【正文】 為一級(jí)流水線(xiàn)，使取指、譯碼和執(zhí)行等操作可以重疊執(zhí)行，大大提高了程序運(yùn)行的速度。（3）支持流水線(xiàn)處理。 DSP芯片主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1．DSP的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有：（1）采用改進(jìn)型哈佛結(jié)構(gòu)，具有獨(dú)立的程序總線(xiàn)和數(shù)據(jù)總線(xiàn)，可同時(shí)訪問(wèn)指令和數(shù)據(jù)空間，允許數(shù)據(jù)在程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器之間進(jìn)行傳輸。DSP芯片是在通用微處理器基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，但又不同于通用處理器芯片，是一種特別適合于進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算的微處理器，主要應(yīng)用于實(shí)時(shí)快速地實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理算法。第四章LED顯示屏控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) DSP開(kāi)發(fā)概述 DSP簡(jiǎn)介在20世紀(jì)80年代以前，由于實(shí)現(xiàn)方法的限制，數(shù)字信號(hào)處理的理論還得不到廣泛的應(yīng)用。因?yàn)?，只有?dāng)E為低時(shí)74HC595的輸出才有效，而E為高時(shí)輸出為三態(tài)，這個(gè)信號(hào)對(duì)灰度的實(shí)現(xiàn)非常有用。OE信號(hào)是消影信號(hào)，它即可以選擇控制列信號(hào)，也可以選擇控制行信號(hào)。CLK是移位時(shí)鐘，數(shù)據(jù)在時(shí)鐘的控制下移位進(jìn)入74HC595，當(dāng)全行移到位之后，在行鎖存信號(hào)STR的控制下由74HC595的后臺(tái)移入前臺(tái)鎖存。由74HC595組成的顯示驅(qū)動(dòng)電路（以1/16掃描為例）如圖34。由于SCK和RCK兩個(gè)信號(hào)是相互獨(dú)立的，所以能夠做到輸入串行移位和輸出鎖存互不干擾。引腳E是輸出三態(tài)門(mén)開(kāi)放信號(hào)，低電平時(shí)輸出三態(tài)門(mén)開(kāi)放，否則為高阻態(tài)。移位后的各位信號(hào)出現(xiàn)在各移位寄存器的輸出端，即輸出鎖存器的輸入端。這樣本行已準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)打入并行鎖存器進(jìn)行顯示時(shí)，串并移位寄存器就可以準(zhǔn)備下一行的數(shù)據(jù)，而不會(huì)影響本行的顯示，這種列驅(qū)動(dòng)電路可以用74HC595來(lái)實(shí)現(xiàn)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖33所示：它的輸入側(cè)有8個(gè)串行移位寄存器，每個(gè)移位寄存器的輸出都連接一個(gè)輸出鎖存器。本行己準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)打入并行鎖存器進(jìn)行顯示時(shí)，串并移位寄存器就可以準(zhǔn)備下一行的列數(shù)據(jù)，而不會(huì)影響本行的顯示。解決串行傳輸中列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和列數(shù)據(jù)顯示的時(shí)間矛盾問(wèn)題，可以采用重疊處理的方法。采用串行傳輸?shù)姆椒?