基于ARM的LED顯示屏多功能控制卡設(shè)計(jì)

李衛(wèi)衛(wèi)，錢劍敏

（東華大學(xué) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，上海 201620）

LED顯示屏是八十年代后期在全球迅速發(fā)展起來(lái)的新型信息顯示媒體。傳統(tǒng)的LED顯示屏的信息輸入只能通過(guò)數(shù)據(jù)線與電腦直接連接來(lái)進(jìn)行，通常使用RS232作為數(shù)據(jù)傳送標(biāo)準(zhǔn)，最高波特率一般不超過(guò)115 200 bps，其固有的低速特性限制了LED顯示屏內(nèi)容的快速同步更新。因此對(duì)于傳統(tǒng)LED顯示屏來(lái)說(shuō)不能滿足遠(yuǎn)程信息實(shí)時(shí)發(fā)布的需要，采用GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通訊雖然可以很好的解決遠(yuǎn)程信息發(fā)布和大規(guī)模組網(wǎng)問(wèn)題，但其成本費(fèi)用也將增加[1]。本文針對(duì)目前大屏幕LED顯示系統(tǒng)存在的問(wèn)題，考慮到不同控制方式的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合當(dāng)今先進(jìn)的微控制器產(chǎn)品、控制技術(shù)和通信技術(shù)，采用TI公司推出的基于Cortex-M3內(nèi)核的Stellaris系列新一代32位嵌入式RISC微處理器組成前級(jí)驅(qū)動(dòng)電路，創(chuàng)新性的集成市場(chǎng)上常用的3種不同控制方式的控制卡在同一個(gè)控制卡上：包括串口控制方式、SMS短信控制方式以及GPRS無(wú)線集群控制方式于一體。與傳統(tǒng)的基于8位/16位普通單片機(jī)的LED顯示系統(tǒng)相比較，該系統(tǒng)在不顯著增加系統(tǒng)成本的情況下，可支持更大可視區(qū)域的穩(wěn)定顯示及內(nèi)容實(shí)時(shí)更新控制，同時(shí)可存儲(chǔ)更多的顯示內(nèi)容，并且控制方式更靈活，可以滿足不同客戶的控制需求。

1 總體設(shè)計(jì)

該控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，用戶通過(guò)PC機(jī)的COM口、GSM短信[2]或者GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)包發(fā)送到指定的LED控制終端，該控制終端按照通訊協(xié)議，解析存儲(chǔ)在片外flash的數(shù)據(jù)包，然后以點(diǎn)陣方式輸出到LED顯示屏上，把用戶要發(fā)布的信息按一定規(guī)律顯示出來(lái)。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure diagram of the LED control system

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

LED點(diǎn)陣控制終端由LED控制器和LED點(diǎn)陣驅(qū)動(dòng)顯示屏構(gòu)成，本系統(tǒng)是由信息管理中心通過(guò)SMS短信、RS232串口、GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)3種數(shù)據(jù)傳輸方式來(lái)控制LED顯示屏，實(shí)現(xiàn)信息發(fā)布顯示，該系統(tǒng)主要包括4個(gè)模塊：1）信息管理發(fā)布平臺(tái)；2）RS232/RS485/GPRS無(wú)線通訊模塊；3）MCU 中央控制器模塊；4）LED顯示屏驅(qū)動(dòng)電路。信息中心通過(guò)COM口、GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)或GSM短消息中心發(fā)送數(shù)據(jù)到板卡片外flash，控制卡把數(shù)據(jù)按協(xié)議解析之后，經(jīng)74HC245功率放大后按行掃描輸出到移位寄存器后在顯示屏上顯示[6-7]。其結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

圖2中左邊部分是MCU通過(guò)3種外圍接口包括串口、SIM卡或GPRS模塊數(shù)據(jù)通信，接收用戶發(fā)布的信息。

圖2中間部分是LED控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)LED顯示屏掃描速度（N幀/s）、亮度、對(duì)比度等的調(diào)節(jié)，使上位機(jī)從繁重的顯示驅(qū)動(dòng)任務(wù)中解脫出來(lái)。因?yàn)轱@示信息是通過(guò)LED控制卡動(dòng)態(tài)掃描方式完成，當(dāng)屏幕比較大的時(shí)候，就要求有FLASH、RAM、CPLD/FPGA來(lái)控制掃描，F(xiàn)LASH用于存儲(chǔ)顯示內(nèi)容，RAM相當(dāng)于顯存[8]。

圖2 LED點(diǎn)陣控制終端結(jié)構(gòu)框圖Fig.2 Structure diagram of the LED dot matrix control terminal

