《基于ARM的LED显示屏的控制系统的设计与实现》

1、PAGE 基于ARM的LED显示屏的控制系统设计与实现学生姓名： 指导老师： 摘 要 近年来 ，LED(light 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、观赏性强、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，大部分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

2、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，本课程设计开发了一种全新的，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部分和控制部分的详细分析与设计。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 ARMStudent: Advisor:Abstract LED panel systems gains rapid development in the desi

3、gn,machine and applicationfrom 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 reliability, long lif

4、e,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 asynchronous display p

5、anel 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 dificulty high, in

6、 the dynamic demonstration effect 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 softwaer implement

7、ation of the LED panel controller are analyzed and designedKey Words：LED panel systems；control system；ARM；LPC2294 micro-controllers； serial communication； RS232 serial interface 1 引 言1.1 LED显示屏的研究现状及发展趋势进入新世纪LED 显示屏的技术和产业都取得了长足的发展，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

8、术也在不断地推陈出新，应用领域愈加广阔。LED显示屏是八十年代后期全球迅速发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、使用成本低等特点, 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 家企业加入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8

9、0% 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 余家在规模迅速发展的同时，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。进入二十一世纪的示技术将是平板显

10、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发展, 并有可能成为二十一世纪平板显示的代表性主流产品。1.2本课题的研究背景及意义在现代信息化社会的高速发展过程中，随着宽带网络的发展，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、最活跃的高科技产业之一，在经济竞争及国家安全方面具有极其重要的意义。作为光源，LED优势体现在三个方面：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

11、，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、成本高等问题，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不足。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%,大部分高性能LED和功率LED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，由于存在的技术不足，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产业发

12、展的最关键一步。1.3 课程设计的主要内容本设计是智能公交管理系统的一个项目分支，中国是一个经济持续发展的发展中国家，改革开放以来，城市化与汽车化发展十分迅猛。改革开放前，城市化水平不足19%，目前已经发展到超过30%，预测2010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2010年达到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，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。总体水平与发达国家有较大差距，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

13、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基本信息，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。2 LED显示系统的基本原理2.1 LED显示屏2.1.1 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）及更为复杂的图形信息，主要是因为它们没有足够的

14、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。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，则需要nm套驱动电路；动态扫描显示则采用多路复用技术，如果是P路复用，则每P个像素需一套驱动电路， nm个像素

15、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，成本也就越低，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。2.1.2 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，以脉冲的方式对LED器件进行供电，使之间

16、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)扫描驱动扫描驱动是通过数字逻辑电路，使若干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LED器件，而不问这一行的哪一列的L

17、ED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。(3)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。2.1.3 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，效率可以达到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1/8-10。4.寿命长：

18、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）的单个元素反应速度是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，可以制造出比LCD更薄、更亮、

19、更清晰的显示器，拥有更广泛的应用前景。 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。2.2 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 单片机总线驱动器列驱动电路LED点阵行驱动电路图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，并对其提供足够的驱动电流。然后

20、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寄存器如74HC595 ,将数据打入锁存器中,使寄存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。该方案的优点主要有：该方案结构简单，使用的器件常见且便宜，设计成本低廉；编程简单，调试方便。缺点主要有：硬件结构设计需要较多的控制信号线，占用单片机较多端口，从而造成端口资源的浪费；且该

21、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，用移位寄存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基本原理如下：该系统主要由三部分组成：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，ARM和CPLD是显示控制电路的核

22、心部分，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部分采用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，而不需要修改电路硬件设计，缩短了设计周期，降低了

23、成本。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，系统的成本高昂；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高，故ARM与LED屏之间的通信采

24、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成本，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，接口的物理特性，所达到的最大传输距离

25、都不相同，而一般的PC机都自带有两个基于RS232的串口，若采用其他两类接口则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-232C提供了单片机

26、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“1”（2）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。 （3）RS-232-C接口连接器一般使用型号为 DB-9插头

27、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。3.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部分，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芯片价格也很便宜，性价比很高，所以本课题采用L

28、PC2294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，电源模块五部分，以下是本次设计的方块图：LED显示模块上位系统LED显示模块上位系统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控制板存储器图3.1 系统方块图3.2 芯片选型：3.2.1 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

29、对存储器，信源与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

30、台任务使用片内RealMonitor软件调试时，中断服务程序可继续执行。 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

31、装）通用I/O口（可承受5V电压），12个独立外部中断引脚（EIN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。 14. 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。3.2.2 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的基本资料：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1，3，4，5C

32、1+,C1-,C2+,C2-电解电容接入口2V+10V正电压基准点6V-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电压输入表3-1 MAX232芯片的管脚描述本模块需要用到RS232接口做串口通信之用，下面是RS232接口的基本资料：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 清除发送 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

33、UART0口作为ARM与LED控制器的通信接口UART是Universal 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寄存器，有两个寄存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

