LED显示屏控制器的研究与开发_图文

1、江南大学硕士学位论文基于ARM微处理器的LED显示屏控制器的研究与开发姓名：张宏财申请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：赵曾贻20070601摘要题目：基于微处理器的显示屏控制器的研究与开发学科：控制科学与工程专业：控制理论与控制工程作者：张宏财导师：赵曾贻近年来，（，发光二极管）电子显示屏作为一种高科技产品日益引起人们的重视。它可以实时显示或循环播放文字、图形和图像信息，具有显示方式丰富、观赏性强、显示内容修改方便、亮度高、显示稳定且寿命长等多种优点，被广泛应用于商业广告、体育比赛、交通信息报导等诸多领域。显示屏的核心技术主要集中在控制器中。目前，大部分异步显示屏采用的是位或位

2、的微控制器，由于受到微处理器的处理速度、体系架构、寻址范围、外围接口资源等诸多限制，已难以在要求显示较多像素、显示内容帧频较高、动态显示效果复杂的情况下得到良好的动态视觉效果。针对以上情况，本文研究开发了一种全新的，由位高性能微处理器组成的显示屏控制系统，就控制平台、硬件结构和软件开发实现给出了驱动部分和控制部分的详细分析与设计。本文根据显示屏在列车车厢和火车、汽车车站旅客导向系统中为应用背景，结合的功能特点和显示屏的功能需求。详细介绍了显示屏控制系统中包括电源模块、复位模块、通讯电路等主要模块的设计。成功实现了数据扫描、数据发送、数据通讯等显示屏所需的功能。结合控制系统通讯协议和系统显示的要

3、求，分析了显示屏通讯和控制系统的软件开发流程。并详细分析了显示屏的静、动态图文显示软件流程结构；系统从上位机接受数据到信息显示的整个软件处理流程。最后本文分析了显示屏控制系统研发中所遇到的几个难点问题，包括：提高总线可靠性和抗干扰问题、系统在频繁更换内容死机的问题、显示内容较多时视觉效果的处理问题，并给出了解决方法。经过实际测试，本文所述显示屏控制系统性能良好，工作稳定可靠，易于维护升级，具有很高的性价比。关键词：微处理器；显示屏；江南大学硕学位论文，。，嬲，：，：；独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外

4、，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人为获得江南大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。签名：主趁四日期：加年，月日关于论文使用授权的声明本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规定：江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文，并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。签名：导师签名：赵噌贻日

5、期：加年妇日第一章绪论第一章绪论显示屏是八十年代后期全球迅速发展起来的新型信息显示媒体，是集计算机技术、微电子技术、光电子技术、信息处理技术于一体的显示系统，它以其色彩鲜艳、动态范围广、亮度高、寿命长、工作性能稳定而日趋成为显示媒体中的佼佼者，广泛应用于信息传播、新闻发布、广告、证券等方面。显示屏的研究背景及意义在现代信息化社会的高速发展过程中，随着宽带网络的发展，数字化的多媒体内容将在信息世界中占据主流，新型的显示设备将代替传统电视机成为人们享受信息和多媒体内容的中心。在历史的演变过程中，出现了多种传播媒体，但就其性能上看，如：阴极管（），体积大、成本贵，在不需要超大画面、在室内使用时效果尚

6、可；彩色液晶显示同样成本昂贵、电路复杂，面积受限，受视频角的影响非常大，可视角度很小；影像投影设备亮度小、清晰度差（画面受光不均匀）哪。发光二极管（），是一种把电能变成光能的特种器件，主要由结芯片、电极和光学系统构成。当系统受到外界激发后，会从稳定的低能态跃迁到不稳定的高能态；当系统由不稳定的高能态重新回到稳定的低能态时，能量差以光的形式辐射出来，就会产生发光现象。当在结上加以正向电压之后，区的空穴注入至区，区的电子注入至区，相互注入的电子与空穴相遇后即产生复合，这些多数载流子在结的注入和复合中产生辐射而发光。它是自发辐射发光，不需要较高的注入电流产生粒子数反转分布，也不需要光学谐振腔，发射的

