ARM芯片控制LED显示屏

1、 可修改 欢迎下载 精品 Word 可修改 欢迎下载 精品 Word 可修改 欢迎下载 精品 Word基于ARM的LED显示屏的控制系统的设计与实现摘 要近年来 ，LEDlight emiting diode，发光二极管显示屏作为一种高科技产品日益引起人们的重视。它可以实时显示或循环播放文字、图形和图像信息，具有显示方式丰富、欣赏性强、显示内容修改方便、亮度高、显示稳定且寿命长等多种优点，被广泛应用于商业广告、体育比赛、交通信息报导等诸多领域.LED显示屏的核心技术主要集中在控制器中。目前，大局部异步显示屏采用的是8位或16位的微控制器，由于受到微处理器的处理速度、体系架构、寻址范围、外围接口

2、资源等诸多限制，已难以在要求显示较多像素、显示内容帧频较高、动态显示效果复杂的情况下得到良好的动态视觉效果。针对以上情况，本文研究开发了一种全新的，由32位高性能ARM微处理器组成的LED显示屏控制系统，就控制平台、硬件结构和软件开发实现给出了驱动局部和控制局部的详细分析与设计。关键词：LED显示屏，控制系统，ARM，LPC2294芯片，串口通信，RS232接口The LED display control system design and implementation based on ARMAbstractLED panel systems gains rapid development

3、 in the design,machine and application from nineties ages.It went thorugh from single color and two colors to image LED panel.As a high technology production,LED panel can realize real time and sequential displaying textuer,graghic and images. LED panel has many special feature such as high reliabil

4、ity, long life,high performance, low cost, and more important high acclimatization. Moreover, with the technique of color panel perfect increasingly,LED panel is widely used in many fields. The coer techniqe for a LED panel is mainly centralized on its contorller.At present,the majority of asynchron

5、ous display panel use the 8 or the 16 micro-controllers,because the processing speed, the system construction, the addressing scope, the periphery connection resources and so on many limits, in request demonstration many picture elements, the demonstration content frame frequency has been with dific

6、ulty high, in the dynamic demonstration efect complex situation, obtains the good dynamic visual efect. In view of above situation,This paper redesign and developed one kind new display system.It is composed by 32 high performance ARM microprocessor.The control platform,hardware structuer and softwa

7、er implementation of the LED panel controller are analyzed and designedKey Words：LED panel systems，control system, ARM, LPC2294 micro-controllers, serial communication, RS232 serial interface目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc231810882 1.绪论 PAGEREF _Toc231810882 h 1 HYPERLINK l _Toc231810883 1.1 LE

8、D显示屏的研究现状及开展趋势 PAGEREF _Toc231810883 h 1 HYPERLINK l _Toc231810884 1.2 LED显示屏控制系统的研究现状与开展趋势 PAGEREF _Toc231810884 h 3 HYPERLINK l _Toc231810885 基于单片机的LED显示屏控制系统 PAGEREF _Toc231810885 h 3 HYPERLINK l _Toc231810886 基于SOPC的LED显示屏控制系统 PAGEREF _Toc231810886 h 4 HYPERLINK l _Toc231810887 1.3本课题的研究背景及意义 PA

9、GEREF _Toc231810887 h 5 HYPERLINK l _Toc231810888 1.4 本论文的主要内容 PAGEREF _Toc231810888 h 6 HYPERLINK l _Toc231810889 2 LED显示系统的根本原理 PAGEREF _Toc231810889 h 7 HYPERLINK l _Toc231810890 2.1 LED显示屏 PAGEREF _Toc231810890 h 7 HYPERLINK l _Toc231810891 显示屏的显示原理 PAGEREF _Toc231810891 h 7 HYPERLINK l _Toc2318

10、10892 2.1.2 LED显示屏的驱动原理 PAGEREF _Toc231810892 h 7 HYPERLINK l _Toc231810893 显示屏的优点 PAGEREF _Toc231810893 h 8 HYPERLINK l _Toc231810894 2.2 基于ARM的控制板 PAGEREF _Toc231810894 h 9 HYPERLINK l _Toc231810895 2.3 串口通信协议 PAGEREF _Toc231810895 h 11 HYPERLINK l _Toc231810896 3.基于ARM的LED显示屏控制系统的总体设计 PAGEREF _To

11、c231810896 h 13 HYPERLINK l _Toc231810897 3.1 整体思路 PAGEREF _Toc231810897 h 13 HYPERLINK l _Toc231810898 3.2 芯片选型： PAGEREF _Toc231810898 h 14 HYPERLINK l _Toc231810899 控制模块 PAGEREF _Toc231810899 h 14 HYPERLINK l _Toc231810900 串口通信模块 PAGEREF _Toc231810900 h 15 HYPERLINK l _Toc231810901 显示模块 PAGEREF _T

12、oc231810901 h 17 HYPERLINK l _Toc231810902 电源模块 PAGEREF _Toc231810902 h 18 HYPERLINK l _Toc231810903 时钟模块 PAGEREF _Toc231810903 h 19 HYPERLINK l _Toc231810904 3.3 原理简介 PAGEREF _Toc231810904 h 20 HYPERLINK l _Toc231810905 4.系统硬件设计 PAGEREF _Toc231810905 h 21 HYPERLINK l _Toc231810906 4.1 电源模块的设计 PAGER