34、，寄存器位置符合550工业标准，接收器FIFO触发点可为1, 4, 8和14字节，内置波特率发生器。3.2.3 LED显示模块LED显示模块是由LED显示屏与相应的LED控制电路两部分组成。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-TS（192*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08接口 表3-3 LS-TS显示屏特点 LED控制电

35、路则是由基本的译码器，移位寄存器等相关的TTL芯片组成。3.2.4 电源模块该模块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合适的，稳定的电压供应。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基本资料：管脚号名称管脚号名称功能1GND公共接地端2OUT电压输出端

36、3IN电压输入端图3.5 LT1117管脚图 表3-4 LT1117管脚描述本设计会用到两种型号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

37、;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R1 , R2 确定: (1)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。4.2 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，所以本模块的设计基本上只涉及ARM处理器各引脚的设置。图4.4 ARM复位电路图4.5 系统的时钟电路设计在本系统中给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

38、脚名称管脚号功能P0.042TxD0UART0的发送器输出，PWM1脉宽调制器输出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XTAL

39、2141振荡放大器的输出.VSS3,9,26,38,54,67,79,93,103,107,111,128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

40、：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 LPC2294部分管脚描述 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MAX232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

41、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

42、.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内有一个高效电荷泵，可以完成两路TTL/RS-232电平的转换。图4.7 RS232通信串行通讯数据帧格式RS232 接口电路的主要功能是：将来自微处理器的发送信号TxD 通过“发送器”转换成通讯网络中的电压信号，也可以将通讯网络中的电压信号通过“接收器”转换成被微处理器接收的RxD 信号。任一时刻，RS-232收发器只能够工作在“接收”或“发送”两种模式之一，因此，必须为RS-232 接口电路增加一个收/发逻辑控制电路。图4.8 串口模块部分的主要电路图4.4 LED显示模块LED模块系统中独立性比较强的一个

43、模块，LED点阵的驱动显示主要是靠LED模块中自带的LED控制器来完成，它只与与ARM的UART口进行通信，当它收到上位机的命令后，直接调用存储器内的相关程序驱动LED点阵。它只和外部的串口模块有连接。图4.9为LED模块与串口的连接示意图： RxD TxD接口电路VCCRxD LED 模块TxDMAX23212V图4.9 LED模块与串口连接示意图5 系统的软件设计本节主要是软件系统的设计，软件的设计主要包括对串口的控制，以及ARM主控程序的设计。由于本系统选用的LED屏自带了非常完备的底层驱动程序，故本系统只需编写一些上位机的控制软件。5.1 ARM ADS集成开发环境的介绍ARM ADS

44、全称为ARM DEVELOPER SUITE，是ARM公司推出的新一代ARM集成开发工具。现在ADS的最新版本是1.2。ADS由命令行开发工具，ARM实时库，GUI开发环境（Code Warrior和AXD），实用程序和支持软件组成。下面介绍一下本系统开发时要用到的Code Warrior和AXD。CodeWarrior for ARM是一套完整的集成开发工具，充分发挥了ARM RISC 的优势, 使产品开发人员能够很好的应用尖端的片上系统技术。该工具是专为基于ARM RISC的处理器而设计的, 它可加速并简化嵌入式开发过程中的每一个环节，使得开发人员只需通过一个集成软件开发环境就能研制出AR

45、M产品，在整个开发周期中,开发人员无需离开CodeWarrior开发环境, 因此节省了在操做工具上花的时间,使得开发人员有更多的精力投入到代码编写上来。CodeWarrior集成开发环境(IDE)为管理和开发项目提供了简单多样化的图形用户界面。用户可以使用ADS的CodeWarrior IDE为ARM和Thumb处理器开发用C，C+，或ARM汇编语言的程序代码。通过提供下面的功能，CodeWarrior IDE缩短了用户开发项目代码的周期。1. 全面的项目管理功能。2. 子函数的代码导航功能，使得用户迅速找到程序中的子函数。可以在CodeWarrior IDE为ARM配置在8.1.1中介绍的各

46、种命令工具，实现对工程代码的编译，汇编和链接。在CodeWarrior IDE中所涉及到的target有两种不同的语义。目标系统(Target system)是特指代码要运行的环境，是基于ARM的硬件。比如，要为ARM开发板上编写要运行在它上面的程序，这个开发板就是目标系统。生成目标(Build target)是指用于生成特定的目标文件的选项设置(包括汇编选项，编译选项，链接选项以及链接后的处理选项)和所用的文件的集合。CodeWarrior IDE 能够让用户将源代码文件，库文件还有其他相关的文件以及配置设置等放在一个工程中。每个工程可以创建和管理生成目标设置的多个配置。例如，要编译一个包含