7、是非相干光【。大约是在年代中期开始在电子显示屏中使用的。早期的亮度较低，仅有几十毫坎德拉（），颜色为红、黄绿、黄等颜色，一般只在室内或环境亮度较低的室外使用嘲。进入年代以后，由于半导体工业的迅猛发展，带动了制造材料和工艺的改进，在颜色与亮度方面都有了质的飞跃。现在，的亮度最高可达，并有了三基色。完全能满足户外使用以及全彩色还原的要求。早期的显示屏，由于受材料和工艺的限制，视角仅有矿。”左右，从而制约了显示屏的发展。在分辨率方而，由于受当时数字技术、集成电路技术和控制技术等技术的限制，很难作出高密度的显示屏。近几年来，随着半导体材料及制作工艺的不断改进，电路技术快速发展，如今在完全满足户外使用的

8、亮度条件下，视角已扩大到，密度已由像素增加到像素以上【。今后随着半导体工业的不断发展，无论是材料，还是加工工艺，都会不断地提高，显示屏在颜色、视角、亮度、密度、寿命等方面也会逐步完善，价格也会进一步降低。江南大学硕十：学位论文我国最早自行研制的显示屏安装于上海的人民广场和北京火车站及体育场。他们开创了第一代我国自行研制生产显示屏的历史。近年来，随着高亮度发光二极管技术的发展，显示屏从室内走到室外，其显示内容也从没有层次的计算文字动画发展到能显示有层次的电视图像。国家信息产业部委托蓝通电子科技有限责任公司制定的显示屏技术条件也于年正式颁布实施【】。显示屏的关键控制技术随着新型超大规模集成电路（）

9、的发展也必将有新的提高。通用在产品性能提高的同时成本也在呈下降趋势，新一代显示控制集成电路也已开始得到推广和应用。随着我国经济发展迅猛，对信息传播有越来越高的要求。可以相信，电子显示屏以其色彩鲜亮夺目，大的显示信息量，寿命长，耗电量小，稳定性高，易于操作，安装和维护等特点，将在社会经济发展中扮演越来越重要的角色。进入新世纪，光电子产业得到广泛的重视，中国加入、北京中奥成功等，成为显示屏产业发展的契机，我国显示屏及相关的技术必将得到飞跃发展。点阵显示屏的特点随着科学技术的发展以及制造工艺的进步，显示屏也在不断的迸步和完善，高新技术使显示系统与以前相比有了更为优异的性能。当前的显示系统主要有以下特

10、点：在局部设计上采用模块化设计电路设计按功能分成不同的模块，每个模块之间只需要极少的联系，极大的提高了系统的稳定性、可靠性。调试难度、维护难度大大降低【】。先进的分布式扫描技术显示部分的扫描采用扫描控制技术，显示部分被分成不同的单元，独立进行扫描。每个单元间的信号采用信号锁存技术进行同步控制，显示的稳定性大大增强。高性能的通信接口显示屏与控制微机之间一般要求可靠的通信距离大于米，可抗高电压的静电放电击穿。可视性好采用高性能驱动芯片构成的显示屏具有高亮度、色彩鲜艳、视角大，寿命长（不少于，时），稳定性高，响应速度快等特点翻。易于安装采用显示单元板或显示单元箱体，可根据用户要求和应用场所要求任意组

11、装成所需要的显示屏尺寸，如果要扩大或缩小系统规模，只须按需要在系统中增加新单元，或拆去某个单元，系统完整性不会受到多少影响，便于安装和维护。综上所述，显示技术作为一种电子信息显示技术，它是建立在光学、化学、电第一章绪论子学、机械学、声学等科学技术的基础上的具有某种程度综合性的技术。相信随着各种科学技术的发展，显示系统以其优异的性能将会有更为广阔的发展前景。显示屏的技术要点显示屏在设计与使用中的关键问题是：由于要对显示屏上数以万计的像素进行控制，并且随着显示屏面积的增大，电路结构也非常庞大，因此系统的模块化设计成为重点考虑的问题。为了在画面显示时，画面感觉不闪烁，显示屏必须要有每秒不少于的刷新频

