基于ARM的大屏幕LED显示系统的设计 第3页
单片机嵌入于各种设备及应用产品内部，以各种设备、产品的形态出现，
即计算机的嵌入式应用，区别于通用微机一台式计算机。以嵌入式形态出现的
计算机占整个计算机生产量的80%以上!“二，所构成的计算机系统为嵌入式系统
‘Em匕edded即stem):嵌入式系统的出现至今已有30多年的历史，近几年来，
计算机、通信、消费电子的一体化趋势日益明显，嵌入式技术已成为一个研究
热点。
1嵌入式系统的定义
嵌入式系统是指以应用为核心、以计算机技术为基础、软硬件可裁剪，以
及适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗严格要求的专用计算机系
统上’乃〕。它主要由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户应
用软件等部分组成，用于实现对其它设备的控制、监视和管理等功能，它通常
嵌入在主要设备中运行。
2嵌入式系统的技术特点〔‘6〕
(1)嵌入式系统是集软件、硬件于一体的高可靠性系统。软件除操作系
统外，还需有完成嵌入式系统功能的应用软件;硬件除核心硬件CPU，其主流
系列为A刚、M工PS外，还需有外围电路支持，微处理器、微控制器已构成嵌入
式系统硬件的基础。
(2)嵌入式系统是资源开销小的高性价比系统。由于嵌入式系统技术日
益完善，各种高性能嵌入式应用系统层出不穷，它已是资源开销小的高性价比
的一类应用系统。其大多使用闪存(FlashMemory)，以满足高性能、高可靠
性、系统资源开销小的要求。
(3)嵌入式系统是功能强大、使用灵活方便的系统。嵌入式系统应用的
广泛性，要求该系统通常是无键盘、无需编程的应用系统。
嵌入式系统按其技术的发展经历了四个阶段仁’7〕:以单芯片可编程控制器为
核心的系统;以嵌入式CPU为基础，以简单操作系统软件为核心的阶段;以完
善的嵌入式实时操作系统为标志的嵌入式系统;以工nternet为标志的嵌入式
系统。嵌入式系统发展到今天其技术日益完善，32位微处理器，即X86CPU和
嵌入式CPU(ARM、M工PS、SH三大类)以及DSP，在嵌入式系统中占主导地位;
嵌入式操作系统已经从简单走向成熟，嵌入式系统与网络、工nternet结合日益
硕士学位论文
密切
1.4课题的目的、意义及主要研究内容
L印显示屏是随着计算机及相关的微电子、光电子技术的迅速发展而形成
的一种电子广告媒体，它越来越广泛地应用到工业、交通、金融及信息广告等
各行业。如今LED显示屏的应用越来越向面积大和分辨率高两个方向发展，进
而增加了传输和存储数据的量〔’8〕。而目前，各种大屏幕LED显示屏的控制常采
用的是8位或16位的微处理器，由于这些微处理器系统的运行速度、寻址能
力和功耗等问题，己难满足显示区域较大、显示内容切换频繁的相对较复杂的
嵌入式应用场合。同时，目前的LED显示系统一般作为一个独立的系统存在，
或通过RS232、RS485方式与PC机进行近距离的通信，不能满足需要远距离控
制的使用要求。
本课题针对目前大屏幕LED显示系统存在的问题，结合当今先进的微控制
器产品、控制技术和通信技术，实现高性能、低成本、低功耗、小体积的大屏
幕LED控制器。
为实现上述目的，采用基于ARM核的新一代32位嵌入式RISC微处理器组
成前级驱动电路，采用PC机用于后级管理和控制，可方便地组成由多块大屏
幕LED显示器构成的显示系统，与传统的基于8位/16位普通单片机的L印显
示系统相比较，该系统在不显著增加系统成本的情况下，可支持更大可视区域
的稳定显示，同时可以存储更多的显示内容。
随着工nternet技术深入到企业管理和控制之中，这就要发展管控一体化
的系统集成技术和系统。通过以太网和Web技术实现开放型分布式智能系统，
基于以太网和TCP/IP协议的技术标准，提供模块化、分布式、可重用的自动
化方案〔’9」。由于8位/16位单片机速度不够快且内存不够大，较难满足嵌入式
设备的上网要求，而基于32位微处理器的嵌入式设备能满足上网的要求。本
系统采用ARM微处理器，由于具有强大运算能力和丰富的片内外围，还可将LED
显示屏方便的接入以太网络，每一个LED显示控制器可作为一个网络节点，方
便的组成基于以太网的多个LED显示屏控制系统，以满足更高、更复杂的使用
要求。
本课题的主要研究内容包括:
硕士学位论文
(1)根据收集的资料和已有设计方案对LED显示屏的控制系统进行改进和
进一步的设计。
(2)根据系统总体方案进行基于32位ARM微处理器(53C4510B)的大屏
幕LED显示系统控制器的硬件设计，主要包括ARM微处理器的系统配置及相关
的接口电路的设计;基于ARM的LED显示屏动态扫描电路的设计;系统与上位
机之间串口通信的设计。
(3)根据LED显示屏的工作原理、功能以及硬件系统进行系统软件设计，
主要包括系统软件模块的划分，各模块程序流程的详细设计，并用汇编语言和
C语
一
言对ARM微处理器控制系统各模块进行详细编制，用软件V既.0进行上位
机的串口通信程序开发。
(4)基于工业以太网的大屏幕LED显示系统组成的方案设计。
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2.基于L印显示器的大屏幕L印显示系统的组成
2.1LEO器件的工作原理
2.1.IL印器件发光的基本原理
发光二极管(1ightemittingdiode，LED)，是一种把电能变成光能的特
种器件，当电流如图2一1所示通过它的时候，可以产生可视的光[2()〕。
阳极戈少I二+V一砚ED
R
图2一1开启一个L印
发光二极管的结构主要由PN结芯片、电极和光学系统构成。我们知道，
发光是一种能量转化现象。当系统受到外界激发后，会从稳定的低能态跃迁到
不稳定的高能态;当系统由不稳定的高能态重新回到稳定的低能态时，能量差
以光的形式辐射出来，就会产生发光现象陀‘l。当在PN结上加以正向电压之后，
尸区的空穴注入至N区，N区的电子注入至P区，相互注入的电子与空穴相遇
后即产生复合，这些少数载流子在结的注入和复合中产生辐射而发光。它是自
发辐射发光，不需要较高的注入电流产生粒子数反转分布，也不需要光学谐振
腔，发射的是非相干光。
2.
1.2LED器件的驱动
从LED器件的发光机理可以知道，当向LED器件施加正向电压时，流过器件
的正向电流使其发光。因此LED的驱动就是要使它的PN结处于正偏置，同时
为了控制它的发光强度，还要解决正向电流的调节问题。具体的驱动方式有直
流驱动、恒流驱动、脉冲驱动和扫描驱动等，本课题LED器件的驱动为扫描驱
动。
1脉冲驱动
利用人眼的视觉暂留特性，采用向L印器件重复通断供电的方法使之点燃，
就是通常所说的脉冲驱动方式。采用这种方式时应该注意两个问题:脉冲电流
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