智能小区通信终端项目架构的设计毕业设计论文.doc

学号： 11034020347 毕业设计说明书智能小区通信终端项目架构的设计The design of Intelligent village communication terminal project architecture学院 计算机与电子信息学院 专业 电气工程及其自动化 班级 电气11-3 学生 指导教师（职称） ） 设计时间 2015 年 1 月 1 日至 2015 年 6 月 7 日广东石油化工学院本科毕业设计诚信承诺保证书本人郑重承诺：智能小区通信终端项目架构的设计毕业设计的内容真实、可靠，是本人在熊建斌教师的指导下，独立进行研究所完成。毕业设计（论文）中引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处，如果存在弄虚作假、抄袭、剽窃的情况，本人愿承担全部责任。 学生签名： 年 月 日专业负责人批准日期 毕 业 设 计 任 务 书院（系）： 计算机与电子信息学院 专业 电气工程及其自动化 班 级： 电气11-3 学生： 学号： 一、毕业设计课题 智能小区通信终端项目架构的设计 二、毕业设计工作自 2015 年 1 月 1 日起至 2015 年 6 月 7 日止三、毕业设计进行地点 广东石油化工学院 四、毕业设计的内容要求 实现的内容： （1）门禁功能的通信； （2）电子公告的通信； （3）多媒体视频无线点播通信； 该课题的具体内容要求： （1）系统方案的设计； （2）硬件平台设备的购买以及硬件平台的搭建；（3）写好毕业设计说明书；（4）尽可能写一个专利或软件著作权版（5） 要吃苦耐劳，能静下心来做一些事情。 指导教师 接受毕业设计任务开始执行日期 2015 年 1 月 1 日学生签名 摘要摘要智能小区就是采用先进的传感技术、网络与通信技术、自动控制技术、信息系统集成技术，对住宅小区进行科学合理的规划设计、高质量地建设、优化集成，使住宅小区品味和素质提升，为人们的现代居住生活提供更好人居环境，更体贴入微的管理服务。智能小区在设计规划中需要满足业主对安全、舒适的居住环境、便捷的社区服务与管理、具有增值应用效应的网络通信等方面的实现及其他个性化需求。随着现代科学技术的不断进步，相关产品会逐渐趋于成熟，而且制造成本会越来越低，智能小区系统终将走入寻常百姓家。其系统构成有这样的特点：采用先进的、符合标准的技术和设备；同时所有的系统均采用集散式的构造方式，既具有分散的终端或设备，又通过网络集中到一个管理或控制中心，中心提供公共信息资源；最后，所有的智能系统既可独立，又可在计算机网络的基础上实现集中管理。随着住宅产业的向前发展以及国民对居住环境要求的不断提高，市场空间还会大幅度的上升，智能小区市场前景乐观，能够带来良好的经济效益。 关键词： 智能小区；集散式；经济效益 IAbstract目录AbstractIntelligent village is the adoption of advanced sensor technology, network and communication technology, automatic control technology, information system integration technology, the residential district scientific and reasonable planning and design, high quality construction, optimization of integration, the taste and quality promotion for residential district, provide a better living environment for peoples modern living life, a more thoughtful management services.Intelligent village in design planning need to meet the safe of owner, comfortable and convenient living environment of community service and management, with value-added application effect of the realization of the network communication, etc, and other