畢業(yè)論文-基于arm和cpld的led彩屏顯示系統(tǒng)的研究與設計

1、<p>　　分類號 密級 </p><p>　　U D C 編號 </p><p>　　本科畢業(yè)論文(設計)</p><p>　　題目 基于ARM和CPLD的LED彩屏

2、顯示系統(tǒng)的研究與設計</p><p>　　系 別 </p><p>　　專 業(yè) 名 稱 電子信息科學與技術(shù) </p><p>　　年 級 </p><p>　　學 生 姓 名

3、 </p><p>　　學 號 </p><p>　　指 導 教 師 </p><p><b>　　二〇〇九年五月</b></p><p><b>　　文獻綜述</b></p&g

4、t;<p><b>　　1概述</b></p><p>　　LED顯示屏是由發(fā)光二極管排列組成的一顯示器件。它采用低電壓掃描驅(qū)動，具有：耗電少、使用壽命長、成本低、亮度高、故障少、視角大、可視距離遠等優(yōu)點。目前LED顯示屏作為新一代的信息傳播媒體，已經(jīng)成為城市信息現(xiàn)代化建設的標志。LED顯示屏是八十年代后期在全球迅速發(fā)展起來的新型信息顯示媒體，它利用發(fā)光二極管構(gòu)成的點陣模塊或像

5、素單元組成在面積顯示屏幕，以可靠性高、使用壽命長、環(huán)境適應能力強、價格性能比高、使用成本低等特點，在短短的十來年中，迅速成長為平板顯示的主流產(chǎn)品，在信息顯示領(lǐng)域得到了廣泛的應用。</p><p>　　發(fā)光二極管(LED)是六十年代未發(fā)展起來的一種半導體顯示器件，七十年代，隨著半導體材料合成技術(shù)、單晶制造技術(shù)和P-N結(jié)形成技術(shù)的研究進展，發(fā)光二極管在發(fā)光顏色、亮度等性能得以提高并迅速進入批量化和實用化。進入八十年代

6、后，LED在發(fā)光波長范圍和性能方面大大提高，并開始形成平板顯示產(chǎn)品即LED顯示屏。我國在LED領(lǐng)域的研究開發(fā)工作成績斐然。目前我國的普綠和高亮度純紅LED己經(jīng)基本實現(xiàn)商品化，但是，高亮度的純藍、純綠LED在我國尚屬空白。</p><p><b>　　2主題</b></p><p><b>　　2.1 硬件設計</b></p><

7、;p>　　本系統(tǒng)設計的大屏幕LED顯示系統(tǒng)的控制器采用ARM(Advanced RISC Machine)嵌入式微處理器?；诰喼噶罴?RISC)架構(gòu)的32位微處理器，由于具有硬件設計單純、成本低廉、省電效益佳等特性，且能滿足上網(wǎng)要求，故受到廣大用戶的青睞，其中領(lǐng)先的是ARM嵌入式微處理器系列。</p><p>　　目前，采用ARM技術(shù)知識產(chǎn)權(quán)IP(Intellectual Property)核的微處理器

8、，即我們通常所說的ARM微處理器，已遍及工業(yè)控制、消費類電子產(chǎn)品、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡系統(tǒng)、無線系統(tǒng)等各類產(chǎn)品市場。ARM嵌入式微處理器一般具有如下特點:體積小、低功耗、低成本、高性能;支持Thumb(16位)/ARM(32位)雙指令集，能很好地兼容8位/16位器件;大量使用寄存器，指令執(zhí)行速度更快;大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成;尋址方式靈活簡單，執(zhí)行效率高;指令長度固定。到目前為止，ARM微處理器及技術(shù)的應用己經(jīng)深入到各個領(lǐng)域，在工業(yè)控制

9、領(lǐng)域，基于ARM核的微控制器芯片不但占據(jù)了高端微控制器市場的大部分市場份額，同時也逐漸向低端微控制器應用領(lǐng)域擴展，ARM微控制器的低功耗、高性價比，向傳統(tǒng)的8位/16位微控制器提出了挑戰(zhàn)。</p><p>　　CPLD(Complex Programmable Logic Device)復雜可編程邏輯器件，是從PAL和GAL器件發(fā)展出來的器件，相對而言規(guī)模大，結(jié)構(gòu)復雜，屬于大規(guī)模集成電路范圍。是一種用戶根據(jù)各自需

10、要而自行構(gòu)造邏輯功能的數(shù)字集成電路。其基本設計方法是借助集成開發(fā)軟件平臺，用原理圖、硬件描述語言等方法，生成相應的目標文件，通過下載電纜（“在系統(tǒng)”編程）將代碼傳送到目標芯片中，實現(xiàn)設計的數(shù)字系統(tǒng)。</p><p>　　CPLD主要是由可編程邏輯宏單元(MC，Macro Cell)圍繞中心的可編程互連矩陣單元組成。其中MC結(jié)構(gòu)較復雜，并具有復雜的I/O單元互連結(jié)構(gòu)，可由用戶根據(jù)需要生成特定的電路結(jié)構(gòu)，完成一定的功

11、能。由于CPLD內(nèi)部采用固定長度的金屬線進行各邏輯塊的互連，所以設計的邏輯電路具有時間可預測性，避免了分段式互連結(jié)構(gòu)時序不完全預測的缺點。</p><p><b>　　2.2 軟件設計</b></p><p>　　ARM體系結(jié)構(gòu)支持C/C++以及與匯編語言的混合編程，在一個完整的程序設計中，除了初始化部分用匯編語言完成以外，其主要的編程任務都用C/C++完成，程序在執(zhí)

12、行時首先完成初始化過程，然后跳轉(zhuǎn)到C/C++程序代碼中，匯編程序和C/C++程序之間一般沒有參數(shù)的傳遞，也沒有頻繁的相互調(diào)用。</p><p>　　基于CPLD硬件的開發(fā)，MAX+plusⅡ是美國Altera公司自行設計的一種EAD軟件開發(fā)工具。它具有原理圖輸入和文本輸入(采用硬件描述語言)兩種輸入手段。利用該工具所配置的編輯、編譯、仿真、綜合、芯片編程等功能，將設計電路圖或電路描述程序變成基本的邏輯單元寫入到可

13、編程的芯片中(如FPAG芯片)，制成ASIC芯片。它是EAD設計中不可缺少的一種有用工具，目前在國內(nèi)使用較為普遍。</p><p><b>　　3總結(jié) </b></p><p>　　嵌入式技術(shù)已經(jīng)廣泛應用到各項科學研究之中，本文結(jié)合LED的開發(fā)特點，基于ARM和CPLD的開發(fā)平臺，研究彩色LED顯示系統(tǒng)的設計，具體內(nèi)容包括以下幾個方面：</p><

14、p>　　1）系統(tǒng)闡述LED工作的原理，研究LED發(fā)光的特性，從6個方面分析了</p><p>　　LED驅(qū)動電路的設計。</p><p>　　2）結(jié)合LED顯示原理，重點從灰度掃描的實現(xiàn)、信息刷新原理、彩色顯示</p><p>　　屏的γ校正等6個方面，解析了LED現(xiàn)實技術(shù)。</p><p>　　3）分別從硬件和軟件兩個方面，研究了電路

15、以及軟件的實現(xiàn)，這兩個方面也是論文研究是重點核心。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 周立功.ARM嵌入式系統(tǒng)實驗教程.北京航空航天大學出版社，2005.10</p><p>　　[2] 用API-232簡化串口通信編程，鐵道通信信號，2000.4</p><p>　　[3] 用通

