基于无线网络的LED显示屏控制系统的设计与应用

摘 要：本文首先介绍了LED显示屏使用的广泛需求以及采用基于无线网络的LED显示屏控制系统的必要性，对LED显示屏工作原理进行简单分析，提出了使用嵌入式处理器LPC2124作为控制核心，使用挪威Nordic公司推出的单片射频发射器nRF905传送无线显示信息的总体设计方案；并对整个系统的硬件模块与软件系统进行设计，最终实现整个系统的功能。

关键词：LED显示屏 嵌入式处理器 无线网络 单片射频发射器

中图分类号：TN2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）11（a）-0088-01

通过控制半导体发光二极管来进行显示的模式被称为LED显示屏，单色LED通常由多个红色的发光二极管组成，通过发光二极管的亮灭组合来显示字符。LED显示屏最初应用于公共信息的展示，随着色彩的增加，彩色LED显示屏开始普及并向消费类多媒体（如工业、交通、金融、信息广告及大型体育赛况直播）应用渗透，迅速发展成一种电子广告新媒体。

随着LED显示屏越来越广的应用，有一些问题也逐渐暴露出来。特别是在数据传输方式上，有线数据传送已经不能满足技术上和经济上的要求。无论是高速公路上的，还是机场、码头、广场、大厦上的大型LED显示屏，都带有长长的电缆或光缆，不仅增加了费用，而且容易在通信上造成故障，所以采用无线传输方式势在必行。

1 LED显示屏工作原理

1.1 LED显示屏的结构及驱动

LED显示屏原理图如图1所示，显示屏由控制电路、LED点阵板、驱动器组成。

控制电路通常采用微处理器，主要负责存储（或生成）显示数据、安排控制信号的定时与顺序、与上位机进行通信等；要实现LED点阵显示板的控制，需要在软件和硬件两方面来进行设计。

屏体的主要由LED点阵显示板组成，还包括相应的行列驱动器。

1.2 LED显示屏的驱动原理

由于采用不同的LED显示屏硬件设计方案，LED显示屏驱动分为静态驱动和动态驱动两大类。一些大型的LED显示屏由于显示的LED灯数量较多，所以不建议采用静态驱动的方案，通常采用动态驱动扫描模式。

采用扫描方式进行显示时，每行有一个行驱动器，各行的同名列共用一个列驱动器。由行译码器给出行有效信号，从第一行开始，按顺序依次对各行进行扫描（把该行与电源一端接通）。另一方面，根据各列锁存的数据，确定相应的列驱动器是否将该列与电源的另一端接通。接通的列，就在该行该列点亮LED，未接通的列所对应的LED熄灭。当一行的持续扫描时间结束后，下一行又以同样的方法进行显示。

2 系统硬件设计概述

根据LED显示屏控制系统的原理及显示设备驱动的具体要求，我们采用了基于ARM的32位嵌入式RISC微处理器LPC2124作为控制核心，由于LPC2124所具有的丰富的接口资源，在很大程度上减少了控制器的体积，增加了系统的可靠性。

在无线数传模块的选用上，无线收发芯片的选择在设计中是至关重要的。为了使本系统结构简单，性能稳定，所以选择用了芯片所需的外围元件数量少，功耗低集发射和接收一体的单片收发芯片nRF905作为系统的无线收发芯片。

3 系统软件设计概述

3.1 ARM汇编语言程序

汇编语言是一种功能很强的程序设计语言，也是利用计算机所有硬件特性并能直接控制硬件的语言。目前在嵌入式开发、单片机开发、系统软件设计、某些快速处理、位处理、访问硬件设备等高效程序的设计方面有较多应用。ARM处理器是一种16/32位的高性能、低成本、低功耗的嵌入式RISC微处理器，由ARM公司设计，然后授权给各半导体厂商生产。

3.2 串口通信程序设计

本系统电脑中安装控制软件，通过控制软件将文字或图形转换成LED显示屏能够识别的点阵结构，并且通过串口线或者网线传输至显示屏控制模块。

3.3 ARM的SPI口程序设计

SPI总线系统是一种同步串行外设接口，它可以使MCU与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息。外围设置FLASHRAM、网络控制器、LCD显示驱动器、A/D转换器和MCU等。SPI总线系统可直接与各个厂家生产的多种标准外围器件直接接口，该接口一般使用4条线：串行时钟线（SCLK）、主机输入/从机输出数据线MISO、主机输出/从机输入数据线MOSI和低电平有效的从机选择线SS（有的SPI接口芯片带有中断信号线INT、有的SPI接口芯片没有主机输出/从机输入数据线MOSI）。

3.4 无线通信模块程序设计

本次设计采用的nRF905使用了VLSI ShockBurst技术。ShockBurst技术使nRF905能够提供高速的数据传输，通过将与RF协议有关的高速信号处理放到芯片内，nRF905提供给应用的微控制器一个SPI接口，速率由微控制器自己设定的接口速度决定，在ShockBurst RX模式中，地址匹配AM和数据准备就绪DR信号通知MCU一个有效的地址和数据包已经各自接收完成。在ShockBurst TX模式中，nRF905自动产生前导码和CRC校验码，数据准备就绪DR信号通知MCU数据传输已经完成。nRF905的工作模式由微处理器控制nRF905的引脚由TRX_CE、PWR—UP和TX-ENZ个引脚控的电平高低来控制。

4 总结和展望

在本论文中，针对LED显示屏的无线传输中设计的硬件系统和软件系统进行了设计和研究，虽然取得了一定的成效，也有个别地方改进和优化。

（1）彩色LED显示屏由于点阵密度和色彩的原因，实现无线网络传输比较困难，还有待进一步进行相关研究。

（2）在程序设计的过程中，仅仅实现了基本的无线传输功能，对于字幕特效和时钟图形等相关技术细节的设计还需要完善。