摘 要：本文首先介紹了LED顯示屏使用的廣泛需求以及采用基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的LED顯示屏控制系統(tǒng)的必要性，對(duì)LED顯示屏工作原理進(jìn)行簡(jiǎn)單分析，提出了使用嵌入式處理器LPC2124作為控制核心，使用挪威Nordic公司推出的單片射頻發(fā)射器nRF905傳送無(wú)線顯示信息的總體設(shè)計(jì)方案；并對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的硬件模塊與軟件系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的功能。

關(guān)鍵詞：LED顯示屏 嵌入式處理器 無(wú)線網(wǎng)絡(luò) 單片射頻發(fā)射器

中圖分類(lèi)號(hào)：TN2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）11（a）-0088-01

通過(guò)控制半導(dǎo)體發(fā)光二極管來(lái)進(jìn)行顯示的模式被稱(chēng)為L(zhǎng)ED顯示屏，單色LED通常由多個(gè)紅色的發(fā)光二極管組成，通過(guò)發(fā)光二極管的亮滅組合來(lái)顯示字符。LED顯示屏最初應(yīng)用于公共信息的展示，隨著色彩的增加，彩色LED顯示屏開(kāi)始普及并向消費(fèi)類(lèi)多媒體（如工業(yè)、交通、金融、信息廣告及大型體育賽況直播）應(yīng)用滲透，迅速發(fā)展成一種電子廣告新媒體。

隨著LED顯示屏越來(lái)越廣的應(yīng)用，有一些問(wèn)題也逐漸暴露出來(lái)。特別是在數(shù)據(jù)傳輸方式上，有線數(shù)據(jù)傳送已經(jīng)不能滿足技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上的要求。無(wú)論是高速公路上的，還是機(jī)場(chǎng)、碼頭、廣場(chǎng)、大廈上的大型LED顯示屏，都帶有長(zhǎng)長(zhǎng)的電纜或光纜，不僅增加了費(fèi)用，而且容易在通信上造成故障，所以采用無(wú)線傳輸方式勢(shì)在必行。

1 LED顯示屏工作原理

1.1 LED顯示屏的結(jié)構(gòu)及驅(qū)動(dòng)

LED顯示屏原理圖如圖1所示，顯示屏由控制電路、LED點(diǎn)陣板、驅(qū)動(dòng)器組成。

控制電路通常采用微處理器，主要負(fù)責(zé)存儲(chǔ)（或生成）顯示數(shù)據(jù)、安排控制信號(hào)的定時(shí)與順序、與上位機(jī)進(jìn)行通信等；要實(shí)現(xiàn)LED點(diǎn)陣顯示板的控制，需要在軟件和硬件兩方面來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

屏體的主要由LED點(diǎn)陣顯示板組成，還包括相應(yīng)的行列驅(qū)動(dòng)器。

1.2 LED顯示屏的驅(qū)動(dòng)原理

由于采用不同的LED顯示屏硬件設(shè)計(jì)方案，LED顯示屏驅(qū)動(dòng)分為靜態(tài)驅(qū)動(dòng)和動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)兩大類(lèi)。一些大型的LED顯示屏由于顯示的LED燈數(shù)量較多，所以不建議采用靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的方案，通常采用動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)掃描模式。

采用掃描方式進(jìn)行顯示時(shí)，每行有一個(gè)行驅(qū)動(dòng)器，各行的同名列共用一個(gè)列驅(qū)動(dòng)器。由行譯碼器給出行有效信號(hào)，從第一行開(kāi)始，按順序依次對(duì)各行進(jìn)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(dòng)器是否將該列與電源的另一端接通。接通的列，就在該行該列點(diǎn)亮LED，未接通的列所對(duì)應(yīng)的LED熄滅。當(dāng)一行的持續(xù)掃描時(shí)間結(jié)束后，下一行又以同樣的方法進(jìn)行顯示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)概述

根據(jù)LED顯示屏控制系統(tǒng)的原理及顯示設(shè)備驅(qū)動(dòng)的具體要求，我們采用了基于ARM的32位嵌入式RISC微處理器LPC2124作為控制核心，由于LPC2124所具有的豐富的接口資源，在很大程度上減少了控制器的體積，增加了系統(tǒng)的可靠性。

