课程设计嵌入式系统课程设计报告题目：基于ARM的LED广告牌系统设计班级：姓名：学号：指导教师：成绩：电子与信息工程学院信息与通信工程系摘要随着信息时代高新技术的飞速发展，人们对及时获取并显示各类信息的愿望日益强烈，由此带动了信息传媒的飞速发展，发光二极管(LED)显示屏就是信息显示的重要传媒之一．目前各种大屏幕LED显示屏的控制常采用8位或16位的微处理器，但由于这些微处理器系统的运行速度、寻址能力和功耗等问题，已难满足显示区域较大、显示内容切换频繁的相对较复杂的应用场合．本课题针对目前大屏幕LED显示系统存在的问题，结合当今先进的微控制器产品、控制技术和通信技术，采用基于ARM核的新一代32位嵌入式RISC 微处理器组成前级驱动电路，PC机用于后级管理和控制，方便地组成由多块大屏幕LED 显示器构成的显示系统．与传统的基于8位或16位普通单片机的LED显示系统相比较，该系统在不显著增加系统成本的情况下，可支持更大可视区域的稳定显示，同时可存储更多的显示内容．关键词：32位ARM微处理器；LED显示系统基于ARM的LED广告牌系统设计目录摘要 (1)目录 (3)1 系统功能分析 (4)1.1 LED电子显示屏 (4)1.2 整体思路 (4)1.3原理介绍 (5)2系统硬件设计 (5)2.1 电源模块的设计 (5)2.2 ARM控制模块的设计 (6)2.3 串口通信模块的设计 (7)2.4LED显示模块 (7)2.5 模块功能 (8)3 系统工作流程及控制方式分析 (9)3.1 系统工作流程 (9)3.2 传输方式 (9)3.3 软件控制系统字模提取的分析与设计 (10)3.4 系统综述 (10)4 总结 (11)参考文献 (12)嵌入式系统课程设计1 系统功能分析1.1 LED 电子显示屏LED 电子显示屏是由几百--几十万个半导体发光二极管构成的像素点，按矩阵均匀排列组成。

利用不同的半导体材料可以制造不同色彩的LED 像素点。

目前应用最广的是红色、绿色、黄色。

而蓝色和纯绿色LED 的开发已经达到了实用阶段。

LED 显示屏是一种通过控制半导体发光二极管的亮度的方式来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。

LED 显示屏分为图文显示屏和条幅显示屏，均由LED 矩阵块组成。

图文显示屏可与计算机同步显示汉字、英文文本和图形，而条幅显示屏则适用于小容量的字符信息显示。

LED 显示屏因为其像素单元是主动发光的，具有亮度高，视角广，工作电压低，功耗小，寿命长，耐冲击和性能稳定等优点。

1.2 整体思路本课题是广告牌系统设计。

一方面所用的LED 子块比较多，外围电路与扫描驱动的比较复杂，另一方面，现在市面上的ARM7芯片价格也很便宜，性价比很高，所以本课题采用LPC2294芯片作为主控制芯片。

本课题的具体功能主要是对上级系统送过来的显示信息进行存储，处理，控制，与显示。

根据这一定义可以将课题具体划分为ARM 控制模块，串口通信模块，LED 显示模块，时钟模块，电源模块五部分。

以下是本次设计的方块图：LED 控制板LED 显示模块图2-1 系统方块图上位系统 串口通信模块1 存储器 ARM 控制模块 LED 控制电路（驱动电路与接口电路等） 串口通信模块2 LED 显示屏时钟模块 电源模块基于ARM的LED广告牌系统设计1.3原理介绍上级系统经由串口通信模块一向ARM控制芯片发送数据，ARM芯片控制时序并将送过来的数据存入存储器中，这样可以保证以后信息的显示不用再要上位机的参与以节省资源，若要改变现实的信息可以再通过上位机修改存储器中的数据再复位从新开始。

显示环节不需要上级系统的参与，由ARM控制芯片直接控制存储器与LED显示模块之间的数据传输与时序控制，具体是ARM芯片根据具体情况将要显示的图文信息转换成相应的二进制编码通过通信模块二发送给显示控制电路，再相应的位置置高低电平通过驱动电路点亮相应的LED管以实现信息的显示。

当系统上电以后ARM控制模块首先检查是否有数据从上级系统送来，如果有则暂时停止LED显示屏的显示，空出系统的总线与ARM资源接收来自上级系统的数据并将数据依次存入存储器中。

当上级系统数据传送完毕后停止RS232接口的数据传输，将系统的资源用于对存储器中信息的显示，ARM控制模块开始接受存储器中的数据，一个汉字占用4个字节的存储空间需要显示屏的4块8*8LED显示子块，ARM是32位机每次可以传输4个字节即一个汉字，并将数据按照程序的控制在时钟的控制下将第一个字的数据输入到开始的四个LED显示子快上已完成一个汉字的显示，接着移位寄存器选中接下来的四个LED 显示子块，同时控制存储器送入下一个汉字的数据在按照上面的相同的方式处理，这样第二个字便显示在第一个字的后面，以后的数据都这样处理。

