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基于USB接口的LED顯示系統(tǒng)設(shè)計

發(fā)布時間：2011-02-09 來源：維庫

中心議題：

基于USB接口的LED顯示系統(tǒng)設(shè)計

解決方案：

顯示和驅(qū)動設(shè)計
控制設(shè)計
固件程序設(shè)計
驅(qū)動程序設(shè)計
應(yīng)用軟件設(shè)計

配合驅(qū)動LED顯示屏實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸。應(yīng)用軟件處理文字信息,并與USB設(shè)備通信。本設(shè)計經(jīng)測試能動態(tài)地顯示文字信息。

1　引　言

LED顯示屏是由若干發(fā)光二極管排列組成的顯示器件。它采用低電壓掃描驅(qū)動,具有耗電省、使用壽命長、成本低、亮度高、視角大、可視距離遠、規(guī)格品種多等優(yōu)點,被廣泛地應(yīng)用于許多公共場合的提示、說明、廣告等。

本設(shè)計包括硬件和軟件。硬件包括LED顯示屏的驅(qū)動和控制。驅(qū)動部分負責根據(jù)行列選通信號向指定的LED發(fā)光器件提供合適的驅(qū)動電流;控制部分采用集成USB2. 0的微處理器CY7C68013A, 實現(xiàn)USB通信和對行列移位寄存系統(tǒng)的控制。軟件包括Keil C51環(huán)境下編寫的固件程序、驅(qū)動程序和應(yīng)用軟件。固件程序控制硬件完成相應(yīng)的功能;驅(qū)動程序提供了連接到計算機的硬件設(shè)備的軟件接口;應(yīng)用軟件處理圖文信息并與USB設(shè)備通信。本設(shè)計的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

2　硬件設(shè)計

2. 1　顯示和驅(qū)動設(shè)計

本設(shè)計的LED顯示屏如圖1中64 ×16 LED點陣顯示屏所示,采用16塊8 ×8模塊,組成4個16 ×16點陣。每個16 ×16 點陣顯示一個漢字, 因此LED顯示屏可以顯示4個漢字。

由于CY7C68013A I/O 口的個數(shù)有限( 5 個8位I/O口) ,也考慮到今后方便擴展的需要, LED顯示屏的行列驅(qū)動系統(tǒng)均選用8位串行輸入轉(zhuǎn)并行輸出移位寄存器芯片74HC595。其優(yōu)點是可以采用很少的I/O口控制盡量多的行或列,且可以克服直接采用I/O口控制或采用I/O口和譯碼器共同控制時難以克服的一些問題,如“鬼影”的消除。

結(jié)構(gòu)框圖

由于I/O口的驅(qū)動能力有限,列驅(qū)動采用了PNP型晶體管。點亮每一個LED器件大約需要20mA驅(qū)動電流,為了滿足同時點亮16個LED大約需要320mA的驅(qū)動電流,采用PNP型晶體管的發(fā)射極接電源,集電極接LED陽極,基極經(jīng)限流電阻接74HC595輸出端。這樣利用晶體管的電流放大作用, 74HC595的輸出端僅需提供幾毫安的驅(qū)動電流就可控制對應(yīng)LED的亮滅了。部分驅(qū)動電路如圖2所示。

部分驅(qū)動電路

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2. 2　控制設(shè)計

本設(shè)計的USB接口采用集成USB2. 0的微處理器CY7C68013A,其優(yōu)點是集成了USB2. 0收發(fā)器、智能SIE、增強的8051微控制器和可編程的外圍接口, 數(shù)據(jù)傳輸率達到56MByte / s, 可以硬件處理USB1. 1和USB2. 0協(xié)議,從而減少開發(fā)時間、確保USB的兼容性、提高硬件的集成度和可靠性。

CY7C68013A的外圍電路主要包括供電( 5V -3. 3V轉(zhuǎn)換)電路,串行I2C總線電路以及復(fù)位和喚醒電路。具體電路可參考文獻。

LED顯示屏的基本工作原理是動態(tài)掃描。動態(tài)掃描又分為行掃描和列掃描兩種方式。本設(shè)計采用行掃描工作方式。

同一行8個8 ×8點陣模塊的同名行控制引腳是接在一條線上的,共16條線,連接在行移位寄存系統(tǒng)上。同一列2個8 ×8點陣模塊的同名列控制引腳也是接在一條線上的,共64條線,連接在列移位寄存系統(tǒng)上。行移位寄存系統(tǒng)由2 片74HC595組成,列移位寄存系統(tǒng)由8片74HC595組成。