在無(wú)線數(shù)傳模塊的選用上，無(wú)線收發(fā)芯片的選擇在設(shè)計(jì)中是至關(guān)重要的。為了使本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，所以選擇用了芯片所需的外圍元件數(shù)量少，功耗低集發(fā)射和接收一體的單片收發(fā)芯片nRF905作為系統(tǒng)的無(wú)線收發(fā)芯片。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)概述

3.1 ARM匯編語(yǔ)言程序

匯編語(yǔ)言是一種功能很強(qiáng)的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，也是利用計(jì)算機(jī)所有硬件特性并能直接控制硬件的語(yǔ)言。目前在嵌入式開(kāi)發(fā)、單片機(jī)開(kāi)發(fā)、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)、某些快速處理、位處理、訪問(wèn)硬件設(shè)備等高效程序的設(shè)計(jì)方面有較多應(yīng)用。ARM處理器是一種16/32位的高性能、低成本、低功耗的嵌入式RISC微處理器，由ARM公司設(shè)計(jì)，然后授權(quán)給各半導(dǎo)體廠商生產(chǎn)。

3.2 串口通信程序設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)電腦中安裝控制軟件，通過(guò)控制軟件將文字或圖形轉(zhuǎn)換成LED顯示屏能夠識(shí)別的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，并且通過(guò)串口線或者網(wǎng)線傳輸至顯示屏控制模塊。

3.3 ARM的SPI口程序設(shè)計(jì)

SPI總線系統(tǒng)是一種同步串行外設(shè)接口，它可以使MCU與各種外圍設(shè)備以串行方式進(jìn)行通信以交換信息。外圍設(shè)置FLASHRAM、網(wǎng)絡(luò)控制器、LCD顯示驅(qū)動(dòng)器、A/D轉(zhuǎn)換器和MCU等。SPI總線系統(tǒng)可直接與各個(gè)廠家生產(chǎn)的多種標(biāo)準(zhǔn)外圍器件直接接口，該接口一般使用4條線：串行時(shí)鐘線（SCLK）、主機(jī)輸入/從機(jī)輸出數(shù)據(jù)線MISO、主機(jī)輸出/從機(jī)輸入數(shù)據(jù)線MOSI和低電平有效的從機(jī)選擇線SS（有的SPI接口芯片帶有中斷信號(hào)線INT、有的SPI接口芯片沒(méi)有主機(jī)輸出/從機(jī)輸入數(shù)據(jù)線MOSI）。

3.4 無(wú)線通信模塊程序設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)采用的nRF905使用了VLSI ShockBurst技術(shù)。ShockBurst技術(shù)使nRF905能夠提供高速的數(shù)據(jù)傳輸，通過(guò)將與RF協(xié)議有關(guān)的高速信號(hào)處理放到芯片內(nèi)，nRF905提供給應(yīng)用的微控制器一個(gè)SPI接口，速率由微控制器自己設(shè)定的接口速度決定，在ShockBurst RX模式中，地址匹配AM和數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒DR信號(hào)通知MCU一個(gè)有效的地址和數(shù)據(jù)包已經(jīng)各自接收完成。在ShockBurst TX模式中，nRF905自動(dòng)產(chǎn)生前導(dǎo)碼和CRC校驗(yàn)碼，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒DR信號(hào)通知MCU數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)完成。nRF905的工作模式由微處理器控制nRF905的引腳由TRX_CE、PWR—UP和TX-ENZ個(gè)引腳控的電平高低來(lái)控制。

4 總結(jié)和展望

在本論文中，針對(duì)LED顯示屏的無(wú)線傳輸中設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和研究，雖然取得了一定的成效，也有個(gè)別地方改進(jìn)和優(yōu)化。

（1）彩色LED顯示屏由于點(diǎn)陣密度和色彩的原因，實(shí)現(xiàn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸比較困難，還有待進(jìn)一步進(jìn)行相關(guān)研究。

（2）在程序設(shè)計(jì)的過(guò)程中，僅僅實(shí)現(xiàn)了基本的無(wú)線傳輸功能，對(duì)于字幕特效和時(shí)鐘圖形等相關(guān)技術(shù)細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)還需要完善。