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基于ARM的LED显示屏设计及显示效果的算法研究
西南交通大学 硕士学位论文 基于ARM的LED显示屏设计及显示效果的算法研究 姓名：邱云平 申请学位级别：硕士 专业：计算机技术 指导教师：靳桅 201205西南交通大学硕士研究生学位论文第１页摘要ＬＥＤ显示屏作为新一代信息传播媒体工具，主要是因为它具有以下几个优点：使用寿命长、功耗较低、亮度比较高、可视角度大、可视距离远等。如今ＬＥＤ显示屏应 用十分广泛，比如证券交易、金融、车站、体育场馆、道路交通、机场航班、调度指 挥中心、商场、广告媒体、邮政、演出、展览会等各种公共场所。与如今ＬＣＤ相比，ＬＥＤ显示屏具有低成本、高亮度且可以用标准单元板拼接成现场需要的ＬＥＤ屏幕尺寸。随着科技的发展，ＬＥＤ材料技术和工艺手段也在逐步提升，凭借其突出的优势，ＬＥＤ 显示屏成为信息显示的主流产品之一【１１。本文主要讨论基于ＡＲＭ的ＬＥＤ显示屏系统 的设计及显示效果算法的研究。 在ＬＥＤ显示屏系统设计中，控制卡设计是整个系统技术的核心。传统的ＬＥＤ显 示屏都是基于高性能８／１６位单片机，采用的是８０５１内核，系统主频较低，对数据存储 和处理是通过扩展外部ｆｌａｓｈ，不适合大屏幕的设计；采用ＡＲＭ／ＦＰＧＡ作为微处理器时，虽然克服了单片机的缺点，但是成本也是明显提高。基于此，在分析前人研究的基础上，本课题基于ＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘ．Ｍ３内核的ＳＴＭ３２芯片作为ＬＥＤ显示屏的微处理器，既 克服了单片机的性能缺陷和ＡＲＭ／ＦＰＧＡ芯片高成本，同时又满足ＬＥＤ显示屏的性能 要求。论文主要内容如下： ｌ、深入分析ＬＥＤ显示屏工作原理及整体架构，给出基于ＳＴＭ３２的ＬＥＤ显示屏系统 的设计方案，完成了系统原理图和ＰＣＢ板的设计、电路板的制作与调试等。 ２、通过对双色ＬＥＤ显示屏的数据进行组织，得出了数据和存储地址之间的对应关 系，数据组织原理同样也适用ＬＥＤ大屏幕，因为通过ＬＥＤ显示屏单元板可以拼接ＬＥＤ 大屏幕。 ３、通过对ＬＥＤ显示屏的数据组织的分析，得出一套比较通用的显示效果的算法， 为后续更深入研究ＬＥＤ显示屏或者是想研究ＬＥＤ显示屏的人员提供参考。 ４、通过分析ＬＥＤ显示屏对ＡＳＣＩＩ码和汉字的显示原理，设计一种算法，可以一次 性输出ＡＳＣＩＩ码中的所有字符和汉字字库中的所有内容，并以数组的形式保存，方便程 序修改和调用，为ＬＥＤ显示屏在字符和汉字显示方面提供参考。 由于本设计采用高性能、低价位、低功耗的ＳＴＭ３２作为微处理器，使得ＬＥＤ显示 屏系统具有相当好的应用前景。经过安装测试后，系统的各项指标均达到了设计要求， 整个设计已经在西南交通大学峨眉校区得到实践并运用。关键字：ＬＥＤ显示屏；删；ＳＴＭ３２：数据组织：算法西南交通大学硕士研究生学位论文第ｌｌ页ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅ ＬＥＤ ｄｉｓｐｌａｙｓｃｒｅｅｎｈａｓ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｌｏｎｇ ｓｅｒｖｉｃｅ ｌｉｆｅ，ｌｏｗ ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ，ａｈｉｇｈ ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ，ｌａｒｇｅ ｖｉｅｗｉｎｇ ａｎｇｌｅ，ｖｉｓｉｂｌｅ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｅｔｃ．Ａｎｄ ｉｔ ｈａｓ ｂｅｃｏｍｅ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｎｅｗｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｍｅｄｉａｔ００１．Ｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄ ｉｎ ｓｅｃｕｒｉｔｉｅｓ ｔｒａｄｉｎｇ，ｆｉｎａｎｃｉａｌ，ｓｔａｔｉｏｎ，ｓｔａｄｉｕｍｓ，ｒｏａｄ ｔｒａｆｆｉｃ，ａｉｒｐｏｒｔ ｆｌｉｇｈｔ，ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ ｍａｌｌ，ａｄｖｅｒｔｉｓｉｎｇｃｏｍｍａｎｄｃｅｎｔｅｒ，ｓｈｏｐｐｉｎｇｍｅｄｉａ，ｐｏｓｔａｌ ｓｅｒｖｉｃｅ，ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ，ｅｘｈｉｂｉｔｉｏｎｓｓｃｒｅｅｎａｎｄ ａｌｌ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｏｔｈｅｒｐｕｂｌｉｃ ｐｌａｃｅｓ．ＬＥＤ ｄｉｓｐｌａｙ ｉｓ ｌｏｗｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈＬＣＤ，ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｏｕｔｓｔａｎｄｉｎｇ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｃｏｓｔ，ｈｉｇｈ ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓａｎｄ ｒｅｓｉｚａｂｌｅ ｓｃｒｅｅｎ ｓｉｚｅ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｎｅｅｄ ｕｓｉｎｇ ｓｔａｎｄａｒｄ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｓｃｉｅｎｃｅＬＥＤ ｕｎｉｔ ｂｏａｒｄ ｔｏ ｍａｋｅｕｐ．Ｗｉｔｈａｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＬＥＤ ｍａｔｅｒｉａｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ａｎｄｏｎｅｃｒａｆｔ ａｌｓｏ ｒｉｓｉｎｇ，ＬＥＤｄｉｓｐｌａｙ谢ｔｌｌｉｔｓ ｏｕｔｓｔａｎｄｉｎｇ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｔｏ ｂｅｃｏｍｅｏｎｏｆ ｔｈｅ ｍａｉｎｓｔｒｅａｍｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｐｒｏｄｕｃｔｌｌｌ．１１１ｉｓ ｔｈｅｓｉｓ ｍａｉｎｌｙ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｂａｓｅｄｅｍｂｅｄｄｅｄ ＬＥＤ ｄｉｓｐｌａｙ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｓｉｇｎａｎｄ ｔｈｅ ｄｉｓｐｌａｙｅｆｆｅｃｔ ｏｆｔｈｅ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｔｈａｔ ｒｅｓｅａｒｃｈ．ｃｏｒｅＩｎ ｔｈｅ ＬＥＤ ｄｉｓｐｌａｙ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｓｉｇｎ，Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃａｒｄ ｉｓ ｔｈｅｏｆ ｔｈｅ ｏｖｅｒａｌｌ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｓｉｇｎ．Ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ＬＥＤ ｄｉｓｐｌａｙ ｉｓ ｂａｓｅｄ １ｔ ｉｓｎｏｔｏｎｈｉｇｈ－ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｔｓ８／１ ６ ｂｉｔＳＣＭ，ｕｓｉｎｇｔｈｅ ８０５ １ ｋｅｒｎｅｌ．ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｌａｒｇｅ?ｓｃｒｅｅｎｄｅｓｉｇｎ，ｂｅｃａｕｓｅｈｉｇｈｅｓｔｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｉｓ ｌｏｗ，ｄａｔａ ｓｔｏｒａｇｅａｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｉｓｍａｄｅｂｙ ｅｘｐａｎｄｉｎｇ ｔｈｅ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｆｌａｓｈ；ｗｈｅｎ ｕｓｉｎｇＡＲＭｏｒＦＰＧＡａｓａｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ，ｉｔ ｏｖｅｒｃｏｍｅｓ ｔｈｅ ｓｈｏｒｔｃｏｍｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＳＣＭ，ｂｕｔ ｔｈｅ ｒａｉｓｅｄ．Ｂａｓｅｄｏｎｃｏｓｔ ｉｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｔｈｉｓａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓｏｆ ｐｒｅｖｉｏｕｓｓｔｕｄｉｅｓ，ｔｈｉｓｓｕｂｊｅｃｔ’ｕｓｉｎｇｔｈｅＡＲＭＣｏｒｔｅｘ－Ｍ３ ｃｏｒｅ－ｂａｓｅｄ ＳＴＭ３２ ｃｈｉｐ ａｓ ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ｏｆ ｔｈｅ ＬＥＤ ｄｉｓｐｌａｙ，ｎｏｔ ｏｎｌｙｏｖｅｒｃｏｍｅｓ ｔｈｅ ｄｅｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｂｕｔ ａｌｓｏ ｍｅｅｔｓ ｔｈｅ Ｔｈｉｓ ｔｈｅｓｉｓｈｉｇｈＣＯｓｔ ｏｆＡＲＭ／ＦＰＧＡ ｃｈｉｐｓ，ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ＬＥＤ ｄｉｓｐｌａｙ． ｓｅｃｔｉｏｎｓａｓｃｏｍｐｒｉｓｅｓ ｓｅｖｅｒａｌｆｏｌｌｏｗｓ：１．