基于USB的LED圖文顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、基于USB的LED圖文顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要:介紹一種通過USB總線控制16×16 LED點(diǎn)陣顯示器顯示圖文的方法.下位機(jī)采用Cypress公司的CY7C68013A與擴(kuò)展行列電路配合驅(qū)動LED顯示屏,實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸.應(yīng)用軟件處理圖文信息,并與USB設(shè)備通信.經(jīng)測試,該系統(tǒng)能動態(tài)地顯示圖文信息.關(guān)鍵詞:USB; LED;圖;文;顯示系統(tǒng)LED顯示屏是由若干發(fā)光二極管排列組成的顯示器件.它采用低電壓掃描驅(qū)動,具有耗電省、使用壽命長、成本低、亮度高、視角大、可視距離遠(yuǎn)和規(guī)格品種多等優(yōu)點(diǎn),被廣泛地應(yīng)用于許多公共場合的提示、說明和廣告等1.本文介紹一種通過USB總線控制16×16 LE

2、D點(diǎn)陣顯示器顯示圖文的方法.系統(tǒng)可分為硬件和軟件兩部分.硬件包括LED顯示屏的驅(qū)動和控制:驅(qū)動部分負(fù)責(zé)根據(jù)行列選通信號,向指定的LED發(fā)光器件提供合適的驅(qū)動電流;控制部分采用帶USB2. 0功能的微處理器CY7C68013A,結(jié)合KeilC51環(huán)境下編寫的固件程序,輔以外圍電路,完成USB通信和行列信號輸出任務(wù).軟件包括固件程序、驅(qū)動程序和應(yīng)用軟件:固件程序控制硬件完成相應(yīng)的功能;驅(qū)動程序提供了連接到計(jì)算機(jī)的硬件設(shè)備的軟件接口;應(yīng)用軟件處理圖文信息并與USB設(shè)備通信.本設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示.1硬件設(shè)計(jì)1.1顯示及驅(qū)動設(shè)計(jì)LED顯示屏采用8×8模塊, 4塊組成一個16×1

3、6點(diǎn)陣.由于CY7C68013A工作電壓為3. 3V,而LED工作電壓為5V,因此行驅(qū)動采用了雙向3態(tài)數(shù)據(jù)緩沖器74HC245作為3. 3V-5V器件之間的驅(qū)動轉(zhuǎn)換.由于CY7C68013A I/O口的個數(shù)有限,因此列驅(qū)動采用了4線16線譯碼器74HC154,僅占用4個I/O口,可以控制16個LED陽極的高低電平,同時也能滿足今后的擴(kuò)展.由于I/O口的驅(qū)動能力也有限,因此列驅(qū)動還采用了PNP型晶體管.點(diǎn)亮每一個LED器件大約需要20mA驅(qū)動電流,為了同時點(diǎn)亮16個LED大約需要320mA驅(qū)動電流,采用PNP型晶體管的發(fā)射極接電源,集電極接LED點(diǎn)陣字母端(即共陽極),基極經(jīng)限流電阻接74HC1

4、54輸出級.這樣, 74HC154的輸出口僅需提供幾毫安的驅(qū)動電流就可控制對應(yīng)LED的亮滅了. LED部分驅(qū)動電路如圖2所示.1.2控制設(shè)計(jì)由于所用的USB協(xié)議芯片CY7C68013A集成度高,功能強(qiáng)大,所以外圍電路比較簡單,其優(yōu)點(diǎn)是控制器工作比較穩(wěn)定可靠2.控制部分通過CY7C68013A的3組I/O口與驅(qū)動部分聯(lián)接.其中PB0PB7和PC0PC7通過限流電阻和74HC245選擇LED顯示屏的16個列, PD0PD3通過控制74HC154的輸入而選擇LED顯示屏的16個行.LED點(diǎn)陣顯示屏一般采用掃描式顯示:點(diǎn)掃描、行掃描和列掃描1.若采用點(diǎn)掃描,掃描周期小于1ms即可,對于本設(shè)計(jì),點(diǎn)掃描過

5、于繁瑣且沒有必要.本設(shè)計(jì)采用行掃描方式.具體方法是:當(dāng)PD0.7=0x01時, 74HC254輸出僅使與LED顯示屏第一行相連的PNP型晶體管的基極為低電平,其余都為高電平.這樣就使得該P(yáng)NP管飽和,對應(yīng)第一行LED陽極為高電平,其余行LED陽極都為低電平.此時將對應(yīng)的字碼送到列驅(qū)動電路,若該列為低電平則對應(yīng)的LED被點(diǎn)亮,若該列為高電平則對應(yīng)的LED為暗.當(dāng)PD0.7=0x09時,選擇第二列,將對應(yīng)的字碼送到列驅(qū)動電路,點(diǎn)亮相應(yīng)的LED.依次類推,當(dāng)顯示完第16行的字碼后,又從第一列重復(fù)執(zhí)行,這樣LED顯示屏就會顯示相應(yīng)的圖文.從第一列到最后一列所花費(fèi)的時間稱為掃描周期時間,由于人眼視覺暫留

