基于嵌入式的LED显示系统的研究与设计

论文摘要

随着信息社会的到来,LED显示系统作为新的信息显示媒体被广泛地应用于诸多领域,日益引起人们的重视。但是,目前市场上的LED显示系统在系统功能扩展和维护等方面仍有很多不足。嵌入式系统技术是近年来计算机领域的研究热点之一,本文将嵌入式系统的先进技术引入LED显示系统的设计过程中,设计一套性价比高、易于升级和扩展的LED显示系统,具有很好的研究和应用价值。本文提出了基于嵌入式的LED显示系统的设计框架,对系统硬件和软件功能进行了分析。以混合信号系统级芯片C8051F020为CPU,完成了系统硬件部分的设计工作,包括电源电路、复位电路、串口通讯电路、温度传感器电路、实时时钟电路、显示缓存器电路、JTAG接口电路、扫描驱动电路等,从而完成了系统硬件平台的搭建。在扫描驱动电路部分,对LED的驱动原理进行了探讨,最终采用分单元、伪同步的扫描方案,并对扫描时序和扫描频率进行了详细的讨论。就嵌入式实时操作系统相关领域进行了探索和研究,选择μC/OS-Ⅱ作为本系统的操作系统,剖析了μC/OS-Ⅱ的内核结构及其移植技术,并且成功地将其移植到C8051F020中,从而为系统搭建了软件平台。针对系统的硬件平台设计了启动程序,基于系统软件平台设计了用户任务,设计了完成显示码的提取和传送的上位机软件。通过调试,本文中的LED显示系统设计方案得到了验证,实现了预期功能。基于嵌入式的LED显示系统具有成本低、性能高、开发周期短、软硬件易于升级和扩展等优点。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.1.1 嵌入式系统的应用与特点
• 1.1.2 LED 显示系统的发展及现状
• 1.1.3 LED 显示系统存在的问题
• 1.2 研究内容
• 1.3 论文结构
• 2 系统总体结构设计
• 2.1 嵌入式系统体系的搭建
• 2.1.1 嵌入式系统的组成
• 2.1.2 嵌入式处理器的选择
• 2.1.3 嵌入式操作系统的选择
• 2.2 LED 显示系统工作原理和组成
• 2.2.1 系统的硬件组成
• 2.2.2 系统的软件组成
• 2.3 本章小结
• 3 系统硬件设计
• 3.1 电源电路
• 3.2 复位电路
• 3.3 串口通讯电路
• 3.4 温度传感器电路
• 3.5 实时时钟电路
• 3.6 显示缓存器电路
• 3.7 JTAG 接口电路
• 3.8 扫描逻辑设计
• 3.8.1 LED 器件的发光原理及驱动方式
• 3.8.2 扫描逻辑和驱动电路设计
• 3.8.3 扫描频率分析
• 3.9 本章小结
• 4 μC/OS-Ⅱ分析及移植技术研究
• 4.1 μC/OS-Ⅱ分析
• 4.1.1 μC/OS-Ⅱ的体系结构
• 4.1.2 μC/OS-Ⅱ内核分析
• 4.1.3 μC/OS-Ⅱ的管理机制
• 4.2 移植技术研究
• 4.2.1 嵌入式系统硬件平台分析
• 4.2.2 μC/OS-Ⅱ移植相关功能模块
• 4.2.3 μC/OS-Ⅱ内核调试
• 4.3 本章小结
• 5 系统软件设计
• 5.1 μC/OS-Ⅱ在C8051F020 中的移植
• 5.1.1 μC/OS-Ⅱ的移植条件
• 5.1.2 μC/OS-Ⅱ在C8051F020 中的移植过程
• 5.2 控制器软件设计
• 5.2.1 控制器软件的总体设计
• 5.2.2 启动代码
• 5.2.3 用户任务分配
• 5.3 PC 机应用软件设计
• 5.3.1 汉字点阵的提取
• 5.3.2 串口通信程序设计
• 5.4 系统功能调试
• 5.4.1 集成开发环境
• 5.4.2 系统功能调试
• 5.4.3 调试结果分析
• 5.5 本章小结
• 6 结论
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 主控电路原理图
• 附录2 单元扫描驱动电路
• 附录3 攻读硕士学位期间发表的学术论文