personalized needs. With the continuous progress of modern science and technology, related products will gradually mature, and the manufacturing cost will be more and more low, intelligent community system will eventually to ordinary people.Its system structure has such characteristics: advanced, accord with a standard technology and equipment; At the same time, all the system adopts the structure of the distribution type, has dispersed terminal or equipment, and through the network to focus on a management or control center, center provides the public information resources; Finally, all the smart systems can be independent, but also on the basis of computer network to realize centralized management.With the forward development of housing industry and national living environment asks is ceaseless rise, the market space will rise significantly, intelligent village market outlook, can bring good economic benefits.Keyword： Intelligent village，distribution type，economic benefit 目录目录摘要IAbstractII目录III第一章 绪论11.1 智能小区简介11.2 目的和意义11.3 国内外研究发展现状11.3.1 国外发展现状21.3.2 国内发展现状2第二章 智能小区系统及需要实现的功能42.1 项目架构的系统总体结构42.2 小区智能信息终端管理系统功能4第三章 硬件设计63.1 ARM处理器介绍63.2 ARM处理器的结构和外设63.3 门禁对讲音频接口电路架构73.4 主要功能模块73.4.1 微处理器73.4.2 语音处理芯片83.4.3 IIS音频总线83.4.4 音频接口电路原理图及工作原理83.5 应用软件设计93.6 LED显示屏设计架构123.6.1 LED显示屏工作原理及结构123.6.2 系统工作原理143.6.3 显示控制终端的实现143.6.4 硬件平台143.7 小区多媒体无线点播终端架构163.8 无线点播系统所需接口183.8.1 USB接口183.8.2 触摸屏LCD接口183.8.3 TF卡接口193.8.4 AC97接口的音频接口203.8.5 SDI无线WIFI接口213.8.6 有线以太网接口22第四章 设备驱动程序244.1 触摸屏驱动244.1.1 硬件原理244.1.2 触摸屏驱动开发254.1.3 LCD背光驱动294.2 RS485 驱动324.2.1 串口驱动框架324.2.2 RS485驱动开发324.3 LCD驱动35第五章 功能模块的设计375.1 实现电子信息公告通信375.2 实现多媒体无线点播通信375.2.1 程序功能375.2.2 程序流程385.2.3 VOD系统中MPEG-4视频流的传输实现395.2.4 服务器端软件的实现405.2.5 流媒体的传输415.2.6 流媒体的传输协议415.2.7实时传输协议RTP与RTCP42总结43致谢44参考文献45 IV第一章 绪 论第一章 绪论1.1 智能小区简介随着计算机技术、现代通信技术和自动控制技术的迅速发展，智能化建筑在发达国家应运而生。在1984年，一座旧式大楼被美国哈特福特市改造，而且，大楼的空调，电梯、照明，防盗等设备采用计算机进行监测控制，为客户提供语音方面的通信、文字处理、电子邮件和情报资料等信息服务，被称为世界上第一座智能化大楼。