13、EF _Toc231810906 h 21 HYPERLINK l _Toc231810907 4.2 ARM控制模块的设计 PAGEREF _Toc231810907 h 23 HYPERLINK l _Toc231810908 4.3 串口通信模块的设计 PAGEREF _Toc231810908 h 26 HYPERLINK l _Toc231810909 4.4 LED显示模块 PAGEREF _Toc231810909 h 27 HYPERLINK l _Toc231810910 5 系统的软件设计 PAGEREF _Toc231810910 h 28 HYPERLINK l _To

14、c231810911 5.1 ARM ADS集成开发环境的介绍 PAGEREF _Toc231810911 h 28 HYPERLINK l _Toc231810912 5.2 软件的控制流程分析 PAGEREF _Toc231810912 h 30 HYPERLINK l _Toc231810913 握手信号的流程与通信数据帧格式 PAGEREF _Toc231810913 h 30 HYPERLINK l _Toc231810914 通信实例分析 PAGEREF _Toc231810914 h 32 HYPERLINK l _Toc231810915 5.3 ARM主程序的设计 PAGER

15、EF _Toc231810915 h 33 HYPERLINK l _Toc231810916 主程序的简要分析 PAGEREF _Toc231810916 h 33 HYPERLINK l _Toc231810917 主程序流程图 PAGEREF _Toc231810917 h 33 HYPERLINK l _Toc231810918 5.4 中断子程序的设计 PAGEREF _Toc231810918 h 34 HYPERLINK l _Toc231810919 中断子程序的简要分析 PAGEREF _Toc231810919 h 34 HYPERLINK l _Toc231810920

16、中断子程序流程 PAGEREF _Toc231810920 h 35 HYPERLINK l _Toc231810921 5.5 LED控制器的工作流程 PAGEREF _Toc231810921 h 37 HYPERLINK l _Toc231810922 结论 PAGEREF _Toc231810922 h 38 HYPERLINK l _Toc231810923 致谢 PAGEREF _Toc231810923 h 39 HYPERLINK l _Toc231810924 参考文献 PAGEREF _Toc231810924 h 40 HYPERLINK l _Toc231810925

17、附录A PAGEREF _Toc231810925 h 421.绪论1.1 LED显示屏的研究现状及开展趋势进入新世纪LED 显示屏的技术和产业都取得了长足的开展，作为重要的现代信息发布媒体之一LED显示屏在证券交易、金融、交通、体育、广告等领域被广泛地应用。 伴随社会信息化进程的推进，LED显示屏技术也在不断地推陈出新，应用领域愈加广阔。1LED显示屏是八十年代后期全球迅速开展起来的新型信息显示媒休, 它利用发光二极管构成的点阵模块组成像素组成大面积显示屏幕, 以可靠性高、使用寿命长、环境适应能力强、价格性能比高、使用本钱低等特点, 在短短的十来年中, 迅速成长为平板显示的主流产品，在信息显

18、示领域得到广泛的应用。我国LED显示屏产业自90年代以来，到目前中国LED 显示屏产业已初具规模，形成了一批具有一定规模的骨干企业。据不完全统计，全国从事LED 显示屏的各类企业约有150 家，从业人员近万人。其中130 家企业参加了中国光学光电子行业协会LED 显示屏分会，年度销售总额占全国同行业的80% 以上。目前国内主要LED 显示屏制造厂商主要集中在华东、华北、华南区域。大型制造商的市场范围几乎覆盖了整个中国。国内LED 厂商中，年产值上千万的有20 余家在规模迅速开展的同时，产品技术也推陈出新，一直保持了在该领域内比较先进的水平。早在90年代初，国产的LED显示屏就具备了成熟的16级

19、灰度256色视频控制技术和无线遥控等，代表了当时的国际先进技术水平。近几年，在全彩色LED显示屏256级灰度视频控制技术、集群无线控制、多级群控技术等方面，均有居国内外先进技术水平的产品出现。在LED显示屏控制专用大规模集成电路方面，国内企业也有开发生产并得到了实际应用。1进入二十一世纪的示技术将是平板显示的时代, LED显示屏作为平板显示的主导产品之一无疑会有更大的开展, 井有可能成为二十一世纪平板显示的代表性主流产品。高亮度、全彩化蓝色及纯绿色LED产品自出现以来，本钱逐年快速降低，已具备成熟的商业化条件。根底材料的产业化，使LED全彩色显示屏产品本钱下降，应用加快。目前国际上LED红管的

20、单价急剧下跌，某些厂商的蓝管价格也下降到0.8美元/颗，纯绿管逐渐大批量生产，显示屏屏体价格会逐步降低；同时，随着控制技术的开展和屏体稳定性的提高，使显示屏的质量也较过去为佳。全彩色LED显示屏将是LED显示屏的重要开展方向。LED产品性能的提高，使全彩色显示屏的亮度、色彩、白平衡均到达比较理想的效果，完全可以满足户外全天候的环境条件要求，同时，由于全彩色显示屏价格性能比的优势，预计在未来几年的开展中，全彩色LED显示屏在户外广告媒体中会越来越多地代替传统的灯箱、霓红灯、磁翻板等产品，体育场馆的显示方面全彩色LED屏更会成为主流产品。据不完全统计，世界上目前至少有150家厂商生产全彩屏，其中产

