基于LPC2210的LED显示屏控制系统设计

摘要: 当LED显示器采用8位／16位微处理器时，存在运行速度慢、寻址能力弱和功耗大等问题。文中采用32位ARM7微处理器LPC2210为核心控制器件，完成LED显示屏控制系统的设计。系统采用可扩展、模块化设计。以LED显示屏的显示电路和ARM微处理器控制电路为核心，并通过LPC2210微处理器自带的锁相环(PLL)，对系统进行倍频设计，有效提高了系统的可扩展性。通过对各模块的调度可方便实现点阵LED屏以双色、多样化方式显示各种信息，也可通过简单的级联实现屏的扩展。
关键词: LPC2210；点阵LED大屏幕；PLL倍频；模块化

    随着计算机和半导体技术的发展，使LED大屏幕显示系统成为集计算机控制、视频、光电子、微电子、通信、数字图像处理技术为一体的显示设备。随着大屏幕显示技术的发展进步，需要处理的数据大量增加，系统的频率更高、规模更大，对显示控制系统的要求也不断提高。目前LED显示器常采用8位／16位的微处理器，由于其运行速度、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复杂的应用场合。存在系统体积较大、调试困难、不易修改、系统不稳定等诸多问题。ARM具有体积小、功耗低、数据处理能力强等特性。在无计算机支持的独立显示系统中，采用嵌入式系统来解决信息显示的诸多要求是一个理想的方案。因此本设计以LPC2210微处理器为控制电路核心，解决了系统的运行速度、寻址能力和功耗等问题，从而支持更大可视区域的稳定显示、存储更多的显示内容。

1 系统硬件组成及原理
    本系统选用Philips公司生产的LPC2210微处理器，以功耗小、成本低的ARM7TDM I为内核系统的硬件构成。该系统主要由显示控制电路和LED显示屏部分构成，如图1所示。

    以ARM7(LPC2210)微处理器为为核心的控制电路主要完成数据转换信号控制工作。LED显示屏的扫描驱动电路主要采用74HCl38和74HC595等来完成行扫描并以控制时序的方式来完成列控制。显示屏以LED为像素，由LED点阵显示单元拼接而成，本设计的显示屏为16行×64列的点阵结构。
    在设计中，采用LPC2210P0口的16个引脚作为显示控制电路的接口，并分别对应屏的使能端EN、行选中信号端(A，B，C，D)、行点亮数据信号端(GD1，GD2，RD1，RD2)和2路时序信号LAT，CLK等。

2 系统软件设计
    由于本LED显示屏的显示控制电路，主要采用74HCl38和74HC595完成行扫描，以控制时序的方式完成列控制，且这些时序是由软件部分完成的，因此在软件系统的设计中，首要考虑时序逻辑的合理设计与实现。在本LED显示屏中，需要2路时序分别是完成数据缓存的缓存时序CLK及将缓存数据点亮的点屏时序：LAT。CLK出现上升沿后，将数据依次存入屏的缓存，LAT出现上升沿后，屏将缓存内容送到屏的某一行。除此之外还要考虑行扫描过程中行的选择以及显示模块、通信模块、清屏模块等，子模块的编写与各子模块间的协调使用等问题。
需要指出的是为了提高LED显示屏的可扩展性，就势必使系统提高了对频率的要求，为此本设计在系统软件的设计过程中，利用LPC2210微处理器自带的锁相环(PLL)，对系统进行了倍频设计，以提高系统的可扩展性。系统软件架构设计，如图2所示。

2．1 PLL模块
    LPC2210的PLI接收的输入时钟频率范围是10～25 MHz，选用11．059 2 MHz作为系统的外部晶振频率，首先需要配置PLL，计算公式如式(1)所示。

    其中，Fosc为晶振频率，Fcco为PLL电流控制振荡器的频率，cclk为PLL的输出频率即处理器的时钟频率，M与P分别为PLL的倍增器值与分频器值。
    CCO频率可由式(2)得到。

PLL模块部分源代码如下：

2．2 其它主要模块
    主要完成行扫描及其该行每一个点的扫描模块

3 系统验证
    使用ADSl．2进行在线仿真验证，通过对硬件的设计和对软件代码的编码与调试，实现了点阵LED屏以双色、多样化的方式显示各种信息的功能，同时可通过简单的级联来扩展显示屏。并分别在不调用与调用PLL模块的两种情下进行比较分析，得到了比较明显的现象，即在调用PLL模块的情况下系统显示更加稳定更加适合点阵LED屏的扩展。

4 结束语
    本设计采用32位ARM嵌入式微处理器LPc2210，采用可扩展、模块化设计，以LED屏的显示电路和ARM微处理器控制电路为核心，实现点阵LED屏以双色、多样化的方式显示各种信息的功能，同时可通过简单的级联来扩展显示屏，解决了系统的运行速度、寻址能力和功耗等问题。