基于ARM的LED点阵屏实时控制电路设计

【摘 要】详细介绍基于ARM7 LPC2148芯片作为处理器的大屏幕LED点阵屏实时控制电路的基本原理与实现方案。该控制电器由LED点阵屏、驱动电路、屏列控制、屏行控制、掉电保护、串口通信和CPU总控制等构成。经过实践，电路实现了实时控制、多显示的功能，解决了手写传媒的操作烦琐、传媒效果不佳等问题。

【关键词】实时控制电路 LED ARM7处理器 VC上位机软件

【中图分类号】 G 【文献标识码】 A

【文章编号】0450-9889（2015）06C-0176-03

大幕布点阵LED屏是一种大角度、高亮度、节能环保、低成本、寿命长、易于数字化控制及环境适应能力强的公用信息发布系统，已广泛应用于商场、车站、银行、企事业单位等公共场所。本文将以大幕布点阵LED屏通用控制器作为研究内容，实现对大屏幕LED显示屏的实时控制与显示。

一、大屏幕LED屏通用控制器总体设计思路

（一）分析显示驱动方案。驱动可以选用静态驱动或动态驱动。静态驱动是指每列LED都由一个单片机的I/O端口进行驱动，如驱动16×64LED灯进行静态显示则需要16×64=1024根I/O端口来驱动。而实际应用中，很少器件拥有这么多根I/O端口，就需要增加锁存器进行驱动，如此就增加了硬件电路的复杂性，不符合现实。动态驱动是将一列LED的阳极端连接在一起，需使用64根I/O端口和LED的阳极端连在一起，这样显然不合适，改选用一个串转并的芯片与64个LED阳极相连，这样只需要少量的I/O端口就可以控制64个LED阳极端了。另外，再将一行LED阴极端连在一起，那么就要16根I/O端口线，为了减少I/O端口的使用量，可选用一块译码芯片来进行阴极的位选通控制，由单片机的I/O控制位选通来间接控制位选信号。当单片机输出字模数据时，同一列LED都收到相同的字符信号，但究竟是哪行显示，取决于单片机对位选通端电路的控制，使用者只需将显示的一排LED的位选通控制打开，该排就会显示出一排数据，没有选通的其他排就不会亮。通过分时分行显示，就能显示整个屏幕的数据。

（二）确定掉电保护方式。在测量、控制等领域的应用中，常要求单片机内部和外部RAM中的数据在电源掉电时不丢失，重新加电时，RAM中的数据能够保存完好，这就要求对单片机系统加接掉电保护电路。在此，采用EEPROM来保存数据。其根据实际需要，掉电时保存一些必要的数据，使系统在电源恢复后，能够继续执行程序，经济实用。同时，EEPROM既具有ROM掉电不丢失数据的特点，又有RAM随机读写的特点。

（三）确定与上位机通信方式。常用的与上位机通信方式有三种方法：一是并口通信；二是串口通信；三是USB通信。在此，选用的是目前使用较多的串口通信方式。

（四）选用合适的芯片。本控制系统以LPC2148为总控制CPU，使用串入并出器件74HC595器件作为LED屏列控制，4线—16线编码器74HC154为LED屏行控制，AT24C02为掉电保护，MAX3232为串口通信，以及VC上位机软件，实现大屏幕LED的实时控制，如图1至图5所示。

二、硬件电路设计

（一）电路硬件设计图。根据电路需要实现的功能及选用的芯片特点，设计出电路硬件设计图，如图6所示。再根据LPC2148的各个管脚功能，连接电路。其中LPC2148的P00口和P01口有UART0串行口通信功能，所以MAX3232的TXDIN（10脚）端口连接P00口上，RXDOUT（9脚）端口连接到P01口上，而TXDOUT（7脚）端口则连接到9针“D”连口的2脚上，RXDIN（8脚）端口连接到管3脚上；P02、P03端口据有I2C的功能，所以AT24C02可以连接在这两个管脚上，P02端口接到AT24C02 SCL（6脚）的管脚上，并接一个10K欧的上拉电阻，P03端口接到AT24C02 SDA（5脚）的管脚上，并接一个10K欧的上位电阻，AT24C02的地址A0、A1、A2接地，表示从器件的地址为0，WP接地，关闭写保护，让器件具有读写的功能；LPC2148的四个I/O端口P05、P06、P07、P08与74HC154的4线控制端口相连接，74HC154的16个输出端口按顺序分别与LED行共阴极连接；再根据电路的置线方便，使P013、P011、P09端口分别接在74HC595的SCLK（11脚）、ENABLE（13脚）、RCLK（12脚）上，P015端口接到最右边的74HC595的SI（14脚）上；16块8×8的LED点阵块接图连成16行、64列的点阵块。电源由LPC2148的核心板提供，这里就不做介绍。这样就完成了电路原理图的连接。

