LED大屏幕单片机系统硬件的研究

目录TOC\o"1-2"\h\z\u摘要 -2-Abstract -3-1．绪论 -4-1.1LED大屏幕的应用 -4-1.2LED显示系统的构成 -5-1.3关于ARM嵌入式微处理器及嵌入式技术 -6-2.基于LED显示器的LED大屏幕显示系统的结构 -8-2．1LED器件的工作原理 -8-2．2基于LED显示屏的LED大屏幕显示系统的结构 -9-3.系统总体结构设计 -13-3．1系统功能 -13-3．2系统的硬件组成 -13-4．系统硬件的设计 -15-4．1S3C2410芯片及引脚分析 -15-4．2电源电路与晶振电路的设计 -17-4．3Flash存储器接口电路的设计 -19-4．4SDRAM接口电路的设计 -21-4．5串行接口电路的设计 -22-4．6LED大屏幕显示屏扫描驱动电路的设计 -23-4．7LED大屏幕显示驱动模块的集联设计 -25-4.结论 -27-致谢 -28-参考文献 -29-摘要随着信息时代高新技术的飞速发展，人们对及时获取并显示各类信息的愿望日益强烈，由于带动了信息传媒的飞速发展，发光二极管显示屏就是信息显示的重要传媒之一[3]。目前各种大屏幕LED显示屏的控制常采用8位或16位的微处理器，但由于这些微处理器系统的运行速度、寻址能力和功耗等问题,已难满足显示区域较大、显示内容切换频繁的相对较复杂的应用场合[2]。该课题针对目前大屏幕LED显示系统存在的问题,结合当今先进的微控制器产品、控制技术和通信技术，采用基于ARM核的新一代32位嵌入式RISC微处理器组成前级驱动电路，GSM用于后级管理和控制，方便地组成由多块大屏幕LED显示器构成的显示系统[6]。与传统的基于8位/16位普通单片机的LED显示系统相比较，该系统在不显著增加系统成本的情况下，可支持更大可视区域的稳定显示,同时可存储更多的显示内容。关键字:32位ARM微处理器串行通信LED显示系统AbstractWiththerapiddevelopmentofhightechnologyininformationage,peoplearemoreandmoreeagertoobtainallkindsofinformationandtodisplaythemintime.Thereforeitbringstherapiddevelopmentofinformationcarrier.Lightemittingdiode(LED)displaysystemisanimportantkindofinformationcarrier.Now,8-bitor16-bitmicroprocessorsareoftenusedforthecontrolofallkindsoflargeLEDdisplayscreen,therearestillsomeproblemstobesoloedexistedinthesemicroprocessorssystemsuchasrunningspeed,abilitytoaddressandpowerdepletion,etc.Insomecomplexoccasions,itisdifficulttosatisfylargedisplayareaandthecontentsofdisplayswitchedfrequently,aimingattheproblemsofmicroprocessors,andcontroltechnologyandcommunicationtechnology,weadoptedthenewgeneration32-bitembeddedRISCmicroprocessorbasedonARMtoconstitutetheformerleveldrivingcircuit,andGSMisusedtomanageandcontrolforthelatterlevel,sothispapercanformthedisplaysystemeasilywhichmadeupofmanypiecesoflargeLEDscreendisplay,comparedwiththetraditionalLEDdisplaysystembasedon8-bitor16-bitSCM,thissystemcansupportsteadyandvisibledisplaywithlargescreenandwithoutobviousincreaseoncosts,atthesametime,itcanstoremoredisplaycontents.Keywords:32-bitARMmicroprocessorSerialcommunicationLEDdisplaysystem1．