基于S3C4480X的大型LED顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、基于s3c4480x的大型led顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)大型顯示系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種室內(nèi)外場(chǎng)合，但因?yàn)槠涠嗖杉{多機(jī)系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)成本和軟硬件設(shè)計(jì)復(fù)雜度。多機(jī)系統(tǒng)工作時(shí)，本質(zhì)上相當(dāng)于一個(gè)高寬度的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。其技術(shù)難點(diǎn)如下：大型led顯示屏上的像素?cái)?shù)以萬(wàn)計(jì)，隨著顯示面積增大，結(jié)構(gòu)隨之增大。為了保證一定的顯示質(zhì)量，幀頻應(yīng)在30幀s以上。對(duì)于一個(gè)512×252的單色led屏，每秒的數(shù)據(jù)傳輸量起碼為480 kb以上，對(duì)于彩屏及顯示質(zhì)量高的場(chǎng)合，數(shù)據(jù)傳輸量還將按整數(shù)倍增長(zhǎng)。當(dāng)led屏位于室外時(shí)，上下位機(jī)通信可能在百米甚至千米以上，要求通信速度快且牢靠。鑒于上述前兩個(gè)技術(shù)難點(diǎn)，為能夠用法單cpu系統(tǒng)代替多

2、機(jī)系統(tǒng)控制大型led顯示系統(tǒng)，實(shí)行的應(yīng)對(duì)策略如下：大型的led屏由通用的顯示模塊組成，顯示模塊具有良好的通用性和可嵌入性。用法16位并行總線數(shù)據(jù)傳輸方式，要顯示相應(yīng)位置的顯示模塊，模塊上的列鎖存單元能夠精確選通，使橫向級(jí)聯(lián)的led顯示模塊能夠被視為一段延續(xù)的存儲(chǔ)單元。用法s3c44box內(nèi)部的dma控制器舉行數(shù)據(jù)的傳輸和控制，節(jié)約了用法命令傳輸數(shù)據(jù)的cpu取指和譯指時(shí)光以及用法命令傳輸數(shù)據(jù)附帶的計(jì)數(shù)、比較、跳轉(zhuǎn)等軟件開(kāi)銷，從而能夠在延續(xù)的讀寫操作中完成數(shù)據(jù)的傳輸，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群托省? 硬件結(jié)構(gòu)及原理大型led顯示系統(tǒng)普通分為主控板和顯示驅(qū)動(dòng)模塊兩部分。11 顯示模塊現(xiàn)今，大型led顯

3、示系統(tǒng)是利用人眼視覺(jué)特點(diǎn)采納逐行掃描和列驅(qū)動(dòng)方式以節(jié)約硬件開(kāi)支的，本系統(tǒng)采納116逐行掃描方式，所以囫圇大型led屏被分為16行同名行，顯示模塊原理圖1所示。每個(gè)顯示模塊為1個(gè)64×32的小點(diǎn)陣屏，分為兩部分，上下各16行，每部分有8組列數(shù)據(jù)鎖存器。上下兩部分復(fù)用1個(gè)416譯碼器u1，選通驅(qū)動(dòng)116逐行掃描顯示，并需要16組列驅(qū)動(dòng)鎖存器鎖存列顯示數(shù)據(jù)。采納并行總線數(shù)據(jù)傳輸方式時(shí)，需要1個(gè)416譯碼器u2選通使能列鎖存器。在點(diǎn)陣刷新時(shí)，需要用法兩級(jí)鎖存器鎖存列顯示數(shù)據(jù)，否則會(huì)浮現(xiàn)顯示拖尾現(xiàn)象。本次正在顯示的數(shù)據(jù)存在其次級(jí)鎖存器中，主控板對(duì)屏端第一級(jí)鎖存器寫下一行要顯示的數(shù)據(jù)舉行列數(shù)據(jù)刷

4、新，當(dāng)下一行要顯示的數(shù)據(jù)傳輸完畢后，一起鎖存到其次級(jí)鎖存器輸出并選通驅(qū)動(dòng)下一行顯示。采納并行總線方式下二級(jí)鎖存器仍比數(shù)據(jù)串行傳輸再轉(zhuǎn)成并行輸出的計(jì)劃經(jīng)濟(jì)。顯示模塊與模塊之間橫向級(jí)聯(lián)時(shí)，運(yùn)用錯(cuò)位級(jí)聯(lián)的思想，使其具有良好的通用性和可嵌入性。1所示，選通線每到一級(jí)時(shí)就會(huì)錯(cuò)位一次并傳到下一級(jí)，總是使第一根選通線blk_en0作第一級(jí)列鎖存器譯碼器的使能控制線，這樣n根選通線就能依次選通n級(jí)橫向級(jí)聯(lián)模塊。這樣就可以用相同的顯示模塊隨意組合成橫向級(jí)聯(lián)的條屏。運(yùn)用錯(cuò)位級(jí)聯(lián)思想，使橫向級(jí)聯(lián)的顯示模塊上的第一級(jí)鎖存器的譯碼器u2能夠依次選通，該譯碼器又能依次選通第一級(jí)列數(shù)據(jù)鎖存器，這樣橫向級(jí)聯(lián)屏上的第一級(jí)列數(shù)據(jù)