16、信控件開發(fā)Windows環(huán)境下的串口通信程序，淮北煤師院學報，2000.3</p><p>　　[4] 陳愛萍，羊四清，何智勇.電子顯示屏的單片機控制系統(tǒng).自動化與儀表，1999</p><p>　　[5] 于慧. 基于ARM和CPLD的LED彩屏顯示系統(tǒng)的研究.西北工業(yè)大學學報, 2007.3</p><p>　　[6] 童星. 基于嵌入式的LED點陣顯示屏的研究

17、與實現(xiàn).武漢理工大學，2005.3</p><p>　　[7] 王波. 利用可編程邏輯器件設計LED顯示屏.南京理工大學學報，2002.3</p><p>　　[8] 周永清. LED大屏幕信息發(fā)布技術(shù)與應用研究.武漢理工大學學報，2002.3</p><p>　　[9] 周立功.ARM嵌入式系統(tǒng)基礎教程.北京航空航天大學出版社，2005.1</p>

18、<p>　　[10] 李志東. LED顯示屏控制系統(tǒng)及驅(qū)動程序的研究與設計.吉林大學學報，2005.5</p><p>　　摘要：隨著科技的日益進步，基于LED現(xiàn)實屏的研究也越來越深，同時，人們的生活水平也越來越高，這樣，也對LED方面就提出了更高的要求。用LED器件組成電子顯示屏，不但色彩絢麗而且其制作尺寸幾乎不受限制，可以達到幾十甚至幾百平方米以上，可應用于室內(nèi)外各種公共場合顯示文字、圖形、圖像、動

19、畫、視頻圖像等信息，具有較強的廣告渲染力和震撼力，美化和豐富了人們的生活環(huán)境。</p><p>　　傳統(tǒng)LED顯示系統(tǒng)的控制以單片機為核心，功能較為簡單，當需要進行數(shù)據(jù)處理時，單片機的處理能力就更顯不足，不能滿足LED顯示屏發(fā)展的需要。本文將介紹一種基于ARM和CPLD控制平臺的LED全彩色顯示屏控制系統(tǒng)。論文首先介紹了LED顯示技術(shù)和系現(xiàn)實原理，然后從硬件和軟件兩個方面，分別詳細介紹了系統(tǒng)硬件的設計和軟件的設計

20、，最終實現(xiàn)預期功能。</p><p>　　關(guān)鍵詞: 單片機 ARM CPLD LED 灰度</p><p>　　Abstract: With the increasing progress of science and technology, based on the LED screen reality more and more deep study, at the same

21、 time, people's living standards have become more sophisticated, so that LED is also on a higher demand. Composed of electronic devices with LED displays, not only colorful and attractive but also produced virtually

22、unlimited size, can reach tens or even hundreds of square meters, can be applied to a variety of indoor and outdoor public display text, graphics, im</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b

23、>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 LED大屏幕的研究現(xiàn)狀1</p><p>　　1.2 LED大屏幕的發(fā)展趨勢1</p><p>　　1.3 論文研究的內(nèi)容2</p><p>　　2 LED顯示屏的工作原理3</p><p>　　2.1 LED工作原理3</p

24、><p>　　2.1.1 簡述3</p><p>　　2.1.2 LED發(fā)光的基本原理4</p><p>　　2.2 LED器件的驅(qū)動原理5</p><p>　　2.2.1直流驅(qū)動5</p><p>　　2.2.2恒流驅(qū)動5</p><p>　　2.2.3脈沖驅(qū)動5</p>

25、<p>　　2.2.4 掃描驅(qū)動6</p><p>　　3 LED顯示技術(shù)的發(fā)展和基本原理7</p><p>　　3.1 LED顯示技術(shù)的發(fā)展歷史7</p><p>　　3.2 LED顯示技術(shù)的基本原理8</p><p>　　3.2.1灰度掃描的實現(xiàn)8</p><p>　　3.2.2 信息刷

26、新原理9</p><p>　　3.2.3掃描控制電路總體說明9</p><p>　　3.2.4 彩色顯示屏的γ校正10</p><p>　　3.2.5顯示屏均勻性的改造12</p><p>　　3.2.6 亮度控制器模塊13</p><p>　　4 LED彩屏顯示系統(tǒng)的硬件設計13</p>

27、<p>　　4.1 ARM芯片簡介及硬件電路設計13</p><p>　　4.1.1 ARM芯片簡介13</p><p>　　4.1.2 ARM的硬件電路設計15</p><p>　　4.2 CPLD技術(shù)簡介及硬件電路設計20</p><p>　　4.2.1 CPLD技術(shù)簡介20</p><p>　

28、　4.2.2 CPLD的硬件電路設計21</p><p>　　5 LED彩屏顯示系統(tǒng)的軟件設計21</p><p>　　5.1 ARM的軟件設計21</p><p>　　5.1.1 ARM匯編語言的程序結(jié)構(gòu)21</p><p>　　5.1.2基于ARM的系統(tǒng)初始化過程22</p><p>　　5.2掃描驅(qū)動

29、電路的CPLD軟件設計23</p><p>　　5.2.1 Altera可編程程邏輯器件開發(fā)軟件介紹23</p><p>　　5.2.2 利用VHDL語言實現(xiàn)顯示控制24</p><p>　　6 仿真效果及結(jié)論25</p><p>　　6.1 仿真效果25</p><p><b>　　6.2 結(jié)論

30、26</b></p><p><b>　　參考文獻27</b></p><p><b>　　致 謝28</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 LED大屏幕的研究現(xiàn)狀</p><p>　　

31、隨著新材料及半導體工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，自1994年起以新型可見光材料InGaAlP和InGaN為主流，實現(xiàn)了高亮度，多色化，加之封裝技術(shù)的改進，顯示信息大型化，出現(xiàn)了LED產(chǎn)品新的應用領(lǐng)域，能在陽光強烈的場合下清晰顯示，發(fā)光效率極高，光強超過1000mcd，同時滿足了全彩色顯示和便攜產(chǎn)品低功耗要求。LED顯示屏是由發(fā)光二極管排列組成的一顯示器件。它采用低電壓掃描驅(qū)動，具有：耗電少、使用壽命長、成本低、亮度高、故障少、視角大、可視距離遠等優(yōu)點

32、。目前LED顯示屏作為新一代的信息傳播媒體，已經(jīng)成為城市信息現(xiàn)代化建設的標志。隨著社會經(jīng)濟的不斷進步，以及LED顯示技術(shù)的不斷完善，人們對LED顯示屏的認識將越來越深入，其應用領(lǐng)域?qū)絹碓綇V。</p><p>　　由于LED在人們?nèi)粘Ｉ钪械膽迷絹碓綇V泛，它涉及到人們生活的方方面面，比如機場航班、港口、車站、證券交易、金融信息顯示、道路交通信息顯示、室外產(chǎn)品廣告及信息發(fā)布等等?？梢?，人們的生活也日益離不開LE

33、D，因此，人們對其要求也越來越高。隨著嵌入式技術(shù)的迅猛發(fā)展，基于LED顯示屏的研究范圍也日趨廣泛。隨著社會經(jīng)濟的不斷進步，以及LED顯示技術(shù)的不斷完善，人們對LED顯示屏的認識將越來越深入，其應用領(lǐng)域?qū)絹碓綇V。</p><p>　　目前，我國基于LED研究現(xiàn)狀是，我國在LED領(lǐng)域的研究開發(fā)工作成績斐然。目前我國的普綠和高亮度純紅LED己經(jīng)基本實現(xiàn)商品化，但是，高亮度的純藍、純綠LED在我國尚屬空白。</

