編號本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：基于ARM的以太網(wǎng)LED顯物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)院自動化專業(yè)學(xué)號0704070315學(xué)生姓名周亮亮指導(dǎo)教師潘庭龍教授二〇一一年六月I摘要摘要隨著信息時代高新技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對及時獲取并顯示各類信息的愿望日益強烈，由此帶動了信息傳媒的飛速發(fā)展，發(fā)光二極管(LED)顯示屏就是信息顯示的重要傳媒之一．目前各種大屏幕LED顯示屏的控制常采用8位或16位的微處理器，但由于這些微處理器系統(tǒng)的運行速度、尋址能力和功耗等問題，已難滿足顯示區(qū)域較大、顯示內(nèi)容切換頻繁的相對較復(fù)雜的應(yīng)用場合．本課題針對目前大屏幕LED顯示系統(tǒng)存在的問題，結(jié)合當今先進的微控制器產(chǎn)品、控制技術(shù)和通信技術(shù)，采用基于ARM核的新一代32位嵌入式RISC微處理器組成前級驅(qū)動電路，PC機用于后級管理和控制，方便地組成由多塊大屏幕LED顯示器構(gòu)成的顯示系統(tǒng)．與傳統(tǒng)的基于8位或6位普通單片機的LED顯示系統(tǒng)相比較，該系統(tǒng)在不顯著增加系統(tǒng)成本的情況下，可支持更大可視區(qū)域的穩(wěn)定顯示，同時可存儲更多的顯示內(nèi)容．本課題主要完成以下內(nèi)容:完成基于32位ARM微處理器的大屏幕LED顯示系統(tǒng)的總體設(shè)計，對系統(tǒng)中使用的主要芯片進行選型，并分析使用方法；對基于ARM微處理器LPC2478系統(tǒng)的電源電路、晶振電路與復(fù)位電路進行設(shè)計.對基于LPC2478的系統(tǒng)擴展進行設(shè)計，主要包括存儲器FLASH和SDRAM的擴展及與LPC2478的接口電路的設(shè)計；給出了基于LPC2478系統(tǒng)的LED顯示屏動態(tài)掃描電路中的列顯示驅(qū)動電路和行掃描控制電路，完成LED顯示屏動態(tài)掃描電路與LPC2478的接口電路的設(shè)計；將微處理器LPC2478系統(tǒng)輸出的LVTTL電平信號進行RS—232標準的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)LED顯示控制器與PC機進行串口通信.并對10M/100M以太網(wǎng)接口電路進行設(shè)計；完成基于ARM微處理器LPC2478的大屏幕LED顯示系統(tǒng)的軟件設(shè)計，以實現(xiàn)LED顯示屏的圖文顯示.基于ARM微處理器控制系統(tǒng)的程序采用ARM匯編語言和C語言編寫，PC機的通信程序使用VB6.0進行開發(fā)，并通過MSComm和Winscok通信控件來實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸．關(guān)鍵詞：32位ARM微處理器;ARM匯編語言;串行通信;LED顯示系統(tǒng)IAbstractABSTRACTWiththerapiddevelopmentofhightechnologyininformationage，peoplearemoreandmoreeagertoobtainallkindsofinformationanddisplaythemintime.Thereforeitbringstherapiddevelopmentofinformationcarner.Lighteemittingdiode(LED)disPlaysystemisanimportantkindofinformationcarrier．.Now，8-bior16-bitmieroproeessorsareoftenusedforthecontrolofallkindsoflargeLEDdisplaysereen，butbeeauseofsomeproblemsexistedinthesemieroproeessorsystemsuchasrunningspeed，abilitytoaddressandPowerdepletion，ete，Insomecomplexoeeasions，itisdiffieulttosatisfylargedisplayareaandtheeontentsofdisplaysswitchedfrequently，aimmingattheproblemsexistsinlargeLEDsereendisplaysystem，relatingtotheadvancedproductsofmicroproeessor，controltechnologyandcommunicationtechnology，weadoptedthenewgeneration32-biteembeddedRISCmieroProeessorbasedonARMtoconstitutetheformerleveldrivingeireuit，andPCisusedtomanageandcontrolforthelatterlevel，sothispapercanformthedisPlaysystemeasilywhichmadeupofmanypiecesoflargeLEDsereendisplay，comparedwiththetraditionalLEDdisPlaysystembasedon8-bitor16-bitSCM，thissystemcanSupportsteadydisplaywithbiggervisiblewhilenoobviousinereaseoncosts，atthesametime，itcanstoremoredisplacontents．.Thisreseachhasmainlyaccomplishedthecontentasfollowing:AccomplishthewholedesignoflargeLEDdisplaysystembasedon32-bitARMmicroprocessor,choosingtheappropriatetypeofthemainchipandanalyzingthestruetureandtheoperationmethodofthechips；DesignthePowereireuit,crystal-vibrationcircultandtheresetcricuitbasedonARMmieroproeessorsystem，futhermore，completingthedesignofthesystematicexpansionbasedonLPC2478，includingmairilytheexpansionofthememorizersFLASH，SDRAMandtheinterfacecircuitoftheLPC2478；.ProvidetheeolumndisplaydrivercircuitandtherowscaningcontrolcircultofthedynamicscaningcircultoftheLEDdisplayscreen，fulfilingthedesignforthedynamicscanningcricuitofLEDdisplayscreenandtheinierfacecircuitofLPC2478；MakeatransformfromLVTTLsignalsentoutfrommicroProcessorLPC2478toRS-232，whichcanmaketheLEDdisplaycontrollerrcommunicatingwithPC.Moreover，ProeeedingtodesigntheInterfaecircuitof10M/100MEthernet；AccomPlishthesofrwaredesignoflargeLEDdisplaysystembasedonARMmicroprocessorLPC2478inordertorealizedisPlayofimagesandlettersinLEDdisplayscreen.TheprogrambasedonARMmicroProcessorcontrolsystemiscompiledwithARMassemblelanguageandClanguage.TheprogramofseriescommuncationofPCisdevelopedwithVB6.0，andthedataistransferredthroughMSCommandWinscokcommunicationcontrol．