12、率，这就要求控制系统有非常高的处理速度。为了在显示屏上细致的显示出信息所表示的形状，一般每帧有多至几百的显示数据送到显示屏，在屏上显示动画，视频图像等信息，显示系统必须用帧秒以上的速度来更新显示画面，因此有非常大和非常快的数据传输。用器件制造的显示屏用在大型公共设施和室外场所，尺寸通常在几米到几十米长，显示数据传输距离达几百米到千米以上，这就要求有可靠的总线和协议与上位机通讯。综上所说，显示屏的制造技术是集大容量的数据传输、高速处理、高速控制、超高亮度器件等技术于一体，涉及了计算机、通信、电子技术、色彩学等领域的综合产物，有着较高的技术难度。一些新技术在显示屏中的应用随着社会的发展，用户对嵌入

13、式产品的需求逐步提高，使得控制器的需要实现的功能越来越多，要求处理器速度越来越快。传统的位单片机，在众多场合已经力不从心了，因此各种各样的位处理器陆续登场。就是其中最抢眼的一种位（，精简指令集计算机）架构处理器，它在年市场占有率超过了，到年初，公司的位处理器市场占有率已经超过了，并有逐年递增的趋势。是一个公司的名字，也可认为是对一类微处理器的通称，还可认为是一种技术的名字。公司年成立于英国剑桥，主要出售芯片设计技术的授权，世界各大半导体生产商从公司购买其设计的微处理器核，根据各自不同的应用领域，加入适当的外围电路，从而形成自己的微处理器芯片进入市场。位处理速度较高，性能优良，适合于对运算速度有

14、较高要求的场合。起初由于其价格较高，在国内并没有得到广泛的应用。随着集成电路产业的飞速发展，以往的位的价格不再是令人望而生畏了，现正广泛地应用于工业控制、服务器、交换机、手机、智能电器中，其中以为内核的处于位嵌入式的主导地位。处理器之所以能取得如此傲人的成绩，是因为它具有以下几个优点：江南大学硕学位论文小体积、低功耗、成本低、高性能采用的是指令集，所有的指令长度都相同，这样可以简化设计，降低成本。采用流水线结构，使得大多数的指令只需要个时钟周期，从而带来了高效率和高性能【。公司的系列由于为了向下兼容，只能沿着（，复杂指令集计算机）的路走下去，而处理器面向的是嵌入式应用，大可不必考虑兼容问题，它

15、吸取了以往技术的经验，采用了性价比比更好的。采用位位双指令集内核一般都有两套指令集：指令集（位）和指令集（位）。处理器是按照位设计的，但也配备位指令集，可以允许软件编码为更短的位指令。与等价的位代码相比，占用的存储器空间节省高达，然而却保留了位系统所有的优势（例如访问一个位的地址空间）呻】。全球有众多的合作伙伴现在，有很多大公司都生产核的处理器，就连，这种拥有处理器技术的公司也纷纷推出具有核的芯片，可见核具有相当的优势。这些公司一般是在核外围加入一些接口、外设等模块从而形成自己的产品，从而使得成本更低、体积更小、可靠性更高。全球有很多厂家推出各种不同系列的处理器，可以有很大选择余地，而由于各厂

16、家芯片的基本体系结构是一样的，使得开发起来非常方便。处理器目前有五个系列产品：、和。其中是低功耗的位核，最适合应用于对价位和功耗敏感的产品，它又分为应用于实时环境的和，以及适合于开发平台的和适合于运算即支持的的等【。核的在同类产品中具有相当大的优势，正在以迅猛的速度发展着。由于的性能远远超过一般的、位单片机，而且当前芯片价格并不高，甚至低于部分位处理器和位单片机，在国内外得到了很好地推广和使用。因此选用一款合适的处理器作为显示屏的主控制器，可以大大提高显示屏的整体性能，而成本可以控制在原来水平甚至更低。本课题的主要任务本课题的目标为设计一款高性能、低价格的显示屏控制器。该显示屏控制器必须支持一