绪论现代社会已经迈入信息华时代，大量的信息通过“信息高速公路”传递着，图像是人们感受信息的直接方式之一。研究表明，在人们经各种感觉器官从外界获得的信息中，近2/3的信息是通过眼睛获得的。而图像显示技术，正是为人们提供各种各样重要信息的一个窗口。进入20世纪以来，显示技术作为人机联系和信息展示的窗口已应用于社会生活的各个方面。目前已经开发和应用的各类显示设备有：液晶显示器、等离子显示器、场发射显示器、真空荧光显示器、发光二极管等等，其中，LED作为一种现在流行的显示设备，引起人们极大的关注。1.1LED大屏幕的应用LED大屏幕是八十年代后期在全球迅速发展起来的新型信息显示煤体。它利用发光二极管构成的点阵模块或像素单元组成大面积的显示屏幕，以可靠性高，使用寿命长，环境适应能力强，性能价格比高，使用成本底等特点，在短短的十几年中，已迅速成长为平板显示的主流产品，在信息显示领域得到了广泛的应用。证券交易金融信息信息屏是LED信息屏的主要需求行业，占总需求的50%以上，全国上万家证券、金融营业机构几乎都使用LED显示幕。交通领域大量使用LED显示屏，全国数十家新建和改建机场的航班动态信息显示系统，国内火车站、港口信息显示以及城市交通限速标志等普遍采用LED显示屏。体育场馆使用LED显示屏显示体育比赛的各种信息或直播大型活动现场。广告业也大量使用LED显示屏。邮电、税务、医院、法院、城建等各类服务领域的业务宣传及信息显示等也大量使用LED显示屏。可以说LED显示屏无处不在，无处不用，并将在各行各业中起到越来越重要的作用而得到人们的重视。1.2LED显示系统的构成LED显示屏主要包括发光二极管构成的电阵、驱动电路、控制系统和传输接口以及相应的软件构成，如图1.1所示。控制系统控制系统GSM接收模块输入接口电路信号控制信号转换输出接口电路LED大屏幕显示屏图1.1LED显示系统的构成1.LED显示屏驱动电路的主要作用是接受来自控制系统的数字信号，使LED阵列按要求电亮。⑴从采用的器件来分有常规、专用型及功能形：常规型驱动电路是采用通用的集成电路，如74HC164、MC14094、74HC295、6B596、74LS373、74LS374等作为数据装载的主要器件。这种设计，原理简单，价格便宜，且几乎不受器件来源的限制，是目前较为广泛的应用形式。专用型驱动电路，是国内一些有实力的LED显示屏制造厂家，通过先进的技术手段，研究开发的适合自己产品的专业LED显示屏驱动IC。国外的许多IC制造商也在跟踪这个市场，纷纷推出一些新的驱动IC。这些专用型的驱动IC，有的比较简单，仅仅是提高了原来通用型驱动IC的集成度或驱动能力；有的则比较复杂，是根据自己的产品特点开发出来的。功能型驱动集成电路是在专用型驱动IC的基础上发展起来的。它不仅可以使显示屏的功能增加，而且还大大简化了系统设计的复杂，提高了LED显示屏的整体稳定性，是LED显示屏驱动电路的发展趋势。⑵从实现信息刷新的原理上分，LED显示屏驱动电路又分为扫描型及锁存型两种：扫描型扫描型是指显示屏4行、8行、16行等n行发光二极管共用一组列驱动寄存器，通过行驱动管的分时工作，使每行LED的点亮时间占总时间的1/n，只要整屏的刷新速率大于50Hz，利用人眼的视觉的暂留效应，就可形成一幅完整的文字或画面。这种设计电路结构比较简单，使用元器件较少，成本较底，但由于是分时工作，使得每一行LED的点亮时间减少，使LED的亮度有所降低。这种驱动方式一般用于室内LED显示屏。锁存型锁存型驱动是指显示屏上的每一个LED都对应于一个驱动电路，与扫描型不同，驱动寄存器无需时分工作，每个LED的亮度占空比接近100%。