34、p><p>　　1.2 LED大屏幕的發(fā)展趨勢</p><p>　　目前LED電子顯示屏的顯示向更高亮度、更高耐氣候性、更高的發(fā)光均勻性、更高的可靠性、全色化、多媒體方向發(fā)展，系統(tǒng)的運行，操作與維護也向集成化、網(wǎng)絡化、智能化方向發(fā)展。二十一世紀的顯示技術(shù)將是平板顯示的時代，LED顯示屏作為平板顯示的主導產(chǎn)品之一將有更大的發(fā)展。</p><p>　　(1)高亮度、全彩化&

35、lt;/p><p>　　藍色及綠色超高亮度LED產(chǎn)品出現(xiàn)以來，成本逐年快速降低，使LED全彩色顯示屏產(chǎn)品成本下降，推廣速度加快。同時，隨著控制技術(shù)的發(fā)展和屏體穩(wěn)定性的提高，使全彩色LED顯示屏的亮度、色彩、白平衡均達到比較理想的效果，完全可以滿足戶外全天候的環(huán)境條件要求。</p><p>　　(2)標準化、規(guī)范化</p><p>　　材料、技術(shù)的成熟及市場價格基本均衡之

36、后，LED顯示屏的標準化和規(guī)范化將成為LED顯示屏發(fā)展的一個趨勢。近幾年業(yè)內(nèi)的發(fā)展中，幾番價格回落調(diào)整達到基本均衡后，產(chǎn)品質(zhì)量、系統(tǒng)的可靠性等將成為主要的競爭因素，這就對LED顯示屏的標準化和規(guī)范化有了較高的要求。行業(yè)規(guī)范和標準體系的形成，使LED顯示屏行業(yè)的發(fā)展趨于有序。</p><p>　　(3)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)多樣化</p><p>　　隨著信息化社會的形成，信息領(lǐng)域愈加廣泛，LED顯示屏的

37、應用前景更為廣闊。預計大型或超大型LED顯示屏為主流產(chǎn)品的局面將會發(fā)生改變，適合于服務行業(yè)特點和專業(yè)性要求的小型LED顯示屏會有較大提高，面向信息服務領(lǐng)域的L印顯示屏產(chǎn)品門類和品種體系將更加豐富，部分潛在市場需求和應用領(lǐng)域?qū)兴黄?，如公共交通、停車場、餐飲、醫(yī)院等綜合服務方面的信息顯示屏需求量將有更大的提高，大批量、小型化的標準系統(tǒng)LED顯示屏在LED顯示屏市場總量中將會占有多數(shù)份額。</p><p>　　總

38、之，在LED大屏幕材料研制方面，單色、多色LED點陣模塊產(chǎn)品已經(jīng)很成熟，目前的發(fā)展方向為全彩色LED顯示屏;在產(chǎn)品方面，LED大屏幕朝標準化、大型化和小型化的方向發(fā)展。</p><p>　　1.3 論文研究的內(nèi)容</p><p>　　以前，人們應用的LED顯示屏的范圍比較宰，LED研究也還處于起步階段，嵌入式芯片主要是基于8位機的開發(fā)，功能也比較單一。隨著大屏幕顯示技術(shù)的發(fā)展進步，需要處理

39、的數(shù)據(jù)量大大增加，系統(tǒng)的頻率越來越高，系統(tǒng)的規(guī)模越來越大，對顯示控制系統(tǒng)的要求就不斷提高。以前的LED大屏幕顯示系統(tǒng)用中小規(guī)模集成電路實現(xiàn)，系統(tǒng)體積較大、調(diào)試困難、不易修改。</p><p>　　隨著半導體技術(shù)的進一步發(fā)展及大規(guī)模集成電路的廣泛應用，可編程邏輯器件來完成電路功能，不僅能夠滿足LED大屏幕系統(tǒng)高速圖像數(shù)據(jù)傳輸對速度的要求，改善了電路性能，而且增加了電路設計的靈活性，設計中可以根據(jù)實際應用的需求靈活修

40、改相應硬件描述語言程序，而不需要修改電路硬件設計，縮短了設計周期，降低了成本。同時，采用基于ARM核的新一代32位微處理器，解決了系統(tǒng)的運行速度、尋址能力和功耗等問題，可以支持更大可視區(qū)域的穩(wěn)定顯示，可以存儲更多的顯示內(nèi)容。</p><p>　　基于以上優(yōu)點，本文將采用ARM和CPLD相結(jié)合的方法來共同完成LED彩屏的顯示系統(tǒng)設計，功能包括：</p><p>　　1） 該顯示屏控制器必須支

41、持一般顯示屏所需的與上位機實時通訊和全部顯示功能，如左移、上移、下移、左卷簾、右卷簾、左百葉窗、右百葉窗等功能。顯示的內(nèi)容包括實時時間、日期、漢字公告以及視頻動畫等。</p><p>　　2）實現(xiàn)上位機和下位機的通訊和同步，使其通過上位機對LED顯示屏包括諸如顯示內(nèi)容、顯示方式、中文圖形字庫和控制軟件進行在線更新升級的遠程控制。</p><p>　　3）按設定的顯示效果顯示圖像(如:左右移

42、動，上下移動，收縮顯示，雪花顯示，單字顯示等)，可以設定并顯示時間(年/月/日，時/分/秒)，可以顯示環(huán)境溫度，能夠向LED屏發(fā)出色彩和灰度控制信號及行列控制信號等。</p><p>　　4）實現(xiàn)對彩色LED的亮度、灰度的控制和調(diào)節(jié)。</p><p>　　2 LED顯示屏的工作原理</p><p>　　2.1 LED工作原理</p><p>

43、<b>　　2.1.1 簡述</b></p><p>　　LED(Lighting Emitting Diode)即發(fā)光二極管，是一種半導體固體發(fā)光器件。它是利用固體半導體芯片作為發(fā)光材料，在半導體中通過載流子發(fā)生復合放出過剩的能量而引起光子發(fā)射，直接發(fā)出光。LED作為一種發(fā)光器件，是大屏幕顯示系統(tǒng)的首選器件。其主要特點是:</p><p>　　1.壽命長:固體冷光源

44、，環(huán)氧樹脂封裝，燈體內(nèi)也沒有松動的部分，不存在燈絲發(fā)光易燒、熱沉積、光衰等缺點，使用壽命長達6萬到10萬小時，比傳統(tǒng)光源壽命長10倍以上，降低維修率和維修成本。</p><p>　　2.高節(jié)能:節(jié)能能源無污染極為環(huán)保。直流驅(qū)動，超低功耗(單管0.03一0.06瓦)電光功率轉(zhuǎn)換接近100%，比管燈和霓虹燈更加節(jié)能，是超節(jié)能產(chǎn)品。</p><p>　　3.利環(huán)保:光色純，光線質(zhì)量高，光譜中沒有

45、紅外線和紫外線，既沒有熱量，也沒有輻射，眩光小，而且廢棄物可回收，沒有污染不含汞元素，冷光源，可以安全觸摸，屬于典型的綠色照明光源。</p><p>　　4.多變幻:LED光源可利用紅、綠、藍三基色原理，在計算機技術(shù)控制下使用三種顏色具有256級灰度并任意混合，從而形成不同光色的組合變化多端，實現(xiàn)豐富多彩的動態(tài)變化效果及各種圖像。</p><p>　　5.高新尖:與傳統(tǒng)光源單調(diào)的發(fā)光效果相