ＡｎＰＣＢｉｎ－ｄｅｐｔｈ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｈｏｗ ｔｈｅ ＬＥＤ ｄｉｓｐｌａｙ ｗｏｒｋｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｏｖｅｒａｌｌ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，ｇｉｖｉｎｇ ｔｈｅ ＬＥＤ ｄｉｓｐｌａｙｄｅｓｉｇｎ ｐｌａｎ ｂａｓｅｄｏｎＳＴＭ３２，ｉｔ ｃｏｍｐｌｅｔｅｓ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ａｎｄｅｔｃ．ｂｏａｒｄ ｄｅｓｉｇｎ，ｍａｋｅ ａｎｄ ｄｅｂｕｇｇｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｏａｒｄ２．Ｏｒｇａｎｉｚｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｔｗｏ?ｃｏｌｏｒ ＬＥＤ ｄｉｓｐｌａｙｄａｔａ，ｉｔ ｏｂｔａｉｎｓ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｅｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｄａｔａａｎｄｓｔｏｒｅａｄｄｒｅｓｓ．Ａｎｄｓｃｒｅｅｎｄａｔａ ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｌｓｏ ａｐｐｌｉｅｓ ｔｏ ｔｈｅ ｌａｒｇｅ ＬＥＤｓｃｒｅｅｎ，ｆｏｒ ＬＥＤ ｌａｒｇｅｉｓ ｍａｄｅ ｕｐ ｗｉｔｈ ＬＥＤ ｄｉｓｐｌａｙ ｕｎｉｔ ｂｏａｒｄｓ． ａｂｏｖｅ３．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆ ｔｈｅ ｄａｔａｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎｏｆ ｔｈｅ ＬＥＤ ｄｉｓｐｌａｙｓｃｒｅｅｎ，ａｕｎｉｖｅｒｓａｌ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｗａｓ ｇｏｔ ｔｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ｔｈｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｓｔａｆｆ ｆｏｒ ｔｈｅ ＬＥＤ ｄｉｓｐｌａｙｓｃｒｅｅｎｐｅｏｐｌｅｗｈｏ ｗｉｌｌ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅｍｏｒｅ ｉｎ－ｄｅｐｔｈｏｒｗａｎｔｔｏｓｔｕｄｙ ｉｔ．４．Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆ ｔｈｅ ＬＥＤ ｄｉｓｐｌａｙ ＡＳＣＩＩｔｏ ｏｕｔｐｕｔ ａｌｌａｎｄＣｈｉｎｅｓｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｓ ｄｉｓｐｌａｙｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ａｌｌ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｓ ｏｆ ＡＳＣＩＩ ｃｏｄｅ ａｎｄ ｔｈｅ西南交通大学硕士研究生学位论文第１ ｌＩ页Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｆｏｎｔ Ｌｉｂｒａｒｙ．ａｎｄ ｓｔｏｒｅ ｔｈｅｍａｓａｎａｒｒａｙ．Ｉｔ ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｅｓ ｔＯ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅａｎｄ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ＬＥＤ ｄｉｓｐｌａｙｉｎｇ ｃｈａｒａｃｔｅｒｓ． Ｂｅｃａｕｓｅ ｉｔａｕｓｅｓｈｉｇｌｌ．ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｌｏｗ－ｃｏｓｔ，ｌｏｗａｐｏｗｅｒ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ＳＴＭ３２舔ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ，ＬＥＤ ｄｉｓｐｌａｙ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｓｖｅｒｙ ｇｏｏｄ ｐｒｏｓｐｅｃｔ．Ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎｔｅｓｔｉｎｇ，ａｌｌ ｔｈｅ ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ；ｔｈｅ ｅｎｔｉｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ｈａＳ ｂｅｅｎ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ Ｅｍｅｉ Ｂｒａｎｃｈ ｏｆ Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｃａｍｐｕｓ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＬＥＤ ｄｉｓｐｌａｙ ｓｃｒｅｅｎ；ＡＲＭ；ＳＴＭ３２；ｄａｔａ ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ；ａｌｇｏｒｉｔｈｍ西南交通大学硕士研究生学位论文ｍ第１Ｖ页符号、变量说明Ｄ。：ＬＥＤ显示屏在动态显示时的显示区域的宽度 Ｄｈ：ＬＥＤ显示屏在动态显示时的显示区域的高度ＬＥ瞳Ｓｗ：ＬＥＤ显示屏在静态显示时的显示区域的宽度ＬＥＤＤＥＬ：，Ｓ＿度高的域区示显时 态静在屏示显 Ｌｗ＂ＬＥＤ显示屏的宽度（ＬＥＤ显示屏的物理尺寸） Ｌｂ：ＬＥＤ显示屏的高度（ＬＥＤ显示屏的物理尺寸） Ｓ。：ＬＥＤ显示屏的扫描宽度 Ｂ。：扫描线数 Ｂ。：输出数据宽度也即数据存储器的位数 Ｘ：Ｘ轴坐标（ＬＥＤ显示屏的显示区域，Ｘ≥０１ Ｙ：Ｙ轴坐标（ＬＥＤ显示屏的显示区域，Ｙ≥０１ 】‘ｉ：显示区域Ｘ轴坐标的第ｊ条扫描线 ｙｉ：显示区域Ｙ轴坐标的第ｊ条扫描线 ＸＬ：Ｘ轴坐标（ＬＥＤ显示屏左上角在显示区域中，Ｘｌ，≥ ＹＬ：Ｙ轴坐标（ＬＥＤ显示屏左上角在显示区域中，ＹＬ≥ ｘ：Ｘ轴坐标（ＬＥＤ显示屏的显示区域）。Ｘ＝ＸＩ．＋Ｘ（Ｘ ｙ：ｙ轴坐标（ＬＥＤ显示屏的显示区域）。Ｙ＝ＹＬ＋Ｙ（Ｙ ∞∞≥≥ ｉ： 逻辑存储单元字节地址 ｊ： 逻辑存储单元位地址。ｊ＝Ｏ，ｌ，．．．，Ｂｗ．１ Ｌｉｎｅ：ＬＥＤ显示屏的行 Ｄ旷Ｄ７…：ＬＥＤ显示屏扫描线所对应的位，如单色ＬＥＤ显示屏８条扫描线分别对应Ｄｌ旷Ｄ７ 疋Ｐ，：ＳＰＩ总线时钟 １１：灰度等级黏弘轧ｈ≥≮∞∞丘：晶振频率西南交通大学硕士研究生学位论文第１页第１章绪论１．１课题研究背景从１９９９年开始ＬＥＤ全彩显示屏在中国就已得到广泛使用，主要是因为红色、纯 绿色、纯蓝色ＬＥＤ发光二极管的飞速发展。全彩色ＬＥＤ显示屏可以实现漂亮的文字、 图像、图形，甚至动画、视频等等信息的显示。如今彩色ＬＥＤ显示屏随处可见，２００８ 年奥运更是推进了ＬＥＤ显示屏的发展，大量的运用了全彩ＬＥＤ显示屏。２０１０年上海 世博会现场也安装了大量的全彩ＬＥＤ显示屏；各项大型运动赛场、各个运动场馆均已 安装ＬＥＤ显示屏；翻新的火车站为了更好、更远距离看清车次和售票等情况也安装了 ＬＥＤ显示屏。机场、兴建中的大型购物广场、商务中心等地也在继续大规模安装使用 １２】ｆ３１。２０１２年龙年春晚对ＬＥＤ屏幕巧妙的运用更是给观众展现了无数美轮美奂的多变 场景。 虽然ＬＥＤ显示屏的前景相当可观，但为了保护ＬＥＤ显示屏的知识产权和公司的 核心技术，使得很多技术没有得到很好的交流，这也在一定程度上制约了ＬＥＤ显示屏 技术更好的发展。本文基于以上考虑，在设计ＬＥＤ显示屏系统中尽量做到通用化，可 移植，包括硬件设计和软件设计。１．２国内外对ＬＥＤ显示屏研究现状及ＬＥＤ显示屏的发展趋势我国对ＬＥＤ显示屏的需求每年都在不断的增加，具体数据请参考【４】【５１。据行业统 计，我国华东地区是全彩ＬＥＤ显示屏生产厂家最多的地区，占比为３４．５％，我国华南地 区次之，占比为２８．７％，其他的地方都是一些小公司，自主创新能力较弱【２１。国内在这 行业比较好的有深圳艾比森、惠州德赛、德彩光电等。同时，通过产业的协同，ＴＣＬ、 康佳、创维、海信、长虹等各大家电厂已经进入ＬＥＤ显示屏行业和照明行业、ＬＥＤ 背光行业，使未来的行业整合和竞争态势更加激烈。 国外对ＬＥＤ的研究相对比较早，目前国际比较著名的ＬＥＤ显示屏厂商有美国的 Ｄａｋ仃ｏｍｃｓ、Ｌｉｇｈｔｈｏｕｓｅ和比利时Ｂａｒｃｏ等，国外主要是在ＬＥＤ的材料、色彩、亮度等 方面进行研究：我国比较著名的公司有深圳艾比森、惠州德赛等，我国相对在ＬＥＤ研 究方面性对比较晚，主要是中科院、一些高校及电子系部等单位进行ＬＥＤ的研究。但 是大型使用ＬＥＤ显示的国家主要偏向于亚洲，如：中国、韩国、日本等国家，而欧洲 及美国地区次之【６】。 我国ＬＥＤ产业经过了３０多年的发展， 在ＬＥＤ显示屏方面我国与国外相比较主要表现在以下几个方面：①从技术水平方面： 主要产品和关键技术与国际同行业的先进水平能保持一致，但工艺水平还比较落后： ②在产品设计方面：我国产品规范化、可靠性、整体系统设计、制造工艺、检测测试手段等方面与国际先进水平有差距。⑨从自主研发和产量方面：我国已经实现了自主生产器件、芯片和外延材料，但自产的ＬＥＤ西南交通大学硕士研究生学位论文第２页芯片，外延材料产量仍有限，其产品以中、低档为主，产业化规模偏小，只能满足国内封装企业需求量的２０％．