Keywords:32-bitARMmieroProeessor;ARMlassemblelanguageSerialcommlunieation;LEDdisplaysystemII目錄目錄摘要..........................................................................................................................IABSTRACT.............................................................................................................II目錄........................................................................................................................I第1章緒論.............................................................................................................11.1LED大屏幕及其應(yīng)用...........................................................................................................11.2LED大屏幕的發(fā)展狀況及趨勢...........................................................................................11.2.1LED大屏幕的發(fā)展狀況....................................................................................................................11.2.2LED大屏幕的發(fā)展趨勢....................................................................................................................21.3ARM嵌入式微處理器及嵌入式技術(shù)..................................................................................31.3.1ARM嵌入式微處理器.......................................................................................................................31.3.2ARM嵌入式技術(shù)...............................................................................................................................31.4課題的目的、意義及主要研究內(nèi)容...................................................................................4第2章LED大屏幕顯示屏顯示系統(tǒng)組成............................................................72.1LED器件工作原理...............................................................................................................72.1.1LED發(fā)光原理....................................................................................................................................72.1.2LED器件驅(qū)動....................................................................................................................................72.1.3LED顯示屏的驅(qū)動方式....................................................................................................................82.2雙基色單元板電路組成分析...............................................................................................82.2.1LED單元板整體電路組成................................................................................................................82.2.2LED單元板顯示原理........................................................................................................................92.3本章小結(jié).............................................................................................................................11第3章LED顯示屏系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)......................................................................133.1系統(tǒng)功能.............................................................................................................................133.2系統(tǒng)軟硬件組成.................................................................................................................133.2.1系統(tǒng)硬件組成..................................................................................................................................133.2.2系統(tǒng)軟件組成..................................................................................................................................143.3以太網(wǎng)系統(tǒng)分析.................................................................................................................153.4本章小結(jié).............................................................................................................................16第4章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計...................................................................................174.1LPC2478芯片介紹.............................................................................................................174.2系統(tǒng)復(fù)位電路設(shè)計.............