锁存型驱动如采用常规型的设计方法，则所用元器件较多，成本较高，如采用专用型或功能型IC设计，则成本将大幅度降低。一般室外LED显示屏大多用锁存型驱动。1.3关于ARM嵌入式微处理器及嵌入式技术1.本系统设计的大屏幕LED显示系统的控制采用ARM（AdvancedRiscMachine）嵌入式微处理器。基于精简指令集（RISC）架构的32位微处理器，由于具有硬件设计单纯、成本低廉、省电效益佳等特性，且能满足上网要求，故受广大用户的青眯，其中领先的是ARM嵌入式微处理器。目前，采用ARM技术知识产权IP（IntellectuaiProperty）核的微处理器，即我们通常所说的ARM微处理器，已遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市场[12]。ARM嵌入式处理器一般具有如下特点：体积小、低功耗、低成本、高性能；支持Thumb(16位)/ARM（32位）双指令集，能很好的兼容8位/16位器件；大量使用寄存器，指令执行速度更快；大多数数据操作都在寄存器中完成；寻址方式灵活简单，执行效率高；指令长度固定[14]。到目前为止,ARM微处理器及技术的应用已经深入到各个领域,在工业控制领域,基于ARM核的微处理器芯片不但占据了高端微控制器市场的大部分市场份额,同时也逐渐向低端微控制器应用领域扩展,ARM微控制器的低功耗、高性价比，向传统的8位/16位微控制器提出了挑战。1.3.2（1）嵌入式系统是集软件、硬件于一体的高可靠性系统。软件除操作系统外，还需要有完成嵌入式系统功能的应用软件；硬件除核心硬件CPU，其主流系列为ARM、MIPS外，还需有外围电路支持，微处理器、微控制器已构成嵌入式系统硬件的基础[7]。（2）嵌入式系统是资源开销小的高性价比系统。由于嵌入式系统技术日益完善，各种高性能嵌入式应用系统层出不穷，它已是资源开销小的高性价比的一类应用系统。其大多使用闪存（FlashMemory）,以满足高性能、高可靠性、系统资源开销小的要求。（3）嵌入式系统是功能强大、使用灵活方便的系统。嵌入式系统应用的广泛性，要求该系统通常是无键盘、无需编程的应用系统。2.基于LED显示器的LED大屏幕显示系统的结构2．1LED器件的工作原理2.发光二极管（lightemittingdiode,LED），是一种把电能变成光能的特种器件，当电流如图2-1所示通过它的时候，可以产生可见的光[8]。阳极阳极阴极+vRILED+V—VLEDV=——————R图2.1开启一个LED2.1从LED器件的发光机理可以知道，当向LED器件施加正向电压时，流过器件的正向电流使其发光。因此LED的驱动就是要使它的PN结处于正偏置，同时为了控制它的发光强度，还要解决正向电流的调节问题。具体的驱动方式有直流驱动、恒流驱动、脉冲驱动和扫描驱动等[10]，本课题LED器件的驱动为扫描驱动。扫描驱动是通过数字逻辑电路，使若干LED器件轮流导通，用以节省控制驱动电路。LED显示屏是将发光灯按行列布置的，驱动时也就按行按列驱动。在扫描驱动方式下可以按行扫描，按列控制；也可以按列扫描，按行控制[13]。所谓“扫描”的含义，就是指一行一行地循环接通整行的LED器件，而不问这一行的哪一列的LED器件是否应该亮，某一列的LED器件是否应该点亮，由所谓的列控制电路来负责。本课题采用按行扫描按列控制的方式。图2.2所示为一个m行n列结构的LED显示屏，当采用列控制的驱动方式时，从H1到Hm轮流将高电位接通个行线，使连接到各行的LED器件接通正电源，但具体哪一个LED导通，还要看它的负电源是否接通，这就是列控制所要完成的工作。例如在LED显示屏上需要LED11熄灭，LED21点亮，那么当扫描到H1行时，L1列的电位就应该为高；当扫描到H2行时，L2列的电位就应该为底。图2.2行扫描列控制原理几波形图2．2基于LED显示屏的LED大屏幕显示系统的结构LED大屏幕显示屏包括LED图文显示屏、LED图像显示屏、视频LED显示屏。本文所说的大屏幕LED指的是LED图文显示屏。LED图文显示屏并没有一个公让的严格的定义。一般把显示图形及文字的LED显示屏称为图文屏。LED图文屏的主要特征是控制LED点阵中各发光器件的通断，而不控制LED的发光强弱。