３０％，大部分高性能ＬＥＤ和功率ＬＥＤ产品均要依赖进口【７１。２０１ １年，响应国家节能减排的号召，环保和节能已成为市场热点，因而具有节能优势的ＬＥＤ行业也在持续升温，同时也加快了ＬＥＤ的研发进程。 同时，在ＬＥＤ应用产业持续受到关注的时候，知识产权问题也受到了大家的特别关注，由于ＬＥＤ主流技术的核心专利已被国际巨头垄断并交叉授权，所以在ＬＥＤ方面的专利已成为全球竞争的焦点，具体可以参考【８１１９］。 ＬＥＤ显示屏发展是向着更高分辨率和更小点距这个趋势，使得它的运用范围也在 不断的扩大，具有更广阔的市场前景。１．３课题研究的主要内容１．３．１目前ＬＥＤ显示屏系统存在的一些问题ｌ、目前大部分ＬＥＤ显示屏系统还是基于高性能８／１６位单片机作为微处理器，其 主频受到限制，在一定程度上也限制了扫描速度和ＬＥＤ显示屏的可视区域的稳定性。 ２、要想设计出比较优秀的显示算法，ＬＥＤ显示屏数据的组织就显得比较重要，有 些研发人员甚至有些公司没有意识到数据组织的重要性。 ３、ＬＥＤ显示效果也是多种多样，目前还没有统一的算法或公认的算法。因为有些 算法涉及到公司的核心技术或知识产权，所以很多技术没有得到很好的交流，这也是 制约ＬＥＤ发展的一个重要因素。 ４、目前有些ＬＥＤ显示屏对ＡＳＣＩＩ码和汉字的处理方面不够灵活，比如要显示“＜ 西南交通大学＞＂可能会先把每个字符或汉字用数组表示出来，然后把该数组嵌入到程 序里面，这样在需要显示大量汉字或字符的时候，就显的相当麻烦。１．３．２课题研究的意义基于上面存在的一些问题，本课题提出了一些相应的解决方法。 ｌ、基于ＡＲＭ的ＬＥＤ显示屏系统的设计 本课题采用的ＳＴＭ３２序列的ＳＴＭ３２Ｆ１０３Ｃ８Ｔ６芯片作为微处理器，该芯片成本１０ 元左右，与单片机的价格差不多，但是性能远远高于８／１６位的单片机。该芯片是３２ 位，最高频率可达７２ＭＨｚ完全可以满足大屏幕的显示的需要，同时数据的处理采用 ＳＰＩ接口，利用它可以同时发送、接受串行数据和传输数据速度快的优点来实现。 ２、数据组织与存储。本课题通过对双色ＬＥＤ显示屏的数据进行组织，得出了数据和存储地址之间的对应关系。因为ＬＥＤ单元板可以拼接出ＬＥＤ大屏幕，所以数据组织的原理同样可以运西南交通大学硕士研究生学位论文 用于ＬＥＤ大屏幕。 ３、显示效果算法研究第３页通过对ＬＥＤ显示屏数据组织的分析，得出一套比较通用的显示效果的算法，方便 编程实现不同的显示效果，为后续工作和研究人员带来方便。 ４、ＡＳＣＩＩ码和汉字字库的处理 在深入了解ＡＳＣＩＩ码和汉字在ＬＥＤ显示屏中的显示原理基础上，本文提出一种算 法，可以实现一次性输出所有的ＡＳＣＩＩ码和汉字字库中的所有内容，从而极大方便了 ＡＳＣＩＩ码和汉字在ＬＥＤ显示屏中的运用。１．４本章小结本章首先介绍课题研究背景，其次介绍国内外研究背景和趋势，最后介绍课题研究 主要内容，在主要内容中来阐述本课题研究的必要性和创新性，找出课题值得研究之 处，同时明确课题研究的方向和步骤。西南交通大学硕士研究生学位论文．３１第４页第２章整体方案分析．’２．１２．１．１ＬＥＤ器件的介绍ＬＥＤ显示屏中术语的提取ＬＥＤ单元板是组成ＬＥＤ大屏幕的基本单位，要想得到不同尺寸的屏幕，只需将同 一类型的单元板在行、列两个方向上分别延伸。但选择何种类型的单元板则要求我们 必须了解ＬＥＤ单元板主要参数。下面提出如下部分术语并给出定义，本文下面的各章节所提及的未语均采用此部分的定义【１０ｌ。１、基色 指ＬＥＤ发光二极管颜色的数目。如：单基色、双基色ＬＥＤ显示屏和全彩色ＬＥＤ 显示屏，这三种显示屏对应的基色分别为ｌ，２，３。 ２、像素 每个ＬＥＤ发光二极管可以视为一个像素点。 ３、扫描方式 扫描方式指在一块单元板中行扫描线数除以总行线数得到的比例，常见的ＬＥＤ显 示屏有１／４、１／８、１／１６三种扫描方式。 ４、ＬＥＤ显示屏的宽（高） 指ＬＥＤ显示屏水平（垂直）方向上象素的个数，而不是实际显示屏的物理尺寸。 ５、ＬＥＤ显示屏扫描线数【１１ｌ首先把我们ＬＥＤ显示屏在扫描显示一副完整的图像的时候将图像分为几个部分，然后这几个部分分时显示，所需要的分时点亮的次数就叫扫描线数。２．１．２ＬＥＤ器件发光的基本原理介绍发光二极管ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ），是一种把电能转换为光能的器件，发光二 极管是二极管，所以只要是二极管的ＰＮ结处于正向偏置就可以使发光二极管点亮。点 亮一个ＬＥＤ发光二极管的原理图如图２．１所示。ＬＥＤ光学原理和性能请参考‘１２】【１ ３１。Ｖｃｃ从圈中我们可以求出漉 过发光二稷臂的电流Ｉ。Ｉ＝学■■■＿■■■●图２－１点亮一个发光二极管原理图西南交通大学硕士研究生学位论文 ２．１．３第５’页ＬＥＤ器件驱动电路的设计目前最常见的ＬＥＤ器件驱动方法有三种：直流驱动方式、恒流驱动方式和脉冲驱动方式。 ｌ直流驱动方式 直流驱动方式主要是ＬＥＤ发光强度相对恒定，适合于ＬＥＤ器件比较少的显示屏。 如图２．２所示。 ２恒流驱动方式 恒流驱动一般采用晶体管，因为晶体管的输出具有恒流特性，恒流驱动使ＬＥＤ器件发光强度比较接近，如图２．３所示。３脉冲驱动方式 脉冲驱动采用ＬＥＤ器件重复通断电的方式使之点亮，就是利用人眼的惰性原理。 脉冲驱动的主要应用有两个方面：占空比驱动和扫描驱动。通过调节器件的发光强度 来实现图像的灰度的显示，一般采用占空比驱动。在考虑成本节约驱动器的时候，一 般采用扫描驱动，简化电路。如图２－４所示。Ｖ“ ＶｗＶ”＝＝＝基极电流控制 图２－２直流驱动方式 ２．１．４ 摹极电压控制 图２－４脉冲驱动方式 图２－０恒流驱动方式ＬＥＤ屏幕分类简介按照ＬＥＤ显示屏显示的内容是否与电脑是实时性，可以把ＬＥＤ显示屏分为同步 显示屏和异步显示屏。我们把ＬＥＤ显示屏同步显示电脑屏幕的内容称作同步显示屏。 同样把ＬＥＤ屏显示的内容已经发送到控制卡上存储器中，要显示的内容事先用电脑编 辑好存入控制卡内，然后显示屏可以脱离电脑使用，我们称为异步显示屏。按照显示性能可分为下面四种①视频显示屏，一般为全彩色ＬＥＤ显示屏：②文本 显示屏，一般为单基色；③图文显示屏，一般为双基色：④行情显示屏，一般为数码管或单基色显示屏【ｌ ４１。本课题就是设计的图文显示屏，而目前对图文显示屏没有一个 统一的定义，人们常常把能显示图形和文字的显示屏称为图文显示屏。 发光二极管是组成ＬＥＤ点阵的基本单位，而ＬＥＤ显示屏是由ＬＥＤ点阵模块拼接 而成，ＬＥＤ大屏幕可以由ＬＥＤ单元板拼接而成。最常见的ＬＥＤ点阵显示单元有５×７，西南交通大学硕士研究生学位论文 ７×９，８×８结构【１５】【１６】，图２－５是８×８ＬＥＤ点阵单元的外观及电路图。第６页，． 套． ，． ∥． ∥ｔ ∥． ．Ｆ． Ｆ 芦． 芦 芦． Ｆ． ≯． 芦． 芦． ＃ 芦． 芦． 芦。 ∥． 芦． 芦． ．芦． 擎 ，． 舻． 芦。 芦． 芦Ｉ 芦． 芦． 擎 芦。 芦． 矿． 芦． 芦． Ｆ ，． Ｆ ，． ，． 芦． 芦． 芦． Ｆ． 芦。 沓 芦． 芦． 芦． 芦． 芦． 芦。 芦． Ｆ 芦． ∥． 芦． 芦． ∥． ，． ，． ＦＩ８ ７ ６ ５ ４ ３ ２ ｌ７Ｃ！●１●图２－５ ８ｘ８的ＬＥＤ点阵显示单元２．２ＬＥＤ大屏幕组成原理简介ＬＥＤ单元板整体电路介绍２．２．１ＬＥＤ大屏幕是由ＬＥＤ单元板组成，所以在设计ＬＥＤ大屏幕的时候必须先了解ＬＥＤ 单元板。在了解ＬＥＤ单元板之前先介绍一下在ＬＥＤ显示屏中常用的驱动芯片，表２．１ 简单介绍了ＬＥＤ显示屏中常用的驱动芯片。表２―１ＬＥＤ显＋Ｊ＋＇＝ｌ＝＇－－－－－ｔ１０１【１７１序号ｌ芯片名称７４ＨＣ２４５芯片功能描述 总线驱动器，主要对时钟、数据、地址等信号进行增强驱动，一般用于ＬＥＤ单 元板信号输入、出接口。使得ＬＥＤ单元板的信号传输距离更长。 六反相器，主要用于对行扫描信号监测，用于保护ＬＥＤ单元板。以防止ＬＥＤ 单元板行驱动芯片Ｉ司定扫描某一行而导致驱动电力过大烧毁芯片。 ８位锁存器，ＬＥＤ列数据驱动芯片。通过单元板接口上传来的同步时钟信号， ７４ＨＣ５９５将每行显示所需要的数据送入对应位置，配合行驱动芯片进行显示。 行驱动管，功率管。内部是两个ＣＭＯＳ管，与７４ＨＣ５９５相互配合进行显示。 译码器，通过３条地址线Ａ、Ｂ、Ｃ，译出Ｙ旷Ｙ７这８条扫描信号供行驱动芯片 ４９５３使用。 １６位移位锁存器，ＬＥＤ驱动芯片。其功能与７４ＨＣ５９５相似，只是ＭＢｌ５０２６是 １６位移位锁存器，并带输出电流调整功能。只有高阻状态和低电平状态。 ７４ＨＣ５９５并行输出口有高电平和低电平输出。２７４ＨＣ０４３７４ＨＣ５９５４ ５４９５３ ７４ＨＣｌ３８６ＭＢｌ５０２６常用的ＬＥＤ单元板，一般采用高为４块，长为８块的８×４的排列方式，因此每 个单元板由３２块８×８的ＬＥＤ模块组成，如图２－６（ａ）所示。由于ＬＥＤ大屏幕是由多个 单元板进行拼接而成，所以在ＬＥＤ单元板两端处分别预留了级联用的接口。现在都是 用１６针插座，一般称为０８接口。如图２－６（ｂ）所示。西南交通大学硕士研究生学位论文８Ｘ８ ８×８ ８Ｘ８８×８第７页ＣＮＤ ＣＮＤ ＣＮＤ 暑Ｎ ▲Ｂ ｃ８×８８×８８Ｘ８８Ｘ８模组８ｘ８模组８Ｘｇ模组８×８模组８ｘ８模组８×８模组８Ｘ８模组８×８模组８×８模组８ｘ８模组８Ｘ８模组８Ｘ８模组８Ｘ８梗组ｇＸ８模组８Ｘ８模组８×８梗组８Ｘ８０８接口●ｌ ｔ２ ＣＮＤ ＣＮＤ模组８×８模组８Ｘｇ模组８×８梗组８×８模组８×８模组８Ｘ８模组８×８模组８×８梗组梗组模组模组模组模组棋组模组Ｄ甜∞呱雠图２―６（ａ）ＬＥＤ单元板模块组示意图（ｂ）０８接口０８接口作为级联ＬＥＤ单元板模块，表２．２是０８接口１６管脚的描述。表２－２ ０８接口１６管脚的描述 序号ｌ ２ ３ ４管脚名称Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ Ｒｌ、Ｒ２ Ｇ１、Ｇ２ ＲＣＫ功能描述 行扫描信号线，在７４ＨＣｌ３８配合下决定１６行中的哪一行点亮 ＬＥＤ显示屏红色列数据线 ＬＥＤ显示屏绿色列数据线 ７４ＨＣ５９５数据锁存信号，上升沿将串行数据锁存入并行寄存器，同时屏体显 示更新 ７４ＨＣ５９５串行数据移位信号，上升沿将数据锁存入驱动模块中的串行寄存器７４ＨＣ５ ６ ７ＳＣＫ ＥＮ ＧＮＤ１３８片选信号线，有效控制屏体点亮，无效控制屏体熄灭 ＬＥＤ显示屏接地信号线图２．７是双基色单元板电路结构框架，主要是由３２块８×８点阵模块，８片７４ＨＣ４９５３，２片７４ＨＣｌ３￥，２片７４ＨＣ２４５，３２片７４ＨＣ５９５。