。

2 显示电路设计
    显示电路设计采用SPI接口的显示驱动电路芯片MCl4489。SPI总线是一个同步串行外设接口，只需3～4根数据线和控制线即可实现与具有SPI总线接口功能的I／O器件进行接口，因此，可以简化电路设计，节省器件。
2．1 MCl4489介绍
    MCl4489是Motorola公司生产的一种高集成度的显示驱动器，集锁存、译码、驱动、扫描、时钟于一体，采用动态扫描方式驱动共阴极LED数码管或独立的LED指示灯，且亮度可程控为全亮或半亮。一片MCl4489可直接驱动5个显示单元，1个显示单元可以是1个数码管或4个独立的LED指示灯。
    (1)MCl4489引脚功能
    MCl4489其引脚排列如图3，引脚功能如下。
    Bl～B5(BANKl～5)：显示位驱动端，低电平有效。MCl4489采用B1～B5依次有效的动态扫描方式驱动5个显示单元，B5为最高位驱动端。
    a～h：数码管显示段驱动端。驱动数码管时，a～g分别驱动数码管的a～g字段，h驱动小数点。驱动指示灯时，a、b、c、d直接控制4个指示灯，e、f、g处于低电平。一片MCl4489最多可控制5个数码管或20个独立的指示灯。
    EN：串行输入使能端，为低电平有效。
    DI(DATA IN)：串行数据输入端。EN有效期间，串行数据在CLOCX上升沿由DI端移入内部移位寄存器，高位在前。
    D0(DATA OUT)：串行数据输出端。在时钟脉冲CLOCK下降沿移出数据，可用于芯片间级联，前级D0接后级DI。
    CLOCK：串行数据时钟输入端。
    Rx：外部电流设置电阻，要求Rx≥700Ω，其值决定驱动电流大小，选择Rx阻值调节显示亮度。
    VDD、VSS：电源端、地线。
    (2)MCl4489显示控制

 ①显示译码方式
    MCl4489有3种显示译码方式，如表1。

②“配置字”和“显示字”
    输入到MCl4489的数据分为两类：“配置字”和“显示字”，一片MCl4489需要1字节的“配置字”，3字节的“显示字”。MCl4489的“配置字”、“显示字”分别在不同的有效期间输入。
    “配置字”确定显示代码的译码方式，见表2。

“显示字”是各显示单元的显示代码，并控制小数点位置和显示亮度。3字节共有24位D23～DO。D23～D20是控制用高半字节，D23是控制显示亮度，D23=0，控制显示为半亮状态，D23=1，控制显示为全亮状态；D22～D20是控制小数点的位置，见表3。D19～D16、D15～D12、D11～D8、D7～D4、D3～DO分别是B5、B4、B3、B2、B1的显示代码。

   图l下面的数码管、指示灯L13～L24、D11～D35显示由4片MCl4489驱动，级联构成第二串显示电路。第二串显示电路每一片MCl4489的B1～B3驱动3个数码管，B4驱动驱动4个LED指示灯，B5驱动2个LED指示灯。4片MCl4489的配置字都是00110001B，即Bl～B3采取16进制译码，B4、B5不译码。根据MCl4489输入规定，4片级联需要输入12字节的配置字，输入14字节的显示字，输入格式见表4。

AT89C5l采用软件模拟MCl4489串行接口时序进行接口，P2．0、P2．1、P2．2作为第一串显示电路的EN、CLOCK、DI，P2．5、P2．6、P2．7作为第二串显示电路的丽、CLOCK、DI。

第一串显示电路输入程序如下。

3 语音电路设计
    显示屏中需要讲的话在VP880系统下进行录音、并分割成语音段存放在存储器中。语音的采样频率较高能产生更好的音质，但造成容量增大，一般采样频率取32kps速率。显示屏应用VPl606语音处理芯片设计语音电路。
3．1 语音处理芯片V1606
    VPl606是可用于多段语音再生的语音处理芯片。当与外围语音存储器相连后，可根据相应的控制信号再生多达64段的语音信息。64段语音数字信号分别存储在存储器中4个堆，在每个堆能存放16段语音。在外部控制信号作用下，VPl606从存储器中取出相应的语音信号，经解调译码后，输出模拟语音信号。
    VPl606为48脚DIP封装，其各引脚的有关功能及说明如下。
    AO～A19：地址总线，输出。
    DO～D7：数据总线，输入。
    ANG、ANG：模拟语音信号差分输出端，与放大器连接。
    ANGD：模拟语音信号反馈输入端。
    EVN：包络信号输入端。此引脚连接一个反馈电阻到INT引脚。
    INT：综合输出端，连接一个外部RC电路。
    INA～IND：二进制段代码输入端，INA为低位。
    INE、INF：二进制堆代码输入端，INE为低位。
    SE、SF：二进制堆代码输出端，与EPROMi奎接，将
    INE、INF输入的堆代码输出到存储器，选择相应的堆。
    I／O：控制输入／忙输出端，低电平有效，作为输入是控制信号，当段代码、堆代码输入到INA～INF后，在此引脚输入一个低电平脉冲才能触发相应语音段；作为输出是“忙”信号，在语音播放时，此引脚变为低电平输出，表示正在播放。
    OSC1、OSC2：内部振荡器连接外部RC元件引脚，如果采用外部时钟脉冲，则外部时钟脉冲从OSC2引脚输入。
    RESET：复位输入端，低电平有效。