彩色異步LED大屏幕顯示屏設(shè)計方案

引言

　　信息技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了平板顯示（FPD）技術(shù)的不斷進(jìn)步，LCD（液晶）、PDP（等離子）以及LED（發(fā)光二極管）等顯示新技術(shù)在顯示屏幕領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。其中，LCD（液晶）技術(shù)成為主流，其產(chǎn)品眾多，市場機(jī)制也比較成熟。雖然LCD 技術(shù)已經(jīng)取得巨大成功，但人們?nèi)匀粵]有停止對新技術(shù)的探索和研究，LED 顯示技術(shù)就是近幾年來出現(xiàn)的新技術(shù)，LED 技術(shù)以其獨(dú)特的亮度高、功耗低、壽命長等特點而受到越來越多的關(guān)注?；贚ED 技術(shù)的大屏幕顯示屏已經(jīng)廣泛用于廣場、機(jī)場、體育場館和車站等公共場所，在大屏幕上顯示文字、動畫、圖像以及視頻等多媒體信息。LED 大屏幕控制系統(tǒng)在顯示信息時，不需要經(jīng)過計算機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，是直接讀取存放在顯示器緩沖區(qū)中的信息來顯示的，當(dāng)需要更新信息時，顯示屏的數(shù)據(jù)采集模塊向顯示模塊發(fā)送新數(shù)據(jù)。本文利用高速數(shù)據(jù)存儲和處理的技術(shù)方法，設(shè)計了一種彩色異步LED 大屏幕顯示屏控制系統(tǒng)。

　　1 系統(tǒng)設(shè)計

　　1.1 系統(tǒng)的總體框架

　　本文設(shè)計的LED 大屏幕顯示屏控制系統(tǒng)總體框架如圖1所示。

圖1 LED大屏幕控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　從圖中可以看出，系統(tǒng)主要包括以下4 個組成部分：

　　1）上位機(jī)用戶控制平臺部分，主要用于對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮和對顯示信息的修改；

　　2）基于ARM 的屏幕通信接口部分，用于實現(xiàn)與上位機(jī)通信，接收上位機(jī)部分的圖像數(shù)據(jù)和控制信號；

　　3）基于CPLD 和ARM的大屏幕主控制器部分，實現(xiàn)圖像灰度調(diào)制和重構(gòu)；

　　4）大屏幕顯示驅(qū)動電路部分，是為大屏幕的LED 燈管提供驅(qū)動恒定的電流。

　　如圖2 所示為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流圖。

圖2 LED大屏幕控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)流圖

　　1.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　目前有兩種主流主處理器供顯示屏控制系統(tǒng)使用，一種是ARM，另一種是ATMEL 公司生產(chǎn)的89055。因為ARM 不但運(yùn)算速度快，還可以對各種數(shù)字信號進(jìn)行實時處理，很適合LED 大屏幕控制系統(tǒng)的主處理器在運(yùn)行過程中需要對大量數(shù)據(jù)進(jìn)行搬移的特點，同時也為設(shè)計后期的軟件編程留有充裕的時間空間。因此我們選定ARM 為本系統(tǒng)的主處理器。

  1.2.1 通信模塊設(shè)計

　　在異步LED 大屏幕控制系統(tǒng)中，可以在脫機(jī)狀態(tài)顯示不同的信息。因此，實現(xiàn)對大屏幕顯示內(nèi)容的實時更新和調(diào)整是LED 大屏幕控制系統(tǒng)設(shè)計中必須要進(jìn)行的重要環(huán)節(jié)。對于LED 顯示器與上位機(jī)的通信功能進(jìn)行設(shè)計與研究，其目的是為了快速、可靠地獲得調(diào)整后的顯示內(nèi)容。因此，本文設(shè)計的系統(tǒng)提供了3種通信方式，分別是以太網(wǎng)通信、串口通信和無線射頻通信。這3種通信方式不但增強(qiáng)了通信的性能，而且方便了用戶的使用。

　　1.2.2 顯示控制模塊設(shè)計

　　屏幕控制電路是LED 大屏幕控制系統(tǒng)中的一個重要組成部分，顯示屏控制邏輯電路生成讀寫控制信號和訪問顯示緩沖區(qū)數(shù)據(jù)的地址，讀取出來的顯示數(shù)據(jù)通過顯示驅(qū)動程序發(fā)送到LED 顯示屏顯示。顯示控制模塊主要由讀/ 寫地址產(chǎn)生器、計數(shù)器、讀/ 寫地址選擇器、讀/ 寫選擇器、讀/ 寫信號產(chǎn)生器、移位鎖存器和同步控制器等部分組成。