21、品齐全，规模较大的公司约有30 家左右，主要分布在美国、欧洲、亚洲日本、中国台湾、中国大陆。国内从1994、1995 年开始生产全彩色显示屏，到2022年底，全国范围内的全彩色LED显示屏到达300多块。全彩色LED显示屏的广泛应用会是LED显示屏产业开展的一个新的增长点。标准化、标准化材料、技术的成熟及市场价格的根本均衡之后，LED显示屏的标准化和标准化将成为一个新趋势。近几年业内的开展，市场竞争在传统产品条件下是以价格作为主要的竞争手段几番价格回落调整到达根本均衡，产品质量、系统的可靠性等将成为主要的竞争因素，这就对LED显示屏的标准化和标准化有了较高要求。1999年，中国光协光电器件分会

22、LED显示屏专业委员会在昆明组织起草了?LED显示屏检测方法?，经修改后，于2000年8月正式印发。目前电子标准化研究所与LED 显示屏专业委员会正在就标准体系和具体标准的建立组织力量进行有关工作。产品结构多样化2信息化社会的形成, 信息领域愈加广泛, 显示屏的应用前景更为广阔。预计大型或超大型LED显示屏的主流产品局面将会发生改变, 适合护效劳行业特点和专业性要求的小型LED示屏会有较大提高, 而向信息效劳领域的LED显示屏产品门类和品种体系将更加丰富局部潜在的市场需求和应用领域将会有所突破, 如公共交通、停车场、餐饮、医院等综合效劳方面的信息显示屏需求量将有更大的提高，大批量、小型化的标准

23、系列LED显示屏在LED显示屏市场总量中将会占有多数份额。21.2 LED显示屏控制系统的研究现状与开展趋势LED显示屏具有发光亮度高，色彩鲜艳，寿命长等优点，自上世纪80年代问世以来便引起了人们的广泛关注，并逐步开展成为一个技术全面的产业。LED显示屏控制系统也随之开展起来，并随着技术的进步几经更新。这期间主要经历了两个阶段，分别是：基于单片机的LED显示屏控制系统，基于ARM+FPGA/CPLD的SOPC片上系统的LED显示屏控制系统。下面分别简介这两个阶段的根本特征。 基于单片机的LED显示屏控制系统 LED显示屏的单片机控制系统是将微处理器，存储器，输入输出设备集成在一块PCB板上来实

24、现对LED显示屏的驱动、扫描、存储等控制，这种方式的控制系统在八十年代后期起一直到现在都是LED显示屏控制系统的主流方式，技术相当成熟，能很好的适应公众场合的信息显示。该系统的一般框架如下：单 片 机单 片 机列驱动行驱动LED屏 图1.1 基于单片机的LED显示屏控制系统一般框图3基于单片机的LED控制系统按照单片机内核的不同又可分为两种情形：第一种，基于51系列单片机的LED显示屏控制系统。第二种，基于ARM的LED显示屏控制系统。这两钟方式的控制系统组成都差不多，外围电路组成变化不大。但是，由于LED显示屏控制较复杂，特别是对于显示特殊效果，如循环移动、覆盖、霓虹灯效果，要求处理器运算速

25、度快、执行效率高，51系列单片机是8位机且硬件资源受限制渐渐不能适应这种高质量，大容量数据的显示，ARM处理器是32位机，各种硬件资源相当丰富，因此在实践应用中逐渐有取代51系列单片机的趋势。3 基于SOPC的LED显示屏控制系统传统的设计模式将各个芯片集成到一个PCB上，完成相应的功能，产品的灵活性和系统性能都会受到一定程度的影响。随着IP核的兴起，设计者逐渐把以前由分立芯片实现的系统集成到一个芯片中，即SOCSystemonChip.SOC是指在一个芯片中实现用户定义的系统。在一个SOC设计中，将涵盖到包括微处理器、DSP芯片、存储器件、通用I/O、控制逻辑、混合信号模块等在内的许多局部。

26、随着工艺技术的开展与市场的需要，超大规模、高速、低功耗的FPGA不断推出，并且被广泛地应用在高速、高密度的数字电路设计领域。如今将FPGA及微处理器的核心嵌在同一芯片上，构成一个可编程的SOC系统框架结构，即所谓的可编程片上系统SOPCSystemonaProgrammableChip，这为系统设计者提供了一种灵活快捷的设计方法和途径。与传统的模式相比，SOPC的主要优点是设计周期短，本钱低，设计灵活。4目前的 LED显示屏控制系统多采用的是DSP或ARM加可编程器件的硬件结构。随着对显示质量需求的不断提高，数据量不断增大，控制电路设计越来越复杂，致使控制本钱较高，且系统稳定性也有待提高。采用