该单元板主要是由下面四 部分组成：分别为接１：３电路、驱动电路、译码电路和列数据电路【１们。图２－７双基色单元板电路结构框图 ２．２．２ＬＥＤ显示屏屏体结构为了更容易理解ＬＥＤ大屏幕是如何由单元板进行拼接而成，下面先简单介绍双基西南交通大学硕士研究生学位论文第８页色ＬＥＤ单元板的等效电路框图，如图２．８所示。这个是比较典型的单元板的等效电路 框图，具有通用性。单元板控制信号输入：Ｃｔｒｌ ｉ－Ａｉ＋Ｂｉ＋Ｃｉ＋Ｄｉ＋ＲＣ鼬＋ＳＣ硒＋ＥＮｉ 单元板控制信号输出：Ｃｔｒｌｏ＝Ａｏ＋Ｂｏ＋Ｃｏ＋Ｄｏ＋ＲＣＫｏ＋ＳＣＫｏ＋ＥＮｏ簟?一Ｒ１ ＤＲ１ｉ一单兀一Ｇ 篓．一Ｃｔｒｌ 输．一 出一Ｒ２０ ．卜Ｇ２口１ｏ ＤＧ １ ｉ――兀一Ｄ洲一；一誊哥斗｝ｊ图２－８双色ＬＥＤ单元板等效电路框图Ｒ２ｉ一入Ｇ２ｉ――有了上面的基础，就很容易画出由单元板拼接而成的ＬＥＤ显示屏屏体。图２－９是 ２５６×６４的显示屏，用６４×３２的ＬＥＤ单元板拼接而成。为了方便安装和拆卸，正面是 ＬＥＤ点阵。图２―９ ＬＥＤ屏体组成示意图图中２５６Ｘ６４的显示屏的屏体，水平方向由４个“×３２的单元板，垂直方向由２个“×３２的单元板构成。图２－９右边的四根排线是屏体的接口，即屏体的控制线。在 实际电路和实物联接的时候扫描控制电路和屏体的控制线相联。单元板模块构成了屏 体，屏体信号的产生采用的是动态扫描法，因为ＬＥＤ发光数目比较多，不宜采用静态 扫描，从而使屏体显示需要的图像和文字。２．３基于ＡＲＭ的ＬＥＤ大屏幕显示系统由图２．１０可看出，该系统是主要由ＰＣ机和ＬＥＤ显示屏控制电路组成ＬＥＤ显示系统，ＰＣ机在控制中作为上位机，进行通信，下位机采用ＡＲＭ作为微处理，完成对ＬＥＤ大屏幕的动态扫描控制，ＰＣ机与控制卡电路之间采用ＲＳ２３２／４８５通信标准，实现 通信功能。性价比是本设计考虑的一个重要因素，通过分析８／１６单片机在ＬＥＤ大屏幕 动态扫描中的不足，从而提出ＡＲＭ作为微处理的必要性，并且下面分析了基于ＳＴＭ３２ 作为微处理器的ＬＥＤ大屏幕动态扫描系统。西南交通大学硕士研究生学位论文ＰＣ机第９页图２－１０大屏幕ＬＥＤ显示屏的基本结构 ２．３．１ＬＥＤ大屏幕显示时间的分析当采用动态扫描的时候，扫描时间比较重要。ＬＥＤ显示屏利用了人眼生理特性中 的视觉惰性，对于一个可以正常显示且不闪烁的ＬＥＤ显示屏而言，它的刷新频率理论 至少不能小于每秒５０场，要想得到更好的显示效果，只有大于每秒５５场，即一场扫描时间为１／５５约等于５５ｍｓ。当ＬＥＤ显示屏点数越多，则要处理的数据也就越大，这样就会增加扫描的时间，但是让人感觉到不闪烁的时间是固定的，这就迫切要求在设 计ＬＥＤ大屏幕的时候必须考虑ＣＰＵ的选择了。基于这一点考虑，本课题采用了３２位 的嵌入式处理器完全可以解决上述的问题，本课题设计的ＡＲＭ芯片采用ＳＴＭ３２系列的ＳＴＭ３２Ｆ１０３Ｃ８Ｔ６，价格ｌＯ元左右，甚至比有些单片机都要便宜，但性能却远远高于绝大部分单片机的性能，所以在成本基本不增加的情况下，采用更高性能的微处理 器来设计ＬＥＤ显示屏，存储容量更大，支持更大可视区域的稳定显示。２．３．２基于单片机作为微处理的动态扫描电路图２．１ｌ所示基于８／１６位单片机为核心的动态扫描框图，系统主要由８／１６位单片 机作为微处理器、扫描电路、列和行驱动电路、ＬＥＤ显示屏以及ＰＣ通信组成。图２－１ １基于单片机为核心的动态扫描框图ＬＥＤ大屏幕按驱动方式可以分为两种：静态显示和动态扫描显示。静态显示指将 一幅画面输入后要保持到下一幅画面的输入，而且还要求每个发光二极管提供单独的驱动电路；动态扫描就是利用人眼的视觉惰性，通过将画面分为若干个部分，分别进行刷新，动态扫描的优点在于若干个发光二极管为一组共用一个驱动电路，而不不必西南交通大学硕士研究生学位论文第１ ０页对每个发光二极管提供单独的驱动电路，然后通过扫描的方法依次点亮各组发光二极 管，从而简化了电路设计。另外，对于静态显示方式，电路比较复杂，需要较多的译 码驱动装置，很容易造成显示屏幕闪烁、亮度低等问题：而动态扫描显示方式，可以 弥补上面的不足之处。所以在静态显示方案很少应用于ＬＥＤ大屏幕的设计。 在ＬＥＤ大屏幕中，通常采用数据串行传输的方式。虽然并行传输的速度比较快， 但是线路复杂，这个复杂是随着屏幕的增大，点阵模块数量的增多而成正比。串行传 输方式电路设计简单，控制电路可以只用一根信号线，一般采用类似７４ＨＣ５９５功能的 芯片来实现，因为数据一般要经过并行到串行和串行到并行两次变换。为了避免行扫描等待的时间过长，影响到ＬＥＤ的亮度，可以采用重叠处理的方法，该方法也就是在显示本行各列数据的同时准备下一行的列数据，当然这需要列数据的显示具有并行锁 存功能，这样可以通过锁存显示本行数据的时候，就可以准备下一行的列数据，而不 会影响本行的显示。通过上面一节对显示时间的分析可知：动态扫描对时间要求比较高，假如不能达到人眼视觉惰性范围内，那么我们看见的ＬＥＤ屏幕会出现闪烁，还会出现亮暗不均匀， 所以这就要求在选择微处理器的时候对频率的要求比较高，而基于单片机的ＬＥＤ大屏 幕在这方面就可能很难满足要求，所以本设计采用的是ＳＴＭ３２Ｆ１０３系列芯片，频率可 达到７２ＭＨｚ，性能高，功耗低，完全可以胜任。２．３．３基于ＳＴＭ３２作为微处理的动态扫描电路ＳＴＭ３２系列基于ＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘ．Ｍ３内核，专为要求性能高、成本低、功耗低的嵌入 式应用而设计的。本设计采用的是ＳＴＭ３２Ｆ１０３Ｃ８Ｔ６芯片，属于“增强型”系列，时钟频 率最高可达７２ＭＨｚ，在同类产品中，ＳＴＭ３２Ｆ１０３序列是性能最高的，具体的介绍可以 参考第三章，下面主要讨论动态扫描电路，图２．１２为基于ＳＴＭ３２的动态扫描电路框 图。ＪＴＡＧ调试 接口鬯１６Ｍｂｉｔ Ｆ１ａｓｈ ＳＳＴ２６ＶＦ０１６翌转换ＳＴＭ３２Ｆ１ ０３Ｃ８Ｔ６ｌ微处理器大屏幕ＬＥＤ显． 示屏动态扫 描控制电路ＬＥＤ点阵 显示屏图２－１２基于ＡＲＭ为核心的动态扫描框图上图中的无源晶振为ＳＴＭ３２Ｆ１０３Ｃ８Ｔ６提供外部时钟信号，通过内部的ＰＬＬ倍频 电路，可达到７２ＭＨｚ，作为系统的工作频率。ＪＴＡＧ调试接口用于软、硬件的调试与西南交通大学硕士研究生学位论文第１ １页开发。本系统选用ＳＳＴ２６ＶＦ０１６作为串行Ｆｌａｓｈ，存储容量为１６Ｍｂｉｔ，主要用于存放应 用程序及需要显示的文字和图形信息，因为它具有掉电不丢失的优点。微处理器自带 ２０ＫＢ的ＳＲＡＭ，主要用作程序的运行空间、数据及堆栈区。但是掉电就会丢失，所以 不易存储重要的信息，但其存取速度远高于Ｆｌａｓｈ。ＬＥＤ大屏幕动态扫描控制电路通过 下面两步来完成，首先通过对ＬＥＤ点阵显示屏的各行进行选通，然后同时又向各列送 出表示图形或文字信息的脉冲信号，从而完成ＬＥＤ显示屏的各种显示。２．４各部分组成及功能１、ＲＳ２３２．ＲＳ４８５转换电路 ＲＳ２３２接口是１９７０年由美国电子工业协会（ＥＩＡ）联合贝尔系统、调制解调器厂 家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标准。该标准作了以下两个方面的规定：①采用一个２５只脚的ＤＢ２５连接器，对连接器的每个引脚的信号内容加以规 定；②对各种信号的电平加以规定。随着设备的不断改进，ＤＢ９代替ＤＢ２５接口，现在都把ＲＳ２３２接口叫做ＤＢ９［１８】。ＲＳ２３２接口，可以实现点对点的通信方式，但不能实 现联网功能。随后出现的ＲＳ４８５解决了这个问题，这也是ＲＳ２３２和ＲＳ４８５的差别和各 自的优点。ＲＳ２３２通信是全双工通信，可以和ＰＣ机９针连接的：３线制，通信距离理论上达到１５ｍ，但实际８ｍ就很微弱了。４８５通信是半双工，２线制差分方式传输数据，可以 组网，用于主从方式，常用Ｍｏｄｂｕｓ协议，理论达到１２００ｍ１１９】。ＲＳ２３２和ＲＳ４８５之间 的转换的设计是ＬＥＤ显示屏控制卡设计的一部分，本设计的控制卡中可以通过跳线帽 来选择是使用ＲＳ２３２还会使用ＲＳ４８５１２０１。图２．１３中（ａ）是示意图，（ｂ）是原理图。Ｒ ＲＳ２３２一ｖｃ印／Ｉ．ＩＨ洱８５ Ｔ图２－１３（ａ）ＲＳ２３２一ＲＳ４８５转换电路示意图图２―１３（ｂ）ＲＳ２３２一ＲＳ４８５转换电路原理图西南交通大学硕士研究生学位论文 ２、ＰＣ机与ＬＥＤ显示屏之间的通信第１ ２页ＰＣ机与ＬＥＤ显示屏之间的通信是通过ＲＳ２３２或ＲＳ４８５１２１】串口，在ＬＥＤ显示屏系 统中，上位机的编程也是非常重要，有时候可以简化电路和对数据的组织。上位机主 要是完成对ＬＥＤ显示屏的控制与显示数据传输的处理，对ＬＥＤ显示屏的数据进行组 织，然后写入到控制卡中。２．５本章小结本章首先简要介绍了ＬＥＤ器件的发光基本原理和驱动电路，其次对ＬＥＤ大屏幕 系统进行介绍，再次通过对８／１６单机片和ＡＲＭ在大屏幕动态扫描的比较，突出在大 屏幕设计中ＡＲＭ作为微处理器比采用单片机作为微处理更适合，最后简单介绍基于 ＡＲＭ的ＬＥＤ大屏幕显示系统的一些功能部件。西南交通大学硕士研究生学位论文第１ ３页第３章系统硬件设计３．１系统硬件设计本设计的是异步ＬＥＤ显示屏，显示控制系统如图３．１所示。本系统主要由下面四 部分组成：ＬＥＤ大屏幕驱动电路部分，主要为显示屏的ＬＥＤ灯管驱动提供恒流源；ＬＥＤ大屏幕数据存储模块，主要是存储ＬＥＤ显示信息：基于ＡＲＭ的显示屏的控制器部分， 主要是完成数据处理：ＬＥＤ显示屏的通信接口部分，实现上位机的通信，接受上位机的控制信号和数据；上位机用户操作控制平台部分，实现要显示的内容的处理和修改。脉亲善茎鐾鼋掣Ｈ黜信号产生电路ｌ７Ｉ变化电路Ｌ Ｅ Ｄ大 屏ＬＥＤ显示屏控 制卡模块 串行ＦＬＡＳＨ存储器幕图３－１系统总体结构图从上述结构框图可以知道，ＡＲＭ模块是整个系统的核心，该控制器的运算和处理 能力直接由ＡＲＭ性能决定。为方便显示，把数据分别用两个存储器来存储，显示点阵的信息和一些必要的参数存储在ＦＬＡＳＨ存储器中，防止掉电丢失，立即输出的点阵信息存储在ＳＲＡＭ存储器中，存取速度快；另配有驱动电路对输出的点阵信息进行驱动， 以防止信号传输距离过长、衰减过大而造成ＬＥＤ显示屏无法正常工作；采用扫描保护 模块对输出信息进行监控，防止ＬＥＤ单元板行驱动芯片长时间固定扫描某一行，最终 由于驱动电流过大烧毁行驱动芯片。３．２微处理器的选择和介绍主芯片选择主要考虑下面四个方面： ｌ、处理器速度方面：本课题要求的数据量大、实时性高、刷新速度，要求微处理 器有很高的处理速度。 ２、电路设计角度：希望微处理器内部集成的功能电路越多越好，这样可以简化电 路设计，同时出错的概率相对也少一点，系统也相对稳定一点。 ３、主芯片在整个系统中的作用：本课题中，微处理器主要是负责与上位通信，同 时完成文本、图像数据信息的处理。 ４、设计成本：选择低成本的微处理器能够降低系统成本，有利于设计的产品向市 场推广应用。 基于以上四点考虑，本设计选用ＳＴＭ３２Ｆ１０３Ｃ８Ｔ６，是意法半导体有限公司生产，西南交通大学硕士研究生学位论文第１ ４页是新型３２位ＲＩＳＣ处理器芯片ＳＴＭ３２系列，其中ＳＴＭ３２Ｆ１０３是“增强型＂系列，是 同类产品中性能最高的产品，采用３级流水线和哈佛结构。该系列芯片采用高性能的 Ｃｏｒｔｅｘ．Ｍ３版本内核，ＳＴＭ３２Ｆ１０３Ｃ８Ｔ６工作频率７２ＭＨｚ，工作电压３．３Ｖ，内置高速存储器，具有丰富的增强Ｉ／Ｏ端口和连接到两条ＡＰＢ总线的外设【２２１。图３．２是ＳＴＭ３２Ｆ１０３Ｃ８Ｔ６的系统架构，它主要具有以下几个优点：图３－２ ＳＴＭ３２Ｆ１０３Ｃ８Ｔ６的系统架构１、高性能的“Ｃｏｒｔｅｘ．Ｍ３内核＂：采用３级流水线和哈佛结构，带独立的指令和 数据以及外设总线：最高７２ＭＨｚ工作频率，在存储器的Ｏ的等待周期访问时可高达 １．２５ＭＩＰＳ／ＭＨｚ，而ＡＲＭ７ＴＤＭｌ只有０．９５ＤＭｉｐｓ／ＭＨｚ；单周期乘法和硬件除法。 ２、一流的外设：ｌ 的Ｉ／Ｏ翻转速度。 ３、存储器方面：６４Ｋ字节的闪存程序存储器和高达２０Ｋ字节的ＳＲＡＭ，方便程序 和数据的存储。 ４、时钟、复位和电源管理方面：①２．０．３．６Ｖ供电和Ｉ／Ｏ引脚，４．１６ＭＨＺ晶振振荡ｌａＳ的双１２位ＡＤＣ，４兆位／秒的ＵＡＲＴ，１８兆位／秒的ＳＰＩ，１８ＭＨｚ器；②上电／断电复位（ＰＯＭＤＲ）、可编程电压监测器（ＰＶＤ）；③内嵌经出厂调教的８ＭＨｚ的ＲＣ振荡器，内嵌带校准的４０ＫＨｚ的ＲＣ振荡器；④产生ＣＰＵ时钟的ＰＬＬ，带校准的３２ＫＨｚ的ＲＣ振荡器。 ５、功耗低：有睡眠、停机和待机三种模式，在７２ＭＨｚ时消耗３６ｍＡ（所有外设处 于工作状态），待机时下降到２ｕＡ。６、新型的存储器控制技术―．ＦＳＭＣ【２３】：在外部存储器的扩展方面具有独特的优势， 支持多种存储器类型，同时通过对ＦＳＭＣ时间参数的设置，可以支持广泛的存储器型 号，使得本系统中外部ＦＬＡＳＨ存储器的扩展变得非常方便。 ７、调试模式方便：串行单线调试（ＳＷＤ）和ＪＴＡＧ接口，本课题采用的是ＪＴＡＧ 调试模式。西南交通大学硕士研究生学位论文 ８、优秀的计算单元：ＣＲＣ计算单元，９６位的新批唯一代码。第１ ５页９、多达７个定时器：３个１６位定时器，每个定时器有多达４个用于输入捕获／输 出比较／ＰＷＭ或脉冲计数的通道和增量编码器输入：１个１６位带死区控制和紧急刹车， 用于电机控制的ＰＷＭ高级控制定时器；选２个看门狗定时器（独立的和窗口型的）；系统 时间定时器：２４位自减型计数器。而ＭＣＳ一５１系列单片机主要功能部件为：①８位ＣＰＵ，１２Ｍ的晶振；（室）４ＫＢ／ＳＫＢ 片内程序存储器（ＲＯＭ／ＥＰＲＯＭ）；③１２８／２５６字节的片内数据存储器（ＲＡＭ）；④２／３个 １６位定时／计数器；⑤１个全双工一部串行口；⑥５或６个中断源，２个中断优先级等等。 从上面的简单对比可以看出：ＳＴＭ３２Ｆ１０３系列的芯片比ＭＣＳ一５ｌ系列单片机价格差距不大，但是性能却远远高于单片机。 为了更详细和深入的了解该芯片的功能，必须对管脚分布和管脚功能有所了解， 图３－３是ＳＴＭ３２Ｆ１０３Ｃ８Ｔ６引脚实物图，表３．１是ＳＴＭ３２Ｆ１０３Ｃ８Ｔ６引脚功能描述表。百垂蓉堂苫誊 墨。暨’量堇量量差誉薹薹茎萎 蚤‘圣’量堇重量差誉垂垂薹薹ＶＢＡＴ ＶＤＤ ＶＳＳ２ＺＰＣＩ３－ＡＮＴＩ＿ＴＡＭＰ ＰＣＩ４－０ＳＣ３２一ＩＮＰＣＩＳ－ＯＳＣ３２－ｏＵＴ ＰＤ０，ｏＳＣ耵Ｎ ＰＤＩ，ｏＳＣ ＯＵＴ ＮＲｓ．ｒＶＳＳ＾ＰＡｌ，＾，＇ｒＭＳ停ＷＤＩｏＰＡｌｌ２ ＩＰＡｌｌ ｐＡｌ０ ＩＰＡ９ ＩＰＡ８ＰＢｌＳ ＰＢｌ４ ＰＢｌ３ＶＤＤＡ队Ｏ－ＷＫＵＰＰＡＩＰ＾工ＰＢｌ２图３－３ 脚位ＬＱＦＰ４８ｌ ２ ３ ４ ５ ６７ＳＴＭ３２Ｆ１０３Ｃ８Ｔ６引脚分配图１２４Ｉ管脚名称ＶＢＡＴ表３－１ ＳＴＭ３２Ｆ１０３Ｃ８Ｔ６引脚功能描述表【２５１ 可选功能 主功能 类型 默认功能 （复位后）Ｓ Ｉ／ｏ Ｉ／ｏ Ｉ／ｏ Ｉ Ｏ Ｉ／ｏＶＢＡＴ重定义功 能ＰＣＩ３－ＡＮＴＩｊ入ＭＰ（４） ＰＣ １ ４－ＯＳＣ３２一ＩＮ （４）ＰＣＩ３（５） ＰＣＩ４（５） ＰＣＩ５（５）ｏＳＣ ｎ、Ｉ ｏＳＣ ｏＵＴ ＮＲＳＴＴＡＭＰＥＲ二ＲＴＣＯＳＣ３２．．ＩＮ ＯＳＣ３２．．ＯＵＴＰＣ Ｉ ５－ＯＳＣ３２．．Ｏ ＵＴ（４） ＰＤ０ ｏＳＣ ｎ、Ｉ ＰＤｌ ＯＳＣ ＯＵＴ ＮＲＳＴ西南交通大学硕士研究生学位论文８９第１ ６页ＶＳＳＡ ＶＤＤＡＳ Ｓ Ｉ／ｏ Ｉ／ｏ Ｉ／ｏ ｌ／ｏＶＳＳＡＶＤＤＡ１０ １１ １２ １３ １４ １５ １６ １７ １８ １９ ２０ＰＡ０．ＷＫＵＰＰＡｌ ＰＡ２ ＰＡ３ ＰＡ４ ＰＡ５ ＰＡ６ ＰＡ７ＰＢ０ＰＡＯＰＡｌＷＫＵＰ／ＵＳＡＲＴ２＿ＣＴＳ（８）／ＡＤＣ＿ＩＮ０／ＴＩＭ２ ＣＨ！ＥＴＲ（８）ＵＳＡＲＴ２＿ＲＴＳ（８）／ＡＤＣ．．ＩＮ １／ＴＩＭＰＡ２ＵＳＡＲ飞２３Ｘ（８）／ＡＤＣＮ２／ＴＩＭ２ＣＨ３（８）２ ＣＨ２（８）ＰＡ３ ＰＡ４ ＰＡ５ ＰＡ６ ＰＡ７ ＰＢ０ ＰＢｌ ＰＢ２／ＢｏｏＴ １ ＰＢｌＯ ＰＢｌ １ ＶＳＳ ｌＵＳＡＲ丝ＲＸ（８）／ＡＤＣ―ＩＮ３／ＴＩＭ２ＣＨ４（８）ＳＰＩ １ ＮＳＳ／ＡＤＣ――ＩＮ４／ＵＳＡＲＴ２＿Ｃ∞ｌ／ｏ Ｉ／ｏ Ｉ／ｏ Ｉ／Ｏ Ｉ／Ｏ Ｉ／ｏ Ｉ／０ Ｉ／ｏ ｌ ｌ Ｓ ＳＫ（５） ＳＰｌｌ ＳＣＫ／ＡＤＣＮ５ＳＰＩ Ｉ－ＭＩＳＯ／ＡＤＣ―ＩＮ６／ＴＩＭ３＿ＣＨ ｌ（８） ＳＰＩ １．．ＭＯＳＩ／ＡＤＣ―．ＩＮ７／ＴＩＭ３ ＣＨ ２（８） ＡＤＣＮ８厂ｒＩＭ３ＣＨ３（８）ＰＢｌ ＰＢ２／ＢｏｏＴｌ ＰＢｌＯ ＰＢｌｌ ＶＳＳＶＤＤＡＤＣ ＩＮ９／ＴＩＭ３ ＣＨ４（８）２１ ２２ ２３ ２４ ２５ ２６ ２７ ２８ ２９ ３０ ３ｌ ３２ ３３ ３４３５１２Ｃ２＿ｓＣＬ（６）／ＵＳＡＲＴ３＿ＴＸ（６Ｘ８）１２Ｃ２?ＳＤＡ（６）／ＵＳＡＲＴ３＿ＲＸ（６Ｘ８）ＴｌＭ２ ＣＨ３ ＴＩＭ２ ＣＨ４ＶＤＤ ｌ ＰＢｌ２ ＰＢｌ３ＰＢｌ２ ＰＢｌ３№ №Ｉ／ｏ Ｉ／ｏ Ｉ／ｏ Ｉ／ｏ Ｉ／ｏ Ｉ／ｏ Ｉ／Ｏ Ｉ／ｏ Ｓ Ｓ Ｉ／ｏＳＰｌ２＿ＮＳＳ（６）（８）／１２Ｃ２――ＳＭＢＡＩ（６）／ＵＳＡＲＴ３ＣＫ（６）（８）ＳＰｌ２．．ＳＣＫ（６）（８）／ＵＳＡＲＴ３ 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８页１．３．１系统电源电路设计对于系统可以通过ＵＳＢ供电或者外接电源供电，系统包括供电、调试、下载３位一体。系统通过５Ｖ转为３．３Ｖ给系统供电，为了防止电流过大，在设计的时候采用了 玎恢复保险丝，用于保护电源供电系统。设计时采用了ＦＴ２３２ＢＭ芯片【２６１，实现了ＵＳＢ揣口到串行端口通信。图３．５为系统电源电路刚２７１。图３－５系统电源电路图Ｉ．３．２ＪＴＡＧ接口电路Ｔｅｓｔ Ａｃｔｉｏｎ为了方便程序的调试与下载，本设计采用ＪＴＡＧ接口。ＪＴＡＧ（Ｊｏｉｎｔ洳ｕｐ，联合测试行动小组）是一种国际标准测试协议，芯片内部定义了一个ＴＡＰ（ＴｅｓｔｋｅｃｅｓｓＰｏｒｔ，测试访问口），通过专用的ＪＴＡＧ测试工具对芯片内部节点进行测试。ＪＴＡＧ冤定了进行边界扫描所需要的硬件和软件，主要应用于电路的边界扫描测试和对系统 挂行仿真、调试【碍】。很多高级芯片都支持ＪＴＡＧ协议，如ＡＲＭ、ＦＰＧＡ、ＤＳＰ等。标 匪的ＪＴＡＧ接口是４线，如图３－６所示，相关引脚的定义为： ＪＴＣＫ：测试时钟输入，作用是用来驱动测试访问口ＴＡＰ，为ＴＡＰ的所有操作提供 一个基本的时钟信号； ＪＴＭＳ：测试模式选择．作用是设置ＪＴＡＧ接口的测试模式： ＪＴＤＩ：测试数据输入，数据从ＪＴＡＧ接口输入都是从ＪＴＤＩ引脚以串行方式输入的； ＪＴＤＯ：测试数据输出，数据从ＪＴＡＧ接口输出是通过ＪＴＤＯ引脚以串行方式输出。＿ＩＩ西南交通大学硕士研究生学位论文 第１ ９页 ＩＩＩＩＩ―●●＿＿＿＿―＿――＿＿――＿―●―＿＿＿＿―●―――＿＿＿＿＿＿＿－――＿＿―＿＿―＿―＿－＿－＿＿＿－――－――＿＿――――＿＿―＿＿――＿＿―＿――一图３－６ ＪＴＡＧ接口电路本设计采用１０针的ＪＴＡＧ接口，其中ＪＴＡＧ接口上的ＮＲＳＴ信号和系统复位信号 ＮＲＳＴ接在一起，在仿真时通过ＪＴＡＧ对系统复位。同时，为减少干扰，将ＪＴＡＧ中的 ＪＮＴＲＳＴ、ＪＴＤＩ、ＪＴＭＳ、ＪＴＣＫ引脚接１０Ｋ上拉电阻。通过ＪＴＡＧ调试工具，可以跟踪程序，同时盯ＡＧ支持ＪＴＡＧ和ＳＷＤ两种模式，而ＳＴＭ３２也支持这两种模式，给调试带来了方便。３．３．３基于ＤＳ １ ８８２０温度传感器模块设计ＤＳｌ８８２０是ＤＡＬＬＡＳ公司生产的温度传感器，一根线就可以实现ＤＳｌ８８２０与主 机的双向通信。用ＤＳｌ８８２０采样温度，将温度显示在ＬＥＤ屏上，不但显示效果好， 而且还节省了主芯片的资源，ＤＳｌ８８２０详细资料请阅读四Ｊ。 ＬＥＤ显示屏控制卡中ＤＳｌｇＢ２０模块原理图如图３－７（ａ）所示，图３．７（ｂ）为ＤＳｌ８８２０的工作时序图，单总线一共有３种时序信号：①初始化信号；②写０、１信号；③读０、ｌ信号，在设计中必须保证指令的执行时间符合时序信号的要求。主机发复位脉冲ＤＳｌ８８２０发响应脉冲ＤＳｌ８８２０等待ＶＣＣｒ。――’ｏ”～７””“３’一１］５－６０ｕｆ―ＧＮＤｌ旷ＶＶ～二．ｔＶＵ了’７／，．―ｒ＿――．主机写。ｌ。时枣――－＇ＶＣＣ４，Ｗ 扩…， ｐ蝌５咪＞３０ｕｓ◆ 茹嚣５ｕ。０ｓｌｗⅦｅ．．＞序３＝Ｏｕｓ卜ｊ西。ｓ１８８２。采样／／厂 ４吲８啪采样●０ＮＤＶＣＣ主机读。０。时序．―◆ＧＮＤ觚删川川 妙 惑乙＞ｌ惦一●――一主机读。Ｉ。时序＿＇酬―卜 主机采样●ｐＵＳ－Ｉ?ｌ ５ＩＩｓ之誓：Ｓ孙ｕｓ―－．图３－７（ａ）ＤＳｌ８８２０／ｉ理ｌｔｌ图３－７（ｂ）ＤＳｌ８８２０的工作时序图【３０ｌ３．３．４串行Ｆｌａｓｈ存储器模块设计ＳＰＩ接口的全称是“ＳｅｒｉａｌＰｅｒｉｐｈｅｒａｌＩｎｔｅｒｆａｃｅ＂，意为串行外围接口，是Ｍｏｔｏｒｏｌａ西南交通大学硕士研究生学位论文第２０页首先在其ＭＣ６８ＨＣＸＸ系列处理器上定义的。ＳＰＩ接口主要应用在ＥＥＰＲＯＭ，ＦＬＡＳＨ， 实时时钟，ＡＤ转换器，还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。