5、鎖存器就能看成一段延續(xù)的存儲(chǔ)單元，這是用法dma并行數(shù)據(jù)傳輸控制的基礎(chǔ)。12 主控電路與led屏的接口設(shè)計(jì)本顯示系統(tǒng)選用基于7tdmi內(nèi)核并帶有內(nèi)部dma控制器的s3c44box作主控制器，使其工作在arm狀態(tài)，并用法16位總線。因?yàn)榘裭ed屏虛擬的視為一段延續(xù)的存儲(chǔ)單元，故為其分配地址空間0x2000000ox4000000。主控電路與led屏接口應(yīng)能實(shí)現(xiàn)以下功能：選通隨意位置的顯示模塊及該模塊上的第一級(jí)列數(shù)據(jù)鎖存器。將該位置要顯示的點(diǎn)陣碼精確鎖存，并能在第一級(jí)列數(shù)據(jù)鎖存器數(shù)據(jù)刷新后，將刷新數(shù)據(jù)鎖存到其次級(jí)列數(shù)據(jù)鎖存器并輸出。能控制選通驅(qū)動(dòng)16行同名行中的一行舉行逐行掃描顯示。實(shí)現(xiàn)主控芯片3

6、3 v到led屏5v的規(guī)律電平轉(zhuǎn)換。主控板與led屏接口電路原理圖2所示。一個(gè)大型led屏的結(jié)構(gòu)可分為縱向級(jí)聯(lián)和橫向級(jí)聯(lián)，這種結(jié)構(gòu)類似于一個(gè)三維數(shù)組。假設(shè)一個(gè)三維數(shù)組ledjk，其中：i=0，1，2,，m 表示led屏縱向級(jí)聯(lián)級(jí)的序號(hào)。j=0，1，2,，n 表示led屏橫向級(jí)聯(lián)級(jí)的序號(hào)。k=o，1，2,，16 表示顯示模塊上16個(gè)第一級(jí)列數(shù)據(jù)鎖存器的序號(hào)。因?yàn)橄到y(tǒng)用法16位并行總線數(shù)據(jù)傳輸方式，并將led屏視為一段延續(xù)的存儲(chǔ)單元，故用法a4：1作顯示模塊上選通第一級(jí)列數(shù)據(jù)鎖存器譯碼器(圖1中u2)的譯碼輸入，即為三維數(shù)組的k變量；用法a8：5作選通橫向級(jí)聯(lián)顯示模塊的譯碼器(圖2中u7)譯碼輸入

7、，即為三維數(shù)組的j變量；因?yàn)閘ed屏要具有良好的靈便性，又因?yàn)椴杉{dma傳輸數(shù)據(jù)要求點(diǎn)陣碼存放挨次的技術(shù)要求，縱向級(jí)聯(lián)級(jí)選通不滿足用法地址總線譯碼選通的條件，所以用法s3c44box的pg2：0作縱向級(jí)聯(lián)級(jí)選通譯碼器的譯碼輸入，即三維數(shù)組的i變量。因?yàn)榈刂泛蛿?shù)據(jù)總線上的狀態(tài)不斷變幻，所以在對(duì)led屏舉行寫操作時(shí)，地址和數(shù)據(jù)信號(hào)應(yīng)舉行鎖存，主控板上分離用法u2、u3和u4鎖存對(duì)led寫操作時(shí)的地址和數(shù)據(jù)總線的狀態(tài)。led屏分配首址為ox2000000，當(dāng)對(duì)其舉行寫操作時(shí)，s3c44box的ngcsl和nwe腳會(huì)浮現(xiàn)可編程控制時(shí)延的有效低電平。ngcsl經(jīng)一個(gè)非門作u2、u3和u4的鎖存使能控制信