，控制電路可以只用一根信?hào)線(xiàn)，將列數(shù)據(jù)一位一位傳往列驅(qū)動(dòng)器，與此同時(shí)，列驅(qū)動(dòng)器中每一列都把當(dāng)前數(shù)據(jù)傳向后一列，并從前一列接收新數(shù)據(jù)，一直到一行的各列數(shù)據(jù)全部傳輸?shù)轿缓?，才能并行地進(jìn)行顯示。在行掃描列控制顯示時(shí)，把顯示數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)器中取出傳送到每一行對(duì)應(yīng)的列驅(qū)動(dòng)器上，這就存在列數(shù)據(jù)傳輸方式的問(wèn)題。另外，對(duì)于靜態(tài)顯示方式，需要較多的譯碼驅(qū)動(dòng)裝置，需要的引線(xiàn)也比較多；對(duì)于動(dòng)態(tài)掃描顯示方式，可以避免以上不足，但是容易造成顯示亮度低、屏幕閃爍等問(wèn)題。靜態(tài)顯示是指將一幅畫(huà)面輸入以后要保持到下一幅畫(huà)面的輸入：動(dòng)態(tài)顯示是指將畫(huà)面分為若干部分分別進(jìn)行刷新。在電路設(shè)計(jì)中，要求所用到的芯片盡量出自一個(gè)廠家，同一類(lèi)型的芯片盡量用同一型號(hào)的，以保持LED顯示屏整屏的均勻性。LED顯示屏就是通過(guò)這些單元模塊采用聯(lián)方式搭接而成，如圖32所示。最常見(jiàn)的LED點(diǎn)陣顯示單元有5x7，7x9，8x8結(jié)構(gòu)，前兩種主要用于顯示各種西文字符，后一種常用于顯示各種漢字字符，8x8LED點(diǎn)陣的外觀及等效電路圖31如示。例如在LED顯示屏上需要LED11熄滅，LED21點(diǎn)亮，那么當(dāng)掃描到H1行時(shí)，Ll列的電位就應(yīng)該為高；當(dāng)掃描到H2行時(shí)，Ll列的電位就應(yīng)該為低。所謂“掃描”的含義，就是指一行一行地循環(huán)接通整行的LED器件，而不問(wèn)這一行的哪一列的LED器件是否應(yīng)該點(diǎn)亮，某一列的LED器件是否應(yīng)該點(diǎn)亮，由所謂的列控制電路來(lái)負(fù)責(zé)。LED顯示屏是將發(fā)光燈按行按列布置的，驅(qū)動(dòng)時(shí)也就按行按列驅(qū)動(dòng)。脈沖驅(qū)動(dòng)的主要應(yīng)用有兩個(gè)方面：掃描驅(qū)動(dòng)和占空比驅(qū)動(dòng)。如圖26所示，平均電流Ia是瞬時(shí)電流i的時(shí)間積分，對(duì)于矩形波來(lái)說(shuō)，有如下表達(dá)式 公式(1) 公式(2)其中ton/T就是占空比的一種描述，為了使脈沖驅(qū)動(dòng)方式下的平均電流Ia與直流驅(qū)動(dòng)電流Io相同，就需要使它的脈沖電流幅值滿(mǎn)足 公式(3)可見(jiàn)脈沖驅(qū)動(dòng)時(shí)，脈沖電流的幅值應(yīng)該比直流驅(qū)動(dòng)電流大T/ton倍。首先，要想獲得與直流驅(qū)動(dòng)方式相當(dāng)?shù)陌l(fā)光強(qiáng)度，脈沖驅(qū)動(dòng)電流的平均值I。掃描驅(qū)動(dòng)的主要目的是節(jié)約驅(qū)動(dòng)器，簡(jiǎn)化電路。(3)脈沖驅(qū)動(dòng)利用人眼的視覺(jué)惰性，采用向LED器件重復(fù)通斷電的方式使之點(diǎn)燃，就是脈沖驅(qū)動(dòng)方式。若對(duì)LED器件進(jìn)行恒流驅(qū)動(dòng)，只要恒流值相同，發(fā)光強(qiáng)度就比較接近。例如公交車(chē)用于固定顯示“XX路”字樣的顯示器。LED的工作點(diǎn)由電源電壓VCC，串聯(lián)電阻R和LED器件的伏安特性共同決定。具體的驅(qū)動(dòng)方式有直流驅(qū)動(dòng)、恒流驅(qū)動(dòng)、脈沖驅(qū)動(dòng)和掃描驅(qū)動(dòng)等，本系統(tǒng)中LED器件的驅(qū)動(dòng)為掃描驅(qū)動(dòng)。 