ＳＰＩ接口是在ＣＰＵ和外围低速器件之间进行同步串行数据传输，在主器件的移位 脉冲下，数据按位传输，高位在前，地位在后，为全双工通信，数据传输速度总体来 说比１２Ｃ总线要快，速度可达到几十Ｍｂｐｓｌ３１１。采用ＳＰＩ接口访问存储器，一方面读取 速度快，另一方面可以扩展存储器的容量。图３－８（ａ）为ＳＳＴ２６ＶＦ０１６的８引脚芯片，图 ３．８（ｂ）为控制卡中串行Ｆｌａｓｈ的原理图，图３－９为ＳＳＴ２６ＶＦ０１６８０５１Ｓ２ＡＥ的命名规则。ＣＥ＃芯片时钟使能 ＳＩＯ［３：０】串行数据输入输出ＳＩ串行数据输入ＳＯ串行数据输出ＳＣＫ串行时钟线 Ｖａａ电源Ｖｓｓ地图３―８（ａ）ＳＳＴ２６ＶＦ０１６引脚描述图３－８（ｂ）串行Ｆｌａｓｈ存储器模块原理图图３―９ ＳＳｌ＂２６ＶＦ０１６的命名规则ＳＳＴ２６ＶＦ０１６在芯片擦除的时候可以按４ＫＢ、３２ＫＢ、６４ＫＢ进行块擦除，也可以整 块擦除。ＳＳＴ２６ＶＦ０１６的操作是通过ＳＰＩ总线兼容协议来使用的。而ＳＰＩ总线主要是由 ４条控制线组成的，分别为：选择芯片的ＣＥ引脚、串行数据输入的Ｓｌ引脚、串行数 据输出的ＳＯ引脚以及串行时钟ＳＣＫ引脚。 ＳＳＴ２６ＶＦ０１６支持ＳＰＩ操作的模式Ｏ和３，如图３．１０就是这两种模式的区别，也就 是在当总线主机处于等待模式ＳＣＫ信号的状态并且没有数据被传输。对于这两种模式。 ＳＯ在ＳＣＫ下降沿使用，ＳＩ在ＳＣＫ的上升沿使用。对ＳＳＴ２６ＶＦ０１６的具体操作这里就 不做详细的介绍，可以参考１３２１１３３ｌ。西南交通大学硕士研究生学位论文第２１页――――■■＿―●●―●■■■―●●●＿――＿●＿＿＿＿＿＿＿―＿―――＿―＿―＿＿＿―＿＿＿＿－＿＿＿－＿――＿－＿－－＿＿ｌＩ―＿―●―■―●■＿＿●―――＿―＿●―＿＿＿―＿Ｅ―＿＿―＿●∞Ｋ瑚∞图３．１０ ＳＳＴ２６ＶＦ０１６的ＳＰＩ协议３．３．５ＰＩＣｌ２Ｆ５０８扫描保护电路模块设计图３．１１是扫描保护电路，该电路主要是防止单元板上４９５３芯片烧毁，因为当ＬＥＤ 显示屏在固定对某一行扫描的时候，就会使得这一行电流过大，从而就会烧坏４９５３芯 片。基于此，在电路设计的时候设计了一个保护电路模块，当检测到某行被固定点亮， 则关掉７４ＨＣ２４５驱动器，从而达到了保护作用。保护电路中采用的是ＰＩＣｌ２Ｃ５０８Ａ单片机，具体可参考【３４１，该芯片８个引脚，芯片的面积也比较小，使用起来也比较方便。保护电路主要是检测能信号Ｅ，当检测到输 出异常时，一定延时后检测仍正常即通过ＧＰ５置７４ＨＣ２４５的ＯＥ＃为高，关断屏幕的 输出。在对保护电路的程序编写程序时，可参照下图所示的流程图。西南交通大学硕士研究生学位论文第２２页图３―１２保护电路工作不恿图３．４本章小结本章通过介绍系统的硬件设计，首先对主芯片进行介绍，然后介绍ＬＥＤ显示屏控 制卡电路的设计，最后介绍控制卡的主要模块设计。在控制卡设计中分别介绍了温度 传感器模块的设计、基于ＳＰＩ的串行口存储器的设计以及扫描保护电路的设计。从而 整体上了解ＬＥＤ显示屏控制卡电路的设计。而且ＳＴＭ３２Ｆ１０３增强序列的微处理器内 部自带实时时钟，所以不用外接实时时钟芯片，这样更方便了系统的设计与调试。西南交通大学硕士研究生学位论文第２３页第４章显示数据的组织及显示效果算法的研究ＬＥＤ大屏幕是由单元板拼接而成的，这就要求显示数据时必须按照单元板的串行 移位寄存器组的移位先后顺序在存储器中连续存储，即ＬＥＤ显示屏每一行的显示数据 顺序排列在存储器中。基于上面考虑，我们必须先了解ＬＥＤ显示屏的数据组织，为了 方便对ＬＥＤ显示屏的数据组织的讨论，下面以双色６４×１６的ＬＥＤ显示屏为例子讲解， 该显示屏已经在西南交通大学峨眉校区投入使用，且运行良好。 ４．１ＬＥＤ显示屏的基本数据组织关系ＬＥＤ显示屏上的任意一点对应存储单元的某一位，所以可以用存储单元中的位的“ｌ＂或者“Ｏ＂来表示ＬＥＤ显示屏对应点的“亮＂或“灭＂。ＬＥＤ单元板模块的驱动 方式决定了ＬＥＤ显示屏上点是用“ｌ’’来表示亮还是“０＂： “０＂表示共阳驱动方式，“ｌ＂来表示表示共阴驱动方式。我们常见的ＬＥＤ单元板模板的ＬＥＤ模块是共阳方式。 为了讨论的方便，我们把ＬＥＤ显示屏左上角定义为坐标的原点（０，Ｏ），下面以双色６４×１６的小ＬＥＤ显示屏来介绍其数据的组织。通过“×１６的显示屏来深入了解ＬＥＤ大屏幕的数据组织之间的关系。如图４．１是６４×１６的ＬＥＤ显示屏的基本数据组织之间 关系的示意图。所以通过６４×１６的显示屏介绍同样可以理解６４×３２单元板的结构和 数据的组织。图４―１６４ｘ１６ＬＥＤ显示屏的数据组织关系示慈图通过上图，下面进一步讨论屏幕坐标Ｘ、Ｙ以及扫描行与现实数据存储地址（ｉ）、位 （ｊ）的关系。 ４．２Ｘ、Ｙ坐标与显示存储单元字节地址（ｉ）、位地址（ｊ）之间的关系由图４．１可知，对于双基色ＬＥＤ显示屏显示数据组织时，我们可将红色扫描线定义为ＤＯ、Ｄ２、Ｄ４、Ｄ６，绿色扫描线定义为ＤＩ、Ｄ３、Ｄ５、Ｄ７，如图４．２所示，也就 是用一个字节中的两位（ＤＯ和ＤＩ、Ｄ２和Ｄ３、Ｄ４和Ｄ５、Ｄ６和Ｄ７）来表示ＬＥＤ显西南交通大学硕士研究生学位论文第２４页示屏上的一个点，所以显示一场的点数为２５６个。显示为低电平有效，即对应位为“０’’ 时显示相应的颜色。当需要ＬＥＤ显示屏Ｘ＝４、Ｙ＝０显示红色时，其对应单元 Ｄｉｓｐｌａｙ＿Ｒａｍ［１］ 的ＤＯ－＝Ｏ，Ｄ１－－－１：当需要ＬＥＤ显示屏Ｘ＝４、Ｙ＝０显示绿色时，其对 的Ｄ０＝Ｉ，ＤＩ＝０。通过上面的分析，可以得到屏幕坐标Ｘ、Ｙ应单元Ｄｉｓｐｌａｙ Ｒａｍ［１］以及扫描行与显示数据存储器地址ｉ、位地址ｊ的关系图，如图４－２所示。＜ 嗍Ｉ’ｌ?显示存储器Ⅸ钠碍Ｂ栅陋叼）字节地出０ 、０ ｌ ４ ｌＳ ６０ １６ Ｏ １７ ．． ３１ ６０ ２４０ Ｏ ２４１ ４ ６０－２ＳＳ斟嘲Ｉ，３ｌＳ６ｌｌＳ６１Ｉ５６ｌ暖湖２嘲ｋ越。Ｉ垮６砬６３２６记６３２６６２３７３７３７６３Ｙ＝Ｌｎ卸Ｙ＝Ｌｎ＝ｌＹ．－Ｉｍ＝１５图４－２坐标Ｘ、Ｙ以及扫描行与显示数据存储地址（ｉ）、位（ｊ）的关系通过上面的分析和图４．２之间的关系，我们可以通过一种算法来实现，这样可以 便于理解和编程【ｌＯｌ。 用ＣＮ来表示ＬＥＤ显示屏的单基色数目，ＣＮ＝２表示为双基色，该显示屏是红、绿双色。用Ｃｎ来表示需要显示的颜色，该显示屏中Ｃｎ＝０表示红色，Ｃｎ＝ｌ表示绿色，ＣＩｌ＝３为黄色。ＣＮ＝２ ｉ＝Ｙ?１ ６＋Ｘ／４………………………………………………………………………。（４?１） …………………………………………………………………………（４―２） ………………………………………………………（４?３）ｊ＝（Ｘ％４）?ＣＮ＋ＣＩＩ通过对双色６４×１６的ＬＥＤ显示屏中数据和地址的存储关系，用同样的方法，可 以实现ＬＥＤ大屏幕中的数据组织。４．３双色ＬＥＤ显示屏显示数据介绍通过上面的数据组织，我们就可以让ＬＥＤ显示屏显示我们想要的汉字、字符或简 单的图案。下面对双色ＬＥＤ显示屏显示数据进行讨论，图４－３（ａ）是系统的总体流程图， 图４．３（ｂ）是通过ＰＣ编程生成Ｌｅｄ＿Ｓｃｒｅｅｎ［Ｙ］ＩＸ】的流程图。西南交通大学硕士研究生学位论文第２５页图４－３（ａ）ＬＥＤ显示屏总体流程图（ｂ）ＰＣ生成Ｌｅｄ＿Ｓｃｒｅｅｎ ｒＹｌ［Ｘ］的流程图从流程图可以看出可知首先通过ＰＣ机先对要预先显示的汉字或字符进行处理，生 成Ｌｅｄ Ｓｃｒｅｅｎ［］［］数组；然后在主函数中可以通过包含该数组的头文件，把数据和地址 部署到ＬＥＤ显示屏中：最后在ＬＥＤ显示屏中就显示了自己想要的汉字或字符。４．３通过ｐｒｏｔｅｕｓ对双色６４×１６的ＬＥＤ显示屏进行仿真和实际效果图Ｐｒｏｔｅｕｓ是一款优秀的电路仿真软件，它可以在ｗｉｎｄｏｗｓ上面运行，可以进行很多电 路的模拟和仿真，具体可以参考【３５】【３６】。图４．４是用Ｐｒｏｔｅｕｓ仿真的双色ＬＥＤ显示屏的效果图。图４－４ Ｐｒｏｔｅｕｓ仿真１６Ｘ６４的双色ＬＥＤ显示屏西南交通大学硕士研究生学位论文实际显示效果如图４．５所示第２６页图４－５实际显示效果图通过仿真和实际测试，验证了数据组织的正确性，同时也证明了ＬＥＤ显示屏控制 卡电路的各项指标基本符合。 在ｐｒｏｔｅｕｓ中对于６４×１６的ＬＥＤ显示，用单片机作为微处理器来仿真的效果和实 际用ＳＴＭ３２来显示的效果基本一样，但是在ＬＥＤ大屏幕仿真中用单片机就基本很难 完全显示出来，甚至画面不连续，图４－６就是采用８０５１内核的单片机来仿真１２８×１２８ 的效果图。ｉｐ，＿ｏＥｗ＇ｉｌｉＰＪ－＇！■＿诫丽羞ｉ霜’丽丽蠕ｉ而丽ｉ闹丽ｉ闹丽ｉ丽蕊ｔ?：：，．．Ⅲ¨－¨¨¨ｌ¨¨¨¨－ｌ¨¨¨¨－Ｉ¨¨¨¨－¨¨¨¨¨ｌ¨¨¨¨ｌｌ¨¨●¨印Ｉ●．．－¨ｗ．ｕＩＩｌｌｕ．Ｉｕｍｕ ｕｌｉＵｌｉＵｕｉｍｉｍＵｌｌ．Ｕ１．１ｌ，Ｕｌｌｌｌｌ！ＵｌｌｌＵＵＵ ＵｌｎｌｎｌＷＵｌｌｌＵｎｕｉｉｉ ．．＇＇‘｛：ｆ：：ｔ… ．：：：‘．＋一’：：：‘．…：：：：：：．． ．：二：二．‘．：．．二．：：．：．：：：．。：，：，：：…ｏ：：：‘：：：：：：：：’：：’：：：．’：：：：：，：。：：：：：：． ：：：：：．：：：：：：：： ‘：：：：：：：：：’二：：：：：：：．ｊ．：． ：廿ｌ：：ｆ：：｛ｊ：：‘。ｌ：：?‘：：ｔ１Ｉ：ｌ Ｉａ：ｌ｛ｌ ｌ：：－ｊ？｛＇；１?：ｉｉ叠：：：！：ｉ；：：臻畦ｊ：㈡Ｆｚ：吲曩：．?：ｏ．：誊。‘Ⅲ¨¨¨¨Ⅲ¨¨¨ＩＩ¨¨¨¨Ⅲ¨¨¨¨眦¨¨¨ⅢⅢ¨¨Ⅲ¨¨¨¨Ⅲ¨¨－¨Ⅲ¨¨¨Ｉ眦¨¨¨Ｉ哪¨¨¨－ｍＩ¨¨¨Ⅲ¨Ｉ‘图４－６单片机仿真１２８Ｘ １２８的ＬＥＤ显示屏从图中可以看出，图片不连续，有些点也不亮，而且会闪烁，当然这不仅仅是单 片机的性能问题还有Ｐｒｏｔｅｕｓ这个软件本身处理有点关系，当采用高性能的单片机有可 能不会出现上面的情况，当采用ＳＴＭ３２Ｆ１０３增强型序列的芯片作为微处理器，上面的 显示就正常，这个已经通过了实际测试得到了验证。西南交通大学硕士研究生学位论文４．３第２７页ＬＥＤ显示屏显示效果介绍水平移动和垂直移动，是ＬＥＤ显示两种最基本的显示效果，其它任何运动基本上都可以由这两种基本运动进行叠加。同时显示效果根据算法的不同，会出现各种各样 的显示效果，但由于知识产权和商业机密等原因，导致ＬＥＤ显示屏的显示效果的算法并没有完全公布和很好的交流。这也是该课题的研究价值所在，通过数据的组织分析，从而列出通用的公式和显示效果图案，进行显示效果的算法研究。 ＬＥＤ显示屏的数据组织分为静态数据组织和动态的数据组织，但我们有时候可以 认为都是动态数据组织，因为静态显示是动态显示的一个特例。