随后，这种形式的大楼在各国掀起了热潮，而我国也引进了这一新的技术。 智能小区是由智能化大楼的基本含义中衍生和扩展出来的。由于“智能化”是一个相对的概念，“智能化”技术本身也是在不断地发展、完善、直到成熟，所以说小区智能化是一个过程，它应当随着智能化技术的发展和人们需求的不断增加而增长。因此，在目前还没有一个明确的定义，但却有一点共识，那就是“智能小区”是运用信息技术、数字技术、计算机技术提升传统住宅的功能，使其实现方便快捷的信息通讯、安全舒适的居住条件、高效科学的物业管理。智能小区的建设的宗旨是向住户提供“安全、舒适、便捷”的生活条件，能为住户提供真正意义上的实用服务。1.2 目的和意义随着不断深入的住房商品化程度，智能化住宅具有更为广泛的市场需求，住宅的智能化功能多样化变得愈为紧迫。自从九十年代的中期，我国在提出智能化住宅小区的概念以来，各地智能小区的建设和发展逐渐成步入了正轨，智能住宅已成为楼市中的一大亮点。智能住宅小区系统侧重于满足住户安全性、居住环境舒适性、社区服务便利性以及社区管理、网络通信等方面的实现和个性化的需求。 智能住宅小区的自动化系统构成的重点在于安全防范、物业管理及社区服务、网络通信等方面。它的系统构成独具特点：首先必须采用先进的、符合标准的技术和设备；同时所有的系统均采用集散式的构造方式，既具有分散的终端或设备，又通过网络集中到一个管理或控制中心，中心提供公共信息资源；最后，所有的智能系统既可独立，又可在计算机网络的基础上实现集中管理。1.3 国内外研究发展现状1.3.1 国外发展现状国外智能住宅的发展几乎与智能大厦同步。之后，在美国成立了现代住宅研究会，专门研究这一领域。在1983年，美国电子工业协会开始制定家庭电气设计标准。1984年，美国住宅建筑者协会成立了一个关于现代住宅的开发公司，开展相关基础性的研究，并在1989年推出了将电力供应、空调控制和数据通讯合成为整体的布线系统单元来进行示范。在这期间，智能住宅的概念在欧美等发达国家得到了一致的认同。在1986年,欧洲把智能化的家庭系统研究列为尤利卡计划，进而大力地推动研究工作。当时日本正处于住宅建造过剩，房产市场低迷的时期，日本建设省在推进智能建筑概念时，以用于住宅的总线技术为契机，在幕张建立了一个相当高水平示范性的智能住宅区，美国、新加坡也都建有基于EIA在1988年制定的智能化住宅系统及其通信标准家庭总线的智能化住宅。在东南亚，新加坡的智能建筑技术研究处于领先水平。如宝德胜家庭智能化系统，己用在30多个住宅小区。在“98亚洲家庭电器与电子消费品国展览会”上展示的“未来之家”，其智能品质受到人们的广泛关注。智能住宅系统的功能比较多样化且全面，具有的功能有安全自动化、设备自动化和通讯自动化。现在，国外的智能住宅系统技术己逐渐成熟，预计在今年的新房里，50%以上将具有一定的“智能型住宅”功能。于此同时，由于技术的日益标准化，这些新型智能住宅系统将比比尔.盖茨耗资6000万美元的高端别墅便宜得多。在智能住宅的系统研发方面，美国及一些欧洲国家一直处于领先的地位。近年来，以美国微软公司及摩托罗拉公司等为首的一批国外知名企业，先后跻身于智能家居的研发中。例如，微软公司开发的“梦幻之家”、摩托罗拉公司开发的“居所之门”、IBM 公司开发的“家庭主任”等均已日趋成稳的技术强占住宅市场。此外，日、韩、新等国的龙头企业纷纷致力于住宅智能化的开发，对家居市场更是跃跃欲试。1.3.2 国内发展现状然而中国虽然还没能象美国和日本那样对住宅智能化系统的技术制定标准，但已经借助智能建筑的概念与技术开始进行智能化住宅小区的建造了。1997年厦门市建坤实业公司开发了WDJ-6住宅智能管理系统；1998年深圳市住宅局对总建筑面积为8O万m2的梅林一村按智能化住宅和智能化住宅小区的概念进行规划建设；长沙市地税局的住宅采用了智能化住宅布线系统。上海邮电二村初步建成了智能化住宅小区，上实花苑、创世纪花苑，万里小区等纷纷宣布将建设流的智能化住宅小区。北京保安电器厂正式投产CBB三表户外计量保护箱，上海邮电智能化系统集成公司开发厂家用智能控制器，北京奇艺新技术公司推出电脑家庭自控系统，上海惠源科技发展有限公司开发并大量投产家庭智能化系统。 近年来，北京、上海、广东、山东、深圳等省市，先后建成了一批智能化住宅小区，这些住宅小区的出现满足了我国不同收入阶层的民众对住房的需求，同时，也对国家在将来制定小康住宅的标准进行了有力的摸索和试验。其中有一些城市和地区还颁布了关于发展智能化小区的地方性法规，而国家建设部也颁布了智能住宅小区建设工作的纲要和技术指导。