湖南大学毕业设计(论文) 第39页目 录1.绪论31.1 LED显示屏产业发展现状及发展趋势31.2 ARM处理器的发展现状51.3 本课题设计的目的与研究方法71.4 本论文的主要内容82 基于ARM的LED显示单元的基本原理92.1 ARM7的基本原理92.1.1 ARM7概述92.1.2 UART串口102.2 LED点阵显示屏122.2.1 LED点阵屏的显示原理122.2.2 LED的驱动原理122.2.3 LED显示屏的优点132.3 ARM对LED的控制显示142.4 RS485通信协议163.毕业设计整体规划173.1整体思路173.2 芯片选型：173.3 原理简介184.系统硬件设计214.1 电源模块的设计214.2 ARM模块的设计234.3 串口模块的设计264.4 LED屏控制模块285 系统的软件设计315.1 ARM ADS集成开发环境的介绍315.2 软件的控制流程分析335.2.1握手信号的流程与通信数据帧格式335.2.2 通信实例分析355.3 ARM主程序的设计365.3.1 主程序的简要分析365.3.2 主程序流程图365.4 中断子程序的设计375.4.1 中断子程序的简要分析375.4.2 中断子程序流程385.5 LED控制器的工作流程40结束语411.绪论1.1 LED显示屏产业发展现状及发展趋势进入新世纪LED 显示屏的技术和产业都取得了长足的发展，作为重要的现代信息发布媒体之一LED显示屏在证券交易、金融、交通、体育、广告等领域被广泛地应用。 伴随社会信息化进程的推进LED 显示屏技术也在不断地推陈出新，应用领域愈加广阔。LED显示屏是八十年代后期全球迅速发展起来的新型信息显示媒休, 它利用发光二极管构成的点阵模块成像素组成大面积显示屏幕, 以可靠性高、使用寿命长、环境适应能力强、价格性能比高、使用成本低等特点, 在短短的十来年中, 迅速成长为平板显示的主流产品，在信息显示领域得到广泛的应用。我国LED显示屏产业自90年代以来，到目前中国LED 显示屏产业已初具规模，形成了一批具有一定规模的骨干企业。据不完全统计，全国从事LED 显示屏的各类企业约有150 家，从业人员近万人。其中130 家企业加入了中国光学光电子行业协会LED 显示屏分会，年度销售总额占全国同行业的80% 以上。目前国内主要LED 显示屏制造厂商主要集中在华东、华北、华南区域。大型制造商的市场范围几乎覆盖了整个中国。国内LED 厂商中，年产值上千万的有20 余家在规模迅速发展的同时，产品技术也推陈出新，一直保持了在该领域内比较先进的水平。早在90年代初，国产的LED显示屏就具备了成熟的16级灰度256色视频控制技术和无线遥控等，代表了当时的国际先进技术水平。近几年，在全彩色LED显示屏256级灰度视频控制技术、集群无线控制、多级群控技术等方面，均有居国内外先进技术水平的产品出现。在LED显示屏控制专用大规模集成电路方面，国内企业也有开发生产并得到了实际应用。进入二十一世纪的示技术将是平板显示的时代, LED显示屏作为平板显示的主导产品之一无疑会有更大的发展, 井有可能成为二十一世纪平板显示的代表性主流产品。高亮度、全彩化蓝色及纯绿色LED 产品自出现以来，成本逐年快速降低，已具备成熟的商业化条件。基础材料的产业化，使LED全彩色显示屏产品成本下降，应用加快。目前国际上LED红管的单价急剧下跌，某些厂商的蓝管价格也下降到0.8美元/颗，纯绿管逐渐大批量生产，显示屏屏体价格会逐步降低；同时，随着控制技术的发展和屏体稳定性的提高，使显示屏的质量也较过去为佳。全彩色LED 显示屏将是LED 显示屏的重要发展方向。