　　要在LED 大屏幕上顯示一幅完整的圖形圖像，CPLD 和ARM必須要協(xié)同一致工作，完成顯示存儲器中圖形圖像數(shù)據(jù)的讀取、解壓，圖像顯示效果的制作、灰度調(diào)制和生成顯示屏的驅(qū)動邏輯等各個部分的功能。顯示控制模塊的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

圖3 LED 顯示屏主控制器電路圖

　　在控制電路中，數(shù)據(jù)總線將CPLD 與ARM 之間連接起來，S3C44B0X 通過芯片2 選通CPLD 中的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，所以ARM 輸出數(shù)據(jù)的基地址為0x40000000。ARM 首先將FLASH 中保存的圖像數(shù)據(jù)復(fù)制到SDRAM 中，經(jīng)過相關(guān)處理后，調(diào)用不同的動態(tài)顯示效果程序?qū)DRAM 中的圖像數(shù)據(jù)循環(huán)寫入CPLD 緩沖區(qū)，CPLD生成相應(yīng)的時序轉(zhuǎn)換，串行輸出至LED 驅(qū)動電路。

　　2 LED 大屏幕控制系統(tǒng)軟件設(shè)計與實現(xiàn)

　　考慮到系統(tǒng)硬件驅(qū)動程序的運(yùn)行效率以及軟件的開發(fā)周期，本系統(tǒng)采用C 語言作為軟件的開發(fā)工具。

　　設(shè)計的應(yīng)用程序要實現(xiàn)與顯示屏硬件的連接功能，一要與系統(tǒng)底層的硬件驅(qū)動程序進(jìn)行通信，二要為用戶提供控制界面并可以接收用戶輸入的各種指令。為此，采用Visual C++ 作為系統(tǒng)應(yīng)用程序的開發(fā)工具。通信應(yīng)用程序使用MSComm （ MicrosoftCommunications Control） 控件來編寫，MSComm 是微軟公司為用戶提供的簡化Window、下串行的通信編程ActiveX 控件。MSComm控件通過外部設(shè)備的串行端口進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸和接收，可以為應(yīng)用程序提供串行的通信功能。利用MSComm 控件進(jìn)行串口的編程非?？旖荨⒎奖?。MSComm 控件是基于事件驅(qū)動的，在一般情況下，在事件發(fā)生時必須要得到通知。在實際編程中，可以在OnComm事件處理函數(shù)中加入自己編寫的處理代碼，OnComm 事件處理函數(shù)還可以檢查和處理程序在運(yùn)行過程中出現(xiàn)通信錯誤。OnComm控件的最大優(yōu)點是程序響應(yīng)的時間非常短，可靠性較高。每個MSComm 控件于一個串行端口對應(yīng)。如果應(yīng)用程序需要訪問多個串行端口，就要使用多MSComm 控件。MSComm 控件的行為是由其各種屬性決定的。在VC++ 中可以通過一系列的成員函數(shù)設(shè)置這些屬性，從而控制串行口的數(shù)據(jù)格式、波特率等特征。另外，在VC++ 中，MSComm 控件是作為CWND 類的派生類出現(xiàn)的，在系統(tǒng)初始化時必須創(chuàng)建這個窗口，并使用成員函數(shù)設(shè)置其屬性，使它和下位機(jī)使用相同的通訊格式，否則是不能建立正確的串行通訊的。

　　3 結(jié)論

　　目前，現(xiàn)有的LED 大屏幕控制系統(tǒng)中，還有很多是采用8位或者16位單片機(jī)作為系統(tǒng)的主處理器，系統(tǒng)存在運(yùn)算速度慢、存儲空間較小、通信方式單一以及數(shù)據(jù)傳輸速度慢等缺點。針對上述存在的問題，本文設(shè)計了一種新的LED 大屏幕控制系統(tǒng)，系統(tǒng)采用ARM 作為主處理器，結(jié)合可編程邏輯器件設(shè)計了系統(tǒng)的驅(qū)動電路，實現(xiàn)了異步LED大屏幕的彩色圖像、文字和視頻等的顯示。