46、比，LED光源市低壓微電子產(chǎn)品，成功融合了計算機技術(shù)、網(wǎng)絡通信技術(shù)、圖像處理技術(shù)、嵌入式控制技術(shù)等，所以亦是數(shù)字信息化產(chǎn)品，是半導體光電器件“高新尖”技術(shù)，具有在線編程，無限升級，靈活多變的特點。</p><p>　　2.1.2 LED發(fā)光的基本原理</p><p>　　發(fā)光二極管(Lighting Emitting Diode)，是一種把電能變成光能的特種器件，當電流如圖2-1所示通過

47、它的時候，可以產(chǎn)生可視的光。</p><p>　　圖2-1 二極管工作原理</p><p>　　發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)主要由PN結(jié)芯片、電極和光學系統(tǒng)構(gòu)成。我們知道，發(fā)光是一種能量轉(zhuǎn)化現(xiàn)象。當系統(tǒng)受到外界激發(fā)后，會從穩(wěn)定的低能態(tài)躍遷到不穩(wěn)定的高能態(tài);當系統(tǒng)由不穩(wěn)定的高能態(tài)重新回到穩(wěn)定的低能態(tài)時，能量差以光的形式輻射出來，就會產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象。當在PN結(jié)上加以正向電壓之后，P區(qū)的空穴注入至N區(qū)，N區(qū)的

48、電子注入至P區(qū)，相互注入的電子與空穴相遇后即產(chǎn)生復合，這些少數(shù)載流子在結(jié)的注入和復合中產(chǎn)生輻射而發(fā)光。它是自發(fā)輻射發(fā)光，不需要較高的注入電流產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，也不需要光學諧振腔，發(fā)射的是非相干光。</p><p>　　2.2 LED器件的驅(qū)動原理</p><p>　　從LED器件的特性可知道，當向LED器件施加正向電壓時，流過器件的正向電流使其發(fā)光。因此LED的驅(qū)動就是如何使它的PN結(jié)處

49、于正偏置，而且為了控制(調(diào)節(jié))它的發(fā)光強度，還要解決正向電流的調(diào)節(jié)問題。具體的驅(qū)動方法可以分為直流驅(qū)動、恒流驅(qū)動、脈沖驅(qū)動和掃描驅(qū)動等。</p><p><b>　　2.2.1直流驅(qū)動</b></p><p>　　直流驅(qū)動是最簡單的驅(qū)動方法，就是通過穩(wěn)定電源，經(jīng)限流電阻為發(fā)光二極</p><p>　　管LED提供電流的方法。連接時令LED的陰極

50、接電源的負極方向，陽極接正極</p><p>　　方向。這種驅(qū)動方式雖然簡單，但是不能在LED顯示屏上使用。這是由于LED</p><p>　　正向特性陡峭，加上元件參數(shù)的分散性，即使相同的電源，相同的限流電阻，每</p><p>　　個LED的正向電流也不盡相同，導致LED器件的發(fā)光強度不同，亮度不均，而</p><p>　　且這種方法不易

51、調(diào)節(jié)每個LED器件的亮度，所以無法標識圖像信息。</p><p><b>　　2.2.2恒流驅(qū)動</b></p><p>　　恒流驅(qū)動基本上克服了器件分散性的影響。由于三極管的輸出特性具有恒流性質(zhì)，所以可以采用晶體管驅(qū)動LED。LED的導通電流，與LED無關(guān)，取決于外參數(shù)。</p><p>　　LED管得正向電流是:If=Ic=Ie=(Vb-V

52、be)/Re</p><p>　　其中，Vb為外加基極電壓，Vbe為基極一發(fā)射極電壓。由于三極管Vbe的分散性比放大倍數(shù)β的分散性要小，所以各LED器件的正向電流在其Vb與Re相同的情況下，基本上可以保證是一致的。</p><p><b>　　2.2.3脈沖驅(qū)動</b></p><p>　　利用人眼的視覺暫留特性，采用向比D器件重復通斷供電的方

53、法使之點燃，就是通常所說的脈沖方式。采用這種方式時應該注意兩個問題:脈沖電流幅值的確定和重復頻率的選擇。首先，要想獲得與直流驅(qū)動方式相當?shù)陌l(fā)光強度，脈沖驅(qū)動電流的平均值h就應該與直流驅(qū)動的電流值相同。如圖2-2所示，平均電流Ia是瞬時電流i的時間積分。</p><p>　　圖2-2 LED脈沖驅(qū)動電流</p><p>　　其中ton/T就是占空比的一種描述，為了使脈沖驅(qū)動方式下的平均電流

54、I，與直流驅(qū)動電流工。相同，就需要使它的脈沖電流幅值滿足IF=(T/Ton)Ia=(T/Ton) I</p><p>　　可見脈沖驅(qū)動時，脈沖電流的幅值應該比直流驅(qū)動電流大T/Ton倍。其次是脈沖重復頻率的問題，通過視覺暫留特性的分析，己經(jīng)知道脈沖重復頻率必須高24HZ，否則會產(chǎn)生閃爍現(xiàn)象。脈沖驅(qū)動的主要應用有兩個方面:掃描驅(qū)動和占空比驅(qū)動。</p><p>　　2.2.4 掃描驅(qū)動&l

55、t;/p><p>　　是通過數(shù)字邏輯電路，使若干LED器件輪流導通，用以節(jié)省控制驅(qū)動電路。比D顯示屏是將發(fā)光燈按行按列布置的，驅(qū)動時也就按行按列驅(qū)動。在掃描驅(qū)動方式下可以按行掃描，按列控制;也可以按列掃描，按行控制。所謂“掃描”的含義，就是指一行一行地循環(huán)接通整行的LED器件，而不問這一行的哪一列的LED器件是否應該點亮，某一列的LED器件是否應該點亮，由所謂的列控制電路來負責。本課題采用按行掃描按列控制的方式。&l

56、t;/p><p>　　圖2-3所示為一個m行n列結(jié)構(gòu)的LED顯示屏，當采用行掃描列控制的驅(qū)動方式時，從H1到枷輪流將高電位接通各行線，使連接到各行的LED器件接通正電源，但具體哪一個LED導通，還要看它的負電源是否接通，這就是列控制所要完成的工作。例如在LED顯示屏上需要LEDll熄滅，LED21點亮，那么當掃描到Hl行時，L1列的電位就應該為高;當掃描到H2行時，L1列的電位就應該為低。</p>&l

57、t;p>　　圖2-3 行掃描列控制原理級波形圖</p><p>　　3 LED顯示技術(shù)的發(fā)展和基本原理</p><p>　　在20世紀，CRT（陰極射線管）在圖像顯示設備中占了絕對統(tǒng)治地位，如電視機、顯示器等絕大多數(shù)都采用CRT。從20世紀中葉，液晶、LED、PDP等平板顯示器開始飛速地發(fā)展。其中，液晶顯示器不但在中小屏幕顯示中代替了CRT，而且也快速地進入了計算機顯示領(lǐng)域；而LED

