以太网终端数码管显示装置转让专利
申请号 : CN200910184896.2
文献号 : CN101702300A
文献日 : 2010-05-05
发明人 : 丛雪松
申请人 : 中冶华天工程技术有限公司
摘要 :
本发明公开了一种以太网终端数码管显示装置，包括处理器单元(1)、供电单元(2)、通讯单元(3)和显示单元(4)，其中处理器单元(1)的输出信号通过总线驱动器接入显示单元(4)的输入端，处理器单元(1)与通讯单元(3)连接并且两者之间的信号双向传输，供电单元(2)为整个显示装置提供电能，上述通讯单元(3)包括TCP/IP协议栈芯片、以太网控制器和RJ45插座，其中TCP/IP协议栈芯片与处理器单元(1)连接并且两者之间信号双向传输，TCP/IP协议栈芯片与以太网控制器连接并且两者之间信号双向传输。与现有技术相比，本发明组网方便、响应速度快而且结构简单、成本低廉、运行稳定可靠。
权利要求 :
1.一种以太网终端数码管显示装置，包括处理器单元(1)、供电单元(2)，其特征在于：该以太网终端数码管显示装置还包括通讯单元(3)和显示单元(4)，其中处理器单元(1)的输出信号通过总线驱动器接入显示单元(4)的输入端，处理器单元(1)与通讯单元(3)连接并且两者之间的信号双向传输，供电单元(2)为整个显示装置提供电能，上述通讯单元(3)包括TCP/IP协议栈芯片、以太网控制器和RJ45插座，其中TCP/IP协议栈芯片与处理器单元(1)连接并且两者之间信号双向传输，TCP/IP协议栈芯片与以太网控制器连接并且两者之间信号双向传输。
2.根据权利要求1所述的以太网终端数码管显示装置，其特征在于：所述的显示单元(4)包括接口芯片、键盘、译码器、数码管驱动器、数据锁存器、16段字母型数码管和8段数码管，其中键盘与接口芯片连接用于输入信息，接口芯片的其中一个输出信号接入数据锁存器的输入端，数据锁存器的输出信号依次接入各个数码管，接口芯片的另一个输出信号接入译码器的输入端，译码器的输出信号接入数码管驱动器的输入端，数码管驱动器的输出端分别与各个数码管连接。
3.根据权利要求1所述的以太网终端数码管显示装置，其特征在于：所述的处理器单元(1)包括单片机，在单片机上连接有存储器，并且两者之间信号双向传输，拨码开关的输出信号接入单片机的输入端，并且为单片机连接了看门狗电路，以提高显示装置的稳定性。
说明书 :
技术领域
本发明涉及一种网络终端显示装置，尤其涉及一种能实现嵌入式网络处理的以太网终端数码管显示装置。
背景技术
目前，在企业生产现场，用于显示产品编号等数据信息的显示终端数量庞大，现有的显示终端多数用RS485通讯，而此种显示终端不仅传输距离受到很大的限制，而且刷新速率低、实时性差；而且当系统扩充时需要改动整个网络系统的配置，还需要在上位计算机系统中编写大量的通讯驱动程序和数据处理程序，这样必然造成系统开发难度加大、开发资金投入增多，因此迫使许多企业最后选择了在需要显示数据的场所安装了PC机来实现此功能，造成了资源的浪费。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种组网方便、响应速度快而且结构简单、成本低廉、运行稳定可靠的以太网终端数码管显示装置。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种以太网终端数码管显示装置，包括处理器单元、供电单元、通讯单元和显示单元，其中处理器单元的输出信号通过总线驱动器接入显示单元的输入端，处理器单元与通讯单元连接并且两者之间的信号双向传输，供电单元为整个显示装置提供电能，上述通讯单元包括TCP/IP协议栈芯片、以太网控制器和RJ45插座，其中TCP/IP协议栈芯片与处理器单元连接并且两者之间信号双向传输，TCP/IP协议栈芯片与以太网控制器连接并且两者之间信号双向传输。
所述的显示单元包括接口芯片、键盘、译码器、数码管驱动器、数据锁存器、16段字母型数码管和8段数码管，其中键盘与接口芯片连接用于输入信息，接口芯片的其中一个输出信号接入数据锁存器的输入端，数据锁存器的输出信号依次接入各个数码管，接口芯片的另一个输出信号接入译码器的输入端，译码器的输出信号接入数码管驱动器的输入端，数码管驱动器的输出端分别与各个数码管连接。
所述的处理器单元包括单片机，在单片机上连接有存储器，并且两者之间信号双向传输，拨码开关的输出信号接入单片机的输入端，并且为单片机连接了看门狗电路，以提高显示装置的稳定性。
与现有技术相比，本发明技术具有以下优点：
