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基于以太网的LED大屏幕控制器的研究与开发

2020-12-01阅读(332)

基于以太网的LED大屏幕控制器的研究与开发

论文摘要

LED大屏幕显示系统具有亮度高、重量轻、显示位置精度高等特点,在各种大屏幕显示应用中占有相当大的比例,已成为现代显示科学技术中不可缺少的手段。随着光电技术的进一步发展,建筑媒体得到了应用发展,LED屏幕开始了朝着巨型化的方向发展。网络速度的日益提高,使得各种传统的传输方式逐步被TCP/IP替代,如Network Storage, video over IP等。但是,要实现TCP/IP的高带宽,需要高端的CPU来支持。近年来,人们开始使用TCP/IP卸载引擎(TCP/IP Offload Engine,TOE)技术来解决这个问题。但是,TOE大多应用于高端应用,对于低速嵌入式系统,如果要取得较高的传输速度,同样也需要使用TOE技术。本课题针对目前建筑媒体对LED屏幕发展的需要,提出了基于嵌入式TOE芯片AX11015设计开发的大屏幕网络控制系统。该方案充分利用了硬件TCP/IP卸载技术及小型嵌入式TCP/IP协议栈uIP,将嵌入式高速网络与专用像素控制技术结合,并采用时分复用算法实现由CPLD和SRAM组建大容量FIFO及相关外围时序逻辑,实现了一种低成本、高带宽的LED大屏幕网络控制系统。根据项目的要求,将系统划分为若干功能模块,并制定了各部分的实现方案。本文共分七章,依次从多方面对项目的设计进行了详细的阐述。首先阐述了课题的背景,提出了课题的任务;然后从LED驱动原理出发,分析了专用像素驱动技术及其组成的屏幕对控制系统的要求;第三章从整体结构上阐述了系统的原理、软硬件的组成及开发工具;系统的硬件重点分析了CPU和CPLD两大功能模块,并对系统的外围接口电路进行了详细的设计分析;软件部分着重论述了嵌入式TOE高速网络设计、大容量FIFO的实现、时分复用算法的实现及脱机SD卡系统的设计实现;第六章从控制器和整体系统两方面对项目的设计进行了测试;最后对本系统的设计做了总结,并对项目的后续设计进行了展望。本文从项目研究开发和产品化设计的高度对LED大屏幕网络控制器的开发过程进行了详细的探讨和分析,并对控制器各模块功能的实现做了细化,从理论的角度实现了项目的设计需求。本课题在充分的原理实验基础上,经过多次设计改良,反复的调试,完成了项目设计的要求。经测试:利用UDP传输协议,网络带宽可以达到20Mbps,可以流畅地传输非压缩的视频数据;控制系统运行稳定,LED屏幕画面清晰、显示流畅。目前,项目设计已经产品化,并已在多个工程中应用,取得了良好的经济效益。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  • 1.1 课题的背景
  • 1.2 LED 显示屏的发展现状及趋势
  • 1.2.1 LED 显示屏的发展现状
  • 1.2.2 LED 显示屏的发展趋势
  • 1.3 本课题的主要任务
  • 第二章 LED 显示技术及像素驱动
  • 2.1 LED 工作原理
  • 2.1.1 LED 发光的基本原理
  • 2.1.2 LED 器件驱动
  • 2.2 SD600 像素控制芯片的应用
  • 2.2.1 SD600 工作方式
  • 2.2.2 SD600 在LED 屏幕中的应用
  • 2.3 本章小结
  • 第三章 控制器系统整体方案设计
  • 3.1 系统原理
  • 3.2 系统的软、硬件组成
  • 3.2.1 系统的硬件组成
  • 3.2.2 系统的软件组成
  • 3.3 系统的开发工具
  • 3.4 本章小结
  • 第四章 系统硬件设计
  • 4.1 嵌入式网络CPU 应用设计
  • 4.1.1 AX11015 功能及应用
  • 4.1.2 AX11015 应用设计
  • 4.2 CPLD 硬件设计
  • 4.2.1 MAX II 系列CPLD
  • 4.2.2 EPM240 应用设计
  • 4.3 电源电路与晶振电路
  • 4.3.1 电源电路
  • 4.3.2 晶振电路
  • 4.4 控制器接口电路
  • 4.4.1 EEPROM 电路
  • 4.4.2 串行接口电路
  • 4.4.3 LVDS 接口电路
  • 4.4.4 以太网接口电路
  • 4.4.5 SD 卡接口电路
  • 4.5 本章小结
  • 第五章 系统软件设计
  • 5.1 上位机软件LIGHT STUDIO
  • 5.1.1 Light Studio 简介
  • 5.1.2 Light Studio 联机操作
  • 5.1.3 Light Studio 脱机文件
  • 5.2 基于嵌入式TOE 芯片的高速网络通信设计
  • 5.2.1 TOE 技术
  • 5.2.2 基于TOE 的通信模块设计
  • 5.2.3 嵌入式TCP/IP 协议uIP0.9
  • 5.2.4 uIP0.9 的移植应用
  • 5.3 控制器控制层协议
  • 5.3.1 控制层协议的规定
  • 5.3.2 控制层协议的实现
  • 5.4 CPLD 软件设计
  • 5.4.1 大容量FIFO 设计
  • 5.4.2 时分复用算法的实现
  • 5.5 SD 卡设计及嵌入式文件系统
  • 5.5.1 SD 卡通信协议
  • 5.5.2 SD 卡设备驱动程序的实现
  • 5.5.3 嵌入式FAT 文件系统
  • 5.5.4 SD 卡应用程序设计
  • 5.6 本章小结
  • 第六章 系统调试
  • 6.1 控制器调试
  • 6.1.1 串口调试
  • 6.1.2 网络调试
  • 6.1.3 输出调试
  • 6.2 系统调试
  • 6.3 本章小结
  • 第七章 总结及展望
  • 7.1 总结
  • 7.2 展望
  • 致谢
  • 参考文献
  • 附录1 攻读硕士学位期间发表的论文和参与的项目
  • 附录2 本课题设计的控制器电路板及测试图片

    • 相关论文文献

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