27、基于Nios 处理器的SOPC设计方案，数据的处理速度以及扫描频率更快，各个功能模块的集成度提高。系统的性能和可靠性方面都有很大的改善。系统结构如图1.2所示。采 用 SO PC技术，数字电路都在FPGA内实现，系统的硬件电路结构比较简单，主要是由一片FPGA芯片作为系统的核心，片外连接一片大容量的SDRAM 用于程序运行和数据存储。FLASH用来存储系统程序和显示数据。主控机通过网络发送指令和显示数据控制.这样显示屏既可以脱离主机独立运行也能在主机控制下显示.控制系统自动读取连接到系统的USB存储设备中特定的文件信息。USB主要用于更新显示信息。4Led controllerLed cont

28、rollerFlash interfaceDMAEthemet interfaceCH375 interfaceJTAG UARTNios 处理器Button PioOnchip memorySDRAM ControllerAvalon 总线LED显示屏CH375U盘FlashDM9000主 机SDRAM 图1.2 基于SOPC的LED显示系统的一般框图1.3本课题的研究背景及意义在现代信息化社会的高速开展过程中，随着宽带网络的开展，数字化的多媒体内容将在信息世界中占据主流，新型的显示设备将代替传统电视机成为人们享受信息和多媒体内容的中心。专家预言，半导体照明产业将是21世纪最大、最活泼的高科

29、技产业之一，在经济竞争及国家平安方面具有极其重要的意义。作为光源，LED优势表达在三个方面：节能、环保和长寿命。LED不依靠灯丝发热获取光源，能量转化效率高，理论上只有白炽灯能耗的10、荧光灯能耗的50。由于人的眼睛最习惯和适宜白光照明，所以白光LED研发是当前最前沿的技术，也是LED真正走向照明应用的关键。但目前LED照明应用还存在着光效低、寿命相对短、自动化产量低、本钱高等问题，各国都亟待有新的突破。然而，我国目前LED产品开发应用领域存在缺乏。我国自产的LED芯片,外延片产量仍有限,其产品以中、低档为主,产业化规模偏小,只能满足国内封装企业需求量的20%30%,大局部高性能LED和功率L

30、ED产品均要依赖进口。此外，在LED的应用市场上面，也存在产品种类、品种等方面的制约，尤其是在家庭照明领域，由于存在的技术缺乏，使得无法进行规模普及应用。因此，加大对LED应用技术的研发力度,具备自身核心技术并实现规模量产是LED产业开展的最关键一步。5本设计是智能公交管理系统的一个工程分支，中国是一个经济持续开展的开展中国家，改革开放以来，城市化与汽车化开展十分迅猛。改革开放前，城市化水平缺乏19%，目前已经开展到超过30%，预测2021年将接近50%；机动车拥有量目前已达6000万辆，并以每年10%以上的速度增长，预计2021年到达1.3亿多辆；中国城市交通的特点是混合交通；改革开放以来，

31、中国道路交通设施及管理设施虽然有较大改观，但跟不上机动车增长速度。总体水平与兴旺国家有较大差距，特别是大多数城市路网结构不合理，道路功能不完善，道路系统不健全。交通管理设施缺乏，管理水平不高。即使各地都建立了交通控制中心，大多只是实现了监视功能，而远没有发挥控制功能的效应。而本设计正是基于这种思考，以设计一套公交LED显示屏控制系统来实现以下目标：当公交车到达某一个车站时，将通过GPRS接收所到站点信息资料，并且自动在LED显示屏上显示出来，方便乘客了解该站的根本信息，通过ARM7处理器控制。本设计的最终目标是设计出一个基于ARM7的LED点阵式显示屏的显示控制系统，实现对信息的滚动显示。51

32、.4 本论文的主要内容第一章：绪论。综述LED显示屏与LED显示屏控制系统的开展现状及其开展趋势。第二章：LED显示系统的根本原理。该局部对组成系统的各局部及其原理进行了介绍。第三章：基于ARM的LED显示屏控制系统的整体设计。给出了系统设计方案，和重要芯片及元器件的选型。第四章：显示屏控制系统的硬件设计。给出系统各模块的详细电路图。第五章：显示屏控制系统的软件设计。给出控制LED显示的各子程序的流程图，以及个别程序的详细程序。第六章：结束语。2 LED显示系统的根本原理2.1 LED显示屏 LED显示屏的显示原理无论是单个LED发光二极管还是LED七段码显示器数码管，都不能显示字符含汉字及更

33、为复杂的图形信息，主要是因为它们没有足够的信息显示单位。LED点阵显示是把很多的LED按矩阵方式排列在一起，通过对各LED发光与不发光的控制完成各种字符或图形的显示，在一定面积的矩阵中集成的LED点数越多显示的文字或图像就会越清晰。当需要显示相关的文字时就只要点亮相应的LED灯管的正极加高电压，在负极加低电压即可。一般的LED屏是由一个个小模块组成的，常见的有8*8矩阵模块等，通过将这些模块级联就会得到所需大小的LED显示屏。3屏幕显示可分为静态显示和动态扫描显示两种。静态显示每一个像素需要一套驱动电路，如果显示屏为nm个像素，那么需要nm套驱动电路；动态扫描显示那么采用多路复用技术，如果是P