47、调试信息的生成目标和一个基于ARM7TDMI的硬件优化生成目标，生成目标可以在同一个工程中共享文件，同时使用各自的设置。ADS的CodeWarrior IDE是基于Metrowerks CodeWarrior IDE 4.2版本的。它经过适当的裁剪以支持ADS工具链。17针对ARM的配置面板为用户提供了在CodeWarrior IDE集成环境下配置各种ARM开发工具的能力，这样用户可以不用在命令控制台下就能够使用各种命令。17以ARM为目标平台的工程创建向导，可以使用户以此为基础，快速创建ARM和Thumb工程。由于ARM调试器(AXD)没有集成在CodeWarrior IDE中，这就意味着，

48、用户不能在CodeWarrior IDE中进行断点调试和查看变量。所以在调试的时候将用到AXD软件，在用这个软件调试时要用到ARM仿真器，在调试时可以很方便的控制程序的运行和查看变量。它提供对ARM处理器的指令集的仿真，为ARM和Thumb提供精确的模拟。用户可以在硬件尚未做好的情况下，开发程序代码。图5.1 本实验系统ARM程序的工程文件截图5.2 软件的控制流程分析5.2.1握手信号的流程与通信数据帧格式通讯开始上下位机都处于通讯就绪状态。首先ARM发送帧头，帧头携带通讯模式屏号等信息，LS-L接收到帧头后，根据条件判断是否接收数据，若不符合，立即返回主程序；若符合，则接收数据，并且返回信

49、息。握手通讯过程说明如下： 1上位机发送握手帧头信息（2个字节屏号）；2下位机接收帧头后，返回屏号；3上位机接收到返回的屏号后，开始发送正式数据，发送完毕后等待返回成功信息；4下位机接收数据成功后，返回屏号，表示成功。通用格式如下：屏号操作码数据长度操作数帧尾说明:屏号: LED屏号（帧头） (1 byte)操作码: 见操作码编号表 (1 byte)数据长度: 发送的操作数据长度（当下载数据时页数Pages） (1 bytes)操作数据: ARM下发的数据 (n bytes)帧尾: 0XFF (1 byte)操作码编号表： 操作码 意义0XD6 下载数据（16点阵字库方式）0XD7 下载字幕（

50、16点阵字库方式）加载数据的具体格式：0XD6: 下载数据数据段名称意义LED_Number1 byteHEX帧头（屏号）Operate_Code1 byteHEX操作码(0XD6)Area_Mode1 byteHEX区域类型(0XC0)Saved1 byteHEX 保留字节Area_Beginrow2 bytes HEX 区域起始横向坐标Area_Beginlen2 bytes HEX 区域起始纵向坐标Area_Endrow 2 bytes HEX 区域结束横向坐标Area_Endlen2 bytes HEX 区域结束纵向坐标Operate_BytesHEX数据长度Display_ Mode

51、x bytes HEX显示方式Display_Datax bytes HEX显示数据Frame_End1 byteHEX帧尾（0 xAA）表5-1 下载数据格式说明：区域类型(1 Byte)：主区为0 x04显示方式（4 Bytes）： 进入方式DisplayStyle：0：表示随机状态1-39：表示相应的进入方式 退出方式 ExitDisplay 保留，默认为0。运行速度DisplayTime：0-15 分16个等级 级别越大处理时间越长，运行速度越慢；当为0时，速度最快。显示时间DisplaySpeed：0-255 分256个等级级别越大显示时间越长，一个级别大约为1秒；当为0时，显示时间

52、为0。2. 0XD7: 下载游走字幕命令该命令的命令格式与上一个是相同的。LED_Number 1 byteHEX帧头（屏号）Operate_Code 1 byteHEX操作码(0XD7)Area_Mode 1 byteHEX区域类型(0XC0)Saved 1 byteHEX 保留字节Area_Beginrow 2 bytes HEX 区域起始横向坐标Area_Beginlen 2 bytes HEX 区域起始纵向坐标Area_Endrow 2 bytes HEX 区域起始横向坐标Area_Endlen 2 bytes HEX 区域起始纵向坐标Operate_Bytes 1 byteHEX数据

53、长度(最大页数Pages)Display_ Mode 4 bytes HEX显示方式Display_Data x bytesHEX显示数据Frame_End 1 byteHEX帧尾（0 xAA）说明：区域类型(1 Byte)：字幕为0 x08其它与主区相同。5.2.2 通信实例分析发送举例说明：1234 5678例如对第1号发送主区数据，对应屏上1号位置显示数据为：1234 5678通讯格式如下：帧头操作码区域类型区域坐标数据长度显示方式显示数据帧尾0 x010 xD60 x04保留字节起始横向起始纵向结束横向结束纵向Pages(最大数据页)4 字节0 x31,0 x01,0 x32,0 x0