17、般显示屏所需的与上位机实时通讯和全部显示功能，如左移、上移、下移、左卷帘、右卷帘、左百叶窗、右百叶窗等功能。该专用控制器设计过程中主要有以下工作要做：理解显示屏的工作原理。深入分析显示屏的机械和电气特性，明确控第一苹绪论制器的功能需求。分析传统显示屏控制器的主要不足，并给出相应的解决方法。根据控制器的功能需求确定设计方案。设计出显示屏驱动器和控制器的全部电路原理图，布出电路板，并进行芯片评估选型和控制系统性能评估。在保证性能的同时，尽量降低控制器的制造成本。编写全部软件。软件以多以中间件模块的形式编制。实现对显示屏的全部控制，使其具有一般显示屏的左移、上移、下移、左卷帘、右卷帘、左百叶窗、右百

18、叶窗等功能。实现上位机和下位机的通讯和同步，使其通过上位机对显示屏包括诸如显示内容、显示方式、中文图形字库和控制软件进行在线更新升级的远程控制。现场测试。调通控制系统软硬件，并实现显示屏控制器的所有功能，解决遇到的问题。曼曼皇曼量量量曼量量量曼曼曼量曼置皇曼曼曼曼曼皇蔓量皇曼曼曼量置舅皇曼墨舅第二章显示屏控制系统整体方案设计第二章显示屏控制系统整体方案设计系统架构整体分析本课题开发的控制系统由上下位机协作完成，如图所示，上位机接受用户信息，完成编辑和向下位机发送显示信息和控制代码，上位机由机来完成；下位机由微处理器控制系统组成，每一台下位机接收上位机送来的显示信息，完成对显示屏数据发送扫描控制

19、。当各个图文显示屏需要显示不同内容时，可以通过对不同编号的下位机传送不同的显示数据的方法来实现。转益，线（控制器控制器控制器驱动器、显示屏驱动器、显示屏驱动器、显示屏图系统整体框图显示屏包括图文显示屏、图像显示屏和视频显示屏。本文所说的显示屏指的是图文显示屏。图文显示屏并没有一个公认的严格的定义，一般把显示图形及文字的显示屏称为图文屏。图文屏的主要特征是只控制点阵中各发光器件的通断，而不控制的发光强弱。不论显示图形还是文字，都是与组成这些图形或文字的各个点像素所在位置相对应的器件是否发光有关。显示屏的系统组成显示模块结构及显示原理显示屏通常由若干点阵显示模块组成，用于显示的单色显示点阵模块，每

20、块有个。为了减少引脚且便于封装，显示点阵模块采用阵列形式排布，即在行列线的交点处接有显示”，点阵的实物和等效电路图如图所示。点阵显示模块的显示一般采用动态扫描驱动方式，每次最多只能江南大学硕十学位论文点亮一行。微处理器通过和驱动器的协同工作来完成对每一个点阵显示模块内每个显示点的亮、熄灭控制操作。荤章葺章毒。葺毒毒罩罩。荤毒毒。荤罩葺图点阵显示模块显示屏组成框图显示屏的整个组成图所示，其由控制系统、驱动系统和显示器件组成。其中微处理器控制系统是整个显示屏的核心，它负责显示屏的上电自检和接受上位机发送来的协议信息，并解析协议内容，根据解析的协议内容，重新组织协议的相关数据，以便向驱动器发送正确的

21、时序控制信号，驱动器接受时序控制信号后，驱动相应的器件的点亮与熄灭，以形成诸如图文的左移、上移、下移、左卷帘、右卷帘、左百叶窗、右百叶窗等各种显示效果。显示屏按行扫描列控制驱动的实现采用扫描方式进行显示时，每行有一个行驱动器，各行的同名列共用一个列驱动器。由行译码器给出行有效信号，从第一行开始，按顺序依次对各行进行扫描（把该行与电源一端接通）。另一方面，根据各列锁存的数据，确定相应的列驱动器是否将该列与电源的另一端接通。被接通的列，就在该行该列点亮，未接通的列所对应的则熄灭。当一行的持续扫描时间结束后，下一行又以同样的方法进行显示。全部各行都扫过一遍后（一个扫描周期），又从第一行开始下一个周期

