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1、分类号 密级 U D C 编号 本科毕业论文(设计) 题目题目 基于基于 ARM 和和 CPLD 的的 LED 彩屏显示系统的研究与设计彩屏显示系统的研究与设计 系 别 专 业 名 称 电子信息科学与技术 年 级 学 生 姓 名 学 号 指 导 教 师 二 00 九年五月文献综述文献综述1 概述概述温度是工业生产中最基本的测量参数之一，任何化学反应和物理变化的进程都与温度密切相关，在各领域中温度控制占有重要的比例。而我们作为一个电子工程师，能做出好的实用的温控电路是非常重要。就目前来说，温度控制及显示电路由电源电路、信号采集电路、A/D 转换及显示电路和报警电路四个模块组成。因此此电路比较复杂
2、，所以我们采用层次电路的设计思想，即模块化的设计，来绘制总的原理图。温控系统又是自动控制技术、计算机技术、电子技术和通信技术的有机结合，综合发展的产物。其内容十分丰富，它包括各种数据的采集和处理系统、自动测量系统、生产过程自动控制系统等，广泛应用于工厂自动化、商业自动化、实验室自动化等人类活动的各个领域。正因为使用这么广泛，所以现在人们对温度控制提出了更多更高的要求，因此提高系统抗干扰能力和精准度成为关键性的技术。加工难度变得越发复杂。而我们应用PROTEL 设计温控电路图，它的智能化以及信号仿真等许多功能将大量步骤简化，无论是对于再进行电路板规划、元器件的选择、布局和连线，构成了制版，还是为
3、了测试设计结果还需要电路仿真分析，都很方便快捷，并且数据准确。2 主题主题2.1 硬件设计硬件设计本系统设计的大屏幕 LED 显示系统的控制器采用 ARM(Advanced RISC Machine)嵌入式微处理器。基于精简指令集(RISC)架构的 32 位微处理器，由于具有硬件设计单纯、成本低廉、省电效益佳等特性，且能满足上网要求，故受到广大用户的青睐，其中领先的是 ARM 嵌入式微处理器系列。目前，采用 ARM 技术知识产权 IP(Intellectual Property)核的微处理器，即我们通常所说的 ARM 微处理器，已遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类
4、产品市场。ARM 嵌入式微处理器一般具有如下特点:体积小、低功耗、低成本、高性能;支持 Thumb(16 位)/ARM(32 位)双指令集，能很好地兼容8 位/16 位器件;大量使用寄存器，指令执行速度更快;大多数数据操作都在寄存器中完成;寻址方式灵活简单，执行效率高;指令长度固定。到目前为止，ARM 微处理器及技术的应用己经深入到各个领域，在工业控制领域，基于 ARM 核的微控制器芯片不但占据了高端微控制器市场的大部分市场份额，同时也逐渐向低端微控制器应用领域扩展，ARM 微控制器的低功耗、高性价比，向传统的 8 位/16 位微控制器提出了挑战。CPLD(Complex Programmab
5、le Logic Device)复杂可编程逻辑器件，是从 PAL 和GAL 器件发展出来的器件，相对而言规模大，结构复杂，属于大规模集成电路范围。是一种用户根据各自需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路。其基本设计方法是借助集成开发软件平台，用原理图、硬件描述语言等方法，生成相应的目标文件，通过下载电缆（“在系统”编程）将代码传送到目标芯片中，实现设计的数字系统。CPLD 主要是由可编程逻辑宏单元(MC，Macro Cell)围绕中心的可编程互连矩阵单元组成。其中 MC 结构较复杂，并具有复杂的 I/O 单元互连结构，可由用户根据需要生成特定的电路结构，完成一定的功能。由于 CPLD 内部采用固
6、定长度的金属线进行各逻辑块的互连，所以设计的逻辑电路具有时间可预测性，避免了分段式互连结构时序不完全预测的缺点。2.2 软件设计软件设计ARM 体系结构支持 C/C+以及与汇编语言的混合编程，在一个完整的程序设计中，除了初始化部分用汇编语言完成以外，其主要的编程任务都用 C/C+完成，程序在执行时首先完成初始化过程，然后跳转到 C/C+程序代码中，汇编程序和C/C+程序之间一般没有参数的传递，也没有频繁的相互调用。基于 CPLD 硬件的开发，MAX+plus是美国 Altera 公司自行设计的一种 EAD软件开发工具。它具有原理图输入和文本输入(采用硬件描述语言)两种输入手段。利用该工具所配置
7、的编辑、编译、仿真、综合、芯片编程等功能，将设计电路图或电路描述程序变成基本的逻辑单元写入到可编程的芯片中(如 FPAG 芯片)，制成ASIC 芯片。它是 EAD 设计中不可缺少的一种有用工具，目前在国内使用较为普遍。3 总结总结 嵌入式技术已经广泛应用到各项科学研究之中，本文结合 LED 的开发特点，基于 ARM 和 CPLD 的开发平台，研究彩色 LED 显示系统的设计，具体内容包括以下几个方面：1）系统阐述 LED 工作的原理，研究 LED 发光的特性，从 6 个方面分析了LED 驱动电路的设计。2）结合 LED 显示原理，重点从灰度扫描的实现、信息刷新原理、彩色显示屏的 校正等 6 个