LED器件的驅(qū)動(dòng)從LED器件的發(fā)光機(jī)理可以知道，當(dāng)向LED器件施加正向電壓時(shí)，流過(guò)器件的正向電流使其發(fā)光。由于LED器件的主要功能是發(fā)光，因此正向特性十分重要，而反向特性意義不大，所以LED器件的伏安特性都是指它的正向特性。從總體上看，I v是隨著If的增加而增加的，但是變化的規(guī)律有所不同。下面就以其主要的特性曲線(xiàn)作簡(jiǎn)單介紹。描述LED的特性有許多參數(shù)，這些參數(shù)之間的關(guān)系呈現(xiàn)非線(xiàn)性。當(dāng)在PN結(jié)上加以正向電壓之后，P區(qū)的空穴注入至N區(qū)，N區(qū)的電子注入至P區(qū)，相互注入的電子與空穴相遇后即產(chǎn)生復(fù)合，這些少數(shù)載流子在PN結(jié)的注入和復(fù)合中產(chǎn)生輻射而發(fā)光。我們知道，發(fā)光是一種能量轉(zhuǎn)化現(xiàn)象。 發(fā)光二級(jí)管特性發(fā)光二極管(light emitting diode,LED)，是一種把電能變成光能的特種器件，當(dāng)電流如圖22所示：通過(guò)它的時(shí)候，可以產(chǎn)生可見(jiàn)光。掃描驅(qū)動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)在于LED顯示屏不必對(duì)每個(gè)發(fā)光燈提供單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)電路，而是若干個(gè)發(fā)光燈為一組共用一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路，通過(guò)掃描的方法，使各組發(fā)光燈依次點(diǎn)亮，只要掃描頻率高于臨界閃爍頻率，人眼看起來(lái)各組燈都在發(fā)光。視覺(jué)惰性可以說(shuō)是LED顯示屏得以廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)外界光源突然消失時(shí)，人眼的亮度感覺(jué)是按指數(shù)規(guī)律逐漸減小的。人眼的亮度感覺(jué)不會(huì)因光源的消失而立即消失，要有一個(gè)延遲時(shí)間，這就是視覺(jué)惰性。三種顏色不同比例的混合就能發(fā)出從白到黑的各種顏色的光。三種細(xì)胞的共同作用下，就可以得到人對(duì)顏色的總體感覺(jué)。人眼對(duì)不同顏色光線(xiàn)的敏感程度不同，人眼對(duì)顏色的感覺(jué)來(lái)源于視網(wǎng)膜上三種不同類(lèi)型的視錐細(xì)胞。光度是對(duì)有關(guān)的輻射能量與人眼亮度感受兩者關(guān)系的描述；色度是對(duì)有關(guān)彩色形成與彩色視覺(jué)關(guān)系的描述。系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)如下：●系統(tǒng)具有掉電數(shù)據(jù)不丟失的功能，能存儲(chǔ)多屏顯示數(shù)據(jù)；●系統(tǒng)具有豐富的字型字體，有豐富的顯示效果，能播放一些簡(jiǎn)單圖片；●支持RS232異步串口通信模式和GSM短消息無(wú)線(xiàn)通信模式；●要求系統(tǒng)易實(shí)現(xiàn)，成本低，可靠性高；第二章LED器件相關(guān)基本原理 光度學(xué)和視覺(jué)特性為了使LED顯示屏達(dá)到理想的顯示效果，除了需要對(duì)LED器件本身的工作原理及特性有很好的理解之外，首先要對(duì)光學(xué)特性（亮度、色彩、視角）等和人眼的視覺(jué)特性有所了解。本課題針對(duì)LED顯示系統(tǒng)存在的問(wèn)題，結(jié)合當(dāng)今先進(jìn)的微控制器產(chǎn)品、控制技術(shù)和通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高性能、低成本、低功耗的LED顯示屏控制系統(tǒng)。