基于ARM的LED點陣屏實時控制電路設計

【摘 要】詳細介紹基于ARM7 LPC2148芯片作為處理器的大屏幕LED點陣屏實時控制電路的基本原理與實現方案。該控制電器由LED點陣屏、驅動電路、屏列控制、屏行控制、掉電保護、串口通信和CPU總控制等構成。經過實踐，電路實現了實時控制、多顯示的功能，解決了手寫傳媒的操作煩瑣、傳媒效果不佳等問題。

【關鍵詞】實時控制電路 LED ARM7處理器 VC上位機軟件

【中圖分類號】 G 【文獻標識碼】 A

【文章編號】0450-9889（2015）06C-0176-03

大幕布點陣LED屏是一種大角度、高亮度、節能環保、低成本、壽命長、易于數字化控制及環境適應能力強的公用信息發布系統，已廣泛應用于商場、車站、銀行、企事業單位等公共場所。本文將以大幕布點陣LED屏通用控制器作為研究內容，實現對大屏幕LED顯示屏的實時控制與顯示。

一、大屏幕LED屏通用控制器總體設計思路

（一）分析顯示驅動方案。驅動可以選用靜態驅動或動態驅動。靜態驅動是指每列LED都由一個單片機的I/O端口進行驅動，如驅動16×64LED燈進行靜態顯示則需要16×64=1024根I/O端口來驅動。而實際應用中，很少器件擁有這么多根I/O端口，就需要增加鎖存器進行驅動，如此就增加了硬件電路的復雜性，不符合現實。動態驅動是將一列LED的陽極端連接在一起，需使用64根I/O端口和LED的陽極端連在一起，這樣顯然不合適，改選用一個串轉并的芯片與64個LED陽極相連，這樣只需要少量的I/O端口就可以控制64個LED陽極端了。另外，再將一行LED陰極端連在一起，那么就要16根I/O端口線，為了減少I/O端口的使用量，可選用一塊譯碼芯片來進行陰極的位選通控制，由單片機的I/O控制位選通來間接控制位選信號。當單片機輸出字模數據時，同一列LED都收到相同的字符信號，但究竟是哪行顯示，取決于單片機對位選通端電路的控制，使用者只需將顯示的一排LED的位選通控制打開，該排就會顯示出一排數據，沒有選通的其他排就不會亮。通過分時分行顯示，就能顯示整個屏幕的數據。

（二）確定掉電保護方式。在測量、控制等領域的應用中，常要求單片機內部和外部RAM中的數據在電源掉電時不丟失，重新加電時，RAM中的數據能夠保存完好，這就要求對單片機系統加接掉電保護電路。在此，采用EEPROM來保存數據。其根據實際需要，掉電時保存一些必要的數據，使系統在電源恢復后，能夠繼續執行程序，經濟實用。同時，EEPROM既具有ROM掉電不丟失數據的特點，又有RAM隨機讀寫的特點。

（三）確定與上位機通信方式。常用的與上位機通信方式有三種方法：一是并口通信；二是串口通信；三是USB通信。在此，選用的是目前使用較多的串口通信方式。

（四）選用合適的芯片。本控制系統以LPC2148為總控制CPU，使用串入并出器件74HC595器件作為LED屏列控制，4線—16線編碼器74HC154為LED屏行控制，AT24C02為掉電保護，MAX3232為串口通信，以及VC上位機軟件，實現大屏幕LED的實時控制，如圖1至圖5所示。

二、硬件電路設計

（一）電路硬件設計圖。根據電路需要實現的功能及選用的芯片特點，設計出電路硬件設計圖，如圖6所示。再根據LPC2148的各個管腳功能，連接電路。其中LPC2148的P00口和P01口有UART0串行口通信功能，所以MAX3232的TXDIN（10腳）端口連接P00口上，RXDOUT（9腳）端口連接到P01口上，而TXDOUT（7腳）端口則連接到9針“D”連口的2腳上，RXDIN（8腳）端口連接到管3腳上；P02、P03端口據有I2C的功能，所以AT24C02可以連接在這兩個管腳上，P02端口接到AT24C02 SCL（6腳）的管腳上，并接一個10K歐的上拉電阻，P03端口接到AT24C02 SDA（5腳）的管腳上，并接一個10K歐的上位電阻，AT24C02的地址A0、A1、A2接地，表示從器件的地址為0，WP接地，關閉寫保護，讓器件具有讀寫的功能；LPC2148的四個I/O端口P05、P06、P07、P08與74HC154的4線控制端口相連接，74HC154的16個輸出端口按順序分別與LED行共陰極連接；再根據電路的置線方便，使P013、P011、P09端口分別接在74HC595的SCLK（11腳）、ENABLE（13腳）、RCLK（12腳）上，P015端口接到最右邊的74HC595的SI（14腳）上；16塊8×8的LED點陣塊接圖連成16行、64列的點陣塊。電源由LPC2148的核心板提供，這里就不做介紹。這樣就完成了電路原理圖的連接。