不论显示图文还是文字，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LED器件是否发光有关。2.2由图2.3可以看出，该系统是由大体上由发送、显示处理和LED显示扫描三个部分组成。GSM通信模块在控制中心作为上位机，下位机采用单片机。基于单片机的LED大屏幕显示控制是系统的核心，完成对LED大屏幕的动态扫描控制。GSM通信模块用于后级管理和控制。GSM通信模块与单片机之间采用RS232/485通信标准如图2.4SamsungSamsungS3C2410驱动LED点阵显示屏电源GB2312码字库电源GSM模块图2.3显示终端框图GSMGSMRS232转RS485模块图2.4发送部分框图2.(1)LED显示屏LED大屏幕显示屏以发光二极管为像素,由LED点阵单元拼接而成。最常见的LED点阵显示单元有5×7，7×9，8×8结构，前两种主要用于显示各种西文字符，后一种常用于显示各种汉字字符，例如8×8LED点阵的外观及等效电路图如图2.5所示。本系统要实现8×12个16×16的汉字显示，因此必须要设计128×192的点阵图象显示模块。由于LED较多，而驱动器的驱动能力有限，本系统设计了可扩展的16×64子模块。使用8×3个子模块进行行和列的扩展，使其达到8×12的汉字显示。图2.58×8LED点阵显示单元(2)以单片机为核心的动态扫描电路根据驱动方式不同，LED大屏幕显示方式可以分为静态显示和动态扫描显示两种。静态显示是指将一幅画面输入以后要保持到下一幅画面输入；动态扫描显示是指将画面分为若干部分分别进行刷新。静态显示每一个像素需要一套驱动电路,如果像素屏为16×64个像素屏,则需要16×64套驱动电路；动态扫描显示则采用多路复用技术,如果是P路复用的话,则每P个像素需要一套驱动电路,如16×64个像素仅需要16×64/P套驱动电路。另外，对于静态显示方式，需要较多的译码驱动装置，需要的引线也比较多；对于动态扫描显示方式，可以避免以上不足，但是容易造成显示亮度底、屏幕闪烁等问题。大屏幕显示数据通常以字节的形式顺序存放在单片机的存储器中。在行扫描列控制大屏幕显示时，把大屏幕显示数据从存储器中取出传送到每一行对应的列驱动器上，这就存在一个列数据传输的方式的问题。从控制电路到列驱动器的数据传输可以采用并行方式或串行方式，它们各有优点：数据并行传输的速度快，但是随着屏幕的增大，点阵模块数量的增多，线路会越来越复杂；数据串行传输的速度比较慢，但它可以大大简化传输线路，对于大屏幕来说，采用串行方式比较合适，所以本次设计采用的正是串行传输方式。采用串行传输的方式，控制电路可以用一根信号线，将列数据一位一位传往列驱动器，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，一直到一行的各列数据全部传输到位后，才能并行地进行显示。对于串行传输来说，数据要经过并行到串行和串行到并行两次变化，因此列数据的准备时间可能相当长，在行扫描周期确定的情况下，留给行显示的时间就少了一些，以至影响到LED的亮度。解决串行传输中的列数据准备和列数据显示时间矛盾的问题，可以采用重叠处理的方法。即在显示本行各列数据的同时，准备下一行的列数据，这就需要列数据的显示具有锁存功能。本行已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列数据，而不会影响本行的显示。(3)显示时间的分析对于以动态扫描方式工作的大屏幕显示系统，扫描时间的确定较为重要，根据人眼的视觉暂留时间，若每秒显示二十四帧以上，便可得到稳定的显示，取每秒二十五帧，即完成对全屏的一次扫描时间为40ms，那么，只要每次完成对全屏的扫描时间不超过该值，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，显示屏做的越大，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，40ms的时间却是固定的，多于40ms会有闪烁感。在设计大屏幕显示的大小时，该因素是必需考虑的。为了满足这一要求，关键在于微机的程序执行速度，可以选择更快的CPU，或数字信号处理芯片（DSP）。