基于LPC2210的LED顯示屏控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要: 當(dāng)LED顯示器采用8位／16位微處理器時(shí)，存在運(yùn)行速度慢、尋址能力弱和功耗大等問題。文中采用32位ARM7微處理器LPC2210為核心控制器件，完成LED顯示屏控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)采用可擴(kuò)展、模塊化設(shè)計(jì)。以LED顯示屏的顯示電路和ARM微處理器控制電路為核心，并通過LPC2210微處理器自帶的鎖相環(huán)(PLL)，對系統(tǒng)進(jìn)行倍頻設(shè)計(jì)，有效提高了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。通過對各模塊的調(diào)度可方便實(shí)現(xiàn)點(diǎn)陣LED屏以雙色、多樣化方式顯示各種信息，也可通過簡單的級聯(lián)實(shí)現(xiàn)屏的擴(kuò)展。
關(guān)鍵詞: LPC2210；點(diǎn)陣LED大屏幕；PLL倍頻；模塊化

    隨著計(jì)算機(jī)和半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，使LED大屏幕顯示系統(tǒng)成為集計(jì)算機(jī)控制、視頻、光電子、微電子、通信、數(shù)字圖像處理技術(shù)為一體的顯示設(shè)備。隨著大屏幕顯示技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，需要處理的數(shù)據(jù)大量增加，系統(tǒng)的頻率更高、規(guī)模更大，對顯示控制系統(tǒng)的要求也不斷提高。目前LED顯示器常采用8位／16位的微處理器，由于其運(yùn)行速度、尋址能力和功耗等問題，已難滿足顯示區(qū)域較大、顯示內(nèi)容切換頻繁的相對復(fù)雜的應(yīng)用場合。存在系統(tǒng)體積較大、調(diào)試?yán)щy、不易修改、系統(tǒng)不穩(wěn)定等諸多問題。ARM具有體積小、功耗低、數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)等特性。在無計(jì)算機(jī)支持的獨(dú)立顯示系統(tǒng)中，采用嵌入式系統(tǒng)來解決信息顯示的諸多要求是一個(gè)理想的方案。因此本設(shè)計(jì)以LPC2210微處理器為控制電路核心，解決了系統(tǒng)的運(yùn)行速度、尋址能力和功耗等問題，從而支持更大可視區(qū)域的穩(wěn)定顯示、存儲(chǔ)更多的顯示內(nèi)容。

1 系統(tǒng)硬件組成及原理
    本系統(tǒng)選用Philips公司生產(chǎn)的LPC2210微處理器，以功耗小、成本低的ARM7TDM I為內(nèi)核系統(tǒng)的硬件構(gòu)成。該系統(tǒng)主要由顯示控制電路和LED顯示屏部分構(gòu)成，如圖1所示。

    以ARM7(LPC2210)微處理器為為核心的控制電路主要完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換信號控制工作。LED顯示屏的掃描驅(qū)動(dòng)電路主要采用74HCl38和74HC595等來完成行掃描并以控制時(shí)序的方式來完成列控制。顯示屏以LED為像素，由LED點(diǎn)陣顯示單元拼接而成，本設(shè)計(jì)的顯示屏為16行×64列的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。
    在設(shè)計(jì)中，采用LPC2210P0口的16個(gè)引腳作為顯示控制電路的接口，并分別對應(yīng)屏的使能端EN、行選中信號端(A，B，C，D)、行點(diǎn)亮數(shù)據(jù)信號端(GD1，GD2，RD1，RD2)和2路時(shí)序信號LAT，CLK等。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
    由于本LED顯示屏的顯示控制電路，主要采用74HCl38和74HC595完成行掃描，以控制時(shí)序的方式完成列控制，且這些時(shí)序是由軟件部分完成的，因此在軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，首要考慮時(shí)序邏輯的合理設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。在本LED顯示屏中，需要2路時(shí)序分別是完成數(shù)據(jù)緩存的緩存時(shí)序CLK及將緩存數(shù)據(jù)點(diǎn)亮的點(diǎn)屏?xí)r序：LAT。CLK出現(xiàn)上升沿后，將數(shù)據(jù)依次存入屏的緩存，LAT出現(xiàn)上升沿后，屏將緩存內(nèi)容送到屏的某一行。除此之外還要考慮行掃描過程中行的選擇以及顯示模塊、通信模塊、清屏模塊等，子模塊的編寫與各子模塊間的協(xié)調(diào)使用等問題。
需要指出的是為了提高LED顯示屏的可擴(kuò)展性，就勢必使系統(tǒng)提高了對頻率的要求，為此本設(shè)計(jì)在系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)過程中，利用LPC2210微處理器自帶的鎖相環(huán)(PLL)，對系統(tǒng)進(jìn)行了倍頻設(shè)計(jì)，以提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。系統(tǒng)軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)，如圖2所示。

2．1 PLL模塊
    LPC2210的PLI接收的輸入時(shí)鐘頻率范圍是10～25 MHz，選用11．059 2 MHz作為系統(tǒng)的外部晶振頻率，首先需要配置PLL，計(jì)算公式如式(1)所示。

    其中，F(xiàn)osc為晶振頻率，F(xiàn)cco為PLL電流控制振蕩器的頻率，cclk為PLL的輸出頻率即處理器的時(shí)鐘頻率，M與P分別為PLL的倍增器值與分頻器值。
    CCO頻率可由式(2)得到。

PLL模塊部分源代碼如下：

2．2 其它主要模塊
    主要完成行掃描及其該行每一個(gè)點(diǎn)的掃描模塊

3 系統(tǒng)驗(yàn)證
    使用ADSl．2進(jìn)行在線仿真驗(yàn)證，通過對硬件的設(shè)計(jì)和對軟件代碼的編碼與調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)陣LED屏以雙色、多樣化的方式顯示各種信息的功能，同時(shí)可通過簡單的級聯(lián)來擴(kuò)展顯示屏。并分別在不調(diào)用與調(diào)用PLL模塊的兩種情下進(jìn)行比較分析，得到了比較明顯的現(xiàn)象，即在調(diào)用PLL模塊的情況下系統(tǒng)顯示更加穩(wěn)定更加適合點(diǎn)陣LED屏的擴(kuò)展。

4 結(jié)束語
    本設(shè)計(jì)采用32位ARM嵌入式微處理器LPc2210，采用可擴(kuò)展、模塊化設(shè)計(jì)，以LED屏的顯示電路和ARM微處理器控制電路為核心，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)陣LED屏以雙色、多樣化的方式顯示各種信息的功能，同時(shí)可通過簡單的級聯(lián)來擴(kuò)展顯示屏，解決了系統(tǒng)的運(yùn)行速度、尋址能力和功耗等問題。