異步LED顯示屏控制系統設計

　　基于LED技術(shù)的大屏幕顯示屏已經(jīng)廣泛用于廣場(chǎng)、機場(chǎng)、體育場(chǎng)館和車(chē)站等公共場(chǎng)所，在大屏幕上顯示文字、動(dòng)畫(huà)、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(shí)，不需要經(jīng)過(guò)計算機對數據進(jìn)行處理，是直接讀取存放在顯示器緩沖區中的信息來(lái)顯示的，當需要更新信息時(shí)，顯示屏的數據采集模塊向顯示模塊發(fā)送新數據。本文利用高速數據存儲和處理的技術(shù)方法，設計了一種彩色異步LED大屏幕顯示屏控制系統。

　　1系統設計

　　1.1系統的總體框架

　　本文設計的LED大屏幕顯示屏控制系統總體框架如圖1所示。

　　從圖中可以看出，系統主要包括以下4個(gè)組成部分：

　　1)上位機用戶(hù)控制平臺部分，主要用于對圖像數據進(jìn)行壓縮和對顯示信息的修改;

　　2)基于A(yíng)RM的屏幕通信接口部分，用于實(shí)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(shí)現圖像灰度調制和重構;

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

　　如圖2所示為系統的數據流圖。

　　1.2系統硬件設計

　　目前有兩種主流主處理器供顯示屏控制系統使用，一種是ARM，另一種是ATMEL公司生產(chǎn)的89055。因為ARM不但運算速度快，還可以對各種數字信號進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，很適合LED大屏幕控制系統的主處理器在運行過(guò)程中需要對大量數據進(jìn)行搬移的特點(diǎn)，同時(shí)也為設計后期的軟件編程留有充裕的時(shí)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(tài)顯示不同的信息。因此，實(shí)現對大屏幕顯示內容的實(shí)時(shí)更新和調整是LED大屏幕控制系統設計中必須要進(jìn)行的重要環(huán)節。對于LED顯示器與上位機的通信功能進(jìn)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(wǎng)通信、串口通信和無(wú)線(xiàn)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(hù)的使用。

　　1.2.2顯示控制模塊設計

　　屏幕控制電路是LED大屏幕控制系統中的一個(gè)重要組成部分，顯示屏控制邏輯電路生成讀寫(xiě)控制信號和訪(fǎng)問(wèn)顯示緩沖區數據的地址，讀取出來(lái)的顯示數據通過(guò)顯示驅動(dòng)程序發(fā)送到LED顯示屏顯示。顯示控制模塊主要由讀/寫(xiě)地址產(chǎn)生器、計數器、讀/寫(xiě)地址選擇器、讀/寫(xiě)選擇器、讀/寫(xiě)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(dòng)邏輯等各個(gè)部分的功能。顯示控制模塊的硬件結構圖如圖3所示。

　　在控制電路中，數據總線(xiàn)將CPLD與ARM之間連接起來(lái)，S3C44B0X通過(guò)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(jīng)過(guò)相關(guān)處理后，調用不同的動(dòng)態(tài)顯示效果程序將SDRAM中的圖像數據循環(huán)寫(xiě)入CPLD緩沖區，CPLD生成相應的時(shí)序轉換，串行輸出至LED驅動(dòng)電路。

　　2.LED大屏幕控制系統軟件設計與實(shí)現

　　考慮到系統硬件驅動(dòng)程序的運行效率以及軟件的開(kāi)發(fā)周期，本系統采用C語(yǔ)言作為軟件的開(kāi)發(fā)工具。

　　設計的應用程序要實(shí)現與顯示屏硬件的連接功能，一要與系統底層的硬件驅動(dòng)程序進(jìn)行通信，二要為用戶(hù)提供控制界面并可以接收用戶(hù)輸入的各種指令。為此，采用VisualC++作為系統應用程序的開(kāi)發(fā)工具。通信應用程序使用MSComm(MicrosoftCommunicationsControl)控件來(lái)編寫(xiě)，MSComm是微軟公司為用戶(hù)提供的簡(jiǎn)化Window、下串行的通信編程ActiveX控件。MSComm控件通過(guò)外部設備的串行端口進(jìn)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(jìn)行串口的編程非常快捷、方便。MSComm控件是基于事件驅動(dòng)的，在一般情況下，在事件發(fā)生時(shí)必須要得到通知。在實(shí)際編程中，可以在OnComm事件處理函數中加入自己編寫(xiě)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(guò)程中出現通信錯誤。OnComm控件的最大優(yōu)點(diǎn)是程序響應的時(shí)間非常短，可靠性較高。每個(gè)MSComm控件于一個(gè)串行端口對應。如果應用程序需要訪(fǎng)問(wèn)多個(gè)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(guò)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(lèi)的派生類(lèi)出現的，在系統初始化時(shí)必須創(chuàng )建這個(gè)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(diǎn)。針對上述存在的問(wèn)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(dòng)電路，實(shí)現了異步LED大屏幕的彩色圖像、文字和視頻等的顯示。