事实上，大屏幕LED显示屏控制器，要求的数字信号处理能力并不高，主要要求的是显示数据的访问和控制信号的产生。对于这两项功能，采用基于ARM核的32位嵌入式RISC微处理器是完全可以胜任的。基于AEM核的32位微处理器的速度不仅比8位/16位单片机执行程序的速度要高的多，而且存储量要大得多，因此，在本次设计中采用的是三星的S3C2410芯片组成LED大屏幕显示系统。3.系统总体结构设计LED点阵图文显示系统由上位机发送部分和下位机接收处理部分组成。上位机主要完成显示数据的转发；下位机主要完成显示数据的接收、处理和显示。该方案将显示系统划分成各个模块，然后在根据用户的要求及现场条件来组合配置，使显示效果和用户投资达到最优。3．1系统功能在该系统中，基于ARM微处理器的LED显示屏控制是系统的核心，ARM微处理器完成LED显示屏的动态扫描。该系统能方便的显示各种点阵、各种字体的汉字信息和图形信息，其显示内容可以滚动或翻屏的方式实现上下、左右移动，显示内容可由GSM通信模块按用户要求随时修改，并由串行通信口传输到LED控制器的Flash中保存，断电后内容不丢失。由于控制器采用32位的ARM微处理器实现，同时配置大容量的SDRAM和Flash存储器，与传统的显示屏控制电路相比较，可以支持更大的有效显示区域、存储更多的显示内容、获得更好的显示效果。3．2系统的硬件组成系统的硬件电路由以下三个部分组成：LED大屏幕显示屏；基于32位ARM9嵌入微处理器组成的动态扫描电路；GSM与ARM微处理器的通信电路。（1）LED大屏幕显示屏LED大屏幕显示屏由LED点阵显示器构成，采用逐行动态扫描的方式工作，由峰值较大的窄脉冲驱动，逐次不断的对各行进行选通，同时又向各列送出表示文字信息的脉冲信号，反复循环以上操作，就可以显示各种文字信息。（2）基于32位ARM9嵌入微处理器组成的动态扫描电路ARM微处理器目前包括下面几个系列：ARM7系列、AEM9系列、ARM9E系列、ARM10E系列、SecurCore系列等，这些处理器除了具有ARM体系的共同特点以外，每个系列的ARM微处理器都有各自的特点和应用领域。本次我选用Samsung公司的S3C2410芯片，是三星公司生产的基于ARM920T内核的RISC微处理器，其主频可达203MHz。（3）GSM与ARM微处理器的通信电路在这次设计中因为考虑到系统成本，没有购买GSM引擎模块。只是在理论上对方案进行了论证。4．系统硬件的设计4．1S3C2410芯片及引脚分析S3C2410是三星公司生产的基于ARM920T内核的RISC微处理器，其主频可达203MHz，具有低价格、低功耗、高性能小型微控制器[8]。S3C2410的内部设备：分开的16KB的指令Cache和16KB数据Cache，MMU虚拟存储器管理，LCD控制器（支持STN&TFT），支持NANDFlash系统引导，系统管理器（片选逻辑和SDRAM控制器），3通道UART，4通道DMA，4通道PWM定时器，I/O端口，RTC，8通道10位ADC和触摸屏接口，IIC-BUS接口，IIC-BUS接口，USB主机，USB设备，SD主卡&MMC卡接口，2通道4线的SPI以及内部PLL时钟倍频器。S3C2410A采用了ARM920T内核，0.18um工艺的CMOS标准宏单元和存储器单元。它的低功耗、精简和出色的全静态设计特别适用于对成本和功耗敏感的应用。同样它还采用了一种叫做AdvancedMicrocontrollerBusArchitecture(AMBA)新型总线结构[11]S3C2410的显著特性是它的CPU核心，是一个由AdvancedRISCMachines（ARM）有限公司设计的16/32位ARM920TRISC处理器。ARM920T实现了MMU，AMBABUS和Harvard高速缓冲体系结构。这一结构具有独立的16KB指令Cache和16KB数据Cache，每个都是由8字长的行（line）构成。通过提供一系列完整的系统外围设备，S3C2410A大大减少了整个系统的成本，消除了为系统配置额外器件的需要。