22、的扫描。只要扫描周期的时间比 人眼的暂留时间短，就不容易感觉出闪烁现象“。第二章显示屏控制系统整体方案设计行扫描及控制信号鬻豢显示屏列驱动电路控制系统列显示数据幽显不屏组成框图显示的汉字图文数据存储在下位机的存储器中，显示时要把一行中各列的数据都送到相应的列驱动器上去，传输方式可以采用并行方式或串行方式，显然采用并行方式时从控制电路到列驱动器的线路数量巨大，相应的硬件数目多，当列数很多时，并行传输方式不可取。采用串行传输方法，控制电路可以只用一根信号线，将列数据一位一位的传往列驱动器，数据要经过并行到串行和串行到并行两次转换。首先，微处理器从存储器中读出的位并行数据要通过并串转换，按顺序一位一

23、位的输出给列驱动器，与此同时，列驱动器中每一列都把当前数据传向后一列，并从前一列接收新数据，一直到全部各列数据都传输完为止，当一行的各列数据都已传输到位之后，这一行的各列才能并行的进行显示。这样对于一行的显示过程就可以分解成列数据准备和列数据显示两个部分。这种方式下，列数据准备的时间较长，在行扫描周期确定的情况下，留给行显示的时间就太少了，影响的亮度。为了解决这一问题，采用重叠处理的方法，在显示本行各列数据的同时，准备下一行各列的数据，这样列数据的显示就需要锁存功能邮。经过上述分析，可看出列驱动器电路应具如下功能：对于列准备数据来说，它应该实现串入并出的移位功能。对于列显示数据来说，应具有并行

24、锁存的功能。这样本行己准备好的数据打入并行锁存器进行显示时，串并移位寄存器就可以准备下一行的数据，而不会影响本行的显示。这种列驱动电路可以用来实现，是一种带锁存的串入并出芯片，它是高速的硅结构的器件，兼容低电压电路，具有的移位频率，其内部结构如图所示。串行数据输入并行数据输出移位时钟复位串行数据锁存时钟输出使能图逻辑结构图输出它的输入侧有个阶段的串行移位寄存器，每个位的输出都连接一个输出锁存器。引脚是串行数据输入端，引脚，是移位寄存器的移位时钟脉冲，在其上升沿发生移位，将的数据相继移入下一位。移位后的各位信号出现在各移位寄存器的输出端，即输出锁存器的输入端。乙是输出锁存器的打入信号，其上升沿将

25、移位寄存器的输出打入到输出锁存器。引脚是输出三态门开放信号，低电平时输出三态门开放，否则为高阻态。为移位寄存器的清零输入端，当其为低时移位寄存器的输出全为零。由于匕和已两个信号是相互独立的，所以能够做到输入串行移位和输出锁存互不干扰。芯片输出端为，最高位可以作为多片级联时，向下一级的级联输出。由组成的显示驱动电路（以扫描为例）如图所示，具有串入并出的移位功能和并行锁存的功能，它可以有效解决数据串行传输和数据显示在时间上的矛盾问题，即采用重叠处理的方法，在显示本行各列数据的同时，准备下一列的数据。是移位时钟，数据在时钟的控制下移位进入，当全行移到位之后，在锁存信号的控制下由的后台移入前台锁存【。

26、、信号是行扫描信号，并通过译码器得到根行扫描线。信号是消隐信号，它既可以选择控制列信号，也可以选择控制行信号。如果选择控制列信号，它可接的输出使能端。因为，只有当为低时，的输出才有效，而为高时，输出为三态。同理，如果选择控制行信号，也可以接译码器的使能信号端，为低时使行扫描信号无效。第二章显示屏控制系统整体方案设计建嫠吣一匿占岍岍斟一一矗一一心爿一早一一叫图构成的显示屏驱动电路显示屏功能需求及性能要求显示屏工作时，需要控制器和驱动器协调工作完成，控制器接受上位机发送的显示数据，随后根据协议重组数据，然后向驱动器发送重新组织好的数据及时序控制信号，驱动器再驱动相应的器件的点亮与熄灭。当需要更换内

27、容时，上位机再发送相关的内容。显示屏控制系统作为一个控制系统主要需要实现以下几个功能：具有静态和动态汉字显示和图文的功能，可以显示任意汉字和一定量的图文并通过上位机进行修改。显示方式控制。汉字或图文可以实现左移、立即跳入、跳入闪烁、上滚进入、下滚进入、左边卷帘、右边卷帘、中间卷帘、两边卷帘、左百叶窗、右百叶窗、逐行下抹、逐行上抹等功能。控制系统必须具备接口以及相应的驱动软件，以通过总线进行显示屏与上位机的连接和组网。通过在应用编程（），可对图文和汉字库进行在线更新。各显示屏具有上电白检功能，以检查显示屏是否正常。对于以动态扫描方式工作的显示系统，扫描时间的确定较为重要，根据人眼的视觉暂留时间，