有很多企业都生产住宅智能化系列产品，但大多数都缺少一致的技术考虑，不能够为各个子系统之间建立一致的技术平台，使得子系统之间技术与技术，技术与设备，设备与设备都没有互相匹配，浪费了许多的人力、物力、财力，同时也对那些已经建好的智能小区智能化系统造成投运率低下；另外，行业部门之间有着许多利益冲突，这也阻碍了我国智能小区的发展。在政府部门的协调下，各个行业的公司合作，通过强势的联合开发并推动中国智能小区的发展已成为必然的趋势，比如中国移动、万科地产及勤信物业等行业巨头联合开发的豪庭春天，中国电信与飞扬地产联合开发的飞扬数字智能小区，2010 年已建好的由国家电网公司倡导的新奥高尔夫花园智能小区，这些都是跨行业合作建设智能化小区的成功典范，同时开创了未来智能小区建设和发展的新模式。 在小区智能化的时代，物联网技术的应用是智能小区建设的必要途径，可以很好的加强小区的服务管理功能，提升智能小区的素质和品味。目前在国内，已有学者、企业探索物联网技术在智能小区中的应用，而且已取得一定的成果。所以，相信在物联网浪潮的推动下，我国智能小区的发展能开创出一个全新的局面。37广东石油化工学院本科毕业(设计)论文：智能小区通信终端项目架构的设计第二章 智能小区系统及需要实现的功能2.1 项目架构的系统总体结构智能小区就是采用先进的传感技术、网络与通信技术、自动控制技术、信息系统集成技术，对住宅小区进行科学合理的规划设计、高质量地建设、优化集成，使住宅小区品味和素质得以提高，为人们的现代居住生活提供更好的居住环境，更加细致的管理服务。其系统总体结构图如下：图2.1智能小区系统简略结构2.2 小区智能信息终端管理系统功能小区智能信息终端管理系统是一个基于计算机网络系统的智能住宅控制系统，它是集住宅安全防范系统、小区物业管理系统于一体，通过计算机网络线路构成整个住宅小区的集中管理控制系统，主要综合了普通家庭的安全防范、服务提醒等功能，同时即有强大的无线联网功能，具体如下：（1）门禁功能每幢住宅楼的单元门均设有门口机，对需要进入本栋大厦的人员进行身份识别和确认，加强了业主的安全防范功能。（2）电子公告小区的管理中心可以向居民发布各种电子公告（例如小区通知、天气预报等信息）、信息终端收到信息后能够在终端屏幕上显示，并提醒住户注意信息。（3）多媒体视频无线点播 散布于小区的多媒体视频无线点播终端，可以让在小区休闲的住户随时点播多媒体服务器里面的视频。（4）触摸屏操作所有的操作采用触摸屏的方式，内部采用了GUI图形界面的技术，实现了操作界面的智能化，使得业主操作更加简单和方便。结合上述各个功能，于是得到如下总体功能的设计原理图：JVAGLED点阵显示板USB接口RS-485接口NORFLASH复位按钮NANDFLASHSDRAM电源 S3C2440AAC97接口TF卡接口LCD接口以太网接口WIFI接口 VOD服务器 LCD触摸屏图2.1系统原理设计框图第三章 硬件设计3.1 ARM处理器介绍ARM是微处理器行业的著名企业，设计了大量的RISC处理器、相关技术和相关软件。现在，各个领域几乎都深入了ARM处理器及技术的应用，包括工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络应用和成像和安全等各类产品市场，基于ARM技术的处理器应用约占据了32位RISC处理器75%以上的市场份额。目前，总共有数十家半导体公司与ARM签订了硬件技术使用许可协议，其中包括Intel、IBM、SAMSUNG、LG半导体、NEC、SONY、菲利浦和国民半导体这样的大公司。至于软件系统的合伙人，则包括微软、升阳和MRI等一系列知名公司。采用RISC架构的ARM处理器一般具有如下特点： （1）体积小、功耗低、低成本、高性能； （2）支持Thumb（16位）/ARM(32位)双指令集，可以很好的兼容8位/16位器件； （3）大量使用寄存器，使得指令执行速度更快； （4）大多数的数据操作都在寄存器中完成； （5）寻址方式灵活简单，且执行效率高； （6）指令长度固定。RISC和CISC是目前设计制造微处理器的两种典型技术，虽然它们都试图在体系结构、操作运行、软件、硬件、编译时间和运行时间等诸多因素中达到某种平衡，以求达到更高的效率，但由于采用的方法不同，因此，在很多方面差异很大。