8、號(hào)，保證僅在對(duì)led屏拜訪時(shí)，地址和數(shù)據(jù)總線上的信號(hào)才被鎖存。nwe經(jīng)一個(gè)非門作屏端第一級(jí)列數(shù)據(jù)鎖存器(圖1中u3u19)的鎖存使能控制信號(hào)，保證惟獨(dú)當(dāng)刷新數(shù)據(jù)穩(wěn)定浮現(xiàn)在列數(shù)據(jù)鎖存其輸入端時(shí)才被鎖存。s3c44box的pci0作全部屏端其次級(jí)鎖存器(圖1中u20u35)的鎖存使能控制信號(hào)線；s3c44box的pc3：o作16行驅(qū)動(dòng)譯碼器(圖1中u1)的譯碼輸入。因?yàn)閿?shù)據(jù)傳輸時(shí)只需要主控板對(duì)led屏輸出控制，不需要信號(hào)反饋，所以接口電路采納便宜的5v供電的hct電路芯片計(jì)劃，就可滿足主控芯片3.3v到led屏5v的規(guī)律電平轉(zhuǎn)換。在dma傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，更關(guān)懷的是dma的寫操作，時(shí)序3所示。t1時(shí)刻d

9、ma寫操作開(kāi)頭，地址和數(shù)據(jù)總線上浮現(xiàn)led屏相應(yīng)位置的地址和刷新數(shù)據(jù)；t2時(shí)刻ngcs1引腳浮現(xiàn)有效低電平，地址和數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)被鎖存到u2u4并輸出；t3時(shí)刻nwe引腳浮現(xiàn)有效低電平，u2u4的輸出數(shù)據(jù)被鎖存到屏端第一級(jí)列數(shù)據(jù)鎖存器并輸出。這樣主控制器就完成了一次列數(shù)據(jù)的刷新。2 軟件設(shè)計(jì)21 led屏顯示程序設(shè)計(jì)因?yàn)橛梅藄3c4480x內(nèi)部dma控制器舉行數(shù)據(jù)的傳輸與控制，顯示程序得到很大簡(jiǎn)化，程序流程4所示。點(diǎn)陣碼的傳輸全由dma控制器完成，只需在啟動(dòng)dma數(shù)據(jù)傳輸前將點(diǎn)陣碼的首址、led屏的首址及傳輸數(shù)據(jù)量的值分離賦給相應(yīng)的控制字后，啟動(dòng)dma操作即可。完成全部本同名行點(diǎn)陣碼傳輸后

10、，將刷新的數(shù)據(jù)鎖存到其次級(jí)列數(shù)據(jù)鎖存器輸出，并驅(qū)動(dòng)本同名行顯示。這樣循環(huán)顯示16行同名行后就完成了一幀點(diǎn)陣顯示。22 點(diǎn)陣排序因?yàn)閘ed顯示模塊的電路結(jié)構(gòu)以及用法了16位并行總線和dma數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，在顯示時(shí)點(diǎn)陣碼的排放挨次，需要滿足如下要求：16位并行總線一次數(shù)據(jù)傳輸，即一次dma寫操作傳輸兩個(gè)字節(jié)的點(diǎn)陣碼，低位和高位字節(jié)分離傳送到兩相鄰的縱向級(jí)聯(lián)模塊的同名行和同名列數(shù)據(jù)鎖存器中，因此相鄰的縱向級(jí)聯(lián)模塊的同名行和同名列點(diǎn)陣碼應(yīng)延續(xù)存放。因?yàn)轱@示模塊的第一級(jí)列數(shù)據(jù)鎖存器譯碼選通電路結(jié)構(gòu)和dma數(shù)據(jù)傳輸要求，對(duì)同一顯示模塊的上下兩部分的同名行點(diǎn)陣應(yīng)按列數(shù)據(jù)鎖存器的選通挨次依次延續(xù)存放。兩相鄰的縱

11、向級(jí)聯(lián)級(jí)的一系列橫向級(jí)聯(lián)級(jí)應(yīng)按和原則舉行點(diǎn)陣碼排序。各縱向級(jí)聯(lián)級(jí)依次按、原則舉行點(diǎn)陣碼排序。16行掃描顯示方式下，一個(gè)大型led屏分為16行同名行，每一同名行根據(jù)、原則舉行點(diǎn)陣排序。以一個(gè)128×64的點(diǎn)陣屏第一行同名行的數(shù)據(jù)排序?yàn)槔?所示，第一行同名行的點(diǎn)陣碼的存放挨次應(yīng)依次為：a，bz，a，b，z。3 結(jié) 論用法并行總線dma數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)簡(jiǎn)化了led顯示系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)，降低了系統(tǒng)成本，取得了很好的顯示質(zhì)量，在22.1184mhz的系統(tǒng)時(shí)鐘下，512×256(8m2)單色點(diǎn)陣屏顯示幀頻達(dá)到250hz，平均120ns傳送1個(gè)字節(jié)，達(dá)到了用法單cpu系統(tǒng)代替多機(jī)系統(tǒng)控制led顯示系統(tǒng)的目的。但為了使上一代的顯示驅(qū)動(dòng)板仍能夠用法，點(diǎn)陣碼需要排序，顯示時(shí)只能用法頁(yè)面方式