静态和动态显示的划 分主要依据需要显示的区域和实际显示区域（ＬＥＤ显示屏的尺寸）的关系来定义的。所 以静态显示就是当需要显示的区域小于或等于实际显示区域，动态显示就是当需要显 示的区域大于实际显示的区域。 下面将从静态显示屏和动态显示屏两方面来研究ＬＥＤ显示屏的显示效果，进而推 导出ＬＥＤ显示屏显示效果的算法，为了讨论和理解方便采用８位单片机进行讲解。 显示效果的基本条件： ＞显示屏的宽度为Ｌｗ＝２５６： ＞显示屏的高度为Ｌｈ＝１２８； ＞微处理器：８位单片机．＞两条扫面线之间的扫描宽度为Ｓｗ＝１６： ＞显示屏的颜色为ＣＮ＝ｌ；单基色ＬＥＤ显示屏 ＞扫描线数Ｂｗ＝２（标准单色单元板） ＞共用８条扫描线分别对应为Ｄ―Ｄ７ ＞Ｘ坐标为０，ｌ，…，２５５ ＞Ｙ坐标为０，ｌ，…，１２７ ＞Ｄｏ对应于Ｙ＝０至Ｙ＝１５…Ｄ７对应于Ｙ＝Ｉ １２至Ｙ＝１２７；如果Ｙ＞１２７则Ｙ－Ｙ％１２７４．４静态ＬＥＤ显示屏显示效果算法研究为了更直观的理解静态ＬＥＤ显示屏，下面给出了示意图，如图４．７所示。通过上 面的基本条件和对双色ＬＥＤ显示屏的数据组织的分析，可以得出静态ＬＥＤ显示屏的 屏幕坐标Ｘ、Ｙ以及扫描行与显示数据存储器地址（ｉ）、位（ｊ）的关系。位地址Ｊ其实也就 是表示Ｄｏ至Ｄ７。Ｌｌｌ（ｎ＝０，ｌ，．．．１５）对应的均为Ｘ＝０，ｌ，…，２５５。扫描行为（ＤＣＢＡ），所 以Ｓｗ＝１６。具体的关系，如表４．１所示。――■―＿＿＿―●＿＿＿＿＿●●―＿＿――●＿――――――＿●＿●―――＿―――＿＿＿＿＿＿――＿＿●－＿＿＿＿―＿―――＿ＩＩ＿――●―――●―■■■■■■＿＿＿＿●―●――＿―＿＿＿＿―＿＿＿＿＿＿―■――＿西南交通大学硕士研究生学位论文第２８页Ｙ图４－７静态ＬＥＤ显示屏示意图扫描行（ＤＣＢＡ） ．显示屏ｘ坐标０ ０ １６ ３２ ｌ Ｏ １６ ３２ ＬＯ ２５５ ０ １６ ３２ ０ Ｉ １７ ３３ １ １ １７ ３３ Ｌｌ ２５５ ｌ １７ ３３ ０ １５ ３ｌ ｌ １５ ３ｌ Ｌ１５ ２５５ １５ ３１存储嚣位地址ｊ，?一ＤＯ（ＹＯ） ～Ｄｌ（Ｙ１） ＂－Ｄ２（Ｙ２） ‘一Ｄ３（Ｙ３） ～Ｄ４（Ｙ４） ＂－ＤＳ（Ｙ５）?一Ｄ６（Ｙ６）４７６３ ７９ ９５ ｌｌｌ １２７ ｆ００４７６３ ７９ ９５ １１１ １２７ ｆＯｌ４７ ６３ ７９９５ １ｌｌ １２７ ｆｆｆ显示屏Ｙ坐标４８ ６４８０ ９６ １１２４８ ６４８０４８ ６４８０４９６５４９６５ ８ｌ ９７ １１３４９６５ ８１ ９７ １１３８１９７ １１３％１１２％１１２ Ｏｆｆ‘一Ｄ７（Ｙ７）存储单元地址ｉ∞Ｏ∞ｌｌ∞ｌＯＩ１ｆｆ静态显示屏的水平移动显示可以看成是将ＬＥＤ显示屏的第一列和最后一列对接； 垂直移动显示可以看成是将ＬＥＤ显示屏的第一行与最后一行对接；斜运动和曲线运动 可以看成是这两种运动的叠加。因为静态显示是显示的区域要小于ＬＥＤ显示屏的物理 尺寸，所以静态显示主要讨论的也是水平移动和垂直移动。图４－８（ａ）就是描述了静态 ＬＥＤ显示屏水平移动显示效果的数据组织，（ｂ）图描述了静态ＬＥＤ显示垂直移动显示效 果的数据组织１３引。圈Ｉ暖１一心一～幽（ｂ）静态ＬＥＤ显示屏垂直移动数据组织图４．８（ａ）静态ＬＥＤ显示屏水平移动数据组织通过对表４．１和图４．８的分析，可以得出静态ＬＥＤ显示屏水平和垂直移动效果的 算法。 １．水平移动效果算法研究【１０】 ≯Ｌｏ，Ｌｌ，…，Ｌ１５水平移动时候扫描行时所对应的数据： ＞当左移一列时：输出Ｌｏ显示数据块时，先依次输出存储单元０００１Ｈ，－－００ＦＦＨ后，ｍ――ｌ●●■＿――■■■■■■――＿●―■■――■■■■■■■■―●●●―■●■■―■■■●―■■■●■■―●●――＿●西南交通大学硕士研究生学位论文 第２９页 最后输出００００Ｈ； …：输出Ｌ１５显示数据块时，先依次输出存储单元０Ｆ０１Ｈ－０ＦＦＦＨ 后，最后输出０Ｆ００Ｈ。 ＞用Ｘｏ表示起始的Ｘ坐标，ＡＤＤＲ＿ＢＥＧ－ｋ表示ＬＩｌ行显示数据首地址，ＡＤＤＲ＿Ｌｎ 表示输出数据的地址。 则按照上面的的结论可以推导出：输出行ＬＩＩ时，输出数据的地址的通用公式为：ＡＤＤＲ＿Ｌｎ＝ＡＤＤＲＢＥＧ＿ＪＬｌｌ＋（ｘｏ＋ｉ）％Ｌｗ（ｉ＝０，１，．．．，Ｌｗ－１）………………（４。４）所以在编程序的时候，可以先计算ＡＤＤＲ＿ＢＥＧ Ｌｎ，然后再计算ＡＤＤＲ＿Ｌｎ，这样 就可以实现水平移动效果。 ２．垂直移动效果算法研究 ＞当垂直向上移动时：第１次输出Ｌｏ，Ｌｌ，．．．，Ｌ１５；第２次输出Ｌｌ，Ｌ２，．．．，Ｌ１７；…第１５次 输出Ｌｌ １２，Ｌｌ １３，．．．，Ｌ１２７。 ＞通过上面的分析，可以得出当第Ｎ次输出为ＬＮｏ，ＬＮｌ，．．．，ＬＮｌ５ 其中Ｎｌ＝（Ｎ＋１）％１２８ 其它的依次类推： ……………………………………………………………………………．（４?５）＞通过上面的推导，我们可以用一个通用的公式来表示。首地址定义为ＡＤＤＲＢＥＧ，当第Ｎ次第Ｋ行的时候，通用公式为：ＡＤＤＲＢＥＧ＝（Ｎ×Ｌ、一Ｋ）％Ｌｈ……………………………………………．（４－６）这样在编程的时候就可以指定要显示的行进行显示，就可以实现ＬＥＤ显示屏的垂 直移动效果。４．５动态ＬＥＤ显示屏的数据组织静态显示是动态的特例，有了静态的基础，对动态的显示效果算法的研究，就相对 来说有了一定的基础。除了上面提到的基本条件外，动态ＬＥＤ显示屏的显示效果还要 增加一些条件。 １．动态ＬＥＤ显示屏显示效果增加的基本条件【ｌｏ】［３９１１４０１ ＞整个ＬＥＤ显示屏共需要的扫描线条数为Ｂｗ×Ｓｗ，分别用Ｙｏ，Ｙ１．…，Ｙａｗ－１表示。 ＞Ｌｏ为每次扫描行的第一行，即Ｙ＝０，１６，．．．，１１２ｆＶ?＇ｉ＇－?－．－ｒ：７－１一－＿ｆＹ?’Ｖ■‘ｒ…一…一……（Ｖ?，Ｘ－ｍ．Ｉ．…．Ｄｗ?Ｉ Ｙ―Ｏ．Ｉ．…ｄａｂ－｛Ｙ●－?】 ―ｏ＿． ｆＶ?’ 一－―● （Ｙｌ，吾安聃屯?――‘。。。。。。“。―。¨’“＿ ? ●，●●一一 ?一’■ａ■ｄ＇ａ■－Ｉ―－’’。。”。。。一，●ｆ＿?●ｌ●●－?●Ｂ■一ｌ一【ＹＮ＇Ｊ?一■－ｒＩｌ－’‘－?ｔ■＿―‘‘‘。。。。’一正示区域．Ｙ－工７耋芦（Ｙ－?’１㈧¨图４－９扫描线位置关系示意图西南交通大学硕士研究生学位论文第３０页囤 Ｌ――９－～Ｉ－（Ｂｗ－１）ｘＳ―ｗ！！塑！塑 ｋ――――――――――――――――――――――――――――――――――――一～一一―――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――１ＤＯ（ｊ＝ｏ叠ｎ．◆ Ｄｌ（Ｊ＝ｌ趟Ｈ卜．’，Ｄｗ嘶１）ｗ一．一一。Ｍ。胁。上”里＋”一十－十十＋＿不内存 地 址―●ｉ上占童上上｛ｉｉｌ至｛图４－１０显示数据对应存储器中的格式 ４．６Ｘ、Ｙ坐标与存储单元字节地址ｉ、位地址ｊ的关系算法的思想：通过求出扫描行Ｙｏ（存储器单元的地址Ｌｏ），然后只要输出Ｓｗ个Ｌ０行就完成了一场完整的数据显示输出。４．６．１Ｘ、Ｙ坐标与字节地址ｉ、位地址ｊ的关系基于上面的设计思想，由图４－９和４．１０中第一行显示数据的排列可得到Ｘ、Ｙｏ与 ｉ之间的关系如下【１０】【４１】：Ｘ＝ｉ％ＤｗＹｏ＝ｉ／Ｄｗ………………………………………………………………………………．（４－７）…………………………………………………………………………………（４－８）其中ｉ＝０，ｌ，…，Ｄｈ－Ｉ 由图４－９和４．１０很容易得到Ｙｉ与Ｓｗ之间的关系：Ｙｊ＝（Ｙｏ＋ｊ×Ｓｗ）％Ｄｈ ………………………………………………………（４－９）其中ｊ＝０，ｌ，．．．，Ｂｗ―ｌ由图４－９和４．１０和上面三个公式可以知道：①对于一个ｘ对应这个Ｂ－个Ｙ，也即ｉ中Ｂ－位（Ｏ，１，…，１３，－１）对应同一个Ｘ；②由（４－９）式可知：Ｙ确定了Ｂ－个Ｙ。Ｘ直接可以用（４―７）式确定，Ｙ。直接可以用（４－８）式确定，最后由（４―９）式确定了Ｙ，’Ｙ明一１。４．６．２字节地址ｉ、位地址ｊ与Ｘ、Ｙ坐标的关系由图４－９和４―１０可知：Ｘ＝０，１，…，Ｄ－一１，Ｙ＝０，１，…，ＤｌＩ一１，ｉ＝０，１，…，ＤｎＤ－一１，从而可以得出字节地址ｉ、位地址ｊ与Ｘ、Ｙ坐标之间的关系如下【。ｏｌｌ４２１【４３】：ｉ＝Ｙｏ：ｘ Ｄ－＋Ｘ………………………………………………………………………………（４一ｌｏ）（４－９）式两边同时加上（－ｊ×Ｓｗ）％Ｄｈ，由模的运算规则得到下面式子： Ｙ。＝（ＹＪ―ｊ．×Ｓ．）％ＤＩＩ …………………………………………………．．（４―１１）为了保证Ｙｏ为正数，做下面处理： Ｙ。＝（Ｄ。＋ＹＪ―ｊ×Ｓ．）％Ｄｈ…………………………………………………………。（４―１ ２）西南交通大学硕士研究生学位论文第３１页联合（４―１０）和（４―１２）式，把（４―１２）式代入（４―１０）式得：字节地址ｉ、位地址ｊ与Ｘ、 Ｙ坐标的关系如下：ｉ＝（Ｄ“＋Ｙｊ一．ｊ×Ｓ。）％Ｄｈ×Ｄ。＋Ｘ ………………………………………………．．（４―１３）（４一１３）式表明了当Ｘ、Ｙ已知的时候，为了处理的方便，我们可以将Ｙ看成是Ｙ吣Ｙ ｈ．．．ＹＢ，－－１，相应的３＝０，１，…，Ｂ，－１，在具体求解的时候，可以定Ｙ。＝Ｙ，…，Ｙ叫一Ｉ＝Ｙ，代入（４―１３）式可以求得字节地址ｉ。４．７ＬＥＤ显示屏动态显示效果的算法研究为了方便描述动态数据的组织形式，给出一个比较通用的算法来表示ＬＥＤ显示屏的动态显示效果。图４－１ １（ａ）为ＬＥＤ显示动态显示效果的示意图，（ｂ）为显示屏与显示区 域关系示意图。假设显示数据块的起始地址为Ｄｉｓｐｌａｙ―ＲＡＭ―ＢＥＧ。通过组织显示数据的 输出来现实，数据的组织可以通过下面４个步骤来完成。●～１际震纛蓊Ｉ箧鳖ｉ一一嘶Ｉ动态显示酉匿誊薹誊誊蒌羞蒌薹嬖至萎引（ｂ）显示屏与显示区域关系示意图０ｌ：图４－１１（ａ）ＬＥＤ显示屏动态显示效果示意图根据上面提到的ＬＥＤ显示屏动态显示效果算法的思想：先计算起始存储器的地址， 然后再计算起始地址所对应的扫描线的输出数据，其次再计算水平方向循环，最后输 出完整的一次扫描的显示数据。下面按这个思想进行数据组织： ①由图４－１ １（ｂ）可知确定ＬＥＤ显示屏Ｘ。、Ｙ。对应于Ｌ０（扫描线Ｙ。起始存储单元地址） 由（４－９）式和（４―１３）式和显示数据块的起始地址Ｄｉｓｐｌａｙ―ＲＡＭ―ＢＥＧ可的到ｎ们ＨＬｏ＝Ｄｉ ｓｐｌａｙ―ＲＡＭＢＥＧ＋ＹＬ％Ｄｈ×Ｄ－＋ＸＬ………………………………………～（４―１４）因为对于单元板Ｂ－为２，所以Ｂ－位分别对应于显示区域上的（Ｘ。，Ｙ。），（Ｘ。，ＹＬ＋１×Ｓ。），…，（Ｘ。，ＹＬ＋（Ｂ－一１）×Ｓ．）共Ｂ－个点。通过Ｙ。的改变，得到了了整个单元板的Ｌ０首地址。 ②输出Ｌ１个数据为了输出ＬＥＤ显示屏的实际长度，需要输出从Ｘ。，Ｘ…，…，Ｘ。＋Ｌ．一１。所以显示区域上的Ｘ可以表示为： Ｘ＝（ＸＬ＋ｋ）％Ｄ． …………………………………………………………………．（４―１ ５）其中ｋ＝Ｏ，１，…，Ｌｗ－１③Ｘ水平方向的循环，联合．（４―１４）式和（４－１５）式得到字节地址ｉ∽：西南交通大学硕士研究生学位论文第３２页ｉＩＪ０＝Ｄｉｓｐｌａｙ―ＲＡＭ―ＢＥＧ＋Ｙ。．％Ｄｈ×Ｄｗ＋（Ｘｌ，＋ｋ）％Ｄ－……………………（４―１６） ④一场完整的数据显示输出输出Ｓ，个Ｌ０行就算是完成～场完整的数据显示输出，这就要求Ｌ。＝ＹＩ．，Ｙ。．＋１…，ＹＩ＋Ｓ，一１，其中Ｘ轴不变为Ｘ１．，一共Ｓ。个点，一次完成Ｓ。次才能完成一场宽度和高度分 别为Ｌ。和Ｌｈ的显示，此时Ｌ。为：Ｌｈ＝Ｓ，×Ｂ。……………………………………………………………………………………．（４―１ ７）因为相邻的两行显示数据的起始点在存储器中相差Ｓ。，只要在上面（４―１６）式子可以 知道，只要添加一个变量就可以实现完整的数据输出，如下：ｉ＝Ｄｉ ｓｐｌａｙ ＲＡＭ ＢＥＧ＋（ＹＬ＋ｍ）％Ｄｈ×Ｄ－＋（ＸＬ＋ｋ）％Ｄ＿……………（４一１８）其中ｋ＝０，１，…，Ｌ．一１，ｍ＝０，１，…，Ｓ。一１为了突出循环显示，上面的公式可以稍加修改，条件和上面的一样，如下：ｉ＝Ｄｉｓｐｌａｙ―ＲＡＭ―ＢＥＧ＋（Ｄｈ＋ＹＬ＋ｍ）％Ｄｈ×Ｄ，＋（ＸＬ＋ｋ）％Ｄ－……．．（４―１９）第１项第２项第３项其中，第１项为显示数据存储器的首地址，第２项为两个相邻行显示数据的起始 地址的差，第３项为输出一行显示数据在存储器中的连续排列的关系。 通过上面四步对数据的组织可以实现水平、垂直、上飞入、下飞入、等等一些效 果。图４．１２和４．１３均是通过上面的数据组织实现的显示效果示意图。¨ｉＤ Ｓｗ 。 二 １＇■７Ｉ≯，，ＪＩ∽ Ｑ Ｕ 一『１『ｌ鏊溯夕ｍｆ．Ｉ¨）吣～二Ｌ｜．，． ７ Ｉ！；＝’ ■。。匿．；＝！：矗珞：鹞盟＾－－！Ｉ◆Ｈ岸！¨２尔内容ＬＥＤ显示屏水平移动的显示效果图图４．１ ２√７７，■■（，弋卜㈧‘ＥＡ／ｔ｛ｊ―叫■＿？‰、｜｜图４．１３ ＬＥＤ显示屏飞入飞出的各种效果图▲■＿西南交通大学硕士研究生学位论文第３３页下面的程序是通过上面对ＬＥＤ显示屏的数据的组织，通过程序来实现上面部分的算法。通过下面的程序的测试，也说明了上面对ＬＥＤ显示屏数据组织的正确性，在一定程度上使算法得到了一定的优化。ｗｈｉｌｅ（１）｛ｆｏｒ（ｘｏ＝ｏ：ＸＯ＜＝Ｄｗ－Ｌｗ：Ｘ０＋＋） ｆｏｒ（ｋ＝Ｏ：ｋ＜Ｄｅｌａｙ＊２０：ｋ＋＋）Ｄｉ ｓｐｌａｙ―Ｌｅｄ―Ｓｃｒｅｅｎ（ｘｏ，Ｏ）： ｆｏｒ（ｋ＝Ｏ：ｋ＜Ｄｅｌａｙ＊１０：ｋ＋＋） Ｄ ｉ ｓｐ １ ａｙ―Ｌｅｄ―Ｓｃｒｅｅｎ（Ｄｗ―Ｌｗ，Ｏ）：／／从左至右 ，／保持 ／／从上至下 ，，保持 ／／从右至左 ，，保持 ／／从下至上 ，，保持 ，／队上至右斜－Ｆ ／／保持 ／／从下至上 ／／保持 ／／从上至左斜－Ｆ ／／保持 ／／从下至上ｆｏｒ（Ｙ０＝０：ＹＯ＜＝Ｄｈ－Ｌｈ：ＹＯ＋＋） ｆｏｒ（ｋ＝０：ｋ＜Ｄｅｌａｙ＊２０：ｋ＋＋）Ｄｉ ｓｐ ｌ ａｙ―Ｌｅｄ―Ｓｃｒｅｅｎ（Ｄｗ―Ｌｗ，ＹＯ）： ｆｏｒ（ｋ＝Ｏ：ｋ＜Ｄｅｌａｙ＊２０：ｋ＋＋） Ｄ ｉ ｓｐ ｌ ａｙ―Ｌｅｄ―Ｓｃｒｅｅｎ（Ｄｗ―Ｌｗ，Ｄｈ―Ｌｈ）： ｆｏｒ（Ｘ０＝Ｄｗ―Ｌｗ：ＸＯ＞＝Ｏ：ＸＯ－－）ｆｏｒ（ｋ＝０：ｋ＜Ｄｅｌａｙ＊２０：ｋ＋＋）Ｄ ｉ ｓｐ ｌａｙ＿Ｌｅｄ＿Ｓｃｒｅｅｎ（ｘｏ，Ｄｈ－Ｌｈ）：ｆｏｒ（ｋ＝０：ｋ＜Ｄｅｌａｙ＊２０：ｋ＋＋）ｓｐｌａｙ―Ｌｅｄ―Ｓｃｒｅｅｎ（Ｏ，Ｄｈ―Ｌｈ）： ｆｏｒ（ＹＯ＝Ｄｈ―Ｌｈ：ＹＯ＞＝Ｏ：Ｙ０一一）ｆｏｒ（ｋ＝０：ｋ＜Ｄｅｌａｙ＊２０：ｋ＋＋）Ｄｉ ｓｐｌａｙ―Ｌｅｄ―Ｓｃｒｅｅｎ（０，Ｙ０）： ｆｏｒ（ｋ＝Ｏ：ｋ＜Ｄｅｌａｙ＊２０：ｋ＋＋） Ｄｉ ｓｐｌａｙ―Ｌｅｄ―Ｓｃｒｅｅｎ（Ｏ，Ｏ）：Ｄｉｆｏｒ（ＹＯ＝Ｏ：Ｙ０＜Ｄｈ－Ｌｈ：Ｙ０＋＋） ｆｏｒ（ｋ＝０：ｋ＜Ｄｅｌａｙ＊２０：ｋ＋＋）Ｄｉ ｓｐｌａｙ＿Ｌｅｄ＿Ｓｃｒｅｅｎ（４＊ＹＯ，ＹＯ）：ｆｏｒ（ｋ＝０：ｋ＜Ｄｅｌａｙ＊２０：ｋ＋＋）Ｄ ｉ ｓｐ １ ａｙ―Ｌｅｄ―Ｓｃｒｅｅｎ（Ｄｗ―Ｌｗ，Ｄｈ―Ｌｈ）：ｆｏｒ（ＹＯ＝Ｄｈ―Ｌｈ：ＹＯ＞＝Ｏ：ＹＯ－－）ｆｏｒ（ｋ＝０：ｋ＜Ｄｅ ｌａｙ＊２０：ｋ＋＋）Ｄｉ ｓｐ ｌ ａｙ＿Ｌｅｄ．．ｓｃｒｅｅｎ（Ｄｗ―Ｌｗ，ＹＯ）： ｆｏｒ（ｋ＝０：ｋ＜Ｄｅｌａｙ＊２０：ｋ＋＋） Ｄｉ ｓｐｌａｙ―Ｌｅｄ―Ｓｃｒｅｅｎ（Ｄｗ－Ｌｗ，Ｏ）：ｆｏｒ（ＹＯ＝Ｏ：ＹＯ＜Ｄｈ－Ｌｈ：ＹＯ＋＋）ｆｏｒ（ｋ＝０：ｋ＜Ｄｅ ｌａｙ＊２０：ｋ＋＋）Ｄ ｉ ｓｐ ｌ ａｙ＿Ｌｅｄ＿Ｓｃｒｅｅｎ（Ｄｗ―Ｉ用一４＊Ｙ０，ＹＯ）： ｆｏｒ（ｋ＝０：ｋ＜Ｄｅ ｌａｙ＊２０：ｋ＋＋） Ｄｉ ｓｐｌａｙ―Ｌｅｄ―Ｓｃｒｅｅｎ（０，Ｄｈ―Ｌｈ）： ｆｏｒ（ＹＯ＝Ｄｈ－Ｌｈ：ＹＯ＞＝Ｏ：ＹＯ－－） ｆｏｒ（ｋ＝０：ｋ＜Ｄｅｌａｙ＊２０：ｋ＋＋） Ｄ ｉ ｓｐ ｌ ａｙ―Ｌｅｄ―Ｓｃｒｅｅｎ（Ｏ，ＹＯ）： ｆｏｒ（ｋ＝０：ｋ＜Ｄｅｌａｙ＊２０：ｋ＋＋） Ｄｉ ｓｐｌａｙ―Ｌｅｄ―Ｓｃｒｅｅｎ（０，Ｏ）：，，保持）这个程序就是实现了ＬＥＤ显示屏从左至右、从上至下、从上至左斜下等一些显示效 果中。４．８本章小结本章首先对双色ＬＥＤ显示屏的数据进行组织，用同样的方法可以实现大屏幕的数 据组织；然后对其进行仿真和实物调试，证明了数据组织的正确性；最后在上面的基 础上对ＬＥＤ显示屏显示效果进行分析，同时研究其显示效果的算法，得出了一些比较 通用的显示效果算法。西南交通大学硕士研究生学位论文第３４页第５章系统软件设计整个系统的软件主要包括二个部分：微处理器控制软件和上位机应用软件。微处 理器控制软件主要完成系统初始化、下位机和上位机的通信和显示控制和处理器发送 的数据、刷新ＬＥＤ显示屏显示等；上位机程序用于人机交互，方便用户使用显示屏。 下面主要讲述汉字字库和ＡＳＣＩＩ码在ＬＥＤ显示中的处理及一些上位机软件。５．１微处理器程序总体框图微处理器是整个ＬＥＤ显示屏系统的核心，微处理器程序主要实现两大功能：一是更新ＬＥＤ显示屏显示内容，对ＦＬＡＳＨ存储器模块进行管理：二是实现上位机和下位 的通信。根据系统设计的需要，将微处理器程序划分为四个独立的模块：串口通信模 块、显示模块、ＦＬＡＳＨ管理模块和ＡＳＣＩＩ码和汉字字库的处理模块，如图５．１所示。 串口通信模块：实现串口的基本功能，接收上位机数据；显示模块：对需要显示的内 容进行数据的组织和处理：ＦＬＡＳＨ管理模块：主要实现外部ＦＬＡＳＨ的擦除、数据写 入等功能；汉字字库和ＡＳＣＩＩ码的处理模块：根据显示的内容对汉字和ＡＳＣＩＩ码进行显示或修改，可实现一次性全部显示，方便修改与编程。有些模块上面已经讨论过，下面主要程序算法的流程图、讨论ＬＥＤ显示对汉字及ＡＳＩＩ码的处理和上位机软件。主程序Ｉ ｌ串口通信Ｉ模块 显示模块ＩＦＬＡＳＨ管理ｌＡＳＣＩＩ码和 汉字模块模块图５―１微处理器程序总体框图５．２微处理器程序总体软件设计图５．２是微处理的程序流程图，从图中可以看出在程序运行前，首先要对一些函 数进行初始化，Ｓｔｍ３２ＣｌｏｃｋＩｎｉｔ函数主要功能是初始化ＳＴＭ３２的时钟，其中包括对向量表进行配置和一些相关的外设的复位进行配置，通过这些配置之后系统时钟可达 到７２ＭＨｚ；其次要对一些外设进行初始化，如串口、Ｉ／Ｏ口等进行初始化；为了可以 进行选择不同的模式，采用了按键来选择模式，通过按键可以选是时钟模式、温度模 式还是图文模式等；最后通过就是对各个模块函数进行调用显示，就可以实现不同的 显示模式。ＬＥＤ显示屏的显示的具体过程和流程图，可以参考第四章对６４×１６的ＬＥＤ 显示屏的处理，数据的组织原理的原理基本相同，因为大屏幕是由ＬＥＤ显示屏单元板 拼接而成的。图５．２微处理器程序流程图下面主要给出４个程序，分别为：系统时钟初始化、Ｉ／Ｏ和串口初始化、ＳＰＩ模块 初始化、串行Ｆｌａｓｈ初始化，程序都经过ｖｉｓｉ０２００７编辑过。／捌喇嘲嘲材＃系统时钟初始化函数树捌嘲喇脚陴＿＃／ ／辩ｐｌｌ：ｉｆ掸的倍频数．从２开始，最大值为１６肄／ｖｏｉｄ／树利喇喇中件抖｛切始化１０、串口Ｌ＾ＲＴｌ捌制喇脚件料捌嘲体料，（ｂ）／＃ｐｃｌｋ２：ＰｃＬＩ（２时钟频率（硼ｚ）Ｂｏｕｎｄ：波特宰＃／ｖｏｉｄＳｉｍ３２一Ｃｌｏｃｋ－Ｉｎｉｔ（ｕ８ ＰＬＬ）／／ＰＬＬ参数用来倍频ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｃｈａｒＵａｒｔ―Ｉｎｉｔ《ｕ３２ ｐｃｌｋ２。ｕ３２ Ｂｏｕｎｄ）ｆｌｏａｔ ｔｅｍｐ； ｕ１６＝ａｎｔｉｓｓａ： ｕ１６ ｆｒａｃｔｉｏｎ：｛ ｔｍｐ－－Ｏ； ／／复位并配置向量表 盯Ｒ伐一Ｉ）ｅｌｎｉｔ ０：｛Ｒｃｃ一）ＣＲ＝Ｏｘ０００１００００：／／外部Ｉｊ；ｌｉ速时钟使能ＨＳＢＯＮ ／／ＲＣＣ一＞ｃＲ时钟配置寄存器．第１７位为外部ｌ铺速时钟就绪 ｗｈｉｌｅ（！（Ｒｃｃ一）ＣＲ）＞１７））：／／等待外部时钟就绪 ／／通过设置时钟配置寄存器８－１０位来保证ＡＰＢｌ时钟频率不超过３６蛐２Ｒｃｃ－＞ＣＦＧＲ＝ＯＸ０００００４００：／／ＡＰＢＩ＝ＤＩＶ２：ＡＰＢ２＝ＤＩＶＩ；ＡＨＢ＝ＤＩＶＩ： ＰＬＬ－＝２；／／抵ｉｌｊ２个单位９―２ ０１ｌｌ ＰＬＬ放大９倍 Ｒｃｃ－＞ｆｆＧＲ＝ＰＬＬ＜＜１８：Ｒｃｃ?＞ＣＦ６Ｒ：ｌ＜＜１６；ｔｅｍｐ＝（ｆｌｏａｔ）（ｐｃｌｋ２＊１００００００）／（Ｂｏｕｎｄ＊１６）：／／得蛩ＩＵＳＡＦｒＤＩＶｍａｎｔｉｓｓａ＝ｔｅｍｐ；ｉｌｌ，ｌｅａ敢部分ｆｒａｃｔｉｏｎ＝（ｔｅｍｐ－ｍｎｔｉｓｓａ）＊１６；／／得到小数部分ｌａｎｔｉｓｓａ＜＜：４： ＩｌａＤｔｉｓｓａ＋＝ｆｒａｃｔｉｏｎ； ＲＣＣ一＞＾ＰＢ２Ｅ诹：ｌ（（２： Ｒｃｃ一＞ＡＰＢ２刚Ｒ：ｌ＜＜１４：ＦＬｋ涮－＞ＡＣＲ＝０ｘ３２；Ｒｃｃ－＞ＣＲ＝ＯｘＯｌ００００００：／／设ＹＰＬＬ值２、１６ ／／ＰＬＬＳＲＣ ＯＮ ／／ＦＬＡＳＨ ２个延时周期 ／／ＰＬＬＯＮ／／使能ＰｏＲＴＡ口时钟／／使能串口时钟／／通过时钟柠制寄存器的第２４位．使能ＰＬＬ ｗｈｉｌｅ（！（ＲＣＣ一＞ＣＲ）＞２５））：／／通过判断寄存嚣的第２５位．看一下ＰＬＬ是否准备就绪ＧＰＩＯＡ－＞ＣＲ眦＝ＯＸＦ阡ＦＦＯＯＦ：／／清９。ｌＯ两位 ＧＰｌ０＾一＞Ｃ洲：ＯＸ０００００８１３０；／／１０状态设置Ｒ（Ｅ一＞ＡＰＢ２ＲＳｌｌｌ：ｌ＜＜Ｈ：／／复位串口ｌＲｃｃ一＞＾ＰＢ２ＲｓＴ雎：’（１＜}