58、顯示屏則逐漸在超大屏幕圖像顯示領(lǐng)域發(fā)揮了其自身的技術(shù)特點，應用于各類大型的公共場所，如火車站、大型廣場和體育中心?？梢哉fLED顯示技術(shù)的發(fā)展帶來了大型平板顯示技術(shù)的又一次革命。</p><p>　　3.1 LED顯示技術(shù)的發(fā)展歷史</p><p>　　高亮度LED的出現(xiàn)具有劃時代意義，最早研制的LED只能發(fā)出紅色的光，用于電子設備中的指示燈。如今，LED已能發(fā)出紅色、黃色、藍色、綠色、橙色

59、、琥珀色、藍綠雙色、紅綠雙色、黃綠色、純綠色、翠綠色、白色等各種光束。在我國各大城市，已經(jīng)到處可見LED的眩目光彩，LED正在改變我們的生活和工作環(huán)境。</p><p>　　半導體技術(shù)在引發(fā)微電子革命之后，正在孕育一場新的產(chǎn)業(yè)革命——照明革命。LED已成為信息時代的閃亮標志，將逐步取代白熾燈和熒光燈等傳統(tǒng)照明技術(shù)。</p><p>　　LED有很多突出的優(yōu)點：除了壽命長、耗能低之外，LED

60、應用非常靈活，可以做成點、線、面等各種形式的輕薄短小產(chǎn)品；環(huán)保效益好，由于光譜中沒有紫外線和紅外線，既沒有熱量也沒有輻射，屬于典型的綠色照明光源，而且廢棄物可回收，沒有污染；控制極為方便，只要調(diào)整電流，就可以隨意調(diào)光，不同光色的組合變化很多，利用時序控制電路，可以達到豐富多彩的動態(tài)變化效果。</p><p>　　LED不僅可用于大型廣告顯示屏，還可以用于建筑和交通照明。LED作為城市重點建筑的夜景照明，在勾勒輪廓

61、上可以大顯身手，能夠模擬任何色彩，能源的損耗和維護費用也大大降低。由于體積小，LED適合制作成線條燈具。LED作成地燈，可指示方向、步行道和車道，安全可靠、經(jīng)久耐用。以往，在城市的夜空中，最妖嬈的也許就數(shù)霓虹燈了，但是由于霓虹燈最容易損壞，我們常?？吹?，霓虹燈顯示的畫面和文字總是“缺胳膊掉腿”。如果采用LED取代霓虹燈作為顯示標志，不僅可以避免殘缺不全的遺憾，而且可以隨心所欲地使用。</p><p>　　隨著大規(guī)

62、模集成電路和計算機技術(shù)的不斷進步，LED顯示屏正在迅速崛起，作為新一代顯示媒體。LED已成為現(xiàn)代城市一道靚麗的風景線，廣泛應用于各種公共場合。</p><p>　　有機LED顯示屏的單個元素反應速度是LCD液晶屏的1000倍，在強光下也可以照看不誤，并且適應零下40度的低溫。在現(xiàn)代都市中大功率氣體放電燈、泛光照明、霓虹燈、燈箱廣告等光源所產(chǎn)生的光污染，已經(jīng)對人類、自然環(huán)境以及天文觀察造成嚴重危害。21世紀，解決光

63、污染是照明技術(shù)急待突破的課題，LED應運而生，前途無量。未來照明市場的爭奪戰(zhàn)已經(jīng)展開。我國擁有巨大的照明工業(yè)和照明市場，在半導體發(fā)光器件領(lǐng)域，我國與世界先進水平差距較小，我國自主研制的第一個LED比世界上第一個LED僅僅晚幾個月，整體技術(shù)水平也只比發(fā)達國家相差3年左右。為了適應高速增長的市場需求，我國已將LED分別列為31項國家鼓勵發(fā)展的電子產(chǎn)品和20種鼓勵外商投資的電子產(chǎn)品和技術(shù)之一。</p><p>　　3.

64、2 LED顯示技術(shù)的基本原理</p><p>　　3.2.1灰度掃描的實現(xiàn)</p><p>　　灰度掃描實現(xiàn)的關(guān)鍵在于產(chǎn)生由“0”和“1”組成的串行數(shù)據(jù)流。從圖像處理模塊輸出的數(shù)據(jù)信息為并行數(shù)據(jù)，它包括圖像分離的R、G、B三基色數(shù)據(jù)。但這些數(shù)據(jù)不能直接用于LED掃描顯示，必須經(jīng)過時序譯碼，才能轉(zhuǎn)換為含有灰度信息的由“0”和“1”組成的編碼序列，以供掃描顯示使用。在高速動態(tài)顯示時，LED的發(fā)

65、光亮度與其在掃描周期內(nèi)的發(fā)光時間成正比，所以灰度等級的實現(xiàn)由控制LED的發(fā)光時間與掃描周期的比值（即占空比）的辦法來實現(xiàn)。假設每幀周期為S，采用8行掃描方式，則每行總選通時間為S/8。將每周期內(nèi)LED的總發(fā)光時間依次調(diào)節(jié)為0、1×S（/8×16）、2×S（/8×16）……、15×S/（8×16），這樣就將LED的發(fā)光時間分為16個等級，即實現(xiàn)了16級灰度。</p>

66、<p>　　3.2.2 信息刷新原理</p><p>　　根據(jù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)刷新的原理不同，LED顯示屏刷新方式可分為鎖存型和掃描型兩種類型。</p><p><b>　　1、鎖存型</b></p><p>　　鎖存型指顯示屏上每一個LED都對應于一個驅(qū)動寄存器，即驅(qū)動器不需要時分工作，每一個LED的亮度占空比均為100%。這樣避免了LE

67、D在超額電流狀態(tài)下工作。過去使用常規(guī)驅(qū)動IC，設計非常復雜而且成本較高?，F(xiàn)在超大規(guī)模LED功能驅(qū)動IC出現(xiàn)后，不但設計簡單，成本也大幅度降低。室外屏大多為鎖存型。</p><p><b>　　2、掃描型</b></p><p>　　掃描型指顯示屏上4行、8行或16行LED共用一個驅(qū)動寄存器，常稱為4循環(huán)、8循環(huán)或16循環(huán)。在這種系統(tǒng)中，屏幕灰度信息的刷新是靠驅(qū)動寄存器

68、時分工作實現(xiàn)的。只要屏幕的刷新頻率在50Hz以上，人眼就不會感到閃爍。因為驅(qū)動寄存器的時分工作，使每一個LED的亮度占空比減小，所以導致LED亮度降低。為了提高顯示屏亮度往往使LED在超額電流狀態(tài)下工作。掃描型驅(qū)動電路設計比較簡單、成本低，較多應用于室內(nèi)顯示屏的設計。</p><p>　　3.2.3掃描控制電路總體說明</p><p>　　因為LED大屏幕顯示是高速連續(xù)進行的，特別在播放視

69、頻信號時，不但要求實時完成圖像的高速掃描，還要接收新的數(shù)據(jù)，以便更新屏幕。這就要求系統(tǒng)中必須要有高速數(shù)據(jù)緩存處理電路，以防止在掃描過程中丟失數(shù)據(jù)。所以本系統(tǒng)中LED大屏幕顯示的高速數(shù)據(jù)緩存模塊采取雙總線結(jié)構(gòu)的存儲電路。如圖3-1所示，A、B兩組幀存儲器分別交替工作于圖像高速掃描和圖像數(shù)據(jù)接收緩存兩種方式。當A幀存儲器用于圖像的掃描時，B幀存儲器用于圖像數(shù)據(jù)接收和緩存；反之，當A幀存儲器用于圖像的接收和緩存時，B幀存儲器用于圖像的掃描顯示