54、1,0 x33,0 x01,0 x34,0 x01,0 x35,0 x02,0 x36,0 x02,0 x37,0 x02,0 x38,0 x02,0 xAA 表5-2 通讯格式5.3 ARM主程序的设计5.3.1 主程序的简要分析在ARM没有收到报站信号（即中断信号）之前，ARM主要执行主程序，主程序的作用就是完成对串口和中断口的初始化设置，随后等待中断信号的到来，若有中断，则转而执行中断子程序。主程序的代码规模不大，以下为主程序的主要程序代码：void main() UARTMODE uart0_set;uart0_set.datab = 8; / 8位数据位 uart0_set.stop

55、b = 1; / 1位停止位 uart0_set.parity = 0; / 无奇偶校验 UART0_Ini(115200, uart0_set); / 初始化串口模式 U0FCR = 0 x01; / 使能FIFOInin-IRQ( ) ；while(1) delay(uint32 1000)； /等待中断5.3.2 主程序流程图程序流程图如下： 开始 开始串口初始化 中断初始化执行中断子程序返 回有无中断无有图5.1 主程序流程图5.4 中断子程序的设计5.4.1 中断子程序的简要分析本系统采用的LED模块具有极其完善的底层驱动程序，所以在本设计中就无需设计LED底层驱动程序，只需严格按照

56、既有的数据帧格式向LED模块传送各种参数即可，LED控制器将自行调用各种底层驱动程序。中断子程序的主要功能函数就是将存储器中的数据发送到串口，以及从串口读取下位机的返回信号：实现该功能的三个子程序如下：子程序SendByte(uint8 data)的功能是将一个字节的数据发送到串口，然后串口自动将数据发送到LED模块。void SendByte(uint8 data) U0THR = data; / 发送数据delay(uint32 1000) /延时等待 while( (U0LSR&0 x20)=0 ); /判断数据是否发送完毕子程序ISendBuf()的功能：将相关区域的大块数据发送到串口

57、。入口参数：buf是待发送数据区的首地址；no 是发送数据的字节个数。void ISendBuf(uint8 const *buf, uint8 no) uint8 i; for(i=0; ino; i+) SendByte(bufi);子程序reeceiveByte()的功能是从串口UART0接收字节数据。若接收的数据符合预期，函数返回值是“1”，否则，函数返回值是“0”。 Uint8 reeceiveByte(uint8 fiame) uint8 c;C=U0RBR;IF(C=flame) RETURN(1);Else return(0); 5.4.2 中断子程序流程 下面为中断子程序的流

58、程图。开始开始发送帧头信息有无返回帧头 发送显示方式 发送区域坐标 发送数据长度 发送操作码 发送帧尾 发送显示数据返回主程序有无返回发送成功信号有无有无重发图5.2 中断子程序程序流程图此流程图是中断子程序的控制流程。本系统的所有功能都可以通过该流程实现。例如字体显示的大小，亮度，响应度以及文字的数量，滚动显示的模式等等都可以通过设置发送数据帧里面的相关参数就可以实现。5.5 LED控制器的工作流程LED控制器是整个LED模块的总控制部件，系统对LED屏的所有操作都是通过它来控制和驱动的。它是整个系统的核心模块之一。开始开始收到帧头？返回帧头接收各参数和数据信息收到帧尾？返回帧尾给ARM调用

59、驱动程序驱动LED有无无有 返回图5.3 LED控制器的工作流程图结 论 本设计是在大量阅读相关参考文献，参照各种相关设计思路的基础上完成的。由于该系统的关键模块LED模块内部已经整合完备的底层驱动程序和LED驱动接口电路，所以本系统的设计并不十分复杂。该设计能完美实现系统所要求的各项功能，能很好运用到公交车的报站显示中。本系统也存在一些不足之处，首先该系统只能实现文字和数字的显示，但不能显示图像，该LED模块的驱动电路不能支持高速扫描。其次基于价格和实用性方面来考虑，系统只能实现双基色显示。致 谢这次的毕业设计是在我的指导老师亲切关怀和悉心指导下完成的。从课程设计选题到设计完成，老师给予了我

60、耐心指导与细心关怀，每当我在设计的过程中遭遇困难，迷失方向，失去前进动力，老师总能及时给与我热忱的帮助和悉心的指导。王老师有严肃的科学态度，严谨的治学精神和精益求精的工作作风，这些都是我所需要学习的，感谢王老师给予了我这样一个学习机会，谢谢！另外我还要感谢指导过我的学长们，感谢他们与我共度难关以及他们热心和无私的帮助。感谢与我并肩作战的舍友与同学们，感谢关心我支持我的朋友们，感谢学校领导、老师们，感谢你们给予我的帮助与关怀，谢谢！参考文献1 徐建华. LED技术应用与前景展望J. 科技情报开发与经济，2003, 13(7):287-288.2 李熹霖. 备受关注的LED显示新技术J. HYPE