一種低成本的RGB全彩顯示屏控制器的開發

熊建橋+劉友英+伏瑋+顧家瑋+馮凱

【摘 要】RGB色彩模式是工業界的一種顏色標準，是通過對紅（R）、綠（G）、藍（B）三個顏色通道的變化以及它們相互之間的疊加來得到各式各樣的顏色的。RGB是目前運用最廣的顏色系統之一。然而目前市面常見的RGB多為高端控制器，芯片主頻高，同時也價格不菲，對于中低端用戶而言使用成本較高，因此作者設計了一種基于STC12系列單片機的低成本的RGB控制器，能滿足中低端應用需求。

【關鍵詞】單片機；RGB；點陣

【Abstract】RGB color model is the color standard in industry. It gets all kinds of colors by changes of Red（R）， Green（G）， Blue（B）， these 3 colors channels and the superposition of each other . RGB is one of the most used color systems. However， RGB is common seen in high quality controllers on present market. The dominant frequency of chip is high， But they are very expensive. So it will bring high cost of use to mid-and low-end users. Therefore， the designer designs one RGB controller of low cost based on SCM STC12 series. It can meet the low end of the application needs.

【Key words】SCM； RGB； Dot matrix

0 引言

目前的顯示器大都是采用了RGB顏色標準，在顯示器上，是通過電子槍打在屏幕的紅、綠、藍三色發光極上來產生色彩的，目前的電腦一般都能顯示32位顏色，有一千萬種以上的顏色。電腦屏幕上的所有顏色，都由這紅色、綠色、藍色三種色光按照不同的比例混合而成的。一組紅色、綠色、藍色就是一個最小的顯示單位。屏幕上的任何一個顏色都可以由一組RGB值來記錄和表達。因此這紅色綠色藍色又稱為三原色光，用英文表示就是R（red）、G（green）、B（blue）。RGB的所謂“多少”就是指亮度，并使用整數來表示。通常情況下，RGB各有256級亮度，用數字表示為從0、1、2......直到255。注意雖然數字最高是255，但0也是數值之一，因此共256級。如同2000年到2010年共是11年一樣。按照計算，256級的RGB色彩總共能組合出約1678萬種色彩，即256×256×256=16777216。通常也被簡稱為1600萬色或千萬色。也稱為24位色（2的24次方）。在led領域利用三合一點陣全彩技術， 即在一個發光單元里由RGB三色晶片組成全彩像素。隨著這一技術的不斷成熟，led顯示技術會給人們帶來更加豐富真實的色彩感受。結合實際需要，作者設計了一種面向中低端用戶的低成本RGB控制器，其系統整體分為硬件和軟件兩大部分。

1 硬件設計

本設計采用STC公司的stc12c5a60s2單片機，市面價格在七八元左右，可以配合更高頻率的晶振，使單片機的運行頻率高于普通的51單片機。點陣屏的刷新頻率滿足設計要求，人眼看不到明顯閃爍。此外本設計兼容有線和無線改字方式。有線方式下，本控制器采用ch340USB轉串口芯片，波特率為9600，采用自己編寫的一套傳輸協議。無線方式下，采用了藍牙3.0可以使用手機或其他具備藍牙功能的手持設備改變顯示內容。減小了RGB點陣的使用成本。硬件框架圖如圖1所示，RGB控制器控制器電路圖如圖1所示，控制器PCB圖為圖3所示。

硬件部分包括時鐘、電源、復位電路組成的單片機最小系統，由USB轉串口電路和藍牙模塊組成通信部分，使用標準HUB75接口與點陣屏連接，并且HUB75口具有級聯能力。

2 軟件編程

在本設計中的行掃描驅動采用并口驅動，而場掃描驅動采用出串口驅動。

2.1 行掃描驅動

雖然32*64點陣顯示器有32行，但可以分為兩塊16*64的點陣屏，兩塊公用一個行選擇口，獨立擁有R、G、B接口。為充分利用單片機的接口，點陣屏上加入了一個4-16線譯碼器，其輸入是一個16進制碼，解碼輸出為低態掃描信號。HUB75B接口中，A、B、C、D為輸入腳，就會形成16種不同的輸入狀態，然后使每種狀態下只控制一路輸出。

2.2 場掃描驅動

本設計場掃描驅動電路的設計可用串入并出的通用集成電路74HC595來作為數據所存。74HC595是一個八位串行輸入三態并行輸出的移位寄存器，其中SI是串行數據的輸入端，RCK是存儲寄存器的輸入時鐘，SCK是移位寄存器的輸入時鐘，QH是串入數據的輸出，G是對輸入數據的輸出使能控制，QA～QH為串入數據的并行輸出。從SI口輸入的數據可在移位寄存器的SCK腳上升沿的作用下輸入到74HC595中，并在RCK腳的上升沿作用下將輸入的數據鎖存在74HC595中，這樣當G為低電平時，數據便可并行輸出。

本系統的軟件設計流程圖如圖4所示。軟件系統的功能主要是向屏體提供顯示數據，用來產生各種控制信號，使屏體按照控制的要求進行顯示。軟件設計包括顯示和通信兩部分。顯示部分主要控制對要顯示內容（文字、數據）的信息的傳輸功能，使其正確顯示。整體采用動態掃描的方式。與上位PC機或者移動終端的實時通信部分主要是利用單片機串口中斷接收和發送數據信息。

3 系統調試

上位機通過串口給控制器發送更改顯示內容的指令。四個八位數據組成一個通信指令。例如上位機發送了“01 02 XX XX”的指令，對應顯示信息為一號點陣屏顯示二號字符串中內容，后面兩個數據為用戶自定義數據。

上位機和手機終端調試界面如下圖所示，串口波特率為9600，8位數據位，一位停止位。

調試過程中，假設本設計在超市作為商品價格標簽使用，通過手機或者上位機改變顯示的商品內容和價格。具體調試情況如下圖所示，控制器級聯了三塊RGB點陣屏，而且能過獨立顯示，運行穩定，達到了預期設計目的。

4 總結

市場上目前大多為RGB高端控制器，雖然兼容多種通信方式，芯片主頻高，但是往往價格不菲。然而本設計成本低廉，適用于中低端RGB用戶，并且兼容了有線和無線修改顯示內容的方式，單片機主頻高，掃面速度快，具有良好的應用前景和市場價值。

【參考文獻】

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[責任編輯：王偉平]