【正文】 分類號 密級 U D C 編號 本科畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 題目 基于 ARM 和 CPLD 的 LED 彩屏顯示系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì) 系 別 專 業(yè) 名 稱 電子信息 科學(xué)與技術(shù) 年 級 學(xué) 生 姓 名 學(xué) 號 指 導(dǎo) 教 師 二 〇〇 九 年五月 文獻(xiàn)綜述 1 概述 LED 顯示屏是由發(fā)光二極管排列組成的一顯示器件。它采用低電壓掃描驅(qū)動，具有：耗電少、使用壽命長、成本低、亮度高、故障少、視角大、可視距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。目前 LED 顯示屏作為新一代的信息傳播媒 體，已經(jīng)成為城市信息現(xiàn)代化建設(shè)的標(biāo)志。LED 顯示屏是八十年代后期在全球迅速發(fā)展起來的新型信息顯示媒體，它利用發(fā)光二極管構(gòu)成的點(diǎn)陣模塊或像素單元組成在面積顯示屏幕，以可靠性高、使用壽命長、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、價(jià)格性能比高、使用成本低等特點(diǎn)，在短短的十來年中，迅速成長為平板顯示的主流產(chǎn)品，在信息顯示領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 發(fā)光二極管 (LED)是六十年代未發(fā)展起來的一種半導(dǎo)體顯示器件，七十年代，隨著半導(dǎo)體材料合成技術(shù)、單晶制造技術(shù)和 PN 結(jié)形成技術(shù)的研究進(jìn)展，發(fā)光二極管在發(fā)光顏色、亮度等性能得以提高并迅速進(jìn)入批量化和 實(shí)用化。進(jìn)入八十年代后， LED在發(fā)光波長范圍和性能方面大大提高，并開始形成平板顯示產(chǎn)品即 LED 顯示屏。 我國在 LED 領(lǐng)域的研究開發(fā)工作成績斐然。目前我國的普綠和高亮度純紅 LED 己經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)商品化，但是，高亮度的純藍(lán)、純綠 LED 在我國尚屬空白 。 2 主題 硬件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的大屏幕 LED顯示系統(tǒng)的控制器采用 ARM(Advanced RISC Machine)嵌入式微處理器?；诰喼噶罴?(RISC)架構(gòu)的 32 位微處理器，由于具有硬件設(shè)計(jì)單純、成本低廉、省電效益佳等特性，且能滿足上網(wǎng)要求，故受到廣大用戶的 青睞，其中領(lǐng)先的是 ARM 嵌入式微處理器系列。 目前，采用 ARM 技術(shù)知識產(chǎn)權(quán) IP(Intellectual Property)核的微處理器，即我們通常所說的 ARM 微處理器，已遍及工業(yè)控制、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無線系統(tǒng)等各類產(chǎn)品市場。 ARM 嵌入式微處理器一般具有如下特點(diǎn) :體積小、低功耗、低成本、高性能 。支持 Thumb(16 位 )/ARM(32 位 )雙指令集，能很好地兼容 8 位 /16 位器件 。大量使用寄存器，指令執(zhí)行速度更快 。大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成 。尋址方 式靈活簡單，執(zhí)行效率高 。指令長度固定。到目 前為止， ARM 微處理器及技術(shù)的應(yīng)用己經(jīng)深入到各個(gè)領(lǐng)域，在工業(yè)控制領(lǐng)域，基于 ARM 核的微控制器芯片不但占據(jù)了高端微控制器市場的大部分市場份額，同時(shí)也逐漸向低端微控制器應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展， ARM微控制器的低功耗、高性價(jià)比，向傳統(tǒng)的 8 位 /16 位微控制器提出了挑戰(zhàn)。 CPLD(Complex Programmable Logic Device)復(fù)雜可編程邏輯器件，是從 PAL和GAL器件發(fā)展出來的器件，相對而言規(guī)模大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，屬于大規(guī)模集成電路范圍。是一種用戶根據(jù)各自需要而自行構(gòu)造邏輯功能的數(shù)字集成電路。其基本設(shè)計(jì)方法是 借助集成開發(fā)軟件平臺，用原理圖、硬件描述語言等方法，生成相應(yīng)的目標(biāo)文件，通過下載電纜（ “在系統(tǒng) ”編程）將代碼傳送到目標(biāo)芯片中，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的數(shù)字系統(tǒng)。 CPLD 主要是由可編程邏輯宏單元 (MC， Macro Cell)圍繞中心的可編程互連矩陣單元組成。其中 MC 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，并具有復(fù)雜的 I/O 單元互連結(jié)構(gòu)，可由用戶根據(jù)需要生成特定的電路結(jié)構(gòu)，完成一定的功能。由于 CPLD 內(nèi)部采用固定長度的金屬線進(jìn)行各邏輯塊的互連，所以設(shè)計(jì)的邏輯電路具有時(shí)間可預(yù)測性，避免了分段式互連結(jié)構(gòu)時(shí)序不完全預(yù)測的缺點(diǎn)。 軟件設(shè)計(jì) ARM 體系 結(jié)構(gòu)支持 C/C++以及與匯編語言的混合編程，在一個(gè)完整的程序設(shè)計(jì)中，除了初始化部分用匯編語言完成以外，其主要的編程任務(wù)都用 C/C++完成，程序在執(zhí)行時(shí)首先完成初始化過程，然后跳轉(zhuǎn)到 C/C++程序代碼中，匯編程序和 C/C++程序之間一般沒有參數(shù)的傳遞，也沒有頻繁的相互調(diào)用。 基于 CPLD 硬件的開發(fā)， MAX+plusⅡ 是美國 Altera 公司自行設(shè)計(jì)的一種 EAD軟件開發(fā)工具。 它具有原理圖輸入和文本輸入 (采用硬件描述語言 )兩種輸入手段。利用該工具所配置的編輯、編譯、仿真、綜合、芯片編程等功能，將設(shè)計(jì)電路圖或電路描述 程序變成基本的邏輯單元寫入到可編程的芯片中 (如 FPAG 芯片 )，制成 ASIC 芯片。它是 EAD 設(shè)計(jì)中不可缺少的一種有用工具，目前在國內(nèi)使用較為普遍。 3 總結(jié) 嵌入式技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到各項(xiàng)科學(xué)研究之中，本文結(jié)合 LED 的開發(fā)特點(diǎn)，基 于 ARM 和 CPLD 的開發(fā)平臺，研究彩色 LED 顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，具體內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面： 1）系統(tǒng)闡述 LED 工作的原理，研究 LED 發(fā)光的特性，從 6 個(gè)方面分析了 LED 驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)。 2）結(jié)合 LED 顯示原理，重點(diǎn)從 灰度掃描的實(shí)現(xiàn)、信息刷新原理、彩色顯示 屏的γ校正等 6 個(gè)方面，解析 了 LED 現(xiàn)實(shí)技術(shù) 。 