70、。</p><p>　　從顯示控制模塊傳來的數(shù)據(jù)為并行數(shù)據(jù)，而LED顯示屏所需的是含有像素點灰度信息的串行數(shù)據(jù)流。這就要求有灰度譯碼，將4bit并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為16個有灰度信息的串行數(shù)據(jù)序列。由于A、B兩組存儲器交替使用，要求在接收一幀并行數(shù)據(jù)的時間內(nèi)把譯碼后的16bit串行數(shù)據(jù)流送往LED屏。串行數(shù)據(jù)流速率是并行數(shù)據(jù)速率的16倍，所以系統(tǒng)選用高速靜態(tài)SRAM以滿足要求。</p><p>　

71、　圖3-1 雙總線結(jié)構(gòu)的主從掃描存儲原理</p><p>　　3.2.4 彩色顯示屏的γ校正</p><p>　　幾乎所有的CRT顯示設備、攝影膠片和許多電子照相機的光電轉(zhuǎn)換特性都是非線性的。但這些非線性部件都有一個能夠反映各自特性的冪函數(shù)，它的一般形式是：</p><p><b>　　y= 輸出＝</b></p><p

72、>　　式中的γ（gamma）是冪函數(shù)的指數(shù)，它用來衡量非線性部件的轉(zhuǎn)換特性。</p><p>　　這種特性稱為冪-律（power-law）轉(zhuǎn)換特性。按照慣例，“輸入”和“輸出”都縮放到0～1之間。其中，0表示黑電平，1表示顏色分量的最高電平。對于特定的部件，人們可以度量它的輸入與輸出之間的函數(shù)關(guān)系，從而找出γ值。實際的圖像系統(tǒng)是由多個部件組成的，這些部件中可能會有幾個非線性部件。如果所有部件都有冪函數(shù)的轉(zhuǎn)換

73、特性，那么整個系統(tǒng)的傳遞函數(shù)就是一個冪函數(shù)，它的指數(shù)γ等于所有單個部件的γ的乘積。如果圖像系統(tǒng)的整個γ＝1，輸出與輸入就成線性關(guān)系。這就意味在重現(xiàn)圖像中任何兩個圖像區(qū)域的強度之比率與原始場景的兩個區(qū)域的強度之比率相同，這似乎是圖像系統(tǒng)所追求的目標：真實地再現(xiàn)原始場景。但實際情況卻不完全是這樣。 </p><p>　　當這種再生圖像在“明亮環(huán)境”下，也就是在其他白色物體的亮度與圖像中白色部分的亮度幾乎相

74、同的環(huán)境下觀看時，γ＝1的系統(tǒng)的確可使圖像看起來像“原始場景”一樣。但是某些圖像有時在“黑暗環(huán)境”下觀看所獲得的效果會更好，放映電影和投影幻燈片就屬于這種情況。在這種情況下，γ值不是等于1而通常認為γ＝1.5，人的視角系統(tǒng)所看到的場景就好像是“原始場景”。根據(jù)這種觀點，投影幻燈片的γ值就設計為1.5左右，而不是1。還有一種環(huán)境稱為中間環(huán)境的“暗淡環(huán)境”，這種環(huán)境就像房間中的其他東西能夠看到，但比圖像中白色部分的亮度更暗?？措娨暤沫h(huán)境和計

75、算機房的環(huán)境就屬于這種情況。在這種情況下，通常認為再現(xiàn)圖像需要γ＝1.25才能看起來像“原始場景”。</p><p>　　所有CRT顯示設備都有冪-律轉(zhuǎn)換特性，如果生產(chǎn)廠家不加說明，那么它的γ值大約等于2.5。用戶對發(fā)光的磷光材料的特性可能無能為力去改變，因而也很難改變它的γ值。為使整個系統(tǒng)的γ值接近于使用所要求的γ值，起碼就要有一個能夠提供γ校正的非線性部件，用來補償CRT的非線性特性。在所有廣播電視系統(tǒng)中，γ

76、校正是在攝像機中完成的。最初的NTSC電視標準需要攝像機具有γ＝1/2.2＝0.45的冪函數(shù)，現(xiàn)在采納γ＝0.5的冪函數(shù)。PAL和SECAM電視標準指定攝像機需要具有γ＝1/2.5＝0.4的冪函數(shù)，但這個數(shù)值已顯得太小，因此實際的攝像機很可能會設置成γ＝0.45或者0.5。使用這種攝像機得到的圖像就預先做了校正，在γ＝2.5的CRT屏幕上顯示圖像時，屏幕圖像相對于原始場景的γ大約等于1.25。這個值適合“暗淡環(huán)境”下觀看。</p&

77、gt;<p>　　過去的時代是“模擬時代”，而今已進入“數(shù)字時代”，進入計算機的電視圖像依然帶有γ＝0.5的校正。雖然帶有γ值的電視在數(shù)字時代工作得很好，尤其是在特定環(huán)境下創(chuàng)建的圖像在相同環(huán)境下工作，可是在其他環(huán)境下工作時，往往會使顯示的圖像讓人看起來顯得太亮或者太暗，因此在可能條件下就要做γ校正。在什么地方做γ校正是人們所關(guān)心的問題。從獲取圖像、存儲成圖像文件、讀出圖像文件直到在某種類型的顯示屏幕上顯示圖像，這些個環(huán)節(jié)中

78、至少有5個地方可有非線性轉(zhuǎn)換函數(shù)存在并引入γ值。</p><p>　　對于CRT，圖像亮度B與圖像信號E之間的變換為非線性，即，約為2.5。為了克服低照度段圖像偏暗的缺點，圖像傳輸系統(tǒng)進行了預補償辦法，即校正。按，即對發(fā)送的圖像信號進行預校正。</p><p>　　在LED彩色顯示屏系統(tǒng)設計中，使用γ校正處理技術(shù)，對顏色信號分別進行γ校正，不但不損失灰度層次，還可以使全彩色顯示屏圖像更鮮艷

79、、更逼真，更清晰。我們還可以在顯示屏數(shù)據(jù)顯示之前進行二次非線性校正，通過查表法的方法實現(xiàn)特定的數(shù)字信號處理算法，這樣可以使LED顯示屏達到更好的顯示效果，加快數(shù)據(jù)處理速度，提高圖像的刷新頻率，可以有效的防止圖像的閃爍。</p><p>　　3.2.5顯示屏均勻性的改造</p><p>　　LED顯示屏的廣泛應用與高速發(fā)展也對LED顯示屏的控制系統(tǒng)提出了更高的要求，尤其是用圖像處理的方法解決

80、發(fā)光二極管本身的工藝缺陷。顯示屏均勻性的改造可以解決像素點之間由于LED本身的物理因素產(chǎn)生的光強差異，使顯示屏的整體視覺效果大幅度提高。由于時間有限，在本次項目中并沒有涉及這方面的內(nèi)容，僅在此做簡單介紹。</p><p><b>　　1、產(chǎn)生原因</b></p><p>　　LED在制造過程中由于材料厚度、組成成分和摻雜均勻性等方面的差異；由于退火和蒸發(fā)材料時不均勻性

81、等諸因素都會嚴重影響LED的法向光強Iv、正向壓Vf和波長λ等參數(shù)。因此同一批LED產(chǎn)品光強最大值與最小值之比RL可達三倍以上。</p><p><b>　　2、解決方法</b></p><p>　　亮度不均勻性指像素間光強不勻和模塊間的亮度不勻，為了解決這兩種亮度不均勻性，在分檔、規(guī)范組裝工藝、均衡LED中電流等方面均下了不少功夫。但都不能從根本上解決問題。<

