嵌入式LED显示系统设计与实现

嵌入式,LED,显示系统设计与实现,作 者：舒伟,专 业：自动化,071,指导教师：杜秀丽,大连大学,2011,届学士学位论文答辩,课题研究意义,LED,显示系统分类,系统总体设计,存储模块,以太网接口设计,扫描控制模块设计,软件设计,1,2,3,4,5,6,7,提纲,总结和展望,8,大连大学,2011,届学士学位论文答辩,课题研究意义,目前,LED,控制技术主要有三种,基于,8/16,位单片机的控制技术,基于,CPLD/FPGA,的控制技术,基于嵌入式系统的控制技术,这种方案多使用于低端,LED,显示产品中，不适合在全彩,LED,显示控制系统中使用。因为单片内部资源和运行速度都有限。,这种方法设计灵活，便于调试，稳定性高，应用比较广泛。但,CPLD/FPGA,器件运算能力及控制能力相对单片机较弱，要想使用，须有高性能的,CPLD/FPGA,芯片支持，因此使用时还存在一些不足。,这种方法设计的系统运行速度和可靠性都比较高，但相应成本也较高。,基于单片机和,FPGA,的控制技术,第四种,大连大学,2011,届学士学位论文答辩,将,32,位单片机和,FPGA,结合使用，以单片机为控制模块的核心，,FPGA,为扫描模块的核心。结合单片机和,FPGA,的优势，提高了系统的处理速度和灵活性,LED,显示系统分类,按系统组成,LED,系统可分为两类,异步系统,同步系统,通过串口线与计算机连接，进行显示文字的更改，之后可以脱开计算机工作,系统始终需要联机计算机工作，以将计算机上的图像文字显示在,LED,大屏幕上。,本文研究的是基于,FPGA,和,ARM,的,LED,同步显示系统但也加有,SD,卡接口，因此也可用于异步显示屏中,大连大学,2011,届学士学位论文答辩,上一页,下一页,返回,存储二进制可执行代码及一些掉电后需要保存的数据,存放图像数据，为程序运行和保存临时文件提供空间,扩展功能，使系统可以用于异步屏中,系统总体设计,ARM,LPC2210,以太网接口,RTL8212,计算机,K9F2808U0C,FLASH,存储模,块,SDRAM,图像缓存,模块,K4S643232H,FPGA,EP2C8Q208C8,MBI5024,驱动电路,显示屏,另一接收卡,写显存,RAM2,IS61LV25616AL,读显存,RAM1,IS61LV25616AL,SD,卡,上图为系统的总体结构图，它主要由计算机、以太网模块、,SDRAM,图像缓存、,Flash,存储、,SD,卡接口、读写显存及驱动电路组成。,对不同格式图像或视频进行解码,解析,TFTP,协议,显示缓存，存放显示数据,大连大学,2011,届学士学位论文答辩,将显示数据锁存然后送显示屏显示,上一页,下一页,返回,FLASH,接口电路设计,右图为,FLASH,存储模块与,ARM,单片机的连接原理图。其中使用,8,位,I/O,口模拟数据总线与,FLASH,的,I/O0I/O7,引脚相连，通过数据总线发送地址、命令和数据。片选、读写使能、命令和地址使能都是通过,I/O,口实现的。,根据系统需要本文选用,NAND Flash,存储器,K9F2808U0C,做为系统的存储器，其存储容量为,16M8,位，工作电压为,2.73.6V,。,FLASH,存储器是非易失性存储器，掉电后信息不容易丢失，功耗低、容量大、擦写速度快、可整片或分扇区在系统编程、擦除，十分适合嵌入式系统的开发和设计。本系统中,FLASH,用于存储二进制可执行代码及大量文字和图片等数据。,大连大学,2011,届学士学位论文答辩,上一页,下一页,返回,SDRAM,接口电路设计,SDRAM,是同步动态随机存储器的简称，不具备掉电保持数据的特性，但其存取速度大大高于,Flash,存储器。本系统中,SDRAM,主要用于存放图像数据，为程序运行和保存临时文件提供空间。,系统中使用,K4S643232H,作为,SDRAM,存储器，其单片存储容量为,4,组,64Mb,，工作电压为,3.3V,，时钟频率可达,166MHz,。,SDRAM,与单片机的连接原理图如右所示，,LPC2210,的,32,位数据总线,(P2.0P2.31),与,SDRAM,的,DQ0DQ31,连接，,11,位地址线,(P3.0P3.10),与,SDRAM,的,A0A10,相连。