3.2 ARM处理器的结构和外设选用三星公司的S3C2440A，系统可稳定运行在405MHZ，主频最高可达530多MHz；64M字节的SDRAM，由两片K4S561632组成，工作在32位模式下；64M字节NAND Flash，采用的是 K9F1208，可以兼容 16M，32M 或 128M 字节；10M以太网接口，采用的是CS8900Q3，带传输和连接指示灯；LCD 和触摸屏接口；2 个 USB HOST，S3C2440内置的，符合 USB 1.1，其中一个USB HOST接口是复用的；一个USB Device，S3C2440内置的，符合USB 1.1；支持音频输入和音频输出，音频模块由S3C2440的IIS音频总线接口和UDA1341音频编码解码器组成，板上还集成了一个MIC，用于音频输入；2路UART串行口，波特率高达 115200bps，并具有RS232电平转换电路，其中一路为完整串口；SD卡接口，兼容SD Memory Card Protocol 1.0 和 SDIO Card Protocol 1.0;Embedded-ICE（20 脚标准 JTAG）接口和并口式 JTAG 接口，支持ADS，SDT软件的下载和调试以及 FLASH 的烧写；串行 EEPROM ：AT24C02 4Kbytes EEPROM，IIC 接口；SPI 接口；数字摄像头接口；蜂鸣器，4个LED 灯；4个按键；开关电源，分布式电源供电；3V 锂电池，提供RTC电源；核心硬件板GEC2440；3.5 “ Touchscreen LCD；64M NandFlash K9F1208；64M SDRAM K4S561632；10M 以太网接口，CS8900Q3；WiFi modules VT6656；触摸屏、蜂鸣器、LED指示灯、信号放大器、AD转换等。S3C2440A引脚图见附录1。3.3 门禁对讲音频接口电路架构 硬件电路设计框图如图3.1所示。 图3.1音频电路设计框图图中音频硬件主要由S3C2440A ARM9微处理器、数字音频输入输出接口芯片UDA1341TS和麦克风等电路构成。S3C2440提供3条控制线和系统时间,通过内置的IIS接口读取IIS总线上的数据,并由语音处理芯片外扩,对语音信号进行采样、A/D或D/A转换,最后通过总线和系统进行连接。3.4 主要功能模块3.4.1 微处理器S3C2440A是一款高性能CPU,它的数据处理能力良好,功耗低,体积小,支持多种嵌入式操作系统,例如Linux、WinCE,集成多种外设,广泛应用于各种手持设备。而且S3C2440A提供了丰富的内部设备,内置了一个IIS总线控制器接口,集成了LCD、CMOS摄像头等接口模块,采用了AMBA的新总线架构,通过提供一套完整的通用系统设备,而减小系统整体的成本,在消费类电子产品中具有相当的灵活性和适用性。3.4.2 语音处理芯片本系统采用的音频芯片为UDA1341TS,它是飞利浦公司推出的一块功能强大的专用音频数字信号处理芯片,用于实现模拟音频信号的采集和数字音频信号的模拟输出,支持IIS总线数据格式,通过IIS数字音频接口,可完成立体声的数字化处理。在实际中,由于它的特点为低电压、低功耗，所以被广泛应用于MD、CD、笔记本等便携式设备。UDA1341TS芯片包含了音频信号输入线2组、音频信号输出线1组、IIS总线接口信号线1组和L3总线1组。它与S3C2440A处理器的电路连接，相对来说比较简单,可以实现语音的A/D和D/A等预处理,而不需要再增加额外的专门的A/D和D/A器件。3.4.3 IIS音频总线IIS(Inter-IC Sound Bus)即音频数据接口,又称I2S,由Philip公司提出,它是一种面向多媒体计算机的串行数字音频总线协议。该总线专门用于数字音频设备之间的音频数据传输,提供一个标准的通信协议给立体声音频序列的传输。目前很多音频芯片和MCU都支持IIS。3.4.4 音频接口电路原理图及工作原理图3.2音频接口电路原理图如以上原理图所示,UDA1341TS芯片的IIS总线接口信号线包括位时钟输入BCK、字选择输入WS、数据输入DATA1、输出DATA0和音频系统时钟SYSCLK信号线。其中的位时钟输入信号BCK与S3C2440A的IIS总线时钟信号IISCLK连接;字选择输入信号WS与声道选择信号IISLRCK连接;两个数据通道输入DATA1和输出DATA0分别对应连接与IIS总线的音频输出信号IISSDO和音频输入信号IISSDI,用于接收、发送串行声音数据;而音频系统时钟SYSCLK则与主控时钟信号CDCLK相连,作为IIS总线的基本时钟源,使音频芯片数据I/O与CPU的IIS控制器能同步。音频输入VIN、输出VOUT分别和麦克风扬声器连接。UDA1341TS芯片将采集到的音频模拟信号通过配置其寄存器,转换成IIS格式的数字信号送给S3C2440A的IIS控制器,并发出DMA请求,则DMA控制器取代CPU,获得总线控制权,实现外设与内存之间或内存之间大数据量的快速传输,从而大大节省了CPU对外设查询的时间,减轻了CPU负担,提高了系统的整体性能。