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1、分类号 密级U D C 编号本科毕业论文(设计)题目基于ARM和CPLD的LED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 师二九年五月文献综述1概述LED显示屏是由发光二极管排列组成的一显示器件。它采用低电压扫描驱动，具有：耗电少、使用寿命长、成本低、亮度高、故障少、视角大、可视距离远等优点。目前LED显示屏作为新一代的信息传播媒体，已经成为城市信息现代化建设的标志。LED显示屏是八十年代后期在全球迅速发展起来的新型信息显示媒体，它利用发光二极管构成的点阵模块或像素单元组成在面积显示屏幕，以可靠性高、使用寿命长、环境适应能力强、价格
2、性能比高、使用成本低等特点，在短短的十来年中，迅速成长为平板显示的主流产品，在信息显示领域得到了广泛的应用。发光二极管(LED)是六十年代未发展起来的一种半导体显示器件，七十年代，随着半导体材料合成技术、单晶制造技术和P-N结形成技术的研究进展，发光二极管在发光颜色、亮度等性能得以提高并迅速进入批量化和实用化。进入八十年代后，LED在发光波长围和性能方面大大提高，并开始形成平板显示产品即LED显示屏。我国在LED领域的研究开发工作成绩斐然。目前我国的普绿和高亮度纯红LED己经基本实现商品化，但是，高亮度的纯蓝、纯绿LED在我国尚属空白。2主题2.1 硬件设计本系统设计的大屏幕LED显示系统的控
3、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，已遍与工业控制、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
4、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微处理器与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 Programmable 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围。是一种用户根据各自需要而自行构造逻辑功能的数字
5、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部采用固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ARM体系结构支持C/C+以与与汇编语言的混合编程，在一个完整的程序设计中，除了
6、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，目前在国使用较为普遍。3总结 嵌入式技术已经广泛应
7、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，研究了电路以与软件的实现，这两个方面也是论文研究是重点核心。参考文献1 周立功.ARM嵌入式系统实验教程.航空航天大学， 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
8、境下的串口通信程序，煤师院学报，2000.34 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点阵显示屏的研究与实现.理工大学，2005.37 王波. 利用可编程逻辑器件设计LED显示屏.理工大学学报，2002.38 周永清. LED大屏幕信息发布技术与应用研究.理工大学学报，2002.39 周立功.ARM嵌入式系统基础教程.航空航天大学，2005.110 志东. LED显示屏控制系统与驱动程序的研究与设计.大学学报，2005.5摘要：随着科技的日
9、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
10、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: 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 sophisticated, so that LED is also on a higher demand.
11、 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, graphics, images, animation, video images and other
12、 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 processing, the single-chip processing power is even mo
13、re 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 o
14、f 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 录1 绪论11.1 LED大屏幕的研究现状11.2 LED大屏幕的发展趋势11.3 论文研究的容22 LED显示屏的工作原理32.1 LED工作原理32.1.
15、1 简述32.1.2 LED发光的基本原理42.2 LED器件的驱动原理52.2.1直流驱动52.2.2恒流驱动52.2.3脉冲驱动52.2.4 扫描驱动63 LED显示技术的发展和基本原理73.1 LED显示技术的发展历史73.2 LED显示技术的基本原理83.2.1灰度扫描的实现83.2.2 信息刷新原理93.2.3扫描控制电路总体说明93.2.4 彩色显示屏的校正103.2.5显示屏均匀性的改造123.2.6 亮度控制器模块134 LED彩屏显示系统的硬件设计134.1 ARM芯片简介与硬件电路设计134.1.1 ARM芯片简介134.1.2 ARM的硬件电路设计154.2 CPLD技术简介与硬件电路设计204.2.1 CPLD技术简介204.2.2 CPLD的硬件电路设计215 LED彩屏显示系统的软件设计215.1 ARM的软件设计215.1.1 ARM汇编语言的程序结构215.1.2基于ARM的系统初始化过程225.2扫描驱动电路的CPLD软件设计235.2.1 Altera可编程程逻辑器件开发软