82、/p><p>　　光強均衡處理是一個比較好的辦法。從圖像處理角度看，可以把像素間光強不均看成是一種非隨機變化的靜態(tài)噪聲，可以利用圖像處理中的圖像平滑技術(shù)來進行像素間光強均衡處理。</p><p>　　將采集到的各像素的亮度分布，按某種平滑技術(shù)處理后形成一個灰度校正矩陣，要顯示的數(shù)字圖像信號用此矩陣處理后再去驅(qū)動大屏幕LED顯示屏。</p><p>　　3.2.6 亮度控

83、制器模塊</p><p>　　亮度調(diào)節(jié)問題，是為了使室外LED彩屏能夠適應白天、夜晚、晴天、陰天等</p><p>　　多種戶外環(huán)境光線的變化而提出的。為適宜觀看，要求其屏體亮度隨外界環(huán)境的</p><p>　　變化而適當調(diào)整。另一方面，LED屏耗電量較大，一般為幾十到幾百千瓦，控制</p><p>　　亮度可以延長設備使用壽命，而且對降低功

84、耗有重要意義。</p><p>　　圖3-2 LED亮度信號時序圖</p><p>　　本次設計的LED顯示屏可以進行8個等級的亮度調(diào)節(jié)。ARM發(fā)送的COMM0、COMM1、COMM2是亮度控制信號和亮度數(shù)據(jù)信號，其時序圖如圖3-2所示。</p><p>　　其中，COMMO和COMMI是亮度控制信號，COMMZ是亮度數(shù)據(jù)信號。亮度數(shù)據(jù)信號按照亮度控制信號的時序要求

85、串行發(fā)送亮度數(shù)據(jù)信息。一個COMMO正脈沖內(nèi)，當檢測到COMMI下降沿時，發(fā)送一位數(shù)據(jù)信息。一個COMMO正脈沖內(nèi)有8個COMMI周期，即串行發(fā)送8位數(shù)據(jù)信息，在這8位數(shù)據(jù)信息中，D0~D2是亮度信息，也就是用這三位數(shù)據(jù)表示出8個等級(分=8)的亮度來。采用脈寬調(diào)制來控制亮度，將平均電流分成8級，亮度信號是低電平有效。</p><p>　　本設計中，安裝了光傳感器，因此可以根據(jù)光傳感器測得的環(huán)境光亮度，程序自動調(diào)

86、整亮度寄存器的數(shù)據(jù)值，從而獲得最佳的顯示效果。</p><p>　　4 LED彩屏顯示系統(tǒng)的硬件設計</p><p>　　4.1 ARM芯片簡介及硬件電路設計</p><p>　　4.1.1 ARM芯片簡介</p><p>　　ARM(Advanced RISC Machine)的縮寫。1985年4月26日，第一個ARM原型在英國劍橋的Aoc

87、m計算機有限公司誕生，由美國加州SnaJoseVLSI技術(shù)公司制造。20世紀80年代后期，ARM很快開發(fā)成Acorn的臺式機產(chǎn)品，形成英國的計算機教育基礎。1990年成立了Advanced RISC Machines Limited(后來簡稱為ARM Limited，ARM公司)。20世紀90年代，ARM32位嵌入式RISC處理器擴展到世界范圍，占據(jù)了低功耗、低成本和高性能的嵌入式系統(tǒng)應用領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。ARM公司使用通用的基礎體系結(jié)構(gòu)

88、，以極低的成本和功耗提供了高性能、多系列的32位UISC處理器核。ARM處理器在耗電、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)處理速度以及帶DSP功能等方面業(yè)界領(lǐng)先，很快成為移動通信、手持計算、多媒體數(shù)字消費和嵌入式解決市場的RISC標準。</p><p>　　ARM公司是設計公司，是知識產(chǎn)權(quán)供應商，本身不生產(chǎn)芯片，靠轉(zhuǎn)讓設計許可由合作伙伴來生產(chǎn)各具特色的芯片。作為32位嵌入式MUC器業(yè)界的領(lǐng)先供應商，ARM公司商業(yè)模式的強大之處在于它在

89、世界范圍有超過100個的合作伙伴—包括半導體工業(yè)的著名公司，從而導致了大量的開發(fā)工具和豐富的第三方資源，它們共同保證了基于ARM處理器核的設計可以很快投入市場。</p><p>　　ARM處理器的3大特點如下:</p><p>　　(1)小體積、低功耗、低成本、高性能;</p><p>　　(2)16位/32位雙指令集;</p><p>　　

90、（3）全球眾多的合作伙伴。</p><p>　　常見的ARM內(nèi)核有ARM7、ARMg、ARMgE、ARM10以及SecurCoer等幾類。ARM7、ARMg、ARMgE和ARM10是4個通用處理器系列。每個系列提供一套特定的性能來滿足設計一者對功耗、性能和體積的要求。SecurCore是第5個產(chǎn)品系列，是專門為安全設備而設計的。性能高達1200MPIS(Xscale微體系結(jié)構(gòu))，功耗測量為μW/M Hz，并且所有

91、體系結(jié)構(gòu)兼容。</p><p>　　ARM7、ARMg、ARMgE和ARM10產(chǎn)品系列提供了一系列處理器可供選擇，為特定目的而設計，包括:用于低價位應用的整型核;用于windows操作系統(tǒng)的、帶集成存儲器管理單元(MMU，Memon Management Unit)的核;最適用于運行實時嵌入式操作系統(tǒng)的核。</p><p>　　綜合考慮多方面的因素，如價格、功能、應用前景等，本系統(tǒng)選用的是

92、PHIIPS公司的LPC2214芯片，該款ARM微處理器是一個支持實時仿真和跟蹤的16/32位CPU的微控制器，芯片內(nèi)部集成了通用I/O口、UARTO&1、SPI串行接口、I2C串行接口等多個功能模塊，很適合終端類產(chǎn)品的開發(fā)。</p><p>　　4.1.2 ARM的硬件電路設計</p><p>　　下面給出了ARM部分的電路原理框圖，如圖4-1所示。</p><

93、;p><b>　　V</b></p><p>　　圖4-1 ARM電路原理框圖</p><p>　　其中電源電路用于提供ARM所需要的3.3v和1.8v兩組電壓;RS232/485轉(zhuǎn)換器用于完成ARM與PC機之間的通訊，同時還具有ISP(在系統(tǒng)編程)功能;采用SPI總線芯片(AT25040)，存放需要固化的常量數(shù)據(jù)等，用I2C總線實時時鐘舊歷芯(PCF8583

94、)，實現(xiàn)時間日歷功能;外圍電路則主要包括溫度和亮度的采集。</p><p>　　此外，ARM外部擴展了一片F(xiàn)LASH(Am29LV160D)，F(xiàn)LASH存儲器是一種可在系統(tǒng)進行電擦寫、掉電后信息不丟失的存儲器。作為一種非易失性存儲器，F(xiàn)LASH在系統(tǒng)中通常用于存放調(diào)電后需要保存的用戶數(shù)據(jù)等。</p><p>　　1) JTAG調(diào)試接口電路</p><p>　　JTA