3）分別從硬件和軟件兩個(gè)方面，研究了電路以及軟件的實(shí)現(xiàn)，這兩個(gè)方面也是論文研究是重點(diǎn)核心。 參考文獻(xiàn) [1] 周立功 .ARM 嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教程 .北京航空航天大學(xué)出版社， [2] 用 API232 簡化串口通信編程，鐵道通信信號， [3] 用通信控件開發(fā) Windows 環(huán)境下的串口通信程序，淮北煤師院學(xué)報(bào)， [4] 陳愛萍，羊四清，何智勇 .電子顯示屏的單片機(jī)控制系統(tǒng) .自動化與儀表， 1999 [5] 于慧 . 基于 ARM 和 CPLD 的 LED 彩屏顯示系統(tǒng)的 研究 .西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) , [6] 童星 . 基于嵌入式的 LED 點(diǎn)陣顯示屏的研究與實(shí)現(xiàn) .武漢理工大學(xué)， [7] 王波 . 利用可編程邏輯器件設(shè)計(jì) LED 顯示屏 .南京理工大學(xué) 學(xué)報(bào) ， [8] 周永清 . 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LED 顯示屏控制系統(tǒng)及驅(qū)動程序的研究與設(shè)計(jì) .吉林大學(xué) 學(xué)報(bào) ， 摘要 ： 隨著科技的日益進(jìn)步，基于 LED 現(xiàn)實(shí)屏的研究也越來越深，同時(shí)，人們的生活水平也越來越高，這樣，也對 LED 方面就提出了更高的要求。 用 LED 器件組成電子顯示屏，不但色彩絢麗而且其制作尺寸幾乎不受限制，可以達(dá)到幾十甚至幾百平方米以上，可應(yīng)用于室內(nèi)外各種公共場合顯示文字、圖形、圖像、動畫、視頻圖像等信息，具有較強(qiáng)的廣告渲染力和震撼力，美化和豐富了人們的生活環(huán)境。 傳統(tǒng) LED 顯示系統(tǒng)的控制以單片機(jī)為核心，功能較為簡單，當(dāng)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，單片機(jī)的處理能力就更顯不足，不能滿足 LED 顯示屏發(fā)展的需要。本文將介紹一種基于 ARM 和 CPLD 控制平臺的 LED 全彩色顯示屏控制系統(tǒng)。論文首先介紹了 LED 顯示技術(shù)和系 現(xiàn)實(shí)原理 ，然后 從硬件和軟件兩個(gè)方面，分別 詳細(xì)介紹了系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)和軟件的設(shè)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能 。 關(guān)鍵詞 : 單片機(jī) ARM CPLD LED 灰度 Abstract: With the increasing progress of science and technology, based on the LED screen reality more and more deep study, at the same time, people39。s living standards have bee more sophisticated, so that LED is also on a higher demand. Composed of electronic devices with LED displays, not only colorful and attractive but also produced virtually unlimited size, can reach tens or even hundreds of square meters, can be applied to a variety of indoor and outdoor public display text, graphics, images, animation, video images and other information, the ad has a strong and powerful rendering, landscaping and rich people39。s living environment. Traditional LED display system to control the singlechip microputer as the core function of relatively simple, when the need for data processing, the singlechip processing power is even more inadequate, can not meet the needs of the development of LED display. This article will introduce an ARM and CPLDbased control platform, fullcolor LED display control system. Paper introduces the LED display technology and the Department of the reality principle, and then from the two aspects of hardware and software, respectively, described in detail the design of system hardware and software design, and ultimately to achieve the desired function. Key words: Singlechip Microputer, ARM, CPLD, LED, Gray 目 錄 1 緒論 ................................................................................................................................. 1 LED 大屏幕的研究現(xiàn)狀 ......................................................................................... 1 LED 大屏幕的發(fā)展趨勢 ......................................................................................... 1 論文研究的內(nèi)容 ..................................................................................................... 2 2 LED 顯示屏的工作原理 ................................................................................................ 3 LED 工作原理 ......................................................................................................... 3 簡述 ............................................................................................................... 3 LED 發(fā)光的基本原理 ................................