34、路复用，那么每P个像素需一套驱动电路， nm个像素仅需 nm P套驱动电路。对动态扫描显示而言，P越大驱动电路就越少，本钱也就越低，引线也大大减少，更有利于高密度显示屏的制造。在实际使用的LED大屏幕显示器中，很少采用静态驱动。3 LED显示屏的驱动原理由LED器件的发光原理可知，只要在LED器件上加上足够的正向电压，那么流过它的电流就会使它发光，这就是LED器件的驱动。在实际应用中，往往需要调节LED器件的发光强度，通常我们是通过调节流经LED器件的电流的平均时间来实现的。常见的LED器件的驱动方式有:直流驱动，脉冲驱动和扫描驱动。1 脉冲驱动所谓脉冲驱动方式，就是利用人眼的视觉暂留效应，以

35、脉冲的方式对LED器件进行供电，使之间歇性地点亮。采用这种驱动方式需要对以下两个方面进行考虑脉冲电流的幅值和其重复颇率。首先，脉冲电流幅值的选择，当脉冲驱动的平均值与直流驱动的电流值相等时，我们人眼的感觉是相同的，也就是说两者的发光强度相当。由于人眼的视觉暂留现象不能低与24HZ每秒，故采用该驱动方法时，驱动频率不能小于24次每秒。2扫描驱动6扫描驱动是通过数字逻辑电路，使假设干LED器件轮流导通，用以节省控制驱动电路。LED显示屏是将发光灯按行按列布置的，驱动时也就按行按列驱动。在扫描驱动方式下可以按行扫描，按列控制；也可以按列扫描，按行控制.所谓“扫描的含义，就是指一行一行地循环接通整行的

36、LED器件，而不问这一行的哪一列的LED器件是否应该点亮，某一列的LED器件是否应该点亮，由所谓的列控制电路来负责。63直流驱动。这是最简单的驱动方式，只要对LED直接通以直流电即可。 LED显示屏的优点LED显示与传统显示方式相比有如下几个优点：1.光效率高：光谱几乎全部集中于可见光频率，效率可以到达80%-90%。而光效差不多的白炽灯可见光效率仅为10%-20%。2品质高：由于光谱中没有紫外线和红外线，故没有热量，没有辐射，属于典型的绿色照明光源。3.能耗小：单体功率一般在0.05-1w，通过集群方式可以量体裁衣地满足不同的需要，浪费很少。以其作为光源，在同样亮度下耗电量仅为普通白炽灯的1

37、/8-10。4.寿命长：光通量衰减到70%的标准寿命是10万小时。一个半导体照明灯具正常情况下可以使用长达50年。LED显示器与LCD显示器相比，LED在亮度、功耗、可视角度和屏幕更新速率等方面，都更具优势。LED与LCD的功耗比大约为10:1，而且更高的更新速率使得LED在影像方面有更好的性能表现，能提供宽达160的视角，可以显示各种文字、数位、彩色图像及动画资讯，也可以播放电视、录影、VCD、DVD等彩色视频信号，多幅显示幕还可以进行联网播出。而有机LED显示幕OLED的单个元素反响速度是LCD液晶屏的1000倍，在强光下也可以照看不误，并且适应零下40度的低温。利用LED技术，可以制造出

38、比LCD更薄、更亮、更清晰的显示器，拥有更广泛的应用前景。 7结合本设计实际应用，因为要用作公交车的报站显示，所以要求有高亮度，高寿命，更广的可视角度的特点，故本设计选用LED屏。72.2 基于ARM的控制板一般来说，对于小屏幕的LED显示屏的控制都是采用51系列单片机作为主控芯片。通常的解决方案是这样： 单片机单片机总 线 驱 动 器行驱动电路LED点阵列驱动电路图2.1 单片机对LED的控制显示示意图该解决方案的控制流程如下：首先由单片机发出要在LED显示屏上显示的文字数据信息以及相应的控制信息到总线驱动器。总线驱动器本身并不对上位机发过来的信号进行任何的改变，只是将这些信号传递到下一级，

39、并对其提供足够的驱动电流。然后总线驱动器对传过来的驱动信号分两路，一路传到行驱动电路，一路传到列驱动电路，在常见的显示驱动电路设计中,列控制一般采用串入并带锁存的移位存放器如74HC595 ,将数据打入锁存器中,使存放器各引脚呈现与锁存器相同的状态来选中需要点亮的列。行控制一般采用译码器电路如4/16 译码器74HC154 ,控制信号经译码后选中需要点亮的行。当行、列驱动信号分别加载到LED点阵上时，就可将要显示的信息在LED屏上显示出来。8该方案的优点主要有：该方案结构简单，使用的器件常见且廉价，设计本钱低廉；编程简单，调试方便。8缺点主要有：硬件结构设计需要较多的控制信号线，占用单片机较多