6、時間最長為1/16 s,一般設(shè)計(jì)的掃描周期時間為1/32 s,即31.25ms以下顯示的效果比較好.本設(shè)計(jì)的LED顯示屏有16行,因此每行顯示時間應(yīng)小于31.25/16ms.2軟件設(shè)計(jì)2.1固件程序設(shè)計(jì)固件程序是指運(yùn)行在設(shè)備CPU中的程序.只有在該程序運(yùn)行時,外設(shè)才能被稱為具有給定功能的外部設(shè)備3.固件程序應(yīng)盡量簡單,將復(fù)雜的運(yùn)算交由上位機(jī)處理,提高執(zhí)行的效率.固件程序流程圖如圖3所示.硬件設(shè)備上電/復(fù)位后,工作分配器函數(shù)TD_Init( )完成對微處理器的初始化,然后通過調(diào)用工作分配器函數(shù)TD_Poll( )啟動采樣,判斷是否有EP1OUT中斷發(fā)生.若有中斷發(fā)生,則進(jìn)入中斷處理函數(shù)INT_E

7、P1OUT( ),將上位機(jī)通過USB總線傳來的數(shù)據(jù)放在EP1OUTBUF中,根據(jù)這些數(shù)據(jù)依次驅(qū)動LED顯示屏的行和列,更新LED顯示.中斷處理完畢后又回到啟動采樣階段,重復(fù)判斷是否有中斷的過程.若沒有中斷發(fā)生,則繼續(xù)保持LED的顯示,然后也回到啟動采樣階段,重復(fù)判斷是否有中斷的過程.2.2驅(qū)動程序設(shè)計(jì)采用DDK開發(fā)驅(qū)動程序. DDK的編譯工具build編譯驅(qū)動程序, DriverStudio工具包中的SoftIce調(diào)試驅(qū)動程序.驅(qū)動程序使用的例程包括:驅(qū)動程序入口例程、即插即用例程、分發(fā)例程、電源管理例程和卸載例程.驅(qū)動程序的編寫與固件中定義的USB傳輸方式等信息有關(guān),在固件中,采用端點(diǎn)EP1

8、作為OUT方向批量傳輸端點(diǎn),負(fù)責(zé)儲存要發(fā)往外設(shè)的數(shù)據(jù).2.3應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)因?yàn)樯婕暗脚cUSB通信的問題,所以采用動態(tài)鏈接庫(DLL)和應(yīng)用程序相結(jié)合的方式編寫應(yīng)用軟件.動態(tài)鏈接庫利用驅(qū)動程序建立起與底層硬件的通信,應(yīng)用程序?yàn)橛脩籼峁┮粋€直觀的軟件界面方便操作.在VC+環(huán)境下采用W in32 Dynamic LinkLibrary來生成傳統(tǒng)的DLL,采用模塊定義文件(.def)來導(dǎo)出動態(tài)庫函數(shù).DLL包含3個動態(tài)鏈接庫函數(shù):OPEN( )調(diào)用API函數(shù)CreateFile( ),將設(shè)備的驅(qū)動句柄和設(shè)備的文件句柄對應(yīng)起來;CLOSE( )調(diào)用API函數(shù)CloseHandle(),關(guān)閉設(shè)備的文件句柄;

9、OUT-PUT()調(diào)用API函數(shù)DeviceIoControl(),對USB設(shè)備執(zhí)行指定的操作,發(fā)送LED字模數(shù)據(jù).在VC+環(huán)境下編寫應(yīng)用程序.軟件程序流程圖如圖4所示.初始化后,如果要顯示的是文字,應(yīng)用程序則首先判斷首字節(jié)的ASCII碼,若小于128說明要顯示的是字母、數(shù)字或者符號,則以只讀方式打開ASC16字庫.否則,以只讀方式打開HAK16字庫.通過計(jì)算文字的內(nèi)碼找到文字在相應(yīng)字庫中字模的起始地址,然后將字模數(shù)據(jù)讀入內(nèi)存,在界面上顯示文字點(diǎn)陣,同時按照硬件的連接方式將處理過的字模數(shù)據(jù)以點(diǎn)陣信息的形式通過USB總線發(fā)送至LED點(diǎn)陣,更新顯示屏.如果要顯示的是自定義的圖型,則不需要打開字庫,而是直接將處理過的字模數(shù)據(jù)發(fā)送給LED顯示屏.3顯示效果設(shè)計(jì)的LED顯示系統(tǒng)采用USB總線通信,實(shí)現(xiàn)了圖文的動態(tài)顯示,達(dá)到了設(shè)計(jì)要求.與串口相比,采用USB接口能提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾? CY7C