片选、页地址、行列地址选通、数据输入,/,输出控制连接至,P1.16P1.27,。,大连大学,2011,届学士学位论文答辩,上一页,下一页,返回,SD,卡接口电路设计,为了增加,LED,控制系统的功能，使其在脱机状态下也能显示大容量图片和视频信息，本系统增设了,SD,卡接口模块，使其也能作为异步卡使用。,图中,CS,为片选信号，,CMD/DI,为数据输入端，,SCLK,为数据传输时钟，,DAT0/DO,为数据输出端口，,CD,和,WP,分别为插卡监控引脚和写保护引脚。,大连大学,2011,届学士学位论文答辩,上一页,下一页,返回,以太网接口设计,由于,LED,显示屏数据量大，刷新频率高，而且大屏幕距离控制主机的距离往往较远，使得对数据的传输提出了很高的要求。,因此根据传输率大小的需要，本文在数据传输方案的选取上采用以太网传输。,RJ45,网卡接口,隔离变压器,RTL8212,LPC2210,对设备进行电气隔离，将双绞线上的直流信号隔离。,以太网物理层芯片，解析网络协议,提供网络接口,大连大学,2011,届学士学位论文答辩,处理接收到的数据。,上一页,下一页,返回,扫描控制模块设计,LED,屏显示是连续高速进行的，在实时地完成图像的高速扫描的同时要接受新的数据，以便更新屏幕，因此要有高速数据缓存处理电路，以防止在扫描过程中丢失数据。,写显存,RAM1,读显存,RAM2,本文这一模块的设计原理图如右所示，它由,FPGA,和两片,RAM,构成，在同步信号的控制下，,FPGA,可对两片,RAM,进行乒乓读写操作。当读一块,RAM,中的数据时，可以往另一块,RAM,中写数据。,大连大学,2011,届学士学位论文答辩,上一页,下一页,返回,软件设计,上位机图像解码,以太网模块,解析协议,图像数据存入,Flash,Flash,中数据,放入图像缓存,SDRAM,中,SDRAM,中数据写入显示缓存,RAM,中,灰度及扫描方式控制,显示屏显示,FPGA,ARM,上位机软件将各种格式的图像或视频进行解码，然后通过,TFTP,协议传送给以太网模块，以太网对协议进行解析，将接收到的数据传送给,ARM,单片机，单片机将数据写入,Flash,存储器。显示时，单片机从,Flash,中取出数据到,SDRAM,中，然后通过,SPI,接口传给,FPGA,，,FPGA,将其写入显存,RAM,中，,RAM1,写完后，灰度及扫描方式控制模块开始将,RAM1,中的数据读出进行处理，然后送显示屏显示，同时,FPGA,对,RAM2,写数，这样就能保证满足图像高速传输的要求。,大连大学,2011,届学士学位论文答辩,上一页,下一页,返回,总结和展望,LED,显示屏控制系统是一个特定的嵌入式应用系统，每个环节的不同将会,导致最后的显示效果和系统功能的不同。本文在充分了解,LED,大屏幕显示控制,相关技术及方法的情况下，成功完成了,LED,大屏幕显示系统硬件设计和部分软,件调试工作。,本文以,LPC2210,和,EP2C8Q208C8,为控制器，较好地实现了,LED,显示屏的,控制，主要完成的研究内容如下：,(1),完成了基于,LPC2210,和,EP2C8Q208C8,的硬件控制系统设计；,(2),完成了各个存储模块软件设计；,(3),设计了,LED,显示屏的驱动电路；,(4),完成了,LED,驱动模块的软件设计；,虽然本课题完成所有设计并达到了一些预期要求，但是仍有需要改进的,地方：,(1),进一步研究人眼的视觉感知理论，考虑环境光线的亮度、颜色等对,LED,显示屏显示效果带来的影响，并提出相应的解决方法。,(2),研究,FPGA,和各,LED,驱动芯片的响应特性，以消除或减小器件响应所导致,的,LED,亮度控制误差。,大连大学,2011,届学士学位论文答辩,上一页,下一页,返回,户外及户内,LED,显示单元板,大连大学,2011,届学士学位论文答辩,上一页,下一页,返回,户内,LED,显示单元板,户外,LED,显示单元板,谢谢,大连大学,2011,届学士学位论文答辩,上一页,下一页,返回,