................................................................................................194.2.1LPC2478復(fù)位狀態(tài)...........................................................................................................................194.2.2系統(tǒng)復(fù)位電路..................................................................................................................................20i目錄4.3系統(tǒng)電源電路設(shè)計.............................................................................................................204.4系統(tǒng)晶振電路設(shè)計.............................................................................................................214.5系統(tǒng)JTAG接口電路設(shè)計.................................................................................................214.6系統(tǒng)串口電路設(shè)計.............................................................................................................224.7系統(tǒng)FLASH存儲器接口電路設(shè)計....................................................................................234.8系統(tǒng)SDRAM接口電路設(shè)計............................................................................................244.9系統(tǒng)掃描驅(qū)動電路設(shè)計.....................................................................................................254.10系統(tǒng)以太網(wǎng)模塊設(shè)計.......................................................................................................264.11本章小結(jié)...........................................................................................................................28第5章系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計...................................................................................295.1基于LPC2478的控制器軟件設(shè)計...................................................................................295.1.1LPC2478控制器軟件整體設(shè)計.......................................................................................................295.1.2ARM初始化過程.............................................................................................................................315.2大屏幕控制器與PC機通信軟件設(shè)計..............................................................................365.2.1LPC2478以太網(wǎng)寄存器設(shè)置...........................................................................................................365.2.2LPC2478以太網(wǎng)通信軟件設(shè)計.......................................................................................................385.3PC機的圖文顯示控制與通信軟件設(shè)計...........................................................................405.3.1PC機控制軟件的整體設(shè)計..............................................................................................................405.3.2漢字及ASCII字符點陣字模信息生成..........................................................................................415.3.3PC機的網(wǎng)絡(luò)通信程序設(shè)計..............................................................................................................425.4大屏幕顯示器演示效果.....................................................................................................455.5本章小結(jié).............................................................................................................................46第6章結(jié)論與展望...............................................................................................476.1結(jié)論.....................................................................................................................................476.2不足之處及未來展望.........................................................................................................47參考文獻.................................................................................................................49致謝.........................................................................................................................51附錄.........................................................................................................................53ii基于ARM的以太網(wǎng)LED顯示屏控制器研究第1章緒論現(xiàn)代社會已經(jīng)邁入信息化時代，大量的信息通過“信息高速公路”傳送著，圖像是人們感受信息的直接方式之一．