由于IIS总线只能传输音频数据,UDA1341TS芯片除了提供IIS接口和麦克风扬声器接口,还提供了L3总线接口控制音量等。UDA1341TS的L3接口相当于一个混音器控制接口,可以用来控制输入、输出音频信号的音量大小、低音等。它是该芯片工作于微处理器输入模式时使用的,包括微处理接口时钟L3CLOCK、微处理接口模式L3MODE和微处理器接口数据L3DATA三根接线。由于处理器S3C2440A中没有与L3总线配套的专用接口,电路中L3CLOCK、 L3MODE、 L3DATA分别与S3C2440A的GPB4、GPB2、GPB3三个通用数据输出引脚连接,从而实现系统控制参数和数字音频处理参数的配置。3.5 应用软件设计对讲门禁的功能主要包括了呼叫、撤叫、接通、开锁和关闭。来访者可以通过楼口单元机的触摸屏按下相对应的住房号码,呼叫本单元的用户分机,实现双向通话,经过用户同意，遥控开启本单元的电控锁，即打开房门。可程序工作流程图见图3.3。图3.3程序工作流程图楼口机通电后,先进行初始化,若在工作中有客人来访时,首先,判断是否有信号触发,当有信号触发时系统扫描判断楼房号,然后,经数据解码发送出去呼叫用户分机,此时用户若有摘机则打开对讲,否则等待1分钟自动终止呼叫。挂机判断是否开启电控锁,最后,关闭对讲终止通信。对讲功能的软件设计包括了设备的初始化、音频采集、音频播放以及音频数据的提取。设备的初始化包括:(1)调用init1341()函数,初始化UDA1341芯片,完成音量、L3混音控制接口等的初始化;(2)初始化S3C2440A的3根GPIO口,模拟UDA1341的控制总线L3总线UDA1341;(3)调用IIS-PortSetting()函数,初始化IIS的控制口,配置成IIS模式并初始化IIS寄存器;(4)初始化DMA控制器,为设备分配DMA通道;(5)注册DSP和音频设备。音频数据的采集和播放使用双通道DMA模式,音频采集用DMA控制器通道1,音频播放则用通道2,主函数分别为Sound-Record-IIS(void)和Sound-Play-IIS(void),程序主要如下:音频采集程序:void Sound-Record-IIS(void)IIS-Port-Init(); IIS接口初始化函数 Select-IIS-Master-CLK(); 系统时钟、采样频率函数 Init1341(RECORD-IIS);rec-buf=(unsigned char)0x31000000;IIS-RecSound-DMA1(rec-buf, REC-LEN-IIS);Init1341(PLAY-IIS);IIS-PlayWave-DMA2(rec-buf, REC-LEN-IIS);IIS-Port-Return();mute= 1;音频播放程序:void Sound-Play-IIS(void)unsigned char buf;unsigned int i;unsigned int downloadSize= 243552;IIS-Port-Init();Select-IIS-Master-CLK();if(1)downloadAddress =-NONCACHE-STAR-TADDRESS;buf=(unsigned char)downloadAddress;for(i= 0;i 243552; i+ +)bufi= Windows-XP-Wavi;elseDownload-Wave-File();Init1341(PLAY-IIS);IIS-PlayWave-DMA2(buf, downloadSize);IIS-Port-Return();mute= 1;程序中调用的函数IIS-PlayWave-DMA2()和IIS-RecSound-DMA1()主要是用来存放音频数据,并完成音频数据的提取等功能。3.6 LED显示屏设计架构3.6.1 LED显示屏工作原理及结构 LED 显示屏按照颜色可以分为单基色显示屏、双基色（红、绿）显示屏和全彩色显示屏三种。LED 显示屏一般是由多个 LED 点阵模块拼接而成，LED 点阵模块又是由多个发光二极管像素点组成。如今随着 LED 显示屏产业的发展，已经形成了标准、规范的 LED 点阵模块，如 57、78、88 等，根据屏幕所需显示面积的大小，选择一定数量的 LED 点阵模块拼接组成LED显示屏。 无论是显示图像还是文字，就是控制 LED 显示屏上与这些图像和文字对应的像素点发光。