基于ARM的LED顯示屏多功能控制卡設計

李衛衛，錢劍敏

（東華大學 信息科學與技術學院，上海 201620）

LED顯示屏是八十年代后期在全球迅速發展起來的新型信息顯示媒體。傳統的LED顯示屏的信息輸入只能通過數據線與電腦直接連接來進行，通常使用RS232作為數據傳送標準，最高波特率一般不超過115 200 bps，其固有的低速特性限制了LED顯示屏內容的快速同步更新。因此對于傳統LED顯示屏來說不能滿足遠程信息實時發布的需要，采用GPRS無線網絡通訊雖然可以很好的解決遠程信息發布和大規模組網問題，但其成本費用也將增加[1]。本文針對目前大屏幕LED顯示系統存在的問題，考慮到不同控制方式的優缺點，結合當今先進的微控制器產品、控制技術和通信技術，采用TI公司推出的基于Cortex-M3內核的Stellaris系列新一代32位嵌入式RISC微處理器組成前級驅動電路，創新性的集成市場上常用的3種不同控制方式的控制卡在同一個控制卡上：包括串口控制方式、SMS短信控制方式以及GPRS無線集群控制方式于一體。與傳統的基于8位/16位普通單片機的LED顯示系統相比較，該系統在不顯著增加系統成本的情況下，可支持更大可視區域的穩定顯示及內容實時更新控制，同時可存儲更多的顯示內容，并且控制方式更靈活，可以滿足不同客戶的控制需求。

1 總體設計

該控制系統總體結構圖如圖1所示，用戶通過PC機的COM口、GSM短信[2]或者GPRS無線網絡把數據包發送到指定的LED控制終端，該控制終端按照通訊協議，解析存儲在片外flash的數據包，然后以點陣方式輸出到LED顯示屏上，把用戶要發布的信息按一定規律顯示出來。

圖1 系統總體結構圖Fig.1 Structure diagram of the LED control system

2 系統硬件設計

LED點陣控制終端由LED控制器和LED點陣驅動顯示屏構成，本系統是由信息管理中心通過SMS短信、RS232串口、GPRS無線網絡3種數據傳輸方式來控制LED顯示屏，實現信息發布顯示，該系統主要包括4個模塊：1）信息管理發布平臺；2）RS232/RS485/GPRS無線通訊模塊；3）MCU 中央控制器模塊；4）LED顯示屏驅動電路。信息中心通過COM口、GPRS無線網絡或GSM短消息中心發送數據到板卡片外flash，控制卡把數據按協議解析之后，經74HC245功率放大后按行掃描輸出到移位寄存器后在顯示屏上顯示[6-7]。其結構框圖如圖2所示。

圖2中左邊部分是MCU通過3種外圍接口包括串口、SIM卡或GPRS模塊數據通信，接收用戶發布的信息。

圖2中間部分是LED控制器，實現對LED顯示屏掃描速度（N幀/s）、亮度、對比度等的調節，使上位機從繁重的顯示驅動任務中解脫出來。因為顯示信息是通過LED控制卡動態掃描方式完成，當屏幕比較大的時候，就要求有FLASH、RAM、CPLD/FPGA來控制掃描，FLASH用于存儲顯示內容，RAM相當于顯存[8]。

圖2 LED點陣控制終端結構框圖Fig.2 Structure diagram of the LED dot matrix control terminal

圖2中右邊部分是LED點陣驅動顯示屏，每個8×8的LED點陣塊稱為最小模塊，每16個8×8的LED點陣塊為一個基模塊，一個基模塊橫向有8個，縱向有2個最小模塊。LED點陣顯示屏每個單元由1個基模塊和74HC138、74HC245、74HC595、行驅動三極管組成一個 64×16的 LED點陣，可以同時顯示漢字、字符或數字圖形等[3]。顯示屏單元具有數據輸出接口，可以級聯多個顯示屏單元，上一級數據和命令信息直接傳送到下一級顯示屏單元，從而構成更大的顯示屏幕，原則上來說是可以無限級聯，所以可以用于顯示無限多無限大的內容，這也是LED顯示方式強于其它顯示方式的地方。

3 系統軟件設計

系統軟件設計分為LED點陣控制顯示終端和數據中心服務器發送接收終端兩部分。本系統上電啟動后會自動檢測是否有GPRS模塊連接，如果檢測有GPRS模塊連接，則會繼續判定modem模塊類型是SMS短信控制模式還是GPRS通信模式，默認為串口通信模式[4]。整個系統軟件流程如圖3所示。

在串口通訊模式下，該系統的LED點陣控制終端上位機PC軟件是基于.net語言開發的一個上位機操作界面，主要是完成LED點陣屏顯示、數據轉發和通信網絡維護。LED點陣屏顯示采用動態掃描的方式顯示各種文字圖像。

在GPRS通信模式下，系統的遠程實時通信部分由LM3S1138控制器負責通過GPRS模塊發送給遠端的Internet上的數據中心。LM3S1138控制卡對GL865-DUAL的以太網接入和通信控制，使用AT指令集通過串口進行命令控制[5]。

在SMS短信模式下，系統是由SIM卡接收存儲GSM網絡中心發送過來的短消息，經PDU解析Unicode碼后，拼接成完整短消息，再從flash字庫中索引出所要的點陣信息，最后在LED顯示屏中顯示出來。

開發工具采用ARM公司推出的keil uVision4編譯器進行芯片驅動和主程序的編寫調試。

圖3 系統軟件流程圖Fig.3 Flow chart of the software control system

4 結 論

文中設計的LED屏異步控制卡是集合串口通訊控制卡、GSM短信控制卡、GPRS無線集群控制卡3種不同控制方式的優點為一體的一張異步控制卡，打破傳統單一的控制方式，可以更好的滿足不同客戶的控制需求。控制卡采用的是TI公司基于Cortex-M3內核的Stellaris系列新一代32位嵌入式RISC微處理器LM3S1138芯片，使得數據的處理傳輸速度更快，實時性更強，控制更加高效，并且大大降低了LED控制卡成本。

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[8]周立功．ARM微控制器基礎與實踐[M]．2版.北京：北京航天航空大學出版社，2008．