研究表明，在人們經(jīng)各種感覺器官從外界獲得的信息中，近2／3的信息是通過眼睛獲得的[1]．而圖像顯示技術(shù)正是為人們提供各種各樣重要信息的一個窗口．進入20世紀以來，顯示技術(shù)作為人機聯(lián)系和信息展示的窗口已應(yīng)用于社會生活的各個方面．目前已經(jīng)開發(fā)和應(yīng)用的各類顯示設(shè)備有：液晶顯示器、等離子體顯示器、場發(fā)射顯示器、真空熒光顯示器、發(fā)光二極管(LED)等等[2]，其中，LED作為一種新型的顯示設(shè)備，從一問世，就引起了世人的極大關(guān)注．1.1LED大屏幕及其應(yīng)用發(fā)光二極管(LED)是六十年代末發(fā)展起來的一種半導(dǎo)體顯示器件[3~4].七十年代，隨著半導(dǎo)體材料合成技術(shù)、單晶制造技術(shù)和P-N結(jié)形成技術(shù)的研究進展，發(fā)光二極管在發(fā)光顏色、亮度等性能方面得以提高，并迅速進入批量化和實用化．.進入八十年代后，開始出現(xiàn)平板顯示產(chǎn)品即LED顯示屏．大屏幕LED顯示屏是一種新型的信息顯示媒體，它是利用發(fā)光二極管點陣模塊或像素單元組成的平面式顯示屏幕，以發(fā)光效率高、使用壽命長、環(huán)境適應(yīng)能力強、性價比高、組態(tài)靈活、色彩豐富等特點[5~6].在短短的十來年中，迅速成長為平板顯示的主流產(chǎn)品，在信息顯示領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用．隨著計算機技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，把計算機技術(shù)和先進的半導(dǎo)體技術(shù)連接起來，使LED大屏幕顯示系統(tǒng)成為集計算機控制技術(shù)、視頻技術(shù)、光電子技術(shù)、微電子技術(shù)、通信技術(shù)、數(shù)字圖象處理技術(shù)為一體的顯示設(shè)各.它已成為既可以播放來自于計算機的動態(tài)視頻信息，也可以播放來自存儲設(shè)備的靜態(tài)圖象的綜合的多功能的大型顯示設(shè)備．LED顯示屏的應(yīng)用涉及到社會經(jīng)濟的許多領(lǐng)域，主要包括：(1)機場航班、港口、車站旅客引導(dǎo)信息顯示.以LED顯示屏為主體的信息系統(tǒng)和廣播系統(tǒng)、票務(wù)信息系統(tǒng)、列車到發(fā)顯示系統(tǒng)等共同構(gòu)成客運樞紐的自動化系統(tǒng)．(2)證券交易、金融信息顯示．在證券行情屏、銀行匯率屏、利率屏等方面應(yīng)用占鉸大比例，是LED顯示屏的主要需求行業(yè)．(3)郵政、電信、商場購物中心等服務(wù)領(lǐng)域的業(yè)務(wù)宣傳及信息顯示.(4)道路交通信息顯示.隨著智能交通系統(tǒng)的興起，在城市交通、高速公路等領(lǐng)域，LED顯示屏作為可變情報板、限速標志等也有較大發(fā)展[7]．(5)高校教學(xué)管理信息發(fā)布顯示.為學(xué)生、教師提供方便快捷的獲取信息的手段，為最大限度地減少教學(xué)事故、維護良好教學(xué)警理提供幫助．(6)室外產(chǎn)品廣告及信息發(fā)布．1.2LED大屏幕的發(fā)展狀況及趨勢1.2.1LED大屏幕的發(fā)展狀況在使用LED技術(shù)設(shè)計和制造大尺寸顯示屏幕這一領(lǐng)域，SACOSMARTVISION公司處于世界領(lǐng)先地位．該公司推出的LED顯示屏采用數(shù)百萬個分散的紅、綠、藍LED制造而成，提供的分辨率舞和觀察視角要遠遠好子任何一種投射或者層疊大尺寸顯示器．該公司為紐1江南大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文約時代廣場制造的納斯達克全彩屏最為聞名，這臺超級顯示屏面積為120英尺×90英尺，由1900萬只超高亮度的藍、綠、紅色LED組成[8]，該屏不僅具有巨大的尺寸，而且具有良好的分辨率和多功能性．在高亮度大屏幕視頻顯示技術(shù)方面，JumboTron系統(tǒng)被公認為是世界的領(lǐng)先者.JumboTron的技術(shù)特點在于采用了獨特的圖像控制器，確保了圖像的高清晰度.目前，全世界有23個國家在使用JumboTron超大屏幕電子顯示屏，總使用面積己超過14000平方米[9]．我國LED顯示屏的發(fā)展可以說基本上與世界水平同步，國內(nèi)的LED顯示屏發(fā)展經(jīng)歷了三個階段：(1)1990年以前LED顯示屏的成長形成時期一方面，受LED材料器件的限制，LED顯示屏的應(yīng)用領(lǐng)域沒有廣泛展開，另一方面，顯示屏控制技術(shù)基本上是通信控制方式，客觀上影響了顯示效果．這一時期的LED顯示屏在國外應(yīng)用較廣，國內(nèi)沒有廣泛使用．(2)1990—1995年，LED顯示屏迅速發(fā)展的時期進入90年代后，國民經(jīng)濟高速增長，對公眾場合發(fā)布信息的需求日益強烈，LED顯示屏的出現(xiàn)正好適應(yīng)了這一市場形勢，因而在LED顯示屏的設(shè)計制造技術(shù)與應(yīng)用水平上都得到了迅速的提高．LED顯示屏經(jīng)歷了從單色、雙色圖文顯示屏，到圖像顯示屏，一直到全彩色視頻顯示屏的發(fā)展過程.無論在器件的性能(超高亮度及藍色發(fā)光燈等)和系統(tǒng)的組成(計算機化的全動態(tài)顯示系統(tǒng))等方面都取得了長足的進步．(3)1995年以來，LED顯示屏應(yīng)用領(lǐng)域更為廣闊近年在全彩色LED顯示屏、256級灰度視頻控制技術(shù)、多級群控技術(shù)等方面均有國內(nèi)先進、達到國際水平的技術(shù)和產(chǎn)品出現(xiàn)．我國LED顯示屏的發(fā)展可以說基本上與世界水平同步，至今已形成了一個具有相當發(fā)展?jié)摿Φ漠a(chǎn)業(yè)．其中南京洛普股份有限公司是專業(yè)從事大型公眾信息顯示屏的企業(yè)，產(chǎn)品已批量出口，在本行業(yè)中獲有較高的知名度[10]．1.2.2LED大屏幕的發(fā)展趨勢目前LED電子顯示屏的顯示向更高亮度、更高耐氣候性、更高的發(fā)光均勻性、更高的可靠性、全色化、多媒體方向發(fā)展，系統(tǒng)的運行，操作與維護也向集成化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向發(fā)展.二十一世紀的顯示技術(shù)將是平板顯示的時代，LED顯示屏作為平板顯示的主導(dǎo)產(chǎn)品之一將有更大的發(fā)展．(1)高亮度、全彩化藍色及綠色超高亮度LED產(chǎn)品出現(xiàn)以來，成本逐年快速降低，使LED全彩色顯示屏產(chǎn)品成本下降，推廣速度加快.同時，隨著控制技術(shù)的發(fā)展和屏體穩(wěn)定性的提高，使全彩色LED顯示屏的亮度、色彩、白平衡均達到比較理想的效果，完全可以滿足戶外全天候的環(huán)境條件要求．(2)標準化、規(guī)范化材料、技術(shù)的成熟及市場價格基本均衡之后，LED顯示屏的標準化和規(guī)范化將成為LED顯示屏發(fā)展的一個趨勢.近幾年業(yè)內(nèi)的發(fā)展中，幾番價格回落調(diào)整達到基本均衡后，產(chǎn)品質(zhì)量、系統(tǒng)的可靠性等將成為主要的競爭因素，這就對LED顯示屏的標準化和規(guī)范化有了2基于ARM的以太網(wǎng)LED顯示屏控制器研究較高的要求.行業(yè)規(guī)范和標準體系的形成，IS09000系列標準的應(yīng)用，使LED顯示屏行業(yè)的發(fā)展趨于有序[11]．(3)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)多樣化隨著信息化社會的形成，信息領(lǐng)域愈加廣泛，LED顯示屏的應(yīng)用前景更為廣闊．預(yù)計大型或超大型LED顯示屏為主流產(chǎn)品的局面將會發(fā)生改變，適合于服務(wù)行業(yè)特點和專業(yè)性要求的小型LED顯示屏?xí)休^大提高，面向信息服務(wù)領(lǐng)域的LED顯示屏產(chǎn)品門類和品種體系將加豐富，部分潛在市場需求和應(yīng)用領(lǐng)域?qū)兴黄疲绻步煌?、停車場、餐飲、醫(yī)院等綜合服務(wù)方面的信息顯示屏需求量將有更大的提高，大批量、小型化的標準系統(tǒng)LED顯示屏在LED顯示屏市場總量中將會占有多數(shù)份額.