全彩色LED显示屏系统的设计与实现

论文摘要

LED显示屏是由LED点阵模块组成的一种现代平面显示屏幕,具有发光亮度高、使用寿命长、环境适应能力强等优点,广泛应用于金融、交通、广告宣传等领域。随着技术的不断更新,LED显示屏正朝着高亮度、全彩色的方向发展,全彩色LED显示屏正越来越展现出其广阔的应用前景。LED显示屏系统核心技术是其控制器的设计,传统的显示屏控制器多采用微处理器来完成显示刷新,通信方式上则采用单一的串行通信,这种系统在数据处理速度、通信能力上都存在一定的局限性。基于此,在分析前人研究经验的基础上,本文将FPGA和网络技术引入到显示屏控制系统中,设计了一种新型的全彩色LED显示屏控制系统,全文所做的主要工作如下:（1）深入分析了LED显示屏的工作原理,在此基础上提出了STM32+FPGA的控制系统方案,采用ARM Cortex-M3内核微处理器STM32作为控制中心,以FPGA完成对显示屏的高速显示刷新,完成了系统原理图和PCB版图的设计、电路板的制作与调试等。（2）分析了STM32微处理器FSMC总线的特点,扩展10M/100M网卡DM9000A实现以太网通信,为LED显示屏系统的通信提供了新的解决方案。（3）完成了系统软件平台的设计与实现,包括上位机应用软件、微处理器控制软件和FPGA控制软件三部分,完成了uIP协议栈的移植、DM9000A网卡驱动程序编写、FPGA逻辑设计和上位机应用程序编写等。（4）为了验证显示屏控制器的正确性,设计了LED显示屏驱动电路,采用74HC138行驱动、74HC595列驱动,制作了一个32×32像素的全彩色LED点阵屏。系统在实验室验证,实现了LED显示屏的全彩图像显示,显示画面清晰,系统工作稳定可靠,该系统可支持256级灰度全彩LED显示屏的图像、动画的显示,同时能够接入Internet进行远程控制,是一种具有实际应用价值的全彩色LED显示屏系统。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 LED 显示屏研究现状与发展趋势
• 1.3 研究的目的、意义
• 1.4 主要研究内容及论文结构
• 第2章 LED 显示屏工作原理及系统整体设计
• 2.1 LED 显示屏工作原理
• 2.1.1 LED 发光原理
• 2.1.2 LED 器件驱动原理
• 2.2 系统整体设计
• 2.2.1 系统工作原理
• 2.2.2 系统硬件结构
• 2.2.3 系统软件结构
• 2.3 系统开发工具
• 第3章 系统硬件设计
• 3.1 微处理器硬件设计
• 3.1.1 微处理器的选型
• 3.1.2 电源电路
• 3.1.3 JTAG 调试接口电路
• 3.1.4 串行接口电路
• 3.1.5 以太网接口电路
• 3.1.6 FLASH 存储器接口电路
• 3.2 FPGA 硬件设计
• 3.2.1 FPGA 芯片的选型
• 3.2.2 静态存储器的选择
• 3.2.3 信号缓冲电路
• 3.3 LED 显示屏驱动电路的设计
• 3.3.1 LED 显示屏的组成
• 3.3.2 LED 显示屏的驱动方式
• 3.3.3 驱动电路设计
• 3.4 电路板设计
• 第4章 系统软件设计
• 4.1 微处理器程序设计
• 4.1.1 微处理器程序的总体框架
• 4.1.2 uIP 协议栈的移植
• 4.1.3 DM9000A 驱动程序
• 4.1.4 串口驱动程序
• 4.2 FPGA 软件设计
• 4.2.1 FPGA 的开发流程
• 4.2.2 灰度调制单元的设计
• 4.2.3 存储器切换模块的设计
• 4.2.4 扫描驱动模块的设计
• 4.2.5 FPGA 数字电路设计经验总结
• 4.3 上位机应用软件
• 4.3.1 串口通信的设计
• 4.3.2 网络通信的设计
• 第5章 系统测试
• 5.1 硬件调试
• 5.1.1 显示屏控制器的调试
• 5.1.2 显示屏的调试
• 5.2 软件调试
• 5.2.1 串口调试
• 5.2.2 网络调试
• 5.3 系统整体测试
• 第6章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 显示屏控制器原理图和实物图
• 附录2 全彩LED 单元板原理图和实物图
• 附录3 作者在读期间发表的学术论文及参加的科研项目
• 详细摘要