用点阵方式显示图像或者文字是十分灵活的，可以根据需求任意组合、变化，只需要设计好恰当的数据文件，每个发光像素占据数据中的一位，对LED显示屏上的所有发光像素进行控制，在需要发光的数据中相应的位置1，否则置0。这样根据要显示的图像文字，按LED显示屏的各行各列逐点填写显示数据，就可以得到一个显示数据文件。 LED 显示屏的扫描驱动方式可以分为静态扫描和动态扫描两种。静态扫描方式是指保持一幅画面显示直到下一幅画面输入；动态扫描方式是指将一幅画面分为几个部分分别进行刷新显示。静态扫描方式对于每个发光像素点都需要一套驱动电路，需要较多的译码器，而且电路复杂；而动态扫描方式则采用多路复用技术，各个LED点阵模块之间采用移位寄存器串连，实现数据的串行输入、并行输出。由于动态扫描方式相对于静态扫描方式驱动电路简单、功耗也比较低，因此实际使用中大多使用动态扫描的方式，很少采用静态扫描方式。 LED 显示屏的行列驱动电路结构一般如图3.4 所示。图3.4 LED显示屏扫描驱动电路结构动态扫描方式的LED 显示屏行列驱动电路一般多行的同名列共用一套驱动器，行驱动器一行的行线连接到电源一端，列驱动器一列的列线连接到电源另一端。当行驱动选中某行，列驱动选中某列时，对应的发光像素点根据列驱动器的设置进行显示。控制电路负责生成驱动电路的扫描控制时序，在选通某一行之前还要把该行各列的数据准备好，一旦该行选通，这一行上的发光像素点就可以根据列数据进行显示16。当一行扫描时间结束后，下一行以同样的方式显示。全部各行扫描一遍后，又会从第一行开始下一周期的扫描。只要扫描的周期比人眼的视觉暂留时间短，人们就不会感觉到闪烁现象。 本设计中LED显示屏选用 88的LED点阵模块，拼接成 19232的单基色条形屏体，采用行扫描列控制的动态扫描方式控制，行驱动器采用 74HC138 译码器，列驱动器采用74HC595 锁存器，结构如图3.5所示。 图3.5 LED显示屏结构LED 控制卡相当于图3.5中的控制电路，生成 LED 显示屏驱动电路的扫描控制时序和串行显示数据，本设计中使用的LED控制卡特性如表3.1所示。 表3.1 LED控制卡特性3.6.2 系统工作原理 本课题设计的显示控制终端和封装在LED显示屏箱体内LED控制卡共同组成LED显示屏控制系统，完成对LED显示屏控制的功能，系统结构如图3.6 所示。基于ARM的显示控制终端在LED显示屏控制系统中作为上位机主要用于人机交互，提供给用户编辑、输入显示信息，对下位机进行管理和控制。系统工作时，通过显示控制终端将要显示的文字、图片等信息转化为特定格式的数据信息，通过RS485总线发送给各个 LED 控制卡，LED 控制卡作为下位机主要负责接收来自显示控制终端的显示信息数据，置于帧存储器中，然后按分区驱动方式生成 LED 显示屏的扫描控制时序和串行显示数据，以对LED显示屏刷屏，整个系统是一个异步控制系统。 图3.6 LED显示屏控制系统结构框图3.6.3 显示控制终端的实现 嵌入式硬件平台和软件平台的选择是整个嵌入式系统开发的关键。在项目实际开发之前选择一个好的平台可以减少项目的开发难度和开发时间。下面分别从硬件、操作系统和图形用户界面开发平台三个方面介绍显示控制终端的实现方案。 3.6.4 硬件平台 嵌入式微处理器是嵌入式系统硬件平台的核心，本设计从性能、功耗、成本、开发难度、采购难易等方面综合考虑后决定采用三星半导体公司的S3C2440微处理器。S3C2440是三星半导体公司推出的，基于ARM920T的16/32位RISC嵌入式处理器，是目前市场上使用非常广泛的一款嵌入式处理器。该处理器是一款多用途的通用芯片，内部集成了微处理器和常用的外围设备，具有较高的性价比。S3C2440处理器为手持设备和通用的嵌入式应用提供片上集成解决方案。S3C2440的片内资源非常丰富，主要包括： 外部存储控制器（SDRAM 控制和片选逻辑）； LCD 控制器（支持 STN 和 TFT 的 LCD）； 3 个通道的 UART（IrDA1.0，64 字节 Tx FIFO，64 字节 Rx FIFO）； 2 个 SPI 接口； 1 个 IIC-BUS 接口（多主支持）； 1 个 IIS-BUS 音频编解码接口，AC97 解码器接口； 兼容 SD 主接口协议 1.0 版本和 MMC 卡协议 2.11 兼容版； 2 个 USB 主机接口和 1 个 USB 设备接口（1.1 版）； 8 通道的 10 位的 ADC 和触摸屏接口； 130 个通用 I/O 口和 24 通道外部中断源。 硬件平台除了处理器还需要一些外围电路，系统的外围电路大致可以分为五部分：存储模块电路、电源模块电路、LCD 显示模块电路、通信模块电路和其它。 （1）存储模块部分，主要由2片32M 的SDRAM、1 片2M 的NOR FLASH 和1片128M的 NAND FLASH 组成。大容量的存储器极大的满足需求，可以存储大容量的根文件系统到NAND FLASH 中，应用程序的编写也变得更加容易，不用考虑内存不够的问题。 （2）电源模块部分，为嵌入式处理器和各个外围电路提供电源。 （3）LCD显示模块部分，利用S3C2440内部集成的可编程LCD 控制器对5.6寸的 LCD进行驱动，可大大减少外围电路；同时使用S3C2440内部自带的触摸屏接口对电阻触摸屏信号进行检测，电路结构简单，可靠性高。 （4）通信模块部分，包括 2 个 UART（UART0 和 UART1）、4 路 I/O、DM9000 网卡。UART0 用于软件调试与系统开发；UART1 用于和 LED 控制卡之间进行 RS485 通信；4 路 I/O是外部的火灾检测装置的输入信号；DM9000 网卡用于系统开发以及未来用于和LED控制卡进行网络通信。 （5）其它，包括USB Host、USB Device、SD卡接口和 JTAG 接口。用户除了可以通过触摸屏对整个系统进行操作，还可以通过 USB Host 接口外接USB鼠标同样可以实现操作；USB Device 接口用于 Linux 内核和根文件系统映像文件传输、烧写；SD 卡接口可以方便的导入用户编辑好的文本数据；JTAG接口用于映像文件烧写和程序调试。 图3.7 硬件平台的具体结构基于系统成本和可扩展性的考虑，将整个系统硬件设计成核心板与底板的形式。其中S3C2440 与 SDRAM、DM9000、NOR FLASH 和 NAND FLASH 集成于单独 6 层 PCB 板上，该板被称为核心板；其他的模块位于底板上，也可以称为扩展板。核心板将系统扩展可能用到的所有IO口都引出来，与扩展板之间通过针形接插件连接。这种结构开发时间快，成本低、可靠性高。 3.7 小区多媒体无线点播终端架构 多媒体无线终端的结构构成如下：（1）多媒体库：主要用于存放本地多媒体文件。（2）多媒体播放客户端：主要采用qt图形界面，用来点播媒体库中的影片。调用mplayer播放器播放影片。（3）mplayer播放器：该播放器为开源软件，源码可以自由下载使用，媒体播放客户端通过播放按键调用其播放影片。实现该多媒体点播程序，需要设计GUI界面和通过界面调用mplayer播放器实现多媒体点播。（4） 在实现流媒体点播的同时，通过中心服务器实现小区信息的实时更新到终端屏幕 图3.8 多媒体信息传输流程图 图3.9 多媒体视频无线传输工作流程图3.8 无线点播系统所需接口3.8.1 USB接口 USB模块集成在S3C2440A芯片中，在使用S3C2440A时可以同时使用其中的USB模块。S3C2440A带有两个USB控制器，一个主设备控制器和一个从设备控制器，两个设备均为四线控器，分别接SV电源，D-、 D+数据信号和接地线。主USB(USB Host)主要用于接U盘、摄像头等，从USB(USB Slave)使用USB延长线，连接到PC，主要用于传输数据。从USB它的主要作用是用来下载程序到目标板。其接口电路如图3.10所示。图3.10 USB接口电路3.8.2 触摸屏LCD接口CPU集成4线电阻式触摸屏接口，可直接连接四线电阻触摸屏，电容式触摸屏需I2C或者SPI模式，支持点阵黑白、点阵灰度、CSTN, 64K-1600K TFT LCD，尺寸从2.2寸到24寸，TFT LCD屏幕分辨率可以到1024x768象素。从终端的大小、分辨率等综合考虑本设计采用了标准的4.3寸TFT LCD，分辨率480x272，带触摸屏。它是直接连接四线的电阻式触摸屏，屏幕分辨率比较高，视觉效果好，电阻式触摸屏的反应也比较灵敏。它的接口电路图如图3.11所示。 图3.11 LCD接口电路原理图3.8.3 TF卡接口S3C2440A具有SD, MMC和SDIO控制器，兼容SD Memery Card标准(ver2.0)和LVIIVIC标准(ver4.2)以及SDIO Card标准(Ver 1.0)。发送和结束的512字节的FIFO缓存，支持DMA数据转存模式，数据有1位、4位和8位的选择。在本实验板上，我们采用了灵巧的TF卡接口，运用了4位模式，用于TF存储卡扩展，其原理图如图3.12所示。图3.12 TF卡接口3.8.4 AC97接口的音频接口三星主处理器S3C2440A支持I2S/PCM/AC97音频接口，比较常用的音频总线有IIS和AC97。其中AC97接口速度、精度足够高，是一个双向总线且其协议简单可靠，传输数据的帧相对独立以及支持多