總之，在LED大屏幕材料研制方面，單色、多色LED點陣模塊產(chǎn)品已經(jīng)很成熟，目前的發(fā)展方向為全彩色LED顯示屏；在產(chǎn)品方面，LED大屏幕朝標準化、大型化和小型化的方向發(fā)展．1.3ARM嵌入式微處理器及嵌入式技術(shù)1.3.1ARM嵌入式微處理器本系統(tǒng)設(shè)計的大屏幕LED顯示系統(tǒng)的控制器采用ARM(AdvancedRISCMachine)嵌入式微處理器基于精簡指令集(RISC)架構(gòu)的32位微處理器．由于具有硬件設(shè)計單純、成本低廉、省電效益佳等特性，且能滿足上網(wǎng)要求，故受到廣大用戶的青睞，其中領(lǐng)先的是ARM嵌入式微處理器系列．ARM是一個公司的名字，也可認為是對一類微處理器的通稱，還可認為是一種技術(shù)的名字．ARM公司1991年成立于英國劍橋，主要出售芯片設(shè)計技術(shù)的授權(quán)[12]．世界各大半導(dǎo)體生產(chǎn)商從ARM公司購買其設(shè)計的ARM微處理器核，根據(jù)各自不同的應(yīng)用領(lǐng)域，加入適當?shù)耐鈬娐罚瑥亩纬勺约旱腁RM微處理器芯片進入市場．目前，采用ARM技術(shù)知識產(chǎn)權(quán)IP(Intel]ectuaiProperty)核的微處理器，即我們通常所說的ARM微處理器，已遍及工業(yè)控制、消費類電子產(chǎn)品、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無線系統(tǒng)等各類產(chǎn)品市場．ARM嵌入式微處理器一般具有如下特點[13]：體積小、低功耗、低成本、高性能；支持Thumb(16位)／ARM(32位)雙指令集，能很好地兼容8位／16位器件：大量使用寄存器，指令執(zhí)行速度更快：大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成：尋址方式靈活簡單，執(zhí)行效率高；指令長度固定．到目前為止，ARM微處理器及技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)深入到各個領(lǐng)域，在工業(yè)控制領(lǐng)域，基于ARM核的微控制器芯片不但占據(jù)了高端微控制器市場的大部分市場份額，同時也逐漸向低端微控制器應(yīng)用領(lǐng)域擴展，ARM微控制器的低功耗、高性價比，向傳統(tǒng)的8位／16位微控制器提出了挑戰(zhàn)．1.3.2ARM嵌入式技術(shù)單片機嵌入于各種設(shè)備及應(yīng)用產(chǎn)品內(nèi)部，以各種設(shè)備、產(chǎn)品的形態(tài)出現(xiàn)，即計算機的嵌入式應(yīng)用，區(qū)別于通用微機一臺式計算機．以嵌入式形態(tài)出現(xiàn)的計算機占整個計算機生產(chǎn)量的80％以上[14]，所構(gòu)成的計算機系統(tǒng)為嵌入式系統(tǒng)(EmbeddedSystem)．嵌入式系統(tǒng)的出現(xiàn)至今已有30多年的歷史，近幾年來，計算機、通信、消費電子的一體化趨勢日益明顯，嵌入式技術(shù)己成為一個研究熱點．1嵌入式定義嵌入式系統(tǒng)是指以應(yīng)用為核心、以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)、軟硬件可裁剪，以及適應(yīng)應(yīng)用3江南大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積和功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng).它主要由嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶應(yīng)用軟件等部分組成，用于實現(xiàn)對其它設(shè)備的控制、監(jiān)視和管理等功能，它通常嵌入在主要設(shè)備中運行．2嵌入式技術(shù)的特點[16](1)嵌入式系統(tǒng)是集軟件、硬件于一體的高可靠性系統(tǒng)．軟件除操作系統(tǒng)外，還需完成嵌入式系統(tǒng)功能的應(yīng)用軟件，硬件除核心硬件CPU，其主流系列為ARM、MIPS外，還需有外圍電路支持，微處理器、微控制器已構(gòu)成嵌入式系統(tǒng)硬件的基礎(chǔ)．(2)嵌入式系統(tǒng)是資源開銷小的高性價比系統(tǒng)．由于嵌入式系統(tǒng)技術(shù)日益完善，各種高性能嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)層出不窮，它已是資源開銷小的高性價比的一類應(yīng)用系統(tǒng).其大多使用閃存(FlashMemory)，以滿足高性能、高可靠性、系統(tǒng)資源開銷小的要求．(3)嵌入式系統(tǒng)是功能強大、使用靈活方便的系統(tǒng)．嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的廣泛性，要求該系統(tǒng)通常是無鍵盤、無需編程的應(yīng)用系統(tǒng)．嵌入式系統(tǒng)按其技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了四個階段[17]；以單芯片可編程控制器為核心的系統(tǒng)：以嵌入式CPU為基礎(chǔ)，以簡單操作系統(tǒng)軟件為核心的階段；以完善的嵌入式實時操作系統(tǒng)為標志的嵌入式系統(tǒng)：以Internet為標志的嵌入式系統(tǒng)．嵌入式系統(tǒng)發(fā)展到今天其技術(shù)曰益完善，32位微處理器，即X86CPU和嵌入式CPU(ARM、MIPS、SH三大類)以及DSP，在嵌入式系統(tǒng)中占主導(dǎo)地位；嵌入式操作系統(tǒng)已經(jīng)從簡單走向成熟，嵌入式系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)、Internet結(jié)合日益密切．1.4課題的目的、意義及主要研究內(nèi)容LED顯示屏是隨著計算機及相關(guān)的微電子、光電子技術(shù)的迅速發(fā)展而形成的一種電子廣告媒體，它越來越廣泛地應(yīng)用到工業(yè)、交通、金融及信息廣告等各行業(yè)．如今LED顯示屏的應(yīng)用越來越向面積大和分辨率高兩個方向發(fā)展，進而增加了傳輸和存儲數(shù)據(jù)的量[18].而目前，各種大屏幕LED顯示屏的控制常采用的是8位或16位的微處理器，由于這些微處理器系統(tǒng)的運行速度、尋址能力和功耗等問題，已難滿足顯示區(qū)域較大、顯示內(nèi)容切換頻繁的相對較復(fù)雜的嵌入式應(yīng)用場合．同時，目前的LED顯示系統(tǒng)一般作為一個獨立的系統(tǒng)存在，或通過RS232、RS485方式與PC機進行近距離的通信，不能滿足需要遠距離控制的使用要求．本課題針對目前大屏幕LED顯示系統(tǒng)存在的問題，結(jié)合當今先進的微控制器產(chǎn)品、控制技術(shù)和通信技術(shù)，實現(xiàn)高性能、低成本、低功耗、小體積的大屏幕LED控制器．為實現(xiàn)上述目的，采用基于ARM核的新一代32位嵌入式RISC微處理器組成前級驅(qū)動電路，采用PC機用于后級管理和控制，可方便地組成由多塊大屏幕LED顯示器構(gòu)成的顯示系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的基于8位／16位普通單片機的LED顯示系統(tǒng)相比較，該系統(tǒng)在不顯著增加系統(tǒng)成本的情況下，可支持更大可視區(qū)域的穩(wěn)定顯示，同時可以存儲更多的顯示內(nèi)容．隨著Internet技術(shù)深入到企業(yè)管理和控制之中，這就要發(fā)展管控一體化的系統(tǒng)集成技術(shù)和系統(tǒng)．通過以太網(wǎng)和Web技術(shù)實現(xiàn)開放型分布式智能系統(tǒng)，基于以太網(wǎng)和TCP／IP協(xié)議的技術(shù)標準，提供模塊化、分布式、可重用的自動化方案[19].由于8位／16位單片機速度不夠快且內(nèi)存不夠大，較難滿足嵌入式設(shè)備的上網(wǎng)要求，而基于32位微處理器的嵌入式設(shè)備能滿足上網(wǎng)的要求．本系統(tǒng)采用ARM微處理器，由于具有強大運算能力和豐富的片內(nèi)外圍，還4基于ARM的以太網(wǎng)LED顯示屏控制器研究可將LED顯示屏方便的接入以太網(wǎng)絡(luò)，每一個LED顯示控制器可作為一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，方便的組成基于以太網(wǎng)的多個LED顯示屏控制系統(tǒng)，以滿足更高、更復(fù)雜的使用要求．