28、扫描频率要以上，才可得到无闪烁、稳定的显示。取扫描，即完成对全屏的一次扫描时问为，那么，只要每次完成对全屏的扫描时间不超过该值时，将会得到较为稳定的显示。从理论上讲，显示屏的大小是任意的，但从上面的分析可知，显示屏做得越大，即屏幕的点阵规模越大，往显示屏上所送的数据就越多，数据传输与控制的时间也会增加，即完成一屏扫描的时间也将越长，然而，的江南大学硕学位论文时间却是固定的，多于会有闪烁感。在设计时，该因素是必需考虑的。为了满足这一要求，关键在于提高控制系统的程序执行速度和接口的输入输出数据速率，该公司以前采用的单片机，不但最高的频率只有，而且内部只集成了个字节的和字节的，不能有效的完成显示屏的

29、显示控制。尤其在画面左移时，控制系统不但要完成数据发送和屏的扫描，还要完成缓冲区极快的不断切换，才能使画面不倾斜，单片机控制系统在有限的间隔时间内根本来不及移动显示缓冲区的数据，在显示屏的扫描上也因速度太慢，画面不但有拖影还倾斜，严重影响视觉效果，因为过去客户要求不高，一直在勉强使用；而且因为单片机中，集成的资源比较少。需外扩存储器，及各种逻辑器件来模拟接和总线，这样不但影响了系统的输入输出速度，还容易造成主控制板损坏，售后部门统计，曾达到最高的损坏率，给售后服务带来很大困扰。对于这两项功能的缺陷，采用基于核的位微处理器是完全可以胜任的。基于核的位微处理器的速度不仅比位，位单片机执行程序的速度

30、要高得多，而且存储容量要大得多，还有各种丰富的外围接口。因此，本课题采用基于核的位嵌入式微处理器组成显示系统，与传统的基于位位单片机的显示系统相比，在不显著增加系统成本的情况下，可实现更好的显示效果，同时可存储更多的显示内容且获得更好的运行稳定性。小结本章首先分析了系统的整体架构，第二节分析了显示屏的组成及显示原理。第三节分析了和控制器协同工作的显示屏驱动器的设计，并对驱动器的核心芯片的功能特性和逻辑结构给了详细的分析，并由此解决了列数据准备时间和行显示时间的冲突问题。第四节分析了显示系统的功能需求，对传统的基于芷位单片机的控制方式进行了分析探讨，指出了由于其运行速度的限制，对显示效果和系统稳

31、定性的影响，进而说明选择基于核处理器作为屏控制系统的必要性。第三章显示屏控制系统硬件设计第三章显示屏控制系统硬件设计系统硬件总体结构微处理器的选型及分析嵌入式系统硬件的核心部件是微控制器，处理器字长具有位。基于位核的微控制器（）在我国称之为单片机，其中作为一款优秀的微控制器，自年始到世纪末对嵌入式系统理论的发展及实际应用起到重大推动作用。年代后期，后时代特征开始出现，主要表现在多媒体、嵌入式、复杂在线计算和无线通信等先进技术开始融入嵌入式系统。特别是，近年来与人们生活密切相关的信息电器）等个性化消费类电子产品的快速涌现，使位架构微处理器，微控制器得以大量应用。目前所称的嵌入式系统，主要是指这类

32、以位（特别是后者）架构的微处理器微控制器组成的嵌入式系统，以区别于早期以位微控制器构成的系统【。微处理器按指令集分类，可分为和两种架构。精简指令集计算机架构的产生是相对于传统的复杂指令集计算机架构而言的，尽管美国加州大学伯克利分校的帕特逊等人在年就提出了这个概念，但不同的看法使得目前尚没有对的严格定义，比较普遍的看法是：它是一种计算机设计的基本原则，其思想还在不断丰富和发展，它的出现标志着计算机体系结构发展上的一个重要里程碑。传统的计算机随着计算机的发展而引入了各种各样的复杂指令，使得指令集和为此要实现这些指令的计算机体系结构越来越复杂，已经不堪重负。经过大量的研究和分析，发现在的指令集中，各