当显示了12个汉字便形成一屏汉字，同时移位寄存器又回到开始的状态，这时应用一个延时程序，过后清屏，开始开始显示下一屏信息。

直到存储器中整个信息段都已显示完毕，便使程序回到开始位置重复显示。

这样存入存储器中的数据在没有更新便一直这样重复显示。

在整个信息段没有显示完成的过程中关闭RS232接收器中断，来防止显示的过程中有数据传来而中断信息显示的完整性。

在整个信息段显示完成后开启RS232接收器中断，检查是否有新数据传来，若有，则立即更新数据停止显示旧的信息段转而从头显示新数据。

若没有，则继续显示旧的数据。

2系统硬件设计2.1 电源模块的设计电源模块为总个系统提供合适的电压与电流。

其设计正确与否，关系到总个电路能否嵌入式系统课程设计持续稳定的工作。

电源设计实首先要能提供+5V电源。

但是ARM模块需要+3.3V的直流电源，LED显示屏除了需要+3.3V逻辑电压外，还需+12伏的直流驱动电压。

系统采用5伏电压管理芯片LT1117+5，220交流输入，5伏直流输出。

为了提供+3.3V 的直流电压，采用的是+3.3伏电压管理芯片LT1117，+5伏供电，+3.3伏输出。

图3-1是由交流220伏电压转换成5伏直流电压输出的简要原理框图：图3-1 交流220.伏电压转5伏直流电压电路图2.2 ARM控制模块的设计由于飞利浦公司的LPC2294集成了非常丰富的外围接口电路，所以本模块的设计基本上只涉及ARM处理器各引脚的设置。

图3-2 ARM复位电路基于ARM的LED广告牌系统设计图3-3 系统的时钟电路设计在本系统中给ARM设计的晶振频率是11.0592M。

从设计框图来看，ARM控制块主要的控制功能有：Ⅰ，对串行通信端口的控制。

Ⅱ，对存储器读写操作。

Ⅲ，对显示模块的控制。

2.3 串口通信模块的设计串口模块是本设计的一个重点模块，它负责ARM模块与LED模块之间的信息通信。

硬件电路是否设计得当关系到二者通信质量的好坏。

本串口通信协议采用RS232串口协议。

在本模块中采用的RS232接口芯片是MAXIM公司的MAX232。

MAX23是MAXIM公司生产的RS232收发器，它支持EIA/TIA-232和ITU-TV.28/V.24通信协议，适用于便携式设备使用（如笔记本电脑及PDA）。

MAX232内有一个高效电荷泵，可以完成两路TTL/RS-232电平的转换。

RS232 接口电路的主要功能是：将来自微处理器的发送信号TxD 通过“发送器”转换成通讯网络中的电压信号，也可以将通讯网络中的电压信号通过“接收器”转换成被微处理器接收的RxD 信号。

任一时刻，RS-232收发器只能够工作在“接收”或“发送”两种模式之一，因此，必须为RS-232 接口电路增加一个收/发逻辑控制电路。

2.4 LED显示模块LED模块系统中独立性比较强的一个模块，LED点阵的驱动显示主要是靠LED模块中自带的LED控制器来完成，它只与与ARM的UART口进行通信，当它收到上位机的命令后，直接调用存储器内的相关程序驱动LED点阵。

它只和外部的串口模块有连接。

嵌入式系统课程设计图3-4为LED模块与串口的连接示意图：图3-4 LED模块与串口连接示意图2.5 模块功能ARM该模块主要由一块ARM7的控制板组成，它的主要作用是对存储器，信源与LED显示模块之间的数据传输以及时序控制。

模块一采用RS-485通信接口主要功能是接收上级信源发送过来要显示的信息。

RS485协议是目前应用非常广泛的半双工串行通信协议。

显示控制电路：该部分主要包括晶体管，电阻，相应的芯片组成。

主要功能是负责LED点阵的驱动和与ARM的接口。

LED点阵模块：该部分是由若干的LED显示单元级联而成，可组成共阴或共阳极结构。

它接收ARM的数据在相应的位置置高电平或低电平来点亮相应位置的LED。

设计该电源模块的前提是认为外界已能提供+5V直流电源，也就是说在该电源模块里不用再设计交流变直流的电源转换器。

该模块主要由一些电压转换芯片和一些稳压芯片组成。

它的主要功能是为系统的各模块提供合适的稳定的电压供应。

基于ARM的LED广告牌系统设计3 系统工作流程及控制方式分析3.1 系统工作流程上级系统经由通信模块1向ARM控制芯片发送数据，ARM芯片控制时序并将送过来的数据存入存储器中，这样可以保证以后信息的显示不用再要上位机的参与以节省资源，若要改变现实的信息可以再通过上位机修改存储器中的数据再复位从新开始。

显示环节不需要上级系统的参与，由ARM控制芯片直接控制存储器与LED显示模块之间的数据传输与时序控制，具体是ARM芯片根据具体情况将要显示的图文信息抓换成相应的二进制编码通过通信模块二发送给显示控制电路，再相应的位置置高低电平通过驱动电路点亮相应的LED管以实现信息的显示。

3.2 传输方式目前常见的是并行传输方式，通过8位锁存器将8位总线上的列数据进行锁存显示各8位锁存器的片选信号由译码器提供。

此种方式的优点是传输速度快，对微控制器的通信速度要求较低。

但是这种方案最大的缺点是不便于随意扩展显示单元的数目。

每增加一个点阵的全角汉字显示单元，就需要在之前的电路上多增加两根地址线，这就要求在PCB布线的时候要留有充足的地址线冗余量。

再一个缺点是，每个单元的PCB随着安放位置的不同，布线结构也不相同，不利于厂家批量生产。

并行传输需要的芯片较多，因此市场上已经出现用FPGA,CPLD等高密度可编程逻辑器件PLD来取代传统锁存器IC的方案。

成本有所下降，但可扩展性仍旧较差。

因此，并行传输方式适用于显示单元数目确定的条屏。

随着广告屏显示内容的多媒体化，对控制器传输速度，运算能力的要求越来越高。

因此控制8051，ARM到PICARM又到FPGA，直到现在的ARM处理器。

不同功能档次的广告屏对应着不同的处理器。

1.以传统8051为控制器的LED显示屏。