本課題主要研究內(nèi)容包括：(1)根據(jù)收集的資料和已有設(shè)計方案對LED顯示屏的控制系統(tǒng)進行改進和進一步的設(shè)計．(2)根據(jù)系統(tǒng)總體方案進行基于32位ARM微處理器(LPC2478)的大屏幕LED顯示系統(tǒng)控制器的硬件設(shè)計，主要包括ARM微處理器的系統(tǒng)配置及相關(guān)的接口電路的設(shè)計：基于ARM的LED顯示屏動態(tài)掃描電路的設(shè)計：系統(tǒng)與上位機之間通信的設(shè)計．(3)根據(jù)LED顯示屏的工作原理、功能以及硬件系統(tǒng)進行系統(tǒng)軟件設(shè)計，主要包括系統(tǒng)軟件模塊的劃分，各模塊程序流程的詳細設(shè)計，并用匯編語言和C語言對ARM微處理器控制系統(tǒng)各模塊進行詳細編制，用軟件VB6．0進行上位機的通信程序開發(fā)．(4)基于工業(yè)以太網(wǎng)的大屏幕LED顯示系統(tǒng)組成的方案設(shè)計．5江南大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文6基于ARM的以太網(wǎng)LED顯示屏控制器研究第2章LED大屏幕顯示屏顯示系統(tǒng)組成2.1LED器件工作原理2.1.1LED發(fā)光原理發(fā)光二極管(1ightemittingdiode．LED)，是一種把電能變成光能的特種器件，當電流如圖2-1所示通過它的時候，可以產(chǎn)生可視的光[20]．圖2-1LED發(fā)光原理圖發(fā)光二極管的結(jié)主要由剛結(jié)芯片、電極和光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成．我們知道，發(fā)光是一種能量轉(zhuǎn)化現(xiàn)象．當系統(tǒng)受到外界激發(fā)后，會從穩(wěn)定的低能態(tài)躍遷到不穩(wěn)定的高能態(tài)；當系統(tǒng)由不穩(wěn)定的高能態(tài)重新回到穩(wěn)定的低能態(tài)時，能量差以光的形式輻射出來，就會產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象[21]．當在PN結(jié)上加以正向電壓之后，P區(qū)的空穴注入至N區(qū)，N區(qū)的電子注入至P區(qū)，相互注入的電子與空穴相遇后即產(chǎn)生復(fù)合，這些少數(shù)載流子在結(jié)的注入和復(fù)合中產(chǎn)生輻射而發(fā)光．它是自發(fā)輻射發(fā)光，不需要較高的注入電流產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，也不需要光學(xué)諧振腔，發(fā)射的是非相干光．2.1.2LED器件驅(qū)動LED器件施加正向電壓時，流過它的正向電流使其發(fā)光，因此LED的驅(qū)動問題就是解決如何使其PN結(jié)處于正向偏置的問題，而且為了控制它的發(fā)光強度，還要解決其正向電流的調(diào)節(jié)問題，具體的驅(qū)動方法可以分為直流驅(qū)動，恒流驅(qū)動和脈沖驅(qū)動等[22]．1直流驅(qū)動直流驅(qū)動是最簡單的方法，LED的工作點的電源電壓是VCC,串聯(lián)電阻R和LED器件的伏安特性是共同決定的，這種方法適合于LED器件較少，發(fā)光強度恒定的場合，例如公交車上用于固定顯示XX字樣的顯示器．2恒流驅(qū)動LED器件的正向特性較陡，加上器件的分散性，使得在同樣電源電壓和同樣限流電阻的情況下，各器件的正向電流并不相同，從而引起發(fā)光強度的差異，若對LED器件進行恒流驅(qū)動，只要恒流值相同，發(fā)光強度就較接近，晶體管的輸出特性具有恒流特性，所以可7江南大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文以用晶體管驅(qū)動LED．3脈沖驅(qū)動人眼的視覺惰性，采用LED器件重復(fù)通斷電的方式使之點亮，就是脈沖驅(qū)動方式，脈沖驅(qū)動方式主要有兩個方面：掃描驅(qū)動和占空比驅(qū)動，掃描的主要目的是節(jié)約驅(qū)動器，簡化電路，如N行LED共用一列數(shù)據(jù)，稱其為1／N掃描方式，N常取16，室外常用4，占空比的目的是調(diào)節(jié)器件的發(fā)光強度，用于圖像現(xiàn)實中的灰度控制．2.1.3LED顯示屏的驅(qū)動方式1控制驅(qū)動方式串行驅(qū)動方式，就是將顯示的數(shù)據(jù)通過串行方式送入點（列）驅(qū)動電路，其特點是相鄰顯示模塊之間的線路連接簡單，這給印刷電路板的設(shè)計帶來了方便，同時也降低了印刷電路板的印刷密度，從而為生產(chǎn)和調(diào)試帶來了有利的一面，單元板的可靠性也相應(yīng)的提高了，串行控制可選用的芯片有：MC4094,74LS595,74HC595等，但是由于其驅(qū)動能力有限，只能驅(qū)動一個發(fā)光二極管，在實際使用過程中只用于列驅(qū)動電路，而使用功率芯片作為行驅(qū)動，以前多采用TIP127+(ULN2803+74HC595)進行驅(qū)動，現(xiàn)在普遍采用4953+74HC595作為驅(qū)動[22]．控制和驅(qū)動是相對容易的，因為行的工作方式是分時順序工作的，由于行的組成是幾個模塊并聯(lián)形成的，因此驅(qū)動的功率要求比較高，行線驅(qū)動一般是采用PNP功率三極管或CMOS管，邏輯控制可選三—八譯碼方式和直接行線控制方式，譯碼方式是應(yīng)用3條行控制線控制一個三—八譯碼器（如74HC138）,八選一順序控制8條行線，直接行線控制方式比較簡單，但占用CPU的I/O口資源較多．2.2雙基色單元板電路組成分析2.2.1LED單元板整體電路組成LED顯示屏通常由若干LED點陣顯示模塊組成，用于顯示的8×8雙色LED顯示點陣模塊，每塊有64個LED.而單個8×8點陣模塊會給面積較大的LED顯示屏的生產(chǎn)和安裝帶來很多問題.為了加快LED顯示屏推廣和產(chǎn)品化程度的提高，LED廠商推出了組裝LED顯示屏的基本單元——LED單元板.LED單元板是組成LED顯示屏的基本單元，其組成部分主要有32塊8×8LED模塊、32片74HC595、8片4953、兩片74HC138、2片74HC245.為了便于介紹各部分的功能，對其按照電路劃分為接口電路、驅(qū)動電路、譯碼電路和列數(shù)據(jù)電路這幾部分.如圖2-2圖的最右邊為接口電路，采用16針插座（又稱08接口），接口數(shù)據(jù)線定義說明[22]：A、B、C、D：行掃描信號線，決定16行中的哪一行點亮；R1、R2：紅色LED列數(shù)據(jù)線；G1、G2：綠色LED列數(shù)據(jù)線；SCK：74HC595串行數(shù)據(jù)移位信號，上升沿將數(shù)據(jù)鎖存入驅(qū)動模塊中的串行寄存器；RCK：74HC595數(shù)據(jù)鎖存信號，上升沿將串行數(shù)據(jù)鎖存入并行寄存器，同時屏體顯示更新；EN：74HC138片選信號線，有效時屏體點亮，無效時屏體熄滅.8基于ARM的以太網(wǎng)LED顯示屏控制器研究每塊單元板之間就是通過這16個插座，用數(shù)據(jù)線連接起來，數(shù)據(jù)和控制信號都由控制卡從第一塊單元板的輸入接口送入.為了防止數(shù)據(jù)線過長，信號衰減，在08接口后面又加入一片增強信號驅(qū)動能力的芯片，通常采用74HC245.所有信號經(jīng)過再從驅(qū)動后，分為兩部分進入控制電路：RCK、SCK、R1、R2、G1、G2進入列數(shù)據(jù)電路；A、B、C、D、EN進入行掃描電路.最后所有信號匯入輸出08接口端，以供級聯(lián)的下一個單元板級聯(lián)使用.圖2-2單元板結(jié)構(gòu)框圖2.2.2LED單元板顯示原理LED顯示屏的主要部分是顯示點陣，以及行列驅(qū)動電路.顯示點陣采用64×32雙色顯示單元拼接而成.由于LED發(fā)光器件數(shù)目較多，不宜采用靜態(tài)驅(qū)動電路，通常采用掃描驅(qū)動方式.采用掃描方式進行顯示時，每行有一個行驅(qū)動器，各行的同名列共用一個列驅(qū)動器.由行譯碼器給出行有效信號，從第一行開始，按順序依次對各行進行掃描（把該行與電源一端接通）.另一方面，根據(jù)各列鎖存的數(shù)據(jù)，確定相應(yīng)的列驅(qū)動器是否將該列與電源另一端接通.接通的列就在該行該列點亮LED，未接通列對應(yīng)的LED不亮.當一行的持續(xù)掃描時間結(jié)束后，下一行又以同樣的方法進行顯示.全部各行都掃描過一遍（一個掃描周期），又從第一行開始下一個周期的掃描.只要掃描周期的時間比人眼閃爍臨界時間短，就不容易感覺出數(shù)據(jù)的更替.