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淺析異步LED顯示屏的設計與控制系統原理

日期：2018-3-16

基于LED技術的顯示屏已經廣泛用于廣場、機場、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大屏幕控制系統在顯示信息時，不需要經過計算機對數據進行處理，是直接讀取存放在顯示器緩沖區中的信息來顯示的，當需要更新信息時，顯示屏的數據采集模塊向顯示模塊發送新數據。本文利用高速數據存儲和處理的技術方法，設計了一種全彩異步 LED 大屏幕控制系統。

一．系統設計

1.1系統的總體框架

1)上位機用戶控制平臺部分，主要用于對圖像數據進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，用于實現與上位機通信，接收上位機部分的圖像數據和控制信號;

3)基于CPLD和ARM的大屏幕主控制器部分，實現圖像灰度調制和重構;

4)大屏幕顯示驅動電路部分，是為大屏幕的LED燈管提供驅動恒定的電流。

1.2系統硬件設計

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

1.2.1通信模塊設計

在異步LED大屏幕控制系統中，可以在脫機狀態顯示不同的信息。因此，實現對大屏幕顯示內容的實時更新和調整是LED大屏幕控制系統設計中必須要進行的重要環節。對于LED顯示器與上位機的通信功能進行設計與研究，其目的是為了快速、可靠地獲得調整后的顯示內容。因此，本文設計的系統提供了3種通信方式，分別是以太網通信、串口通信和無線射頻通信。這3種通信方式不但增強了通信的性能，而且方便了用戶的使用。

1.2.2顯示控制模塊設計

屏幕控制電路是LED大屏控制系統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數據的地址，讀取出來的顯示數據通過顯示驅動程序發送到LED顯示屏顯示。顯示控制模塊主要由讀/寫地址產生器、計數器、讀/寫地址選擇器、讀/寫選擇器、讀/寫信號產生器、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必須要協同一致工作，完成顯示存儲器中圖形圖像數據的讀取、解壓，圖像顯示效果的制作、灰度調制和生成顯示屏的驅動

在控制電路中，數據總線將CPLD與ARM之間連接起來，S3C44B0X通過芯片2選通CPLD中的數據緩沖區，所以ARM輸出數據的基地址為0x40000000。ARM首先將FLASH中保存的圖像數據復制到SDRAM中，經過相關處理后，調用不同的動態顯示效果程序將SDRAM中的圖像數據循環寫入CPLD緩沖區，CPLD生成相應的時序轉換，串行輸出至LED驅動電路。

二.LED大屏幕控制系統軟件設計與實現

考慮到系統硬件驅動程序的運行效率以及軟件的開發周期，本系統采用C語言作為軟件的開發工具。

開拓普設計的應用程序要實現與顯示屏硬件的連接功能，一要與系統底層的硬件驅動程序進行通信，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VisualC++作為系統應用程序的開發工具。通信應用程序使用MSComm(MicrosoftCommunicationsControl)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控件通過外部設備的串行端口進行數據的傳輸和接收，可以為應用程序提供串行的通信功能。利用MSComm控件進行串口的編程非?？旖?、方便。MSComm控件是基于事件驅動的，在一般情況下，在事件發生時必須要得到通知。在實際編程中，可以在OnComm事件處理函數中加入自己編寫的處理代碼，OnComm事件處理函數還可以檢查和處理程序在運行過程中出現通信錯誤。OnComm控件的大優點是程序響應的時間非常短，可靠性較高。每個MSComm控件于一個串行端口對應。如果應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設置這些屬性，從而控制串行口的數據格式、波特率等特征。另外，在VC++中，MSComm控件是作為CWND類的派生類出現的，在系統初始化時必須創建這個窗口，并使用成員函數設置其屬性，使它和下位機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.結論

目前，現有的全彩LED大屏幕控制系統中，還有很多是采用8位或者16位單片機作為系統的主處理器，系統存在運算速度慢、存儲空間較小、通信方式單一以及數據傳輸速度慢等缺點。針對上述存在的問題，本文設計了一種新的LED大屏幕控制系統，系統采用ARM作為主處理器，結合可編程邏輯器件設計了系統的驅動電路，實現了異步LED大屏幕的彩色圖像、文字和視頻等的顯示。