95、G(Joint Test Action Group，聯(lián)合測試行動小組)是一種國際標準測試協(xié)議，主要用于芯片內(nèi)部測試及對系統(tǒng)進行仿真、調(diào)試，JTAG技術(shù)是一種嵌入式調(diào)試技術(shù)，它在芯片內(nèi)部封裝了專門的測試電路TAP(Test Access Port，測試訪問口)，通過專用的JTAG測試工具對內(nèi)部節(jié)點進行測試。目前大多數(shù)比較復雜的器件都支持JTAG協(xié)議，如ARM、DSP、FPGA器件等。標準的JTAG接口是4根線連接:TMS、TCK、TDI、

96、TDO，分別為測試模式選擇、測試時鐘、測試數(shù)據(jù)輸入和測試數(shù)據(jù)輸出。</p><p>　　JTAG測試允許多個器件通過JTAG接口串聯(lián)在一起，形成一個JTAG鏈，能實現(xiàn)對各個器件分別測試。JTAG接口還常用于實現(xiàn)ISP(In-System Progammab1e在系統(tǒng)編程)功能，如對FLASH器件進行編程等。通過JTAG接口，可對芯片內(nèi)部的所有部件進行訪問，目前JTAG接口的連接有兩種標準，即14針接口和20針接口

97、，14針JTAG接口如圖4-2所示，引腳定義如下:</p><p>　　VCC(引腳1、13):接電源;</p><p>　　GND(引腳2、4、6、8、10、14):接地;</p><p>　　TRST(引腳3):測試系統(tǒng)復位信號;</p><p>　　TMS(引腳7):測試模式選擇;</p><p>　　TCK(引

98、腳9):測試時鐘;</p><p>　　TD工(引腳5):測試數(shù)據(jù)串行輸入;</p><p>　　TDO(引腳11):測試數(shù)據(jù)串行輸出;</p><p>　　NC(引腳12):未連接。</p><p>　　圖4-2 14針JTAG接口</p><p>　　2) RS232轉(zhuǎn)換器</p><p>

99、;　　RS-232是個人計算機上的通訊接口之一，由電子工業(yè)協(xié)會(Electronic Industries Association，EIA) 所制定的異步傳輸標準接口。通常 RS-232 接口以9個接腳 (DB-9) 或是25個接腳 (DB-25) 的型態(tài)出現(xiàn)，一般個人計算機上會有兩組 RS-232 接口，分別稱為 COM1 和 COM2。</p><p>　　異步串行通信系統(tǒng)主要用于系統(tǒng)調(diào)試和從上位機接收顯示數(shù)

100、據(jù)，采用RS232標準串行收發(fā)芯片實現(xiàn)與上位機的串行通訊，最大傳輸距離和速率在標準中被限定為15米和19200bit/s</p><p>　　3) SPI接口電路</p><p>　　SPI(Serial Peripheral Interfaee，串行外設接口)總線系統(tǒng)是一種同步串行外設接口，允許MCU與各種外圍設備以串行方式進行通信、數(shù)據(jù)交換。外圍設備包括FLASH、RAM、A/D轉(zhuǎn)換器

101、、網(wǎng)絡控制器和MCU等。</p><p>　　本次系統(tǒng)采用SPI總線芯片是AT25040，作為EEPROM存放需要固化的常量數(shù)據(jù)，用于保存本臺LED顯示系統(tǒng)的ID地址，只有上位機發(fā)來的ID地址信息和LED顯示系統(tǒng)的ID地址相匹配時，LED顯示系統(tǒng)才接收指令集。</p><p>　　AT25040的連接到LPC2214的P0.16端;AT25040的SCK連接到LPC2214的P0.4端，S

102、PI時鐘從主機輸出，從機輸入;AT25040的51連接到LPC2214的P0.6端，數(shù)據(jù)從SPI主機輸出或輸入到SPI從機;AT25040的50連接到LPC2214的P0.5端，數(shù)據(jù)輸入到SPI主機或從SPI從機輸出;VCC接 3.3v電源。</p><p>　　4) FLASH接口電路</p><p>　　Flash存儲器是一種掉電后信息不丟失的存儲器，它具有低功耗、大容量、擦寫速度快、

103、可整片或分扇區(qū)編程(燒寫)、擦除等特點。與傳統(tǒng)的ROM和EPROM相比，它可以通過與之相連的微處理器在線編程和擦除，這一優(yōu)點使得FLASH十分適合嵌入式系統(tǒng)的設計和開發(fā)比’〕。它的另外一個優(yōu)點就是系統(tǒng)升級十分方便，設備供應商甚至用戶自己都可以從網(wǎng)上下載最新版本的程序代碼并載入FLASH中來實現(xiàn)系統(tǒng)的升級。此外，由于程序可以直接在FLASH中運行，因而節(jié)省了引導加載步驟，減少了高成本FLASH的容量，節(jié)省了系統(tǒng)空間和功耗。作為一種非易失性

104、存儲器，F(xiàn)LASH在系統(tǒng)中通常用于存放程序代碼、常量表以及一些在系統(tǒng)掉電后需要保存的用戶數(shù)據(jù)等。常用的FLASH為8位或16位的數(shù)據(jù)寬度，編程電壓為單3.3V。</p><p>　　本系統(tǒng)中我們使用的FLASH存儲器為Am29LV160，Am29LV160的工作電壓為2.7V-3.6V，單片存儲容量為2M字節(jié)，采用48腳TSOP封裝。可以以8位(字節(jié)模式)或16位(字模式)數(shù)據(jù)寬度的方式工作。</p>

105、<p>　　5) SRAM接口電路</p><p>　　SRAM不具有掉電保持數(shù)據(jù)的特性，但其存取速度遠遠高于FLASH存儲器，且具有讀/寫的屬性，同時利用ARM微處理器存儲器接口提供的SRAM控制器接口，因此，本設計采用SRAM用于數(shù)據(jù)存儲空間。當系統(tǒng)啟動時，CPU首先從復位地址0X0處讀取啟動代碼，在完成系統(tǒng)的初始化后，所有的代碼在片內(nèi)FLASH中運行。同時，系統(tǒng)及用戶堆棧則是放在片內(nèi)SRAM中

106、。</p><p>　　SRAM的容量是根據(jù)全局數(shù)據(jù)的最大數(shù)而確定的，本系統(tǒng)中使用的SRAM是IS61LV25616，單片存儲容量為256K字節(jié)，16位數(shù)據(jù)寬度，工作電壓為3.3V，訪問速度為10ns，采用44腳TSOP封裝。</p><p>　　LPC2214與IS61LV25616的接口電路圖如圖4-3所示。由于LPC2214是32位微處理器，為了發(fā)揮其的犯位高性能，本系統(tǒng)選用兩片16

107、位數(shù)據(jù)寬度的SRAM (IS61LV25616) 并聯(lián)構(gòu)建成32位的SRAM存儲器系統(tǒng)。</p><p>　　圖4-3 LPC2214與IS61LV25616的接口圖</p><p><b>　　6) 電源電路</b></p><p>　　電源系統(tǒng)為整個系統(tǒng)提供能量，是整個系統(tǒng)工作的基礎，具有極其重要的地位。本系統(tǒng)中，LPC2214芯片及部分

108、外圍器件需要3.3V和1.8V直流穩(wěn)壓電源，另外部分器件需要SV直流穩(wěn)壓電源，為了簡化系統(tǒng)電源電路的設計，要求整個系統(tǒng)的輸入電源取用外接高質(zhì)量的SV直流穩(wěn)壓電源。系統(tǒng)電源電路如圖4-4所示。</p><p>　　圖4-4 電源電路</p><p><b>　　7) 外圍電路</b></p><p>　　本文采用的外圍電路實現(xiàn)的主要功能是溫度和