LED产品性能的提高，使全彩色显示屏的亮度、色彩、白平衡均达到比较理想的效果，完全可以满足户外全天候的环境条件要求，同时，由于全彩色显示屏价格性能比的优势，预计在未来几年的发展中，全彩色LED显示屏在户外广告媒体中会越来越多地代替传统的灯箱、霓红灯、磁翻板等产品，体育场馆的显示方面全彩色LED 屏更会成为主流产品。据不完全统计，世界上目前至少有150家厂商生产全彩屏，其中产品齐全，规模较大的公司约有30 家左右，主要分布在美国、欧洲、亚洲(日本、中国台湾、中国大陆)。国内从1994、1995 年开始生产全彩色显示屏，到2001年底，全国范围内的全彩色LED 显示屏达到300 多块。全彩色LED 显示屏的广泛应用会是LED 显示屏产业发展的一个新的增长点。标准化、规范化材料、技术的成熟及市场价格的基本均衡之后，LED显示屏的标准化和规范化将成为一个新趋势。近几年业内的发展，市场竞争在传统产品条件下是以价格作为主要的竞争手段几番价格回落调整达到基本均衡，产品质量、系统的可靠性等将成为主要的竞争因素，这就对LED显示屏的标准化和规范化有了较高要求。1999年，中国光协光电器件分会LED 显示屏专业委员会在昆明组织起草了LED 显示屏检测方法，经修改后，于2000年8月正式印发。目前电子标准化研究所与LED 显示屏专业委员会正在就标准体系和具体标准的建立组织力量进行有关工作。产品结构多样化信息化社会的形成, 信息领域愈加广泛, 显示屏的应用前景更为广阔。预计大型或超大型LED显示屏的主流产品局面将会发生改变, 适合护服务行业特点和专业性要求的小型LED示屏会有较大提高, 而向信息服务领域的LED显示屏产品门类和品种体系将更加丰富部分潜在的市场需求和应用领域将会有所突破, 如公共交通、停车场、餐饮、医院等综合服务方面的信息显示屏需求量将有更大的提高，大批量、小型化的标准系列LED显示屏在LED显示屏市场总量中将会占有多数份额。1.2 ARM处理器的发展现状ARM是Advanced RISC Machines的缩写，是微处理器行业的一家知名企业，该企业设计了大量廉价、高性能、低功耗的RISC处理器、相关技术及软件。ARM公司于二十世纪90年代成立于英国剑桥大学，在十多年的发展历程中，ARM公司已经成长为IP核设计领域的一面旗帜。ARM处理器核当前有7 个系列产品:ARM7 , ARM9 , ARM9E , ARM10E , SecurCore ,ARM11 以及最新的Cortex 系列。其中,ARM7 、ARM9 、ARM9E、ARM10E 为4 个通用处理器系列,每一个系列提供一套相对独特的性能来满足不同应用领域的需求,SecurCore 系列专门为安全要求较高的应用而设计,产品性能见表1。 表1.1 ARM处理器内核性能A R M 技术的发展趋势1. 高度集成化的SOC 趋势ARM 公司是一家IP 供应商，其核心业务是IP核以及相关工具的开发和设计。半导体厂商通过购买ARM 公司的IP 授权来生产自己的微处理器芯片，从而产生了一大批高度集成、各具特色的SOC芯片。例如Intel公司的XScale 系列集成了LCD 控制器、音频编/ 解码器，定位于智能PDA市场；Atmel 公司的AT91系列片内集成了大容量Flash 和RAM、高精度A/D 转换器以及大量可编程I/O 端口，特别适合于工业控制领域；Philips公司的LPC2000系列片内集成了128位宽的零等待Flash存储器以及I2C、SPI、PWM、UART 等传统接口。2. 软核与硬核同步发展的S O P C技术随着亚微米技术的发展，FPGA 芯片密度不断增加，并以强大的并行计算能力和方便灵活的动态可重构性，被广泛地应用于各个领域。