從LED顯示屏需求上，市場(chǎng)上不僅需要像大屏幕的這樣大型的顯示屏，也需要根據(jù)不同場(chǎng)地配置不同規(guī)格的小型顯示屏以及相對(duì)簡(jiǎn)單的文字顯示屏。 論文研究?jī)?nèi)容盡管目前LED文字顯示屏的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，但是在應(yīng)用中也暴露出一些新的問(wèn)題。led顯示屏產(chǎn)業(yè)正成為我國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，也是平板顯示領(lǐng)域唯一立足國(guó)內(nèi)形成的民族高科技產(chǎn)業(yè)。90年代初即具備了成熟的16級(jí)灰度256色視頻控制技術(shù)及無(wú)線(xiàn)遙控等國(guó)先進(jìn)水平技術(shù)，近年在全彩色led顯示屏、256級(jí)灰度視頻控制技術(shù)、集群無(wú)經(jīng)線(xiàn)控制、多級(jí)群控技術(shù)等方面均有國(guó)內(nèi)先進(jìn)、達(dá)到國(guó)際水平的技術(shù)和產(chǎn)品出現(xiàn)；led顯示屏控制專(zhuān)用大規(guī)模集成電路也已由國(guó)內(nèi)企業(yè)開(kāi)發(fā)生產(chǎn)并得到應(yīng)用。LED顯示屏的應(yīng)用涉及到社會(huì)經(jīng)濟(jì)的許多領(lǐng)域，已經(jīng)遍及交通、證券、電信、廣告、宣傳等各個(gè)方面。而根據(jù)所顯示的內(nèi)容不同也可以分為圖像屏和文字屏兩種，圖像屏可以顯示圖象以及多媒體，而文字屏則主要顯示文字，也可以顯示簡(jiǎn)單的固定圖像。LED顯示屏經(jīng)歷了從單色、雙色圖文顯示屏，到圖像顯示屏，一直到今天的全彩色視頻顯示屏的發(fā)展過(guò)程。LED顯示屏具有發(fā)光效率高、使用壽命長(zhǎng)、組態(tài)靈活、色彩豐富以及對(duì)室內(nèi)外環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，自20世紀(jì)80年代后期開(kāi)始，隨著LED制造技術(shù)的不斷完善，在國(guó)外得到了廣泛的應(yīng)用?；贒SP數(shù)字廣告大屏幕顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 LED顯示屏及其應(yīng)用LED顯示屏是利用發(fā)光二極管點(diǎn)陣模塊或像素單元組成的平面式顯示屏幕。它是多種技術(shù)綜合應(yīng)用的產(chǎn)品，涉及光電子學(xué)、半導(dǎo)體器件、數(shù)字電子電路、大規(guī)模集成電路、單片機(jī)及微機(jī)等各個(gè)方面，既有硬件又有軟件。在我國(guó)改革開(kāi)放之后，特別是進(jìn)入90年代國(guó)民經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)，對(duì)公眾場(chǎng)合發(fā)布信息的需求日益強(qiáng)烈，LED顯示屏的出現(xiàn)正好適應(yīng)了這一市場(chǎng)形勢(shì)，因而在LED顯示屏的設(shè)計(jì)制造技術(shù)與應(yīng)用水平上都得到了迅速的提高。目前LED顯示屏根據(jù)使用場(chǎng)所不同，可以分為室外屏和室內(nèi)屏兩種，其主要區(qū)別是發(fā)光管的發(fā)光亮度不同。顯示圖像的多媒體室外屏是投資巨大(高達(dá)數(shù)百萬(wàn))的大型高檔設(shè)備，主要應(yīng)用在大型公共場(chǎng)所、形象工程和一些重要場(chǎng)所。 LED顯示屏國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) LED顯示屏的研究現(xiàn)狀我國(guó)led顯示屏產(chǎn)業(yè)在規(guī)模發(fā)展的同時(shí)，產(chǎn)品技術(shù)推陳出新，一直保持比較先進(jìn)的水平。