1、本发明组网方便、响应速度快。本发明通过将TCP/IP协议栈芯片与以太网控制器等元器件连接形成基于以太网的通讯单元，并配备了相应的辅助电路，实现了将处理器单元接入到基于以太网的局域网中，形成了嵌入式网络处理平台，彻底改变了现有技术中的低端单片机(8位、16位)接入网络困难的局面，使得本发明实现基于TCP/IP通信的过程像以往采用串口通信一样简单，省去了传统方法中只有专业人员才能开发的驻留在单片机中的TCP/IP协议栈软件，大大降低了开发成本，同时使显示装置的网络速度很容易达到几十Mbps，明显高于以往的串口RS232或RS485通讯方式的数据传输速度，而且在整个生产线网络组建时之需要给本装置配置一个IP地址即可实现数据通讯，减少了大量专业的驱动程序代码的开发。
2、本发明结构简单、成本低廉、运行稳定可靠。本发明各个组成单元中所采用的元器件如中央处理器采用的型号为MCS-8051、字母型LED数码管、CP/IP协议栈芯片的型号为W3150A、以太网控制器的型号为RTL8201，另外主板上的存储器、键盘等元器件，均选用了标准器件，减少了非标准器件的开发，使得本发明成本低廉；在显示字符时，工业现场通常不仅仅要显示数字，产品批次编号等信息通常还要显示A-Z的字母，因此本发明选择了16段字母型LED数码管，该型数码管没有与之相匹配的标准显示接口芯片，于是本发明将16段字母型LED数码管分成两部分处理，相当于两个8段数码管，采用常见的8279可编程键盘与显示接口芯片实现该显示功能，降低了装置的开发成本，另外装置配备了看门狗电路，提高了整个系统的稳定性。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种以太网终端数码管显示装置，包括处理器单元、供电单元、通讯单元和显示单元，其中处理器单元的输出信号通过总线驱动器接入显示单元的输入端，处理器单元与通讯单元连接并且两者之间的信号双向传输，供电单元为整个显示装置提供电能，上述通讯单元包括TCP/IP协议栈芯片、以太网控制器和RJ45插座，其中TCP/IP协议栈芯片与处理器单元连接并且两者之间信号双向传输，TCP/IP协议栈芯片与以太网控制器连接并且两者之间信号双向传输。
所述的显示单元包括接口芯片、键盘、译码器、数码管驱动器、数据锁存器、16段字母型数码管和8段数码管，其中键盘与接口芯片连接用于输入信息，接口芯片的其中一个输出信号接入数据锁存器的输入端，数据锁存器的输出信号依次接入各个数码管，接口芯片的另一个输出信号接入译码器的输入端，译码器的输出信号接入数码管驱动器的输入端，数码管驱动器的输出端分别与各个数码管连接。
所述的处理器单元包括单片机，在单片机上连接有存储器，并且两者之间信号双向传输，拨码开关的输出信号接入单片机的输入端，并且为单片机连接了看门狗电路，以提高显示装置的稳定性。
与现有技术相比，本发明技术具有以下优点：
1、本发明组网方便、响应速度快。本发明通过将TCP/IP协议栈芯片与以太网控制器等元器件连接形成基于以太网的通讯单元，并配备了相应的辅助电路，实现了将处理器单元接入到基于以太网的局域网中，形成了嵌入式网络处理平台，彻底改变了现有技术中的低端单片机(8位、16位)接入网络困难的局面，使得本发明实现基于TCP/IP通信的过程像以往采用串口通信一样简单，省去了传统方法中只有专业人员才能开发的驻留在单片机中的TCP/IP协议栈软件，大大降低了开发成本，同时使显示装置的网络速度很容易达到几十Mbps，明显高于以往的串口RS232或RS485通讯方式的数据传输速度，而且在整个生产线网络组建时之需要给本装置配置一个IP地址即可实现数据通讯，减少了大量专业的驱动程序代码的开发。
2、本发明结构简单、成本低廉、运行稳定可靠。本发明各个组成单元中所采用的元器件如中央处理器采用的型号为MCS-8051、字母型LED数码管、CP/IP协议栈芯片的型号为W3150A、以太网控制器的型号为RTL8201，另外主板上的存储器、键盘等元器件，均选用了标准器件，减少了非标准器件的开发，使得本发明成本低廉；在显示字符时，工业现场通常不仅仅要显示数字，产品批次编号等信息通常还要显示A-Z的字母，因此本发明选择了16段字母型LED数码管，该型数码管没有与之相匹配的标准显示接口芯片，于是本发明将16段字母型LED数码管分成两部分处理，相当于两个8段数码管，采用常见的8279可编程键盘与显示接口芯片实现该显示功能，降低了装置的开发成本，另外装置配备了看门狗电路，提高了整个系统的稳定性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明以太网终端数码管显示装置总电路方框图。
