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1、基于USB总线的LED屏幕的仿真与实现 本课题“基于USB总线的LED屏幕的仿真与实现”是我校和上海三晟公司合作的项目。 LED由于其具有的寿命长、亮度高、功耗小、体格低等优点，正受到越来越多的关注，其应用也越来越广泛。目前LED屏幕显示图像的的两种方法中高端方法成本太高，而低端方法则显示画面过于单一。针对现状，上海三晟公司与我校合作开发LED屏幕动画，力争以低成本实现LED屏幕动画显示：通过上位PC机软件的配合，将动画的点阵数据转送至下位单片机以控制在LED点阵屏幕上动态显示。本文提供了一种低成本的LED屏幕显示图像、文字及手写图文的方法。以单片机扩展USB接口芯片，实现数据的高传输率，以替
2、代即将淘汰的串行口；通过扩展行列电路及单片机控制程序，驱动LED显示屏；通过USB协议固件的开发及Windows 2000下USB设备的WDM驱动开发，实现 USB显示控制板设备与Windows2000系统的即插即用；上位机软件实现了与USB显示屏控制板的通信，可将图片（支持BMP, Jpeg, Gif格式）、Windows TrueType Font字符和手写体图形文字在计算机上混排编辑后，送至LED屏幕上动态显示，并可在计算机上仿真显示运行的结果。与现有系统相比较，本课题实现的系统具有以下优点：抛弃了过时的串口而改用可即插即用的USB接口；舍弃了硬件字模库而利用 Windows系统的TTF
3、字库，理论上可显示任何国家的文字；手写体的实现可应用于LED屏幕显示签名服务；图片编辑功能可实现任意图形的动态显示组合，并可支持多种图片格式。经过实际运行检测，该系统的软件、硬件都工作良好，具有较为理想的显示效果。详细目录摘 要ABSTRACT第一章 绪论第二章USB简介第三章硬件电路设计第四章固件设计第五章驱动程序设计第六章应用软件设计第七章 总 结附录一 参考文献致谢中文摘要ABSTRACT第一章绪论1.1 课题的来源及意义1.2 本课题所研究的内容及所做的工作第二章USB简介2.1USB的特性及优点2.2USB的总线结构2.3USB数据流的模式及管道的概念2.4USB通信协议2.4.1包
4、的构成2.4.2包的类型2.4.3传输类型2.4.4PC主机请求2.4.5枚举过程第三章硬件电路设计3.1器件介绍3.1.1PDIUSBD12简介及基本特性3.1.2PDIUSBD12端点描述3.1.3PDIUSBD12控制命令3.2电路设计3.2.1PDIUSBD12与USB总线连接电路3.2.2PDIUSBD12与微控制器接口电路及RAM扩展电路3.2.3LED点阵控制电路第四章固件设计4.1固件结构4.2硬件提取层4.3PDIUSBD12命令接口4.4中断服务程序4.5协议层4.6主循环第五章驱动程序设计5.1Windows 2000的系统结构5.1.1硬件抽象层（HAL）5.1.2内核
5、（Kernel）5.1.3执行体（Executive）5.2WDM驱动程序和I/O子系统的协同工作机制分析5.3分层的设备驱动程序和即插即用设备栈5.3.1分层的设备驱动程序5.3.2即插即用设备栈5.3.3标准总线驱动程序和类驱动程序5.4WDM驱动程序的结构及主要例程5.4.1WDM驱动程序入口点和回调例程5.4.2I/O系统服务派发（Dispatch）例程5.5WDM驱动程序的工作流程分析5.5.1创建设备5.5.2硬件资源分配5.5.3驱动程序的分层调用5.5.4串行化处理5.5.5访问硬件5.5.6即插即用支持技术5.6USB设备驱动程序设计5.6.1USB驱动程序接口（USBDI）
6、简介5.6.2USBDI的调用5.6.3设备对象和设备扩展5.6.4USB设备驱动程序入口回调例程5.6.5即插即用的实现5.6.6分发例程第六章应用软件设计6.1应用软件总体介绍6.2图像处理6.2.1设备无关位图及其自定义类6.2.2彩色图像灰度化6.2.3直方图6.2.4阈值分割6.2.5二值图像的LED显示转换6.3字符处理6.3.1TrueType字体简介6.3.2逻辑字体6.3.3图元存取6.3.4CCharactor类6.4手写原理6.5驱动程序设备接口第七章 总 结附录一参考文献附录二系统电路原理图附录三硬件系统实物图致谢摘 要 本课题“基于USB总线的LED屏幕的仿真与实现”
7、是我校和上海三晟公司合作的项目。 LED由于其具有的寿命长、亮度高、功耗小、体格低等优点，正受到越来越多的关注，其应用也越来越广泛。目前LED屏幕显示图像的的两种方法中高端方法成本太高，而低端方法则显示画面过于单一。针对现状，上海三晟公司与我校合作开发LED屏幕动画，力争以低成本实现LED屏幕动画显示：通过上位PC机软件的配合，将动画的点阵数据转送至下位单片机以控制在LED点阵屏幕上动态显示。 本文提供了一种低成本的LED屏幕显示图像、文字及手写图文的方法。以单片机扩展USB接口芯片，实现数据的高传输率，以替代即将淘汰的串行口；通过扩展行列电路及单片机控制程序，驱动LED显示屏；通过USB协议
8、固件的开发及Windows 2000下USB设备的WDM驱动开发，实现USB显示控制板设备与Windows2000系统的即插即用；上位机软件实现了与USB显示屏控制板的通信，可将图片（支持BMP, Jpeg, Gif格式）、 Windows TrueType Font字符和手写体图形文字在计算机上混排编辑后，送至LED屏幕上动态显示，并可在计算机上仿真显示运行的结果。 与现有系统相比较，本课题实现的系统具有以下优点：抛弃了过时的串口而改用可即插即用的USB接口；舍弃了硬件字模库而利用Windows系统的TTF字库，理论上可显示任何国家的文字；手写体的实现可应用于LED屏幕显示签名服务；图片编辑