圖2中右邊部分是LED點(diǎn)陣驅(qū)動(dòng)顯示屏，每個(gè)8×8的LED點(diǎn)陣塊稱為最小模塊，每16個(gè)8×8的LED點(diǎn)陣塊為一個(gè)基模塊，一個(gè)基模塊橫向有8個(gè)，縱向有2個(gè)最小模塊。LED點(diǎn)陣顯示屏每個(gè)單元由1個(gè)基模塊和74HC138、74HC245、74HC595、行驅(qū)動(dòng)三極管組成一個(gè) 64×16的 LED點(diǎn)陣，可以同時(shí)顯示漢字、字符或數(shù)字圖形等[3]。顯示屏單元具有數(shù)據(jù)輸出接口，可以級(jí)聯(lián)多個(gè)顯示屏單元，上一級(jí)數(shù)據(jù)和命令信息直接傳送到下一級(jí)顯示屏單元，從而構(gòu)成更大的顯示屏幕，原則上來(lái)說(shuō)是可以無(wú)限級(jí)聯(lián)，所以可以用于顯示無(wú)限多無(wú)限大的內(nèi)容，這也是LED顯示方式強(qiáng)于其它顯示方式的地方。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)分為L(zhǎng)ED點(diǎn)陣控制顯示終端和數(shù)據(jù)中心服務(wù)器發(fā)送接收終端兩部分。本系統(tǒng)上電啟動(dòng)后會(huì)自動(dòng)檢測(cè)是否有GPRS模塊連接，如果檢測(cè)有GPRS模塊連接，則會(huì)繼續(xù)判定modem模塊類型是SMS短信控制模式還是GPRS通信模式，默認(rèn)為串口通信模式[4]。整個(gè)系統(tǒng)軟件流程如圖3所示。

在串口通訊模式下，該系統(tǒng)的LED點(diǎn)陣控制終端上位機(jī)PC軟件是基于.net語(yǔ)言開發(fā)的一個(gè)上位機(jī)操作界面，主要是完成LED點(diǎn)陣屏顯示、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和通信網(wǎng)絡(luò)維護(hù)。LED點(diǎn)陣屏顯示采用動(dòng)態(tài)掃描的方式顯示各種文字圖像。

在GPRS通信模式下，系統(tǒng)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)通信部分由LM3S1138控制器負(fù)責(zé)通過(guò)GPRS模塊發(fā)送給遠(yuǎn)端的Internet上的數(shù)據(jù)中心。LM3S1138控制卡對(duì)GL865-DUAL的以太網(wǎng)接入和通信控制，使用AT指令集通過(guò)串口進(jìn)行命令控制[5]。

在SMS短信模式下，系統(tǒng)是由SIM卡接收存儲(chǔ)GSM網(wǎng)絡(luò)中心發(fā)送過(guò)來(lái)的短消息，經(jīng)PDU解析Unicode碼后，拼接成完整短消息，再?gòu)膄lash字庫(kù)中索引出所要的點(diǎn)陣信息，最后在LED顯示屏中顯示出來(lái)。

開發(fā)工具采用ARM公司推出的keil uVision4編譯器進(jìn)行芯片驅(qū)動(dòng)和主程序的編寫調(diào)試。

圖3 系統(tǒng)軟件流程圖Fig.3 Flow chart of the software control system

4 結(jié) 論

文中設(shè)計(jì)的LED屏異步控制卡是集合串口通訊控制卡、GSM短信控制卡、GPRS無(wú)線集群控制卡3種不同控制方式的優(yōu)點(diǎn)為一體的一張異步控制卡，打破傳統(tǒng)單一的控制方式，可以更好的滿足不同客戶的控制需求。控制卡采用的是TI公司基于Cortex-M3內(nèi)核的Stellaris系列新一代32位嵌入式RISC微處理器LM3S1138芯片，使得數(shù)據(jù)的處理傳輸速度更快，實(shí)時(shí)性更強(qiáng)，控制更加高效，并且大大降低了LED控制卡成本。

[1]廖晶晶，唐寧，李濤東．LED顯示屏驅(qū)動(dòng)芯片的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2007（8）:25-43．LIAO Jing-jing，TANG Ning，LI Tao-dong.The application of the LED display driver chip[J].Computer Engineering and Design，2007（8）:25-43.

[2]樊宇，程全，徐朝輝．基于GSM模塊的LED顯示屏設(shè)計(jì)[J]．電子設(shè)計(jì)工程，2006（6）:43-62．FAN Yu，CHENG Quan，XU Zhao-hui，LED display based on the GSMmodule[J].Electronic Design Engineering，2006（6）:43-62.

[3]賈東耀．LED點(diǎn)陣顯示模塊的設(shè)計(jì)[J]．電測(cè)與儀表，2002（7）:54-76.JIA Dong-yao.Design of the LED dot matrix display module[J].Electrical Measurement&Instrumentation，2002（7）:54-76.

[4]馮壽鵬，張大鵬．基于嵌入式系統(tǒng)的LED信息顯示技術(shù)研究[J]．現(xiàn)代電子技術(shù)，2006（10）:23-45．FENG Shou-peng，ZHANG Da-peng.Based on embedded systemsLED information display research[J]．Modern Electronics Technigue，2006（10）:23-45．

[5]王大鵬，徐家棟，臧傳晟．無(wú)線信息傳送在LED顯示屏系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]．現(xiàn)代顯示，2006（6）:76-84.WANG Da-peng，XU Jia-dong，ZANG Chuan-sheng.Wireless messaging applications in the LED Display systems[J].Moderm Display，2006（6）:76-84.

[6]周立功．ARM嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教程擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)三[M]．北京：北京航天航空大學(xué)出版社，2006．

[7]孫秋野，孫凱，馮鍵．ARM嵌入式系統(tǒng)開發(fā)典型模塊[M]．北京：人民郵電出版社，2007．

[8]周立功．ARM微控制器基礎(chǔ)與實(shí)踐[M]．2版.北京：北京航天航空大學(xué)出版社，2008．