以行移位寄存系統(tǒng)為例:將第一片的DS (串行數(shù)據(jù)輸入)端由一個CY7C68013A 的I/O 口控制;第一片和第二片74HC595的SH_CP (移位寄存器的時鐘脈沖) 、ST_CP (存儲寄存器的時鐘脈沖)和OE(輸出使能端)端分別接在一起,各由一個I/O口控制;第一片的Q7 (串行輸出)端與第二片的DS連接;MR (芯片復(fù)位)端接高電平; O1 - O7 (并行數(shù)據(jù)輸出)端分別與對應(yīng)的LED行控制引腳相連接。

CY7C68013A在SH_CP端產(chǎn)生連續(xù)的16個時鐘脈沖上升沿,將16位二進制數(shù)0x01依次送入兩個移位寄存器中,并鎖存在鎖存器中, 然后在ST_CP端產(chǎn)生1個時鐘脈沖上升沿,將0x01并行輸出到對應(yīng)的16根行控制引腳線上,使得第一行LED陰極為低電平,其它行LED陰極均為高電平。此時將對應(yīng)的字模送到列驅(qū)動系統(tǒng),若該列的LED陽極為高電平,則對應(yīng)的LED被點亮,若該列的LED陽極為低電平,則對應(yīng)的LED為暗。依次選擇第二至十六行,將對應(yīng)的字模送到列驅(qū)動系統(tǒng), 點亮相應(yīng)的LED。當顯示完第十六行的字模后,又從第一行開始顯示,這樣LED顯示屏就會顯示相應(yīng)的漢字。

按照這種工作方式, LED顯示屏是一行一行點亮的,每次都只有一行亮,但由于人眼視覺暫留時間最長為1 /16 s,只要設(shè)計的掃描周期時間(從第一列到最后一列所花費的時間)小于1 /16 s,看到的還是全屏穩(wěn)定的圖像。

3　軟件設(shè)計

3. 1　固件程序設(shè)計

固件程序是指運行在設(shè)備CPU中的程序。只有在該程序運行時,外設(shè)才能被稱為具有給定功能的外部設(shè)備。固件程序在Keil C51環(huán)境下編寫。

C51編譯器包可以用在所有的8051系列處理器上,可以在W INDOWS 32 位命令行中執(zhí)行。本設(shè)計的固件程序流程圖如圖3所示。

固件程序流程圖

硬件設(shè)備上電/復(fù)位后,工作分配器函數(shù)TD _Init ( )完成對微處理器的初始化,然后通過調(diào)用工作分配器函數(shù)TD _Poll ( )啟動采樣,判斷是否有EP2OUT中斷發(fā)生。若有中斷發(fā)生,則進入中斷處理函數(shù)INT_Ep2out ( ) ,將上位機通過USB 總線傳來的數(shù)據(jù)放在EP2OUTBUF中,根據(jù)這些數(shù)據(jù)依次驅(qū)動LED顯示屏的行和列,更新LED 顯示。中斷處理完畢后又回到啟動采樣階段,重復(fù)判斷是否有中斷過程。若沒有中斷發(fā)生,則繼續(xù)保持LED的顯示,然后也回到啟動采樣階段,重復(fù)判斷是否有中斷過程。

其中顯示第i行字模的函數(shù)如下:

　　chooseraw_5950 ( i) ; / /選擇第i行

　　chooseline_5951 ( a, b) ; / /第一個字對應(yīng)第i行的字模

　　chooseline_5951 ( c, d) ; / /第二個字對應(yīng)第i行的字模

　　chooseline_5952 ( e, f) ; / /第三個字對應(yīng)第i行的字模

　　chooseline_5952 ( g, h) ; / /第四個字對應(yīng)第i行的字模

　　stcp0 = 0; stcp1 = 0; stcp2 = 0;

　　stcp0 = 1; stcp1 = 1; stcp2 = 1; / / st_cp 端產(chǎn)生一個脈沖上升沿,數(shù)據(jù)并行輸出

　　delay_ms (3) ; / /延時3ms

　　}

3. 2　驅(qū)動程序設(shè)計

采用DDK來開發(fā)驅(qū)動程序, DDK的編譯工具build來進行驅(qū)動程序的編譯,DriverStudio工具包中的SoftIce用來對驅(qū)動程序進行調(diào)試[ 5 ] 。