ARM系统在LED显示屏中的应用Word文件下载.doc
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6.1.1通信数据帧格式 11
6.1.2通信实例分析 13
6.2ARM主程序的设计 13
6.2.1主程序的简要分析 13
6.2.2主程序流程图 14
6.3中断子程序的设计 14
6.3.1中断子程序的简要分析 15
6.3.2中断子程序流程 15
7、系统的调试与仿真 16
8、心得体会 17
9、参考文献 18
10、致谢 18
16
随着科技的快速发展,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。
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。
一、设计要求
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。
二、设计的作用目的
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。
该论文采用基于嵌入式实时操作系统的ARM微处理器技术,设计了一种全彩LED显示屏控制系统。
三、设计方案
对于这个课题的设计方案有很多,基于这次设计要求共提出三个方案,对它们的优缺点进行比较,从中选出最优方案。
基于51单片机的控制
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
总
线
驱动器
列驱动电路
LED点阵
行驱动电路
图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。
基于ARM和CPLD的控制
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所示。
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。
基于ARM7的控制
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。
四、系统硬件设计
硬件部分的设计是比较关键的,本课程设计的硬件部分设计包括电源模块的设计、串行通信模块的设计、LED显示模块的设计、ARM显示模块的设计等四部分。
4.1电源模块的设计
电源设计实首先要能提供+5V电源。
但是ARM模块需要+3.3V的直流电源,LED显示屏除了需要+3.3V逻辑电压外,还需+12伏的直流驱动电压。
系统采用5伏电压管理芯片LT1117+5,220交流输入,5伏直流输出。
为了提供+3.3V的直流电压,采用的是+3.3伏电压管理芯片LT1117,+5伏供电,+3.3伏输出。
图3是由交流220伏电压转换成5伏直流电压输出的简要原理框图:
图3交流220.伏电压转5伏直流电压电路图
从上面的原理图不难理解,该原理图由两部分构成,前级电路的作用主要是整流,后一级电路的作用是稳压。
图4是驱动LED点阵的电源设计原理图:
图43.3伏电压输出电路图
上图的作用就是将+5伏直流电压输入转换为+3.3伏直流输出,以便给ARM和LED控制板提供合适的电源供应。
图5是12伏电压输出电路图:
图512伏电压输出电路图
此芯片的工作原理是:
输入电压VIN可在0.8~|VOUT|之间选取,芯
片的工作电压为2.7~5.5V。
对一般的单片机控制电路,供电主要电源电压为5V,因此在输出电压|VOUT|>
5V的情况下,可将VCC与VIN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47μH,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VOUT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。
5.2串行通信模块的设计
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8mA
6、符合甚至优于ANSI标准EIA/TIA-232-E及ITU推荐标准V.28
7、ESD保护大于MIL-STD-883(方法3015)标准的2000V
MAX232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内有一个高效电荷泵,可以完成两路TTL/RS-232电平的转换。
图6是RS232通信串行通讯数据帧格式:
图6RS232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7是串口模块部分的主要电路图:
图7串口模块部分的主要电路图
5.3LED显示模块的设计
LED模块系统中独立性比较强的一个模块,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8为LED模块与串口的连接示意图:
RxD
TxD
接口
VCC
RxD
LED
模块
TxD
MAX232
12V
图8LED模块与串口连接示意图
5.4ARM显示模块的设计
由于飞利浦公司的LPC2294集成了非常丰富的外围接口涉及ARM处理器各引脚的置。
图9是ARM复位电路:
图9ARM复位电路
图10是系统的时钟电路设计:
图10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,这里只对本文中用到的管脚和几个常用的管脚作介绍。
从设计框图来看,ARM控制块主要的控制功能有:
Ⅰ,对串行通信端口的控制。
Ⅱ,对存储器读写操作。
Ⅲ,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。
表1LPC2294部分管脚描述
管脚名称
管脚号
功能
P0.0
42
TxD0-UART0的发送器输
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- ARM 系统 LED 显示屏 中的 应用