40、端口，从而造成端口资源的浪费；且该方案一般只能用于简单的文字和数字的显示，不能用于视频的显示。对与大屏幕的显示，由于大型LED屏幕的点阵规模极其庞大，所以采用低端单片机控制，用移位存放器来实现数据的串行转并行的方法远不能满足需求。目前一般采用的方案是基于ARM的控制和基于CPLD的驱动的模式。基于这种方式的控制系统能很好的满足设计要求，如图2.2所示。上位机上位机PC串口通信ARM主控芯片扫描驱动电路LED显示屏图2.2 系统原理图该方案的根本原理如下：该系统主要由三局部组成：PC机，显示控制电路和LED显示屏构成，PC机在控制中作为上位机，用于对下位机的控制和管理。系统的重点是显示控制电路，

41、ARM和CPLD是显示控制电路的核心局部，共同完成数据的转换，控制信号的发送产生以及对LED显示屏的动态扫描控制，其中数据转换信号控制局部采用ARM实现，而LED显示屏的扫描驱动电路采用CPLD来完成。上位机与下位机之间的通信采用标准的RS232或RS485计算机数据串行通讯方式。LED显示屏在显示控制电路的作用下，主要完成以下功能:按照上位机设定的显示效果显示图像和文字。该方案的优点有： 用可编程逻辑器件来完成电路功能，不仅能够满足LED大屏幕系统高速图像数据传输对速度的要求，改善了电路性能，而且增加了电路设计的灵活性，设计中可以根据实际应用的需求灵活修改相应硬件描述语言程序，而不需要修改电

42、路硬件设计，缩短了设计周期，降低了本钱。同时，采用基于ARM核的32位微处理器，解决了系统的运行速度、寻址能力和功耗等问题，可以支持更大可视区域的稳定显示，可以存储更多的显示内容。该系统不仅能显示文字信息，而且也能完美支持视频的显示。同时缺点如下：系统设计比较复杂，系统的本钱高昂；编程规模巨大，开发难度大，不利于大规模使用。由于本课题的目的是要开发一个公交车载的LED显示系统，它是一个实际科研课题的子系统，此子系统分到的CPU端口资源极其有限，又基于以上两种解决方案的优缺点，本课题采用ARM7作为系统的控制核心，为了节约有限的CPU端口资源，且因为LED屏的文字和数字的显示数据传输要求并不是很

43、高，故ARM与LED屏之间的通信采用串口传输，所使用的协议是RS232串口通信协议。此方案的优点是：这种设计方案大大节省了CPU的端口资源，有效简化了显示屏的电路结构，提高了整个显示系统的可靠性。系统的结构简单，模块与模块之间的信号线数量较少，使得控制更加方便、灵活，模块简单，能有效减少系统的开发周期与开发本钱，完全的模块化设计也能增强系统的可扩充性和可维护性。2.3 串口通信协议 串口是计算机上一种非常通用的设备通信协议，本设计中需要从上位PC机向控制系统传输数据，因此采用串口通信。常用的串口通信接口有基于RS232的串口，基于RS422的串口和基于RS485的串口，这三种接口所用的协议，接

44、口的物理特性，所到达的最大传输距离都不相同，而一般的PC机都自带有两个基于RS232的串口，假设采用其他两类接口那么还需要相应的转换装置，而本设计的重点不在于此，使用RS232接口也能满足此设计的要求，因此本设计采用RS232串口。EIA RS-232C是目前最常用的串行接口标准，它是在1970年由美国电子工业协会EIA联合贝尔系统、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于半双工串行通讯的标准。它的全名是“数据终端设备DTE和数据通讯设备DCE之间串行二进制数据交换接口技术标准，用于计算机与计算机之间，计算机与外设之间的数据通信。该标准的目的是定义数据终端设备DTE之间的电气性。RS-

45、232C提供了单片机与单片机、单片机与PC机之间串行数据通信的标准接口。它具有以下特点： 1接口的电气特性：在RS-232-C中任何一条信号线的电压均为负逻辑关系。即：逻辑“1，-5-15V；逻辑“0+5+15V。噪声容限为2V。即要求接收器能识别低至+3V的信号作为逻辑“0，高到-3V的信号作为逻辑“12传输电缆长度：由RS-232C标准规定在码元畸变小于4%的情况下，传输电缆长度应为50英尺，其实这个4%的码元畸变是很保守的，在实际应用中，约有99%的用户是按码元畸变10-20%的范围工作的，所以实际使用中最大距离会远超过50英尺。 93RS-232-C接口连接器一般使用型号为 DB-9插

46、头座,通常插头在 DCE端,插座在 DTE端。PC机的 RS-232口为 9芯针插座。一般设备与 PC机连接的 RS-232接口，因为不使用对方的传送控制信号，只需三条接口线，即“发送数据 TXD、接收数据 RXD和信号地 GND。RS-232传输线采用屏蔽双绞线。93.基于ARM的LED显示屏控制系统的总体设计3.1 整体思路本课题是智能公交系统的一个组成局部，主要完成信息的显示与控制，具体就是设计实现公交信息屏，信息屏选用LED显示子块8*8级联结构。一方面所用的LED子块比较多，外围电路与扫描驱动的比较复杂， 另一方面，现在市面上的ARM7芯片价格也很廉价，性价比很高，所以本课题采用LP