图2是本发明以太网终端数码管显示装置中通讯单元的原理结构框图。
图3是本发明以太网终端数码管显示装置中显示单元的电路方框图。
图1是本发明以太网终端数码管显示装置总电路方框图。
图2是本发明以太网终端数码管显示装置中通讯单元的原理结构框图。
图3是本发明以太网终端数码管显示装置中显示单元的电路方框图。
具体实施方式
参照图1，一种以太网终端数码管显示装置，包括处理器单元1、供电单元2、通讯单元3和显示单元4，其中处理器单元1的输出信号通过总线驱动器接入显示单元4的输入端，处理器单元1与通讯单元3连接并且两者之间的信号双向传输，供电单元2为整个显示装置提供电能，上述通讯单元3包括TCP/IP协议栈芯片、以太网控制器和RJ45插座，其中TCP/IP协议栈芯片与处理器单元1连接并且两者之间信号双向传输，TCP/IP协议栈芯片与以太网控制器连接并且两者之间信号双向传输，所述的显示单元4包括接口芯片、键盘、译码器、数码管驱动器、数据锁存器、16段字母型数码管和8段数码管，其中键盘与接口芯片连接用于输入信息，接口芯片的其中一个输出信号接入数据锁存器的输入端，数据锁存器的输出信号依次接入各个数码管，接口芯片的另一个输出信号接入译码器的输入端，译码器的输出信号接入数码管驱动器的输入端，数码管驱动器的输出端分别与各个数码管连接，在本实施例中，16段字母型数码管总共有2个，8段数码管总共有6个，用户还可以根据实际情况和具体需要进行扩展；所述的处理器单元1包括单片机，在单片机上连接有存储器，并且两者之间信号双向传输，拨码开关的输出信号接入单片机的输入端，并且为单片机连接了看门狗电路，以提高显示装置的稳定性。
在本发明中，处理器单元中的处理器采用MCS-8051单片机，通讯单元中采用的TCP/IP协议栈芯片为W3150A，并与单片机相连，(参照图2)在W3150A中固化了从MAC层、网络层到传输层所需要的协议，在加上常用的单口10M/100Mbps高速以太网物理层接口器件RTL8201以太网控制器和外围的辅助电路，以及以太网变压器和RJ45插座，就可以方便的实现嵌入式单片机通过以太网和局域网内的计算机通讯，该方案省去了传统方法中只有专业人员才能开发的驻留在单片机中的TCP/IP协议栈软件，缩短了开发的周期，同时也降低了研发成本，提高了装置运行的稳定性。
本发明在工业现场使用过程中，通常不仅仅要显示数字，产品批次编号等信息通常还要显示A-Z的字母，因此本发明选择了16段字母型LED数码管，该型数码管没有与之相匹配的标准显示接口芯片，成为困扰现有技术中使用16段数码管的难题，基于上述情况，本发明将16段字母型数码管分成两部分处理，(参照图3)相当于两个8段数码管，并采用常见的8279可编程键盘与显示接口芯片实现该显示功能，在8279的显示数据输出线OUTA0-3、OUTB0-3上，并接两路8位数据锁存器和驱动器，扫描输出线SL0控制了两路8位数据锁存器的触发端LE，当SL0＝0时，选中第一片数据锁存器V1；当SL0＝1时，选中第二片数据锁存器V2，上述接口芯片的扫描输出线SL1-SL3接“3-8”译码器，译码器输出的每一位接一个数码管的COM端，这样就可以在程序中控制显示缓冲区中的字符段码的编码，实现字符和数字的显示。
本发明以太网终端数码管显示装置控制板的制作思路如下：处理器采用MCS-8051单片机，由于系统具备显示的数据存储功能，所以用一片6264扩展数据存储器，以供系统使用；单片机的P0口提供低8位A0-A7，P2口提供高8位A8-A15，由于P0口还要作数据总线口，只能分时用作地址线，故P0口输出的低8位地址数据必须用锁存器锁存；地址总线采用单向总线驱动器74LS244，数据总线采用双向驱动器74LS245，驱动方向由G、DIR两个控制端控制，系统中P0口采用双向驱动器74LS245，使G接地保证芯片一直处于工作状态，而输入/输出的方向控制由单片机的数据存储器的“读”控制引脚RD和程序存储器的取指控制引脚PSEN通过与门控制DIR引脚实现。地址译码电路用74LS138芯片。人机接口采用了INTEL8279通用可编程的键盘、显示接口器件，能自动消除开关抖动及N键同时按下的保护，实现了简单的按键输入和LED数码管显示功能。其中本实施例中采用两个16段字母型LED数码管和6个8段LED数码管，存储的显示数据在显示过程中轮流从显示寄存器输出，该寄存器分为A、B两组，采用两组分别使用方式，实现16段LED的显示。可以显示产品编号等数据信息。看门狗电路MAX705是监控集成电路，对主电源的实现监视功能，同时配备了掉电保护的电路，避免了数据的丢失。