33、种指令的使用频度相差悬殊，大概有的指令被反复使用，使用量占整个程序的；而的指令则很少使用，其使用量约占整个程序的，此即所谓的定律。特点：指令规整、对称、简单。指令小于条，基本寻址方式有到种。采用单指令周期，指令长度一致，单拍完成，便于流水操作，含有大量的寄存器。就是其中最抢眼的一种位处理器，其优越的性能已被广泛认可，它的各种优势在上一章中已作介绍，因此，选择一款合适的处理器作为显示屏控制器的处理器，有助于提高显示屏的整体性能。目前市场上主流的芯片厂家有，、等厂家，主推的内核为和”。其中的芯片性价比较低，但基本上是商业级的芯片，适合于消费类电子产品应用，不太适合于工业应用。的芯片内部具有快速的，

34、主频也比其他厂家同等级的芯片高，且是工业级芯片，使用越来越广泛，于是开发中选用了该厂家的芯片作为显示屏的主控芯片。是公司生产的核芯片，它一方面具有处理江南大学硕十掌位论文器的所有优点：低功耗、高性能；同时又具有非常丰富的片上资源，是一款性价比极高的非常适合嵌入式产品开发的芯片。其主要特征如下陋：位“管脚微控制器。具有静态。片内程序存储器（在工作温度范围内，片内存储器至少可擦除和写，次。片内装载程序实现在系统编程（）和在应用中编程（）。编程时间：可编程字节，扇区擦除或整片擦除只需。接口使能断点和观察点。当前台任务使用片内软件调试时，中断服务程序可继续执行。嵌入式跟踪宏单元（）支持对执行代码进行无

35、干扰的高速实时跟踪。个路位转换器共包含个模拟输入，每个通道的转换时间低至。个位转换器，可提供不同的模拟输出。个位定时器（带路捕获和路比较通道）、（脉冲宽度调制）单元（路输出）、实时时钟和看门狗。，多个串行接口，包括个工业标准（融，通用异步收发器）、高速，集成电路间互联）接（）和个接口。通过片内可实现最大为的操作频率。个边沿或电平触发的外部中断引脚。多达个的（个低功耗模式：空闲和掉电。通过外部中断将处理器从掉电模式中唤醒。可通过个别使能禁止外部功能来优化功耗。向量中断控制器，可配置优先级和向量地址。单个电源供电，含有上电复位和掉电检测电路。操作电压范围：（），口可承受的最大电压。，通用输入，输出

36、）口。芯片为核心控制系统本系统选用公司的芯片，系统接口如图所示，有源晶振为提供外部时钟信号，通过内部的电路，作为系统的工作频率；调试接用于软硬的调试与开发；是通过总线外扩的存储器，以备以后产品升级使用；八位拨码开关用来设定显示屏的地址；上位机把要显示汉字的内码或图像的点阵信息，通过通迅电路发送给下位机；处理器根据发送来的协议，解析协议的数第三章殛示屏控制系统硬件设计据内容，然后通过（，串行外设接口）接口和口向显示屏驱动器发送出相关的显示信息和控制信号，完成显示屏的各种视觉效果显示。电源、复位电路卜一一调试电路卑（）八位拨码开关葛八位拨码开关二二；刊斛通讯电路微处理器显示屏列驱动电路显示屏行驱动

37、电路图控制系统硬件接口图复位状态及复位电路设计复位工作状态在开发基于的应用系统时，必须了解其复位状态。其复位都是靠外部电路实现的。在引脚有效电平控制下，程序计数器和特殊功能寄存器都进入复位状态。其内部的各个功能部件均受特殊功能寄存器控制，程序运行直接受程序计数器（）指挥。寄存器的复位状态决定了其内部有关功能部件的初始状态。复位后值为，故复位后的程序入口地址为。即系统启动后，首先从复位地址处读取启动代码【”。系统复位后，对于系统来说，除和之外的所有寄存器的值都不确定。对：强制【：】变为（管理模式），置位中的和位，清零中的位，返回状态并恢复执行；对：系统强制从地址开始对下一条指令进行取指。复位电路