47、C2294芯片作为主控制芯片。本课题的具体功能主要是对上级系统送过来的显示信息进行存储，处理，控制，与显示。根据这一定义可以将课题具体划分为ARM控制模块，串口通信模块，LED显示模块，时钟模块，电源模块五局部，以下是本次设计的方块图：上位系统ARM控制模块上位系统ARM控制模块LED控制电路驱动电路与接口电路等LED显示屏时钟模块电源模块串口通信模块1串口通信模块2LED控制板存储器LED显示模块图3.1 系统方块图3.2 芯片选型： ARM控制模块该模块主要由一块ARM7的控制板组成，ARM7芯片采用的是飞利浦公司生产的LPC2294芯片，芯片管脚图如图3.2它的主要作用是对存储器，信源与

48、LED显示模块之间的数据传输以及时序控制。图3.2 LPC2294芯片管脚图LPC2X系列芯片的特性： 1. 16/32位64/144脚ARM7TDMI-S微控制器。16K字节静态RAM。 2. 128/256K字节片内Flash程序存储器在工作温度范围内，片内Flash存储器至少可擦除和写10,000次。128位宽度接口/加速器实现高达60MHz的操作频率。 3. 片内Boot装载程序实现在系统编程ISP和在应用中编程IAP。Flash编程时间：1ms可编程512字节，扇区擦除或整片擦除只需400ms。 4. EmbeddedICE-RT接口使能断点和观察点。当前台任务使用片内RealMon

49、itor软件调试时，中断效劳程序可继续执行。 5. 嵌入式跟踪宏单元ETM支持对执行代码进行无干扰的高速实时跟踪。 6. 8路144脚封装10位A/D转换器，转换时间低至2.44us。 7. 2个32位定时器带4路捕获和4路比较通道、PWM单元6路输出、实时时钟和看门狗。 8. 多个串行接口，包括2个16C550工业标准UART、高速I2C接口400 kbit/s和2个SPI接口。9. 通过片内PLL可实现最大为60MHz的 CPU操作频率。 10.向量中断控制器。可配置优先级和向量地址。 11. 多达46个64脚封装或112个144脚封装通用I/O口可承受5V电压，12个独立外部中断引脚EI

50、N和CAP功能。 13. 片内晶振频率范围：130 MHz。2个低功耗模式：空闲和掉电。 1014. 通过外部中断将处理器从掉电模式中唤醒。可通过个别使能/禁止外部功能来优化功耗，双电源。10 串口通信模块11模块一采用RS-232通信接口，主要功能是接收上级信源发送过来所要显示的信息。RS232协议是目前应用非常广泛的半双工串行通信协议。本设计采用MAXIM公司生产MAX232作为RS-232收发器接口芯片。以下是MAX232的根本资料：11图3.3 MAX232芯片的管家图与内部结构图管脚号管脚名称功能1，3，4，5C1+,C1-,C2+,C2-电解电容接入口2V+10V正电压基准点6V-

51、10V负电压基准点7，14,TTL电压输出8，13,RS232信号输入9，12，RS232信号输出10，11，TTL电压输入9表3.1 MAX232芯片的管脚描述9本模块需要用到RS232接口做串口通信之用，下面是RS232接口的根本资料：引脚 引脚 定义 符号1 载波检测 DCD 6 数据准备好 DSR2 接收数据 RXD 7 请求发送 RTS3 发送数据 TXD 8 去除发送 CTS4 数据终端准备好 DTR 9 振铃提示 RI5 信号地 SG 图3.4 RS232外观 表3.2 RS232引脚定义在模块二的设计中将会用到UART0口作为ARM与LED控制器的通信接口UART是Univer

52、sal Asynchronous Receiver的简称。该接口占用ARM7的两个引脚，分别是RXD0和TXD0。RXD0是串行输入，用来接收串行数据；TXD0是串行输出，用来发送串行数据。该口有许多配套使用的控制存放器，有两个存放器用来接收和发送数据，它们是U0RBR和U0THR。U0RBR是UART0 Rx FIFO的最高字节。它包含了最早接收到的字符，可通过总线接口读出。U0THR是UART0 Tx FIFO的最高字节。它包含了Tx FIFO中最新的字符，可通过总线接口写入。UART0 的主要特性包括16字节收发FIFO，存放器位置符合550工业标准，接收器FIFO触发点可为1, 4,

53、8和14字节，内置波特率发生器。 LED显示模块LED显示模块是由LED显示屏与相应的LED控制电路两局部组成。按照系统设计的要求LED屏必须是适合车载且是单行汉字显示，一行大约能显示10个汉字左右。本系统LED屏选用上海灵信公司的LS-TS192*16。LS-TS主要特点有：支持多种图片格式，超大存储空间，缓冲机制通信稳定；可内置16点阵，32点阵中英国际标准字库；标准08通用接口。表3.1为LS-TS参数介绍。字数12个横向192列纵向16列颜色双基色接口1208接口12 表3.3 LS-TS显示屏特点 LED控制电路那么是由根本的译码器，移位存放器等相关的TTL芯片组成。 电源模块该模块