本发明的工作原理如下：该显示装置通电后，系统首先进行自检和初始化，当面板指示灯Ready亮时说明系统正常，此时可以使用拨码开关设定本装置IP地址的最后一段，其他网址信息可以通过在上位机配置固定的网址后与本装置建立通讯，然后在线修改网址，并可以通过按键复位已经配置的网址。正确的配置网址以后，上位机就可以按照定义好的数据格式向本装置发送待显示的数据信息。数据首先存入显示装置的数据存储器，然后经过查表得出显示字符的编码，由8279芯片以轮询的方式动态扫描LED数码管，完成对字符编码的显示。
该显示装置体积小、成本低，运行稳定可靠，用以太网通讯方式，提高了系统的响应速度，方便系统的配置和调试，可广泛的用于工业现场各个节点的数据显示。
在本发明中，处理器单元中的处理器采用MCS-8051单片机，通讯单元中采用的TCP/IP协议栈芯片为W3150A，并与单片机相连，(参照图2)在W3150A中固化了从MAC层、网络层到传输层所需要的协议，在加上常用的单口10M/100Mbps高速以太网物理层接口器件RTL8201以太网控制器和外围的辅助电路，以及以太网变压器和RJ45插座，就可以方便的实现嵌入式单片机通过以太网和局域网内的计算机通讯，该方案省去了传统方法中只有专业人员才能开发的驻留在单片机中的TCP/IP协议栈软件，缩短了开发的周期，同时也降低了研发成本，提高了装置运行的稳定性。
本发明在工业现场使用过程中，通常不仅仅要显示数字，产品批次编号等信息通常还要显示A-Z的字母，因此本发明选择了16段字母型LED数码管，该型数码管没有与之相匹配的标准显示接口芯片，成为困扰现有技术中使用16段数码管的难题，基于上述情况，本发明将16段字母型数码管分成两部分处理，(参照图3)相当于两个8段数码管，并采用常见的8279可编程键盘与显示接口芯片实现该显示功能，在8279的显示数据输出线OUTA0-3、OUTB0-3上，并接两路8位数据锁存器和驱动器，扫描输出线SL0控制了两路8位数据锁存器的触发端LE，当SL0＝0时，选中第一片数据锁存器V1；当SL0＝1时，选中第二片数据锁存器V2，上述接口芯片的扫描输出线SL1-SL3接“3-8”译码器，译码器输出的每一位接一个数码管的COM端，这样就可以在程序中控制显示缓冲区中的字符段码的编码，实现字符和数字的显示。
本发明以太网终端数码管显示装置控制板的制作思路如下：处理器采用MCS-8051单片机，由于系统具备显示的数据存储功能，所以用一片6264扩展数据存储器，以供系统使用；单片机的P0口提供低8位A0-A7，P2口提供高8位A8-A15，由于P0口还要作数据总线口，只能分时用作地址线，故P0口输出的低8位地址数据必须用锁存器锁存；地址总线采用单向总线驱动器74LS244，数据总线采用双向驱动器74LS245，驱动方向由G、DIR两个控制端控制，系统中P0口采用双向驱动器74LS245，使G接地保证芯片一直处于工作状态，而输入/输出的方向控制由单片机的数据存储器的“读”控制引脚RD和程序存储器的取指控制引脚PSEN通过与门控制DIR引脚实现。地址译码电路用74LS138芯片。人机接口采用了INTEL8279通用可编程的键盘、显示接口器件，能自动消除开关抖动及N键同时按下的保护，实现了简单的按键输入和LED数码管显示功能。其中本实施例中采用两个16段字母型LED数码管和6个8段LED数码管，存储的显示数据在显示过程中轮流从显示寄存器输出，该寄存器分为A、B两组，采用两组分别使用方式，实现16段LED的显示。可以显示产品编号等数据信息。看门狗电路MAX705是监控集成电路，对主电源的实现监视功能，同时配备了掉电保护的电路，避免了数据的丢失。
本发明的工作原理如下：该显示装置通电后，系统首先进行自检和初始化，当面板指示灯Ready亮时说明系统正常，此时可以使用拨码开关设定本装置IP地址的最后一段，其他网址信息可以通过在上位机配置固定的网址后与本装置建立通讯，然后在线修改网址，并可以通过按键复位已经配置的网址。正确的配置网址以后，上位机就可以按照定义好的数据格式向本装置发送待显示的数据信息。数据首先存入显示装置的数据存储器，然后经过查表得出显示字符的编码，由8279芯片以轮询的方式动态扫描LED数码管，完成对字符编码的显示。
该显示装置体积小、成本低，运行稳定可靠，用以太网通讯方式，提高了系统的响应速度，方便系统的配置和调试，可广泛的用于工业现场各个节点的数据显示。