嵌入式LED显示屏控制系统应用研究 第3页
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第一章绪论
1.1 LED显示技术的应用与现状
LED显示屏是利用发光二极管点阵模块或像素单元组成的平面式显示屏幕。由于它具有发光效
率高、使用寿命长、组态灵活、色彩丰富以及对室内外环境适应能力强等优点，自20世纪80年代
后期开始，随着LED制造技术的不断完善，在国外得到了广泛的应用。现代社会是信息化的会社，
对公众场合发布信息的需求日益强烈，LED显示屏的出现正好适应了这一市场形势，因而在LED显
示屏的设计制造技术与应用水平上都得到了迅速的提高。LED显示屏经历了从单色、双色图文显示
屏，到图象显示屏，一直到今天的全彩色视频显示屏的发展过程。其间LED显示屏在器件性能（超
高亮度LED显示器及蓝色发光灯等）和系统的组成（计算机化的全动态显示系统）等方面都取得了
长足的进步。当前LED显示屏应用领域已经遍及交通、证券、电信、广告、宣传等各个方面。我国
LED显示屏的发展基本上与世界水平同步，至今已经形成了一个具有相当发展潜力的产业。
随着需求的发展，人们对于LED显示屏的开发也提出了一些新的要求：
1.产品的开发生产快，能迅速占领市场。
2.产品安装文护方便，能够更好的满足客户需要。
3.产品成本低、性价比高。
1.2 LED显示屏控制系统简介
图1.1 LED显示屏控制系统
LED显示屏控制系统是LED显示屏的核心部件，其技术水平、性能指标的高低直接影响LED
显示屏运行的稳定性及显示画质的效果，所以LED控制系统是LED显示屏中技术含量最高、研制
难度最大的部分。LED显示屏控制系统的大体结构如图1.1所示。上位机传来的图像数据经过通信
接口传入，经过数据处理后再发往LED显示器。
从实现的颜色上看，单色LED显示屏每一个象素点只能发一种颜色的光，一般为红色，显示比
较单一，但是价格便宜，经济实用，应用广泛。双基色LED显示屏每一个象素点包括红、绿两种基
色，同时点亮可以产生黄颜色。由于双基色LED显示屏缺少蓝基色所以不能表现出与蓝基色有关的
灰、白、蓝、紫等颜色。而全彩色LED显示屏每一个象素包括红、绿、蓝三种基色，故在基色灰度
的组合下可以真实的表现自然界的色彩。
从控制或应用方式上看，LED显示屏分为同步方式和异步方式。同步方式是指LED显示屏的工
作方式基本等同于电脑的监视器，它以至少30场/秒的更新速率点点对应地实时映射电脑监视器上
的图像,通常具有多灰度的颜色显示能力，可达到多媒体的宣传广告效果；异步方式是指LED屏具
有存储及自动播放的能力，在PC机上编辑好的文字及图片通过串口或其他网络接口传入LED屏,
然后由LED屏脱机自动播放，主要用于显示简单图文信息，可以多屏联网。异步LED显示屏由于
成本相对较低，占有较大市场份额。本毕业设计主要研究异步控制系统。
通讯方式上包括RS-232/485、十兆/百兆/千兆局域网、光纤、无线传输等。目前采用的通讯手段
多为RS-232/485总线系统。东南大学硕士学位论文
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1.3异步控制系统开发中存在的问题
1.3.1数据传输问题
RS-232/485总线虽然硬件设计简单，控制方便，成本低廉，但在抗干扰、自适应、通讯效率方
面仍存在缺陷，尤其是传输速率，产品中常见的稳定传输速率一般不超过57600bps。在LED显示屏
为800x600双基色无灰度的情况下传输一幅不压缩的图像需要传输约17秒，而在800x600单基色
256级灰度的情况下则需要约67秒时间，其中还不包括受干扰导致数据出错重传的时间。
采用RS-232/485总线通讯主要有如下原因：
1.成本：采用RS-232/485总线虽传输慢，但有成本优势。
2.技术：采用RS-232/485总线技术简单，上位机的驱动仅需借助常用串口类即可实现，一般
8位/16位处理器都包括串口资源，可以很容易的编程控制。
1.3.2处理器处理能力问题
很多系统的处理器依然采用8位或者16位控制器，仅能做少数一些运算量小的特技，而且控屏
范围有限，对于目前越来越高的特技需求而显得力不从心。以常见的51系列单片机而言，不管是从
累加器的瓶颈来说，芯片运行频率来说，从整个体系结构和硬件运行效率上看都属于落后的一族，
而且对C语言的开发并没有优化的地方，软件代码运行效率也低。其余较优秀的8位单片机如AVR
虽然做了RISC结构优化，使性能成倍提高，但还是受制于整个总线宽度和频率。
1.3.3扫描和灰度实现问题
单片机要同时实现特技运算和灰度控制、图像扫描是及其困难的，所以古老的方案中单片机只
进行运算、扫描屏幕，没有灰度。后来CPLD/FPGA硬件把扫描任务承担下来，再后来灰度实现也
由其完成，因为图像的灰度处理需要缓冲，所以一般搭配两片乒乓工作的高速SRAM作为缓存。缺
点是高速SRAM成本比较昂贵。
1.4新的解决方案
网络传输和无线传输是近年来数据传输的热点。以太网是当今现有局域网采用的最通用的通信
协议标准。该标准定义了在局域网（LAN）中采用的电缆类型和信号处理方法。以太网在互联设备
之间以10Mbps~100Mbps的速率传送数据，双绞线电缆100Base-T以太网由于其低成本、高可靠性
以及100Mbps的速率而成为应用最为广泛的以太网技术。许多制造商提供的产品都能采用通用的软
件协议进行通信，开放性最好。
由于100BASE-T总线可以提供100米距离内100Mbps的数据传输速率，完全符合应用要求。
同RS-485总线相比虽然通讯距离偏短，但在抗干扰、自适应、通讯效率方面有明显提高。扣除总线
协议开销，按1MB/s的传输速率保守估算，传输800*600单基色256级灰度的一幅非压缩图像仅需
0.48秒。
由于采用百兆以太网接口，必然要求强劲的处理器数据处理能力，目前32位的ARM处理器做
数据处理是十分适合的方案。包含网络接口的ARM以三星S3C4510B（ARM7核心）和ATMEL的
AT91RM9200（ARM9核心）为代表。对于目前广泛流行的主频才50MHz的S3C4510B来说，显然
会造成数据处理瓶颈，况且三星早已宣布停产。作为替代它的最佳选择，本系统采用ARM920T核第一章绪论
心的AT91RM9200实现，工作在180MHz频率下，完全能够应付操作系统、网络传输控制、上屏数
据运算组织的开销。在特技上，由于运算性能大幅提升，不仅可以加速常规的上下左右移动、覆盖、
百叶窗等特技，更可以通过优化过的算法编程实现原本处理速度条件无法完成的精彩特技。
考虑引入SDRAM搭配FPGA的方式在成本和性能之间找到平衡点。
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