led顯示屏產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)形成了一批led顯示屏科技隊(duì)伍，在全國(guó)led顯示屏行業(yè)的從業(yè)人數(shù)6000人中，科技人員有2800多人，將近50%。 LED顯示屏的發(fā)展趨勢(shì)LED顯示屏的技術(shù)發(fā)展主要在以下領(lǐng)域：LED顯示屏的顯示顏色、亮度、視角等性能指標(biāo)的綜合改善和提高；色彩和灰度控制技術(shù)發(fā)展，有效提高全彩色顯示屏的色彩還原能力和視頻質(zhì)量；恒流驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，LED驅(qū)動(dòng)IC及LED制造商自主設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的LED專(zhuān)用IC也有一定應(yīng)用；在系統(tǒng)技術(shù)方面，應(yīng)用了自動(dòng)檢測(cè)、遠(yuǎn)程控制等技術(shù)，提高整體的穩(wěn)定性和可靠性；在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)工藝上，顯示屏的平整度、散熱和防護(hù)等級(jí)等受到廠家關(guān)注和重視。如每個(gè)系統(tǒng)中必須有一臺(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，這使得系統(tǒng)的單體投資比較大，維護(hù)管理費(fèi)用也比較高，這一切都極大的制約了LED顯示屏的發(fā)展，而且拋開(kāi)成本考慮，每個(gè)LED圖文顯示屏攜帶一臺(tái)計(jì)算機(jī)大大降低了系統(tǒng)的可靠性以及信息的安全性。但是由于LED顯示屏無(wú)論大型還是小型，其最小系統(tǒng)的三大組成部分不能改變，而對(duì)于三部分中占投資比重較大的計(jì)算機(jī)實(shí)際利用率并不高，僅在內(nèi)容更新時(shí)才與LED顯示屏相連接，如果能將計(jì)算機(jī)去掉，則可以有效的減少一次性投資，大大的拓寬了LED顯示屏的使用范圍，這將有著非常重要的市場(chǎng)價(jià)值。本論文設(shè)計(jì)的LED控制系統(tǒng)以DSP（TMS320LF2407）為核心控制芯片，以可編程邏輯器件PLD EP1K30為輔助控制芯片，來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，系統(tǒng)框圖如圖11所示。由于圖像顯示的最終效果是與光源特性（如果是反射光的話(huà)，還要考慮反射體的光學(xué)特性）和視覺(jué)特性雙方有關(guān)的，它既有光學(xué)原理所描述的客觀存在，也有人眼視覺(jué)主觀感受的因素，兩者兼顧才能收到良好的效果。人眼對(duì)亮度的敏感程度與顏色有關(guān)，在整個(gè)可見(jiàn)光范圍并不是均勻的。不同的視錐細(xì)胞對(duì)不同的顏色敏感，它們的視敏曲線(xiàn)表示在圖21上，分別為Rs(λ)、Gs(λ)、Bs(λ)，即三種視錐細(xì)胞分別對(duì)紅﹑綠﹑藍(lán)三色最敏感。根據(jù)對(duì)人眼的研究，可知用R﹑G﹑B三基色的不同比例，可以合成不同的顏色。這就是LED顯示屏為什么以R﹑G﹑B為三基色。視覺(jué)惰性可以理解為光線(xiàn)對(duì)人眼的作用﹑傳輸﹑處理等過(guò)程都需要時(shí)間，因而使視覺(jué)具有一定的低通特性。這樣當(dāng)一個(gè)電源反復(fù)通斷，在通斷頻率較低時(shí)，人眼可以發(fā)現(xiàn)亮度的變化；而通斷頻率增高時(shí)，視覺(jué)就逐漸不能發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的亮度變化了，刷新頻率越高，畫(huà)面質(zhì)量越好，但刷新頻率越高，對(duì)屏體背后的驅(qū)動(dòng)電路和控制電路的要求也越高。