其S3C2410A引角定义图如图图4.1S3C2410A而且在S3C2410中集成的以下片上功能：●1.8V/2.0V内核供电，3.3V存储器供电，3.3V外部I/O供电；●具备16KB的I-Cache和16KB的D-Cache/MMU；●外部存储控制器（SDRAM控制和片选逻辑）；●4通道DMA并有外部请求引脚；●3通道UART(IrDA1.0,16字节TxFIFO，和16字节RxFIFO)/2通道SPI；●1通道多主IIC-BUS/1通道IIS-BUS控制器；●兼容SD主接口协议1.0版和MMC卡协议2.11兼容版；●2端口USB主机/1端口USB设备（1.1版）；●4通道PWM定时器和1通道内部定时器；●看门狗定时器；●117个通用I/O口和24通道外部中断源；●功耗控制模式：具有普通，慢速，空闲和掉电模式；●8通道10比特ADC和触摸屏接口；●具有日历功能的RTC；●具有PLL片上时钟发生器。在我这次设计中主要用到了3通道UART(IrDA1.0,16字节TxFIFO，和16字节RxFIFO)/2通道SPI和1.8V/2.0V内核供电，3.3V存储器供电，3.3V外部I/O供电。4．2电源电路与晶振电路的设计4.S3C2410的时钟电源管理模块集中管理时钟脉冲的发生与电源。电源管理具有4种模式，使CPU核等基本模块及外围模块的功耗得到优化与配置。由于本系统对功耗并没有特殊要求，所以我们选用正常模式。时钟向S3C2410的CPU核和外设提供时钟信号，这种模式下，当所有的外设都打开时，功耗达到最高值。由于S3C2410的内核电压为2V，而引脚电压为3.3V，所以系统电源由两部分组成，将输入的5V电压转换成2V和3.3V。本系统选用SP1117-2和SP1117-3.3。SP1117的输入最高电压可达25V，最大电流为800mA，完全可以达到系统功耗要求。电路图如4.2和4.3所示：图4.25V转3.3V电路图4.35V转2.0V电路4.2晶振电路用于向CPU及其他电路提供工作时钟，S3C2410的时钟源可以是来自外部晶振，也可是来自外部时钟，主时钟来源可以是外部的晶振或外部时钟。时钟发生器有一个振荡器连接到外部晶振上，同时还有一个PLL把低频震荡器的输出作为自己的输入，产生S3C2410所需的高频信号，本系统中采用外部晶振和PLL倍频产生CPU主频的模式。S3C2410使用无源8M晶振，通过PLL调整CPU时钟使得其工作时钟为203MHz。电路图如4.4所示:图4.4晶振电路在系统中，复位电路主要完成系统的上电复位和系统在运行时用户的按键复位功能。复位电路可由简单的RC电路构成，也可使用其他的相对较复杂，但功能更完善的电路。本系统采用较简单的RC复位电路，经使用证明，其复位逻辑是可靠的。复位电路图如4.5所示：图4.5复位电路两级斯密特触发器电路用于按钮去抖动和波形整形，通过调整R1和C1的参数，可调整复位状态的时间。该复位电路的工作原理如下：在系统上电时，通过电阻R19向电容C33充电，当C19两端的电压未达到高电平的门限电压时，nRESET端输出为低电平，系统处于复位状态；当C33两端的电压达到高电平的门限电压时，nRESET端输出为高电平，系统进入正常工作状态。当用户按下按钮S5时，C1两端的电荷被释放掉，nRESET端输出为低电平，系统进入复位状态，再重复以上的充电过程，系统进入正常工作状态。4．3Flash存储器接口电路的设计由于S3C2410自身不具有ROM，因此必须外接ROM器件来存储放、掉电后仍需要保存的代码和数据。闪速存储器（FlashMemory）具有非易失性，并且可轻易檫写。Flash技术结合了OTP存储器和EEPROM的可再编程性能，因此，得到越来越广泛的使用。在本显示终端中我们选用SST公司推出的容量为1MB×16bit的CMOS多用途FlashROMSST39VF160作为ARM处理器系统的程序和数据存储器。FlashMemorySST39VF160采用标准总线接口与处理器交互，对它的读取不需要任何特殊的代码，但需要首先在硬件上设定OM1～0和大/小端，以便使处理器知道FlashROM的数据长度和位序。在ARM体系中字（Word）长度为32位，半字（Half-Word）长度为16位，字节（Byte）长度为8位。ARM体系结构将存储器以字节为单位编址，但作为32位数据宽度的处理器，每个处理单元却是1个字的长度，也就是32位。