但是在复杂算法的实现上，FPGA 却远没有32 位RISC 处理器灵活方便，所以在设计具有复杂算法和控制逻辑的系统时，往往需要RISC 和FPGA 结合使用，SOPC 技术就是在这样的环境下诞生的。S O P C 技术中以N i o s 和MicroBlaze为代表的RISC处理器IP核、各种标准外设IP核以及用户以HDL 语言开发的逻辑部件可以最终综合到一片FPGA 芯片中，实现真正的可编程片上系统，此时的嵌入式处理器称之为“软处理器”或“软核”。 SOPC 技术的另一个重要分支是嵌入硬核。集高密度逻辑(FPGA)、存储器(SRAM)及嵌入式处理器(ARM/PPC)于单片可编程逻辑器件上，实现了高速度与编程能力的完美结合。3. 与DSP 技术融合传统的嵌入式微处理器可以分为微控制器MCU、微处理器MPU和数字信号处理器DSP，然而随着技术的发展，它们之间的区别也变的越来越模糊，并有逐步融合的趋势。现在不少的MCU 和MPU 具备了DSP的特征，例如采用哈佛结构，增加了乘加运算指令等；同时不少DSP 芯片内部也集成了A/D、D/A、定时/ 计数器和UART 等。4. 开发和调试手段不断完善随着嵌入式应用系统的日益复杂化以及开发周期越来越短，开发和调试手段也发生了很大改变。硬件方面由于QFP 和BGA 封装的逐渐普及，以边界扫描接口(JTAG)为基础的在电路仿真调试手段(ICE)正在普及，更为先进的片上实时跟踪(Trace)技术也已浮出水面。软件方面，采用嵌入式操作系统来管理软、硬件资源，同时传统的C语言和汇编语言混合编程的模式也因为引入面向对象思想以及C和Java语言而发生了很大改变。5. 软件工程思想融入嵌入式软件嵌入式软件规模不断扩大，以往的面向过程的模块化分析方法已经很难满足要求。基于对象的统一建模语言(UML)可以描述对于实时系统极为关键的结构和行为方面，并且已成为有效设计的优秀媒介。首先，采用有限状态机(FSM) 、统一化规格语言(CSP)和硬件描述语言(HDL)等方法对系统进行抽象描述，对软/硬件统一表示，便于功能划分和综合；然后，在此基础上对软/ 硬件进行划分。这种方法的特点是在协同设计、协同测试和协同验证上，充分考虑软/硬件的关系，并在设计的每个层次上给予测试验证，使得尽早发现和解决问题。1.3 本课题设计的目的与研究方法本设计是智能公交管理系统的一个项目分支，主要设计目标是实现：当公交车到达某一个车站时，将通过GPRS接收所到站点信息资料，并且自动在LED显示屏上显示出来，方便乘客了解该站的基本信息，通过ARM7处理器控制。本设计的最终目标是设计出一个基于ARM7的LED点阵式显示屏的显示控制模块，实现对汉字的滚动显示。本课题主要是通过设计LED显示屏的控制系统（基于ARM）来达到一个让我掌握设计研究的基本思路、过程、方法。并通过具体的课题设计进一步的加深和巩固对RAM芯片、C+语言、LED显示屏的结构和工作原理等知识的认识。 本设计采用的研究手段主要步骤如下：选取合适的便于ARM7控制的车载LED屏。LED显示屏主要由LED点阵组成，为了缩短开发周期，争取选用已经安装好底层驱动，具备标准串行接口的LED显示屏模块。实现ARM接口与LED接口的匹配。由于汉字显示时，对数据的传输数率要求不高，故可采用串口传输。本课题设计的重难点是：显示屏控制系统的芯片选型，与主电路的接口设计，LED显示屏的结构原理以及如何驱动。重点：1.芯片的选型，主要是抓住设计的整体思路，明确设计所要达到的目的、要求，从而选择符合要求，经济合理的芯片。2.接口设计，要阅读相关的文献，人机界面与控制板之间的接口通信采用RS-485接口，控制板内部的接口是具体情况而定。难点：本设计的难点要属LED显示屏的结构原理以及如何驱动，由于要显示汉字且根据公交车提示屏的大小尺寸采用若干88点阵L