54、主要由一些电压转换芯片和一些稳压芯片组成。它的主要功能是为系统的各模块提供适宜的，稳定的电压供给。本文系统用到的电压转换芯片主要有两种型号，一种是LT1117芯片，另一种是MAX629芯片，他们的主要作用是将+5V电压转换成12V的输出电压，给LED显示屏供电。MAX629芯片内部有一个电源电压转换器，可以把输入的+5V 电压变换LED显示屏所需要的12V驱动电压。所以采用此芯片接口串行通信系统只需单一的+5V电源就可以了。以下分别是两种芯片的根本资料：管脚号名称管脚号名称功能1GND公共接地端2OUT电压输出端3IN电压输入端图3.5 LT1117管脚图 表3.4 LT1117管脚描述本设计

55、会用到两种型号LT1117，分别是LT1117-3.3/LT1117-5。图3.6 MAX629芯片管脚图引脚号名称功能1该引脚置低，可使MAX629关闭且电流仅需1A2POLPOL=GND，输出为正电压；POL=VCC，输出为负电压3REF1.25V基准电压输出，向外提供电流I其范围：10A I 5V的情况下,可将VCC与V IN 同时接到5V 电源上, 如图4.3 中虚线所示。二极管采用1N5819 或MBR0540L 肖特基二极管,电感采用典型值47H ,应注意增大电感将减小流过的峰值电流,从而降低输出电流;而减小电感,又将增大流过的峰值电流导致内部电流比较器延时。输出电压V OU T由

56、R1 , R2 确定: 114式1 中= 1. 25V ,可见输出电压只与R1 、R2有关,只需选定R1 、R2的阻值,即可确定输最后从该电路输出的是稳定的12伏直流电压。144.2 ARM控制模块的设计由于飞利浦公司的LPC2294集成了非常丰富的外围接口电路，所以本模块的设计根本上只涉及ARM处理器各引脚的设置。图4.4 ARM复位电路15图4.5 系统的时钟电路设计15在本系统中给ARM设计的晶振频率是11.0592M。下面介绍一下ARM各功能管脚的作用，限于篇幅，这里只对本文中用到的管脚和几个常用的管脚作介绍。管脚名称管脚号功能P0.042TxD0UART0的发送器输出，PWM1脉宽调

57、制器输出1P0.149RxD0UART0的接收器输入，PWM3脉宽调制器输出3，EINT0外部中断0输入P0.875TxD1UART1的发送器输出，PWM4脉宽调制器输出4P0.976RxD1UART1的接收器输入，PWM6脉宽调制器输出6，EINT3外部中断3输入P2口32位数据总线P3口地址总线以及片选型号，读写控制等135外部复位输入。该管脚的低电平将器件复位，并使I/O口和外围功能恢复默认状态，处理器从地址0开始执行。带迟滞的TTL电平，管脚可承受5V电压。XTAL1142振荡器电路和内部时钟发生器的输入XTAL2141振荡放大器的输出.VSS3,9,26,38,54,67,79,93

58、,103,107,111,128地：0V参考点。VSSA139模拟地：0V参考点。标称电压与VSS相同，但应当互相隔离以减少噪声和故障。VSSA_PLL138PLL模拟地：0V参考点。标称电压与VSS相同，但应当互相隔离以减少噪声和故障。V1837,1101.8V内核电源：内部电路的电源。V18A143模拟1.8V内核电源：内部电路的电源。标称电压与V18相同，但应当互相隔离以减少噪声和故障。V32,31,39,51,57,77,94,104,112,1193.3V端口电源：I/O口的电源。V3A14模拟3.3V端口电源：标称电压与V3相同，但应当互相隔离以减少噪声和故障。 表4.1 LPC2

59、294局部管脚描述 从设计框图来看，ARM控制块主要的控制功能有：，对串行通信端口的控制。，对存储器读写操作。，对显示模块的控制。以下是ARM芯片在本设计的主要电路连接图。图4.6 LPC2294芯片主要电路连接图P3，0：23P2，0：31存储器RS232接口MAX232LPC2294RS232接口图4.6 LPC2294芯片主要电路连接图P3，0：23P2，0：31存储器RS232接口MAX232LPC2294RS232接口MAX2324.3 串口通信模块的设计串口模块是本设计的一个重点模块，它负责ARM模块与LED模块之间的信息通信。硬件电路是否设计得当关系到二者通信质量的好坏。本串口通

60、信协议采用RS232串口协议。在本模块中采用的RS232接口芯片是MAXIM公司的MAX232。该芯片的主要特点是：1、单5V电源工作2、 LinBiCMOSTM工艺技术3、 两个驱动器及两个接收器4、 30V输入电平5、低电源电流：典型值是8mA6、符合甚至优于ANSI标准 EIA/TIA-232-E及ITU推荐标准V.287、ESD保护大于MIL-STD-883方法3015标准的2000VMAX232功能分析：MAX23是MAXIM公司生产的RS232收发器，它支持EIA/TIA-232和ITU-TV.28/V.24通信协议，适用于便携式设备使用如笔记本电脑及PDA。MAX232内有一个高