处理器从地址0到地址3放置第一个字，从地址4到地址7放置第二个字，依次排列。支持的最大寻址空间为4GB。本系统的配置电路将系统配置为16位数据数据位宽、小端模式。大端格式：在这种格式中，字数据的高字节存储在低地址中，而字数据的低字节则存在高地址中。图4.6大端示意图小端格式：与大端存储格式相反，在小端存储格式中，低地址中存放的是字数据的低字节，高地址存放是字数据的高字节。图4.7小端示意图由于SRAM、SDRAM等存储设备属于挥发性的存储器，掉电以后其中的内容就会全部丢失，所以必须把系统上电后初始化CPU的程序放在Flash等不挥发性存储介质上。作为代码存储器，FlashROM映射在处理器的Bank0地址空间（从系统地址0x00000000开始）。系统上电复位时，处理器就自动从0x00000000地址处开始取得指令运行。因此，FlashROM中要存放系统的运行代码和基本参数。SST39VF160与S3C44B0X之间的接口电路如图4.8所示:图4.8FLASH接口电路图SST39VF160的数据接口为DQ15～0，因此，数据宽度是16位的。又注意到处理器的ADDR20～1对应这SST39VF160的A19～0，偏移了1位，这是由于S3C2410是按照字节编址的，而SST39VF160是以16位为一个存储单元，因此，处理器的地址需要左移1位，采用ADDR1与SST39VF160的A0相连。由于SST39VF160映射在处理器的Bank0区域内，因此，它的片选线/CS与处理器的NGCS0相连。4．4SDRAM接口电路的设计与Flash存储器相比较，随机存储器RAM（RandomAccessMemory）是易失性的存储器，在掉电以后数据即消失，不能够长期保存。但与ROM器件不同的是，它的随机读写速度非常快，写入数据之前不用擦除，在系统中我们通常将其作为数据存储区和堆栈区，存储系统运行中所必须的各种数据。因此，SDRAM在系统中主要用做程序的运行空间、数据及堆栈区。当系统启动时，CPU首先从复位地址0x0处读取启动代码，在完成系统的初始化后，程序代码一般应调入SDRAM中运行，以提高系统的运行速度，同时，系统及用户堆栈、运行数据也都放在SDRAM中。SDRAM具有单位空间存储容量大和价格便宜的优点，已广泛应用在各种嵌入式系统中。SDRAM的存储单元可以理解为一个电容，总是倾向于放电，为避免数据丢失，必须定时刷新（充电）。因此，要在系统中使用S而只需要对与存储器相关的寄存器进行适当的配置就能方便的与SDRAM相连。在本系统中我们选用存储容量为4组×16Mbit（8M字节）的HY57V641620，其工作电压为3.3V，常见封装为54脚TSOP，兼容LVTTL接口，支持自动刷新（Auto-Refresh）和自刷新（Self-Refresh），16位数据宽度。根据系统需求，可构建16位的SDRAM存储器系统，作为数据存储区域。与Flash存储器相比，SDRAM的控制信号较多，其连接电路也要相对复杂。但由于S3C2410提供对SDRAM的支持，大大简化外围电路的设计。HY57V641620与S3C2410之间的接口电路如图4.9所示DRAM，就要求微处理器具有刷新控制逻辑，或在系统中另外加入刷新控制逻辑电路。S3C44B0X和其它一些ARM芯片在片内具有独立的SDRAM刷新控制逻辑，不需要通过编程来实现他们所需的接口时序：图4.9SDRAM接口电路图HY57V641620的数据接口为DQ15～0，数据宽度为16位。由于S3C2410是按照字节编址的，而HY57V641620是以16位为一个存储单元，因此，处理器的地址需要左移1位，采用ADDR1与HY57V641620的A0相连。由于HY57V641620映射在处理器的Bank6区域内，因此，它的片选线/CS与处理器的NSCS0相连，其地址为0xc000000～0xc7fffff。由于HY57V641620的存储空间组织方式是1Mb×16×4Bank，共64Mb，数据总线宽度为16位，所以选用A21、A22、A23作为Bank地址选择线。其余控制线直接和S3C2410连接即可。4．