8、方面，解析了 LED 现实技术。3）分别从硬件和软件两个方面，研究了电路以及软件的实现，这两个方面也是论文研究是重点核心。参考文献参考文献1 周立功.ARM 嵌入式系统实验教程.北京航空航天大学出版社， 2005.102 用 API-232 简化串口通信编程，铁道通信信号，2000，43 用通信控件开发 Windows 环境下的串口通信程序，淮北煤师院学报，2000.34 陈爱萍，羊四清，何智勇.电子显示屏的单片机控制系统.自动化与仪表，19995 于慧. 基于 ARM 和 CPLD 的 LED 彩屏显示系统的研究.西北工业大学学报, 2007.36 童星. 基于嵌入式的 LED 点阵显示屏的
9、研究与实现.武汉理工大学，2005.037 王波. 利用可编程逻辑器件设计 LED 显示屏.南京理工大学，2002.038 周永清. LED 大屏幕信息发布技术与应用研究.武汉理工大学，2002.039 周立功.ARM 嵌入式系统基础教程.北京航空航天大学出版社，2005.110 张敏，任琼.LED 显示屏几种控制电路及比较J.江汉大学学报，200111 林振华.用 VHDL 和有限状态机设计 VR 胡控制器J.电子技术，2001 14 用ActiveX 控件实现对计算机串口的通信管理，合肥工业大学学报(自然科学版)，2000年 6 月12 李志东. LED 显示屏控制系统及驱动程序的研究与设
10、计.吉林大学，2005.05摘要：摘要：随着科技的日益进步，基于 LED 现实屏的研究也越来越深，同时，人们的生活水平也越来越高，这样，也对 LED 方面就提出了更高的要求。用 LED 器件组成电子显示屏，不但色彩绚丽而且其制作尺寸几乎不受限制，可以达到几十甚至几百平方米以上，可应用于室内外各种公共场合显示文字、图形、图像、动画、视频图像等信息，具有较强的广告渲染力和震撼力，美化和丰富了人们的生活环境。传统 LED 显示系统的控制以单片机为核心，功能较为简单，当需要进行数据处理时，单片机的处理能力就更显不足，不能满足 LED 显示屏发展的需要。本文将介绍一种基于 ARM 和 CPLD 控制平台
11、的 LED 全彩色显示屏控制系统。论文首先介绍了 LED 显示技术和系现实原理，然后从硬件和软件两个方面，分别详细介绍了系统硬件的设计和软件的设计，最终实现预期功能。关键词关键词: 单片机 ARM CPLD LED 灰度Abstract: With the increasing progress of science and technology, based on the LED screen reality more and more deep study, at the same time, peoples living standards have become more sophis
12、ticated, so that LED is also on a higher demand. Composed of electronic devices with LED displays, not only colorful and attractive but also produced virtually unlimited size, can reach tens or even hundreds of square meters, can be applied to a variety of indoor and outdoor public display text, gra
13、phics, images, animation, video images and other information, the ad has a strong and powerful rendering, landscaping and rich peoples living environment. Traditional LED display system to control the single-chip microcomputer as the core function of relatively simple, when the need for data process
14、ing, the single-chip processing power is even more inadequate, can not meet the needs of the development of LED display. This article will introduce an ARM and CPLD-based control platform, full-color LED display control system. Paper introduces the LED display technology and the Department of the reality principle, and then from the two aspects of hardware and software, respectively, described in detail the design of system hardware and software design, and ultimately to achieve the desired function. Key words: Single-chip Microcomputer ARM CPLD LED gray目目 录录第 1 章 绪论.11.1 LED 大屏幕的研究现状.