（二）总控电路Protel原理图和PCB图。由于篇幅原因，LED屏的Protel原理图和PCB图在此省略，只列出总控电路的Protel原理图和PCB图，如图7和图8所示。

三、软件程序设计

（一）软件流程序图。软件流程序图如图9所示。

（二）软件整合。整合程序的思想为：首先程序进入main主函数，先初始化各个模块，包括LPC2148初始化、各管脚的功能设置；74HC595管脚初始化；内部定时器初始化；I2C初始化；串口通信UART0初始化。然后显示标题，标题为4个汉字即可，延时显示一段时间，接着从AT24C02中读出掉电保护的数据，数据的存贮依照是否为新数据显示来保存的，即有从上位机软件发来的数据，触发UART0串口中断，接收发过来的数据，而后调用发送程序把数据存贮到AT24C02中覆盖上次的数据，并保存起来，更新显示。其中从上位机发送过来的数据中含有显示方式信息、显示移动速度信息，方便显示效果的调整。最后是一个while死循环，里面就是显示子程序，最终完成整个程序的整合。

四、VC上位机软件

VC是一个windows操作系统的面向对象编程的软件。可以编写本次设计所需的上位机软件。可以编写一个对话框，通过按钮来控制输入框的字符的操作，以ASCⅡ的形式发送字符出去。

（一）上位机软件流程图。上位机软件流程图如图10所示。

图10 上位机软件流程图

（二）上位机软件的实现。在软件中，定义了一个char形的数组用于缓冲待发送的数组，当点击显示方式按钮时，则把显示方式的控制字放入缓冲数组中；当点击移动速度按钮时，则把移动速度控制字放入缓冲数组的另一个的地方；当点击发送按钮时，则把编辑框中的内容以及控制字发送出去。

（三）上位机软件的使用方法。打开上位机软件，可以看到上面有操作的步骤，第一步选择显示方式，有三个选项，一个是左移，一个是上移，一个是不移动，使用者可根据自己的需要进行选择；第二步选择移动速度，有五个选项，分别是很快、快、中、慢、很慢。使用者可自行选择；第三步写入发送数据，待发送的数据可以通过字模生成软件得到，复制过来，粘贴到编辑框，点击发送，即可完成数据的发送。

五、电路板和PC上位机软件的联机使用

通过以上的所有工作，现在已可以使电路板与PC机相连。使用一根串口数据线，其中一端接到PC机的串口上，另外一端接到电路板的串口，使电路板接上电源，打开PC上位机软件，等待标题显示完毕，即实现实时控制大屏幕LED显示屏的数据显示。

六、结论

通过实践，本系统完成了通用控制的功能，而且做到了硬件电路与上位机软件的基本稳定，其最终实现的功能如下：一是显示4个汉字或8个英语字符，显示方式和移动速度可以选择；二是显示方式有三种：左移、上移、不移动；三是显示移动速度有五种：很快、快、中、慢、很慢；四是具有掉电保护功能；五是通过串口与PC机相连，可以通过上位机软件对显示字符、显示方式、显示移动速度进行实时控制。

带上位机软件的大屏幕点阵LED屏通用控制器系统的开发研究，解决了手写传媒的操作繁琐、传媒效果不佳等问题，本系统优点在于具有实时控制、多显示方式效果。

【参考文献】

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[6]郭宝增，邓淳苗.基于FPGA 的LED 显示屏控制系统设计[J].液晶与显示，2010（3）

【作者简介】覃日娜（1983- ），女，壮族，广西柳江人，柳州职业技术学院电子信息工程专业助教，天津职业技术师范大学在读研究生，研究方向：电工与电子技术、现代信号处理。

（责编 黎 原）