下面針對列數(shù)據(jù)電路和行掃描電路作詳細分析[22]：1)列數(shù)據(jù)電路分析顯示數(shù)據(jù)并行存儲在下位機的存儲器中，顯示時要把一行的數(shù)據(jù)都送到相應(yīng)的列驅(qū)動器上去，傳輸方式可以采用并行方式或串行方式.顯然采用并行方式時從控制電路到列驅(qū)動器的連線數(shù)量巨大，相應(yīng)的硬件數(shù)量多.故采用串行傳輸方法，控制電路可以只用一根信號線，將列數(shù)據(jù)一位一位地傳往列驅(qū)動器.首先，微處理器從存儲器中讀出數(shù)據(jù)，按順序一位一位地輸出給列驅(qū)動器；與此同時，列驅(qū)動器中每一列都把當前數(shù)據(jù)傳向后一列，并從前一列接收新數(shù)據(jù)，一直到全部各列數(shù)據(jù)都傳輸完為止.只要當一行的各列數(shù)據(jù)都已傳輸?shù)轿恢?，之一行的各列才能并?江南大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文地進行顯示.這樣，對于一行的顯示過程就可以分解成列數(shù)據(jù)準備和列數(shù)據(jù)顯示兩部分.這種方式下，列數(shù)據(jù)準備的時間較長，在行掃描周期確定的情況下，留給行顯示的時間太少了，影響LED的亮度.為了解決這一問題，采用重疊處理的方法，在顯示本行各列數(shù)據(jù)的同時，準備下一行各列的數(shù)據(jù)，這樣列數(shù)據(jù)的顯示就需要鎖存功能.所以單元板的列驅(qū)動電路通過74HC595來實現(xiàn).74HC595具有一個8位的串入并出移位寄存器和一個8位輸出鎖存器，移位寄存器和鎖存器的控制各自獨立，所以當?shù)谝恍袛?shù)據(jù)鎖存到行線上時，其內(nèi)部同時通過移位寄存器組織第二行數(shù)據(jù)，這使得行數(shù)據(jù)準備和顯示可以同時進行.74HC595驅(qū)動LED模塊的電路原理如圖2-3所示.2)行掃描電路分析行掃描信號由74HC138譯碼器提供，但由于該芯片驅(qū)動能力不足以驅(qū)動一組發(fā)光二極管，所以在它的輸出端再接上8片4953以增強行驅(qū)動能力.對于16線工作方式的雙基色LED單元板來說，用A、B、C、D四條掃描線結(jié)合兩片74HC138產(chǎn)生16線掃描信號.連接方式如圖2-4所示.在這種連接方式下，A、B、C作為74HC138的輸入信號，用于產(chǎn)生輸出選通信號.16線工作方式引入了D信號，它連接兩片譯碼器的片選端，分別是G2A和G1.由圖3-3可知，74HC138A的G1端接電源，其只受G2A和G2B兩個片選信號控制，74HC138B的G2A端接地其只受G1和G2B兩個片選信號控制.假設(shè)A、B、C三個掃描信號輸入正常，當EN控制信號為高電平時，兩片譯碼器均不工作；當EN控制信號為低電平，且D信號為低電平時，74HC138A被選通，74HC138B無效，可以完成對L1~L8依次選通，即完成對L1~L8行掃描；當EN控制信號為低電平，且D信號為高電平時，74HC138B被選通，74HC138A無效，可以完成對L9~L16依次選通，即完成對L9~L16行掃描.因此用A、B、C、D四條掃描線結(jié)合2片74HC138級聯(lián)，就可以完成16線掃描.圖2-3列數(shù)據(jù)和行掃描譯碼電路圖10基于ARM的以太網(wǎng)LED顯示屏控制器研究2.3本章小結(jié)本章首先介紹了LED器件的發(fā)光原理，隨后簡述了LED器件和LED大屏幕的驅(qū)動方式，包括直流，恒流和整屏的最常用的串行控制方式，最后對雙基色單元板的整體結(jié)構(gòu)及列數(shù)據(jù)，行掃描進行了分析.11江南大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文12基于ARM的以太網(wǎng)LED顯示屏控制器研究第3章LED顯示屏系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)3.1系統(tǒng)功能系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖3.1所示，在該系統(tǒng)中，基于ARM微處理器的LED顯示屏控制器是系統(tǒng)的核心，ARM微處理器完成LED顯示屏的動態(tài)掃描控制PC機用于后級管理和控制．圖3-1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖圖3-1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)該系統(tǒng)能方便地顯示各種點陣、各種字體的漢字信息和圖形信息，其顯示內(nèi)容可以以滾動或翻屏的方式實現(xiàn)上下、左右移動，顯示內(nèi)容可由PC機按用戶要求隨時修改[23]，并由串行通信口傳輸和以太網(wǎng)通信傳輸?shù)絃ED控制器的Flash中保存，斷電后內(nèi)容不丟失.由于控制器采用32位的ARM微處理器實現(xiàn)，同時配置大容量的SDRAM和Flash存儲器，與傳統(tǒng)的顯示屏控制電路相比較，可以支持更大的有效顯示區(qū)域、存儲更多的顯示內(nèi)容、獲得更好的顯示效果．3.2系統(tǒng)軟硬件組成3.2.1系統(tǒng)硬件組成系統(tǒng)的硬件電路由以下三部分組成：大屏幕LED顯示屏；基于32位ARM嵌入式微處理器組成的控制電路及動態(tài)掃描電路；PC機與基于ARM微處理器的通信電路．1LED顯示屏LED顯示屏由LED點陣顯示器構(gòu)成，采用逐行動態(tài)掃描的方式工作，由峰值較大的窄脈沖驅(qū)動，逐次不斷地對顯示屏的各行進行選通，同時又向各列送出表示圖形或文字信息的脈沖信號，反復(fù)循環(huán)以上操作，就可顯示各種圖形或文字信息．2基于ARM微處理器組成的控制電路及動態(tài)掃描電路基于ARM微處理器組成的控制電路及動態(tài)掃描電路ARM微處理器目前包括下面幾個系列：ARM7系列、ARM9系列、ARM9E系列、ARM10E系列、SecurCore系列等，這些處理器除了具有ARM體系結(jié)構(gòu)的共同特點以外，每一個系列的ARM微處理器都有各自的特點和應(yīng)用領(lǐng)域[24].如果希望使用標準Linux等操作系統(tǒng)，就需要選擇ARM720T以上帶有MMU功能的ARM芯片.而ARMTTDMI則沒MMU，不支持標準Linux，但目前有uCLinux操作系統(tǒng)等不需要MMU支持的操作系統(tǒng)可運行于ARM7TDMI硬件平臺之上，使用也非常方便.大多數(shù)的ARM微處理器片內(nèi)存儲器的容量都不太大，需要用戶在設(shè)計系統(tǒng)時外擴存儲器.除ARMI微處理器核以外，幾乎所有的ARM芯片均根據(jù)各自不同的應(yīng)用領(lǐng)域，擴展了相關(guān)功能模塊，并集成在芯片之中，即為片內(nèi)外圍電路．本系統(tǒng)選用飛利浦公司的LPC2478芯片，該款A(yù)RM微處理器是飛利浦公司開發(fā)的基于以太網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的高性價比16位／32位RISC微控制器，內(nèi)嵌由ARM公司設(shè)計的32位13江南大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文ARM7TDMI-SRISC核，需外擴存儲器，內(nèi)部集成了I／O口、定時器、異步串行口、以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)控制器等多個功能模塊．圖3-2LED顯示屏總體結(jié)構(gòu)電路圖圖3-2中晶振為無源晶振，為LPC2478提供時鐘信號，JATG用于軟件的調(diào)試與開發(fā)，復(fù)位電路采用復(fù)位芯片MAX811為系統(tǒng)提供復(fù)位信號．Flash存儲器是一種可在系統(tǒng)進行電擦寫，掉電后信息不丟失的存儲器.作為一種非易失性存儲器，F(xiàn)lash在系統(tǒng)中通常用于存放程序代碼、常量表以及一些在系統(tǒng)掉電后需要保存的用戶數(shù)據(jù)等.系統(tǒng)選用SST39VF6401作為閃存(Flash)，單片存儲容量為4M字節(jié)，16位數(shù)據(jù)寬度，在本系統(tǒng)中，F(xiàn)lash存儲器主要用于存放應(yīng)用程序及需要顯示的文字與圖形信息．SDRAM在系統(tǒng)中主要用作程序的運行空間、數(shù)據(jù)及堆棧區(qū).與Flash存儲器相比．SDRAM不具有掉電保持數(shù)據(jù)的特性，但其存取速度大大高于Flash．系統(tǒng)選用K4S561632A作為SDRAM存儲器，單片存儲容量為4M字節(jié)，16位數(shù)據(jù)寬度，用來作為快速顯示存儲.