5串行接口电路的设计几乎所有的微控制器、PC都提供串行接口，使用电子工业协会（EIA）推荐的RS-232-C标准，这是一种很常用的串行数据传输总线标准。早期它被应用于计算机和终端通过电话线和MODEM进行远距离的数据传输，随着微型计算机和微控制器的发展，不仅远距离，近距离也采用该通信方式。在近距离通信系统中，不再使用电话线和MODEM，而直接进行端到端的连接，目前大多都用来作为调试程序时与PC机进行通讯。本系统使用法国wavcom公司的Q2403作为GSM短信收发模块。GSM无线通信控制终端的通信接口一般采用目前市场上提供的可供二次开发的标准GSM模块，如TC35、FALCOM、等。这些通信模块都具备GSM无线通信的全部功能，并提供标准的UART串行接口，支持GSM07.05所定义的AT命令集的指令。因此，MCU能非常方便的通过UART接口与GSM模块连接，并直接使用AT命令就可以方便简洁地实现短信息地收发、查询和管理。串口除了完成与GSM通讯功能之外，在系统控制板完成焊接后，可以使用串口完成BootLoader的烧写，程序的调试和字库的下载。由于GSM模块中的接口为RS-232-C电平，标准逻辑“1”对应-5V～-15V电平，标准逻辑“0”对应+5V～+15V电平，显然，两者间要进行通信必须经过信号电平的转换。系统中使用SP3232作为转换芯片。RS232接口电路如图4.10所示:

图4.10RS232接口电路4．6LED大屏幕显示屏扫描驱动电路的设计为了使显示屏正常工作，需要有各种控制信号。包括行列选择信号（有时甚至还有子模块选择信号）、列数据移位信号、列数据输出锁存信号等等。有时甚至还有考虑产生上下部分选择信号。此外，在对LED显示系统的控制接受模块进行数据接受处理时，由于执行串行通讯程序的同时无法兼顾显示程序，所以需要把显示屏关闭，需要一个清屏信号。(1)与列显示数据有关的信号列显示数据是以字节为单位存储的，使用时以8位并行读出。为了适应列显示驱动电路串行输入的需要，就要进行并串转换。对于没有SIO口的单片机，一般用74LS165并入串出移位寄存器来实现。对于像S3C2410X这样的单片机系统，由于有内置的SPI口。因此可以直接用SPI控制器把显示缓冲区中的汉字点阵字模数据传输到列数据移位芯片中。为了提高数据传输速度，可以使用DMA方式传输。列驱动如图4.11所示：图4.11列驱动电路图(2)行选择和锁存器信号行选择通常有多种方式可以实现，最常用的就是4/16译码器进行低电位选择。但需要控制器输出4位的行选择信号，这样占用4位I/O资源，可以用一个16位的循环计数器来减少I/O口的使用，可以只需要一个I/O口作为时钟脉冲源CP。而锁存信号需要一个专门的I/O口来实现列数据的锁存，但是，由于CP既可以做为行选择信号的移位脉冲，也可以作为行同步信号，因此，CP可以作为列锁存信号。行驱动如图4.12所示：图4.12行驱动电路图(3)上下部分的控制信号上下部分的控制，在时间上先准备上半部分的某行的列数据，然后在准备下半部分同行的列数据，准备好后一起大入列锁存器，并同时选通上下部分的同名行。但是，32行结构比16行结构的数据准备时间要长一倍，如果不采用时间重叠的方法进行显示的话，显示时间就更短了，在电路设计结构中，一般可以采用上下部分数据并行传输。在本系统中，由于考虑的行驱动能力的限制，采用上下屏结构必然要求行驱动能力的成倍增加，所以选择则单屏驱动结构。4．7LED大屏幕显示驱动模块的集联设计本系统的设计目标就是尽量减少控制线的数量，在此基础上设计的基于子模块的结构，每个子模块都有集联的输入输出接口，使其方便的连接下一级子模块结构中，而且，在软件上是可以扩展的。在该单片机控制LED系统中，不需要任何行或者列的数据选择信号线，甚至不需要子模块的选择信号。每个芯片的输入输出模块接口如图4.13所示。图4.13输入输出接口其4×3的级联图如图4.14所示。图4.14LED显示子模块的联级结构4.结论经过半年的准备和努力，本人和组员一起基本完成了LED大屏幕单片机的显示的初步研究，所完成的工作主要包括以下几个方面:（1）准备阶段的工作准备阶段的工作主要包括:查阅国内外相关文献，了解微控制器的发展过程及发展趋势，了解LED大屏幕显示的工作原理、主要作用，分析现有LED显示屏系统存在的主要问题