首先，在LED顯示屏中可以利用視覺(jué)惰性，改善驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)，形成了目前廣為采用的掃描驅(qū)動(dòng)方式。由于LED顯示屏所使用的發(fā)光燈數(shù)量很大，一般在幾千只到幾萬(wàn)只的范圍，所以節(jié)約驅(qū)動(dòng)電路的效益是十分可觀的。發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)主要由PN結(jié)芯片、電極和光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成。當(dāng)系統(tǒng)受到外界激發(fā)后，會(huì)從穩(wěn)定的低能態(tài)躍遷到不穩(wěn)定的高能態(tài)；當(dāng)系統(tǒng)由不穩(wěn)定的高能態(tài)重新回到穩(wěn)定的低能態(tài)時(shí)，能量差以光的形式輻射出來(lái)，就會(huì)產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象。它是自發(fā)輻射發(fā)光，不需要較高的注入電流產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，也不需要光學(xué)諧振腔，發(fā)射的是非相干光。因此，用特性曲線(xiàn)來(lái)描述這些關(guān)系，在工程應(yīng)用中更具有使用價(jià)值。(1)發(fā)光強(qiáng)度Iv與正向電流If的關(guān)系曲線(xiàn)圖23中給出了由AGaAsP(N)﹑BGaP(N)和CGaP(ZnO)三種不同半導(dǎo)體材料制成的黃﹑綠﹑紅LED器件的Iv與If的關(guān)系曲線(xiàn)。（2）發(fā)光二極管的伏安特性發(fā)光二極管的電流與電壓之間的關(guān)系和其它電器元件一樣，稱(chēng)為伏安特性。發(fā)光二極管的伏安特性與一般二極管基本相似，只是開(kāi)始導(dǎo)通的正向電壓較大，~，視不同的半導(dǎo)體材料而定，如圖24所示。因此LED的驅(qū)動(dòng)就是要使它的PN結(jié)處于正向偏置，同時(shí)為了控制它的發(fā)光強(qiáng)度，還要解決正向電流的調(diào)節(jié)問(wèn)題。(1)直流驅(qū)動(dòng)直流驅(qū)動(dòng)是最簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)方法。這種驅(qū)動(dòng)方式適合于LED器件較少，發(fā)光強(qiáng)度恒定的情況。(2)恒流驅(qū)動(dòng)由于LED器件的正向特性較陡，加上器件的分散性，使得在同樣電源電壓和同樣限流電阻的情況下，各器件的正向電流并不相同，從而引起發(fā)光強(qiáng)度的差異。晶體管的輸出特性具有恒流特性，所以可以用晶體管驅(qū)動(dòng)LED，如圖25所示。脈沖驅(qū)動(dòng)的主要應(yīng)用有兩個(gè)方面：掃描驅(qū)動(dòng)和占空比驅(qū)動(dòng)。采用這種方式時(shí)應(yīng)該注意兩個(gè)問(wèn)題:脈沖電流幅值的確定和重復(fù)頻率的選擇。就應(yīng)該與直流驅(qū)動(dòng)的電流值相同。其次是脈沖重復(fù)頻率的問(wèn)題，通過(guò)視覺(jué)暫留特性的分析，己經(jīng)知道脈沖重復(fù)頻率必須高于24Hz，否則會(huì)產(chǎn)生閃爍現(xiàn)象。(4)掃描驅(qū)動(dòng)掃描驅(qū)動(dòng)是通過(guò)數(shù)字邏輯電路，使若干LED器件輪流導(dǎo)通，用以節(jié)省控制驅(qū)動(dòng)電路。在掃描驅(qū)動(dòng)方式下可以按行掃描，按列控制；也可以按列掃描，按行控制。圖8所示為一個(gè)m行n列結(jié)構(gòu)的LED顯示屏，當(dāng)采用行掃描列控制的驅(qū)動(dòng)方式時(shí)，從H1到Hm輪流將高電位接通各行線(xiàn)，使連接到各行的LED器件接通正電源，但具體哪一個(gè)LED導(dǎo)通，還要看它的負(fù)電源是