9、功能可实现任意图形的动态显示组合，并可支持多种图片格式。 经过实际运行检测，该系统的软件、硬件都工作良好，具有较为理想的显示效果。ABSTRACT The project “The Simulation and Implementation of the LED-array Display Based on USB Bus” is one we developed cooperating with Shanghai San Sheng Corporation. LED is paid more attention to for its character of longevity, high-
10、brightness, low-power and low-price. And LED is used more and more. The LED display leads the market of large-screen display for its merit especially in outdoor display domain. There are two means to display animated picture in LED at present: the high-performance one whose price is too high, and th
11、e low-cost one whose structure is too simple. Based on this situation, Shanghai San Sheng Corporation has cooperated with our university to develop the LED animated display in low-cost; using the PC program to edit the picture and send the array data to the LED display controlled by MCU. This paper
12、provides a low-cost method of LED to display picture, character and hand script. With MCU and USB interface chip, data can be transmitted in high speed; the LED display is driven by row-column scan circuits and programs of MCU; with the firmware of USB protocol and Windows 2000 WDM driver of USB dev
13、ice, the USB display control board can be plunged and played; the PC program can communicate with USB display control board, and can edit picture (support format: BMP, JPEG and GIF), Windows TrueType Font and hand script, then arrange them with each other and transfer them to LED display; the PC pro
14、gram also can simulate the screen of LED display in computer. Compared with other existed system, the system we developed has several merits: using the PnP USB interface but not old serial port; using TTF font of Windows system but not hardware character module, and any character in any country can
15、be displayed in theory; hand script can be used to display sign service; the edit function of PC program can combine all kinds of graphics and can support several types of pictures. The hardware and software both work correctly and the effect of display is perfect in use.Key Word：LED Display, USB, Image Processing, Character,Hand Script, Simulation第一章 绪论1