大屏幕LED顯示屏動態(tài)掃描控制電路通過對LED點陣顯示屏的各行進行選通，同時又向各列送出表示圖形或文字信息的脈沖信號，完成LED顯示屏的各種顯示．3PC機與ARM微處理器的通信電路上位PC機用于刷新顯示的信息，本系統(tǒng)中通信電路采用兩種方式串口RS232/RS485,以太網(wǎng)通信，在實際使用中，考慮到系統(tǒng)成本，可與現(xiàn)場的原有計算機合用，而不單獨設(shè)置；若顯示信息長時間固定不變，可直接將待顯示信息寫入FLASH中.當需要修改顯示信息時，由PC機向基于ARM的微處理器系統(tǒng)傳送新的顯示信息，以刷新FLASH中的原有信息．3.2.2系統(tǒng)軟件組成系統(tǒng)軟件由兩部分構(gòu)成：用VisualBasic6.0編寫的上位PC控制界面窗口及通信軟件和用ARM匯編語言及C語言編寫的顯示屏控制軟件．1上位機界面窗口及通信軟件在此系統(tǒng)中，上位PC控制軟件用于對顯示信息進行編輯和對漢字字模進行處理，用VB6．0編寫．首先輸入待顯的漢字信息，然后根據(jù)漢字編碼從漢字字庫中取出相應(yīng)點陣和字體的字模信息，再把點陣根據(jù)顯示屏所需的格式進行重排，最后通過串行口或以太網(wǎng)發(fā)送給基于ARM的控制電路中．14基于ARM的以太網(wǎng)LED顯示屏控制器研究通信軟件是通過VB6.0提供的MSComm和Winscok編譯的，分別可以通過串口和以太網(wǎng)發(fā)送數(shù)據(jù)．2顯示屏控制軟件顯示屏控制軟件用ARM匯編語言和C語言編寫，由主程序和中斷服務(wù)程序兩部分組成.主程序完成必要的初始化工作，并負責(zé)進行顯示．按要求讀出顯示數(shù)據(jù)，同時產(chǎn)生需要的控制信號.中斷服務(wù)程序解決與上位機進行通信的問題．3.3以太網(wǎng)系統(tǒng)分析圖3-3以太網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖以太網(wǎng)(Ethernet)是當今局域網(wǎng)采用的、最通用的通用協(xié)議標準[25].基于TCP／IP協(xié)議的以太網(wǎng)使得整個網(wǎng)絡(luò)只有一種底層通信協(xié)議，可以滿足控制系統(tǒng)各個層次的要求，可以便攜地訪問遠程系統(tǒng)或與Internet連接，從而能夠?qū)崿F(xiàn)辦公自動化網(wǎng)絡(luò)與工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的無縫聯(lián)接[26]．近年來，以太網(wǎng)正在從不同的途徑進入到工業(yè)自動化和過程控制市場，應(yīng)用范圍也有很大的擴展上述設(shè)計的基于ARM的大屏幕LED顯示系統(tǒng)一般作為一個獨立的系統(tǒng)存在．通過RS232方式與PC機進行近距離的通信，但不能滿足遠距離控制的使用要求．基于ARM的32位高性能微處理器LPC2478作為網(wǎng)絡(luò)控制器，其內(nèi)嵌一個以太網(wǎng)控制器，支持媒體獨立接口(MediaIndependentInterface，MII)和帶緩沖DMA接口(BufferedDMAInterface，BDI)，可在半雙工或全雙工模式下提供l0M／100Mbps的以太網(wǎng)接入．系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3-3所示，在該系統(tǒng)中，ARM微處理器完成LED顯示屏的動態(tài)掃描控制，同時運行以太網(wǎng)通信協(xié)議，支持網(wǎng)絡(luò)通信，每一個控制器即為一個獨立的以太網(wǎng)節(jié)點，在接入網(wǎng)絡(luò)的PC機上運行Winscok通信控制軟件，可以通過以太網(wǎng)對每一個LED顯示屏進行遠程控制和更新顯示內(nèi)容．15江南大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文3.4本章小結(jié)本章主要介紹了該控制系統(tǒng)的功能，該系統(tǒng)的軟硬件的組成結(jié)構(gòu)，最后還進行了以太網(wǎng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析．16基于ARM的以太網(wǎng)LED顯示屏控制器研究第4章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計4.1LPC2478芯片介紹LPC2478是NXP半導(dǎo)體公司針對各種高級通訊、高質(zhì)量圖像顯示等廣泛應(yīng)用場合而設(shè)計的一款具有極高集成度并且以ARM7TDMI-S為內(nèi)核的微控制器．LPC2478微控制器具有512kB片內(nèi)高速Flash存儲器，該Flash存儲器具有特殊的128位寬度的存儲器接口和加速器架構(gòu)，可使CPU以高達72MHz的系統(tǒng)時鐘速度來按順序執(zhí)行Flash存儲器的指令．這種特點只有LPC2000ARM微控制器系列的產(chǎn)品才能提供．LPC2478還帶有實時調(diào)試接口，包括JTAG和嵌入式跟蹤在內(nèi)，可以執(zhí)行32位的ARM指令和16位的THUMB指令．LPC2478微控制器包括1個LCD控制器、1個10/100的以太網(wǎng)媒體訪問控制器（MAC）、1個帶4kB終端RAM的USB全速Device/Host/OTG控制器、4個UART，2路控制器局域網(wǎng)（CAN）通道、1個SPI接口、2個同步串行端口（SSP）、3個I2C接口和1個I2S接口．同時還帶有1個片內(nèi)4MHz內(nèi)部振蕩器、98kBRAM（包括64kB局部SRAM、16kB以太網(wǎng)SRAM、16kB通用DMASRAM和2kB電池供電SRAM）以及1個外部存儲器控制器（EMC）來支持上述的各種串行通信接口．它還帶有多個32位定時器、1個10位的ADC、10位的DAC、2個PWM單元和多達160個的高速GPIO，與其所具有的眾多的串行通信控制器，靈活的時鐘能力，以及別具特色的存儲器互為補足．LPC2478中有64個GPIO管腳被連接到了以硬件為基礎(chǔ)的向量中斷控制器（VIC）上，意味著這些外部的輸入可以產(chǎn)生邊沿觸發(fā)中斷．所有這些特點都使LPC2478器件特別適用于工業(yè)控制和醫(yī)療系統(tǒng)的應(yīng)用場合．主要特性[27]：ARM7TDMI-S處理器，運行頻率為72MHz；512kB片內(nèi)flash編程存儲器，具備在系統(tǒng)編程（ISP）以及在應(yīng)用程序編程（IAP）能力.Flash編程存儲器位于ARM的本地總線上可供高性能的CPU訪問．98kB片內(nèi)SRAM，包括了：64kBSRAM可供高性能CPU通過ARM局部總線訪問；16kBSRAM用于以太網(wǎng)接口，也可以作為通用SRAM來使用；16kBSRAM可供通用DMA使用，還可以通過USB訪問；2kBSRAM可由RTC供電以便存儲數(shù)據(jù)．LCD控制器，支持STN和TFT顯示：帶專用的DMA控制器；可選擇顯示分辨率（最高可達1024×768象素）；支持高達24位的真彩色模式．具有雙AHB總線系統(tǒng)，從而保證同步以太網(wǎng)DMA，USBDMA，以及片內(nèi)Flash程序的執(zhí)行之間互不搶占；EMC支持諸如RAM、ROM和Flash的異步靜態(tài)存儲器設(shè)備，以及支持諸如單一數(shù)據(jù)傳輸速率SDRAM的動態(tài)存儲器；具有高級向量中斷控制器（VIC），支持多達32個向量中斷；17江南大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文通用AHBDMA控制器（GPDMA）能夠與SSP、IS和SD/MM接口一起使用，也可用于存儲器到存儲器的傳輸；串行接口有：以太網(wǎng)MAC，帶MII/RMII接口以及相關(guān)的DMA控制器．這些功能都駐留在一個獨立的AHB總線上；USB2.0高速雙端口Device/Host/OTG控制器，帶片內(nèi)PHY以及相關(guān)的DMA控制器；4個帶小數(shù)波特率發(fā)生功能的UART，1個帶有modem控制I/O，1個帶有IrDA支持，全部帶有FIFO；2路CAN控制器；SPI控制器；2個SSP控制器，帶有FIFO和多協(xié)議功能.其中一個可選擇用于SPI端口，并共用其中斷．SSP控制器可與GPDMA控制器一起使用；3個I2C總線接口（1個具有開漏管腳，2個具有標準的端口管腳）；I2S（Inter-ICSound）音頻接口用于數(shù)據(jù)音頻輸入或輸出，該接口可與GPDMA一起使用.其它外設(shè)：SD/MMC存儲卡接口；160個GPIO管腳，帶可配置的上拉/下拉電阻；10