（二）總控電路Protel原理圖和PCB圖。由于篇幅原因，LED屏的Protel原理圖和PCB圖在此省略，只列出總控電路的Protel原理圖和PCB圖，如圖7和圖8所示。

三、軟件程序設計

（一）軟件流程序圖。軟件流程序圖如圖9所示。

（二）軟件整合。整合程序的思想為：首先程序進入main主函數，先初始化各個模塊，包括LPC2148初始化、各管腳的功能設置；74HC595管腳初始化；內部定時器初始化；I2C初始化；串口通信UART0初始化。然后顯示標題，標題為4個漢字即可，延時顯示一段時間，接著從AT24C02中讀出掉電保護的數據，數據的存貯依照是否為新數據顯示來保存的，即有從上位機軟件發來的數據，觸發UART0串口中斷，接收發過來的數據，而后調用發送程序把數據存貯到AT24C02中覆蓋上次的數據，并保存起來，更新顯示。其中從上位機發送過來的數據中含有顯示方式信息、顯示移動速度信息，方便顯示效果的調整。最后是一個while死循環，里面就是顯示子程序，最終完成整個程序的整合。

四、VC上位機軟件

VC是一個windows操作系統的面向對象編程的軟件。可以編寫本次設計所需的上位機軟件。可以編寫一個對話框，通過按鈕來控制輸入框的字符的操作，以ASCⅡ的形式發送字符出去。

（一）上位機軟件流程圖。上位機軟件流程圖如圖10所示。

圖10 上位機軟件流程圖

（二）上位機軟件的實現。在軟件中，定義了一個char形的數組用于緩沖待發送的數組，當點擊顯示方式按鈕時，則把顯示方式的控制字放入緩沖數組中；當點擊移動速度按鈕時，則把移動速度控制字放入緩沖數組的另一個的地方；當點擊發送按鈕時，則把編輯框中的內容以及控制字發送出去。

（三）上位機軟件的使用方法。打開上位機軟件，可以看到上面有操作的步驟，第一步選擇顯示方式，有三個選項，一個是左移，一個是上移，一個是不移動，使用者可根據自己的需要進行選擇；第二步選擇移動速度，有五個選項，分別是很快、快、中、慢、很慢。使用者可自行選擇；第三步寫入發送數據，待發送的數據可以通過字模生成軟件得到，復制過來，粘貼到編輯框，點擊發送，即可完成數據的發送。

五、電路板和PC上位機軟件的聯機使用

通過以上的所有工作，現在已可以使電路板與PC機相連。使用一根串口數據線，其中一端接到PC機的串口上，另外一端接到電路板的串口，使電路板接上電源，打開PC上位機軟件，等待標題顯示完畢，即實現實時控制大屏幕LED顯示屏的數據顯示。

六、結論

通過實踐，本系統完成了通用控制的功能，而且做到了硬件電路與上位機軟件的基本穩定，其最終實現的功能如下：一是顯示4個漢字或8個英語字符，顯示方式和移動速度可以選擇；二是顯示方式有三種：左移、上移、不移動；三是顯示移動速度有五種：很快、快、中、慢、很慢；四是具有掉電保護功能；五是通過串口與PC機相連，可以通過上位機軟件對顯示字符、顯示方式、顯示移動速度進行實時控制。

帶上位機軟件的大屏幕點陣LED屏通用控制器系統的開發研究，解決了手寫傳媒的操作繁瑣、傳媒效果不佳等問題，本系統優點在于具有實時控制、多顯示方式效果。

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【作者簡介】覃日娜（1983- ），女，壯族，廣西柳江人，柳州職業技術學院電子信息工程專業助教，天津職業技術師范大學在讀研究生，研究方向：電工與電子技術、現代信號處理。

（責編 黎 原）