38、由于芯片的高速、低功耗和低工作电压导致其噪声容限较低，对电源的纹波、瞬态相应性能、时钟源的稳定性和电源监控可靠性等诸多方面也提出了更高的要求昭”。本主控制器的复位电路使用了专用的微处理器电源监控芯片，以提高系统的可靠性，如图所示。在复位按键按下时，立即输出复位信号，其引脚面丽于输出低电平导致系统复位，平时的面西西输出高电平。江南大学硕学位论文）脚蚓：一图系统的复位电路电源电路设计在本系统中，器件需直流稳压电源，另外部分器件需直流稳压电源，为简化系统电源电路的设计，要求整个系统的输入电压为高质量的和的稳压电源。电源经隔离器件隔离后，供给通讯电路使用，使电路部分和系统其它部分分开供电和接地，减少通

39、讯的干扰，系统电源电路如图所示。在此选用的转换器为，可完成到的转换，其特点为输出电流大、输出电压精度高、稳定性高。为提高系统供电输入与输出的稳定性，在板电源入口端与电源转换芯片电源输入输出引脚附近放置大电容值的若干电解电容。结合所选电源芯片的参考电路给出的合适电容值来完成电容的选择。气图系统电源电路第三章显示屏控制系统硬件设计接口电路（，联合测试行动小组）是一种国际标准测试协议，主要用于芯片内部测试及对系统进行仿真、调试，技术是一种嵌入式调试技术，它在芯片内部封装了专门的测试电路（，测试访问口），通过专用的测试工具对内部节点进行测试。目前大多数比较复杂的器件都支持协议，如，器件等。标准的接口是

40、根线连接：、，分别为测试模式选择、测试时钟、测试数据输入和测试数据输出。调试接口基于标准以及标准测试访问口和边界扫描体系结构，包含了先进调试特性的硬件扩充，标准嵌入式（，在线仿真器）通过得到支持。通过接口，可对芯片内部的所有部件进行访问，盯接口还常用于实现在系统编程功能，如对器件进行编程等。专用引脚、和实现了的接口，为目标板仿真提供了一个完全的、低成本的调试方案。目前接口的连接有两种标准，即针接口和针接口，针接口如图所示。刍哥图系统接口电路通讯接口电路设计收发器采用平衡发送和差分接收。即在发送端，驱动器将电平信号转换成差分信号输出；在接收端，接收器将差分信号转换成电平，因此具有抑制共模干扰的能

41、力。它具有以下特点：的电气特性：逻辑”以两线间的电压差为吖）表示；逻辑”以两线间的电压差为一（）表示，采用的是平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干能力增强，即抗噪声干扰性好。的数据最高传输速率为。接口的最大传输距离标准值为英尺，接口在总线上是允许连接多达江南大学硕士学位论文个收发器。即具有多站能力，这样用户可以利用单一的接口方便地建立起设备网络。因接口具有良好的抗噪声干扰性，长的传输距离和多站能力等上述优点就使其成为首选的串行接口。本系统设计开发时选用美公司型号为的接口芯片，其与差分数据线收发器商业标准兼容，片内、引脚接有高能量瞬变干扰保护装置，这种结构能承受峰值为（典型值）的过压瞬变（如雷

42、电、静电放电和交流电故障），从而显著地提高了器件抗过压瞬变的可靠性，其驱动、接受功能表如图所示。普通的收发器很容易被过压瞬变损坏，如果要有效地加以保护，般需外加包括隔离变压器在内的保护器件。若使用，可直接与传输线相接而不需要任何外加保护元件，这提供了一种可靠、低价和简单的设计方案。将通信中各种故障（包括瞬变电压、电磁干扰、总线开路、热故障等）的防范措施集成到一个芯片内。不仅可以抑制瞬变电压（如雷电等），还有其它多种故障抑制特性，是通信中常见故障最完全的集成解决方案【。差分输入使能输出船输入使能输出？注：高电平，低电平，？不确定，无关，高阻抗（关）图驱动、接受功能表电路原理图及的生成与总结电路原理图及板的生成根据前几章所叙述的硬件原理，设计了显示