基于USB和OLED的分布式多屏電子公告系統(tǒng)設計

引言

??? 新一代顯示器件有機電致發(fā)光顯示器件OLED(Organic Light Emitting Diode)厚度為LCD的1／3，響應速度是LCD元件的1 000倍，低溫特性好，在－40℃能正常顯示，OLED主動發(fā)光的特性使其幾乎沒有視角問題，在很大的角度內觀看，顯示廁面仍不失真；OLED能夠在不同材質的基板上制造，可做成能彎曲的柔軟顯示器；外形不受限制，可以是任何形狀；可以放到任意物體的表面，所以特別適于戶外大屏幕電子屏廣告顯示領域?；谏鲜鰞?yōu)點，設計開發(fā)一套能在多個公共場合(如廠區(qū)、校區(qū))同步發(fā)布電子公告的多電子圖文廣告屏。該系統(tǒng)基于通用串行總線(USB)傳輸，速度快、可靠性高，有效地克服了傳統(tǒng)廣告圖文傳輸?shù)娜毕荨?

2 系統(tǒng)設計

??? 多場合同步發(fā)布電子廣告屏系統(tǒng)由位于Internet網絡的PC機(上位機)和位于各LED控制器上的單片機(下位機)組成，采用USB總線進行主從式通信。圖1為控制系統(tǒng)的邏輯結構框圖。上位機主要完成圖文編輯、字模提取與保存、圖像預覽與文件傳輸?shù)热蝿?；下位機通過一定的掃描驅動方式控制OLED點陣行列驅動器，實現(xiàn)設備的驅動并最終接收并顯示圖文。由于采用USB總線，可順利實現(xiàn)多屏連接。

3 OLED驅動電路設計

??? OLED的驅動方式屬于電流驅動。圖2是有源矩陣OLED像素的驅動原理圖。

??? 與液晶像素相比，OLED像素驅動多一個晶體管VT2，它能在VT1截止時給OLED像素提供發(fā)光的電流。當行信號端輸入高電壓選通信號，VT1處于導通狀態(tài)時，列同步輸入相應電壓，向電容C充電同時控制流過VT2的電流的大小。當行信號端輸入低電壓信號時，VT1截止，由電容C為VT2管提供柵極電壓，繼續(xù)控制VT2的漏極電流，維持像素繼續(xù)發(fā)光。

??? 系統(tǒng)中的OLED采用無源驅動方式。假設OLED顯示屏有n行m列像素點，若使第x行與第y列交叉的發(fā)光元件發(fā)光(導通)，僅需使列驅動電路的第y列選通開關閉合，輸出高電平，并使行掃描電路的第x行輸出低電平，其掃描時序圖如圖3所示。其中TFRM為幀周期，TLINE為行掃描周期，確定幀頻率fFRM后也即確定一幀的時間，TFRM=1/fFRM;每一行的掃描時間TLINE在幀頻確定的情況下是確定的，即TLINE=TFRM/N。

??? 設計的驅動電路采用PT6807、PT6808、PT6807是點陣0LED圖形顯示系統(tǒng)64路行驅動器，它利用CMOS技術，提供64個移位寄存器和64路輸出驅動，PT6807自己產生時鐘信號控制PT6808列驅動器。以128x128點陣為例說明具體的操作，點陣驅動模塊接口如圖4所示。為讀出顯示數(shù)據(jù)RAM中的內容，需訪問讀指令2次，第1次訪問中，顯示數(shù)據(jù)RAM中的數(shù)據(jù)被鎖存到輸出寄存器中，在第2次訪問中，MPU讀鎖存數(shù)據(jù)。即在讀顯示數(shù)據(jù)RAM時需1次假讀，但在讀狀態(tài)數(shù)據(jù)時無需假讀。

4 單片機存儲器設計

??? OLED電子屏以漢字顯示為主，而存儲一個漢字需32x32=1 024 b=128 B的空間。而AT89C51內部存儲空間有限，擴展數(shù)據(jù)存儲器，采用62256SRAM，每片可存儲256個漢字，用8片能顯示常見的2 000多個漢字。另外，由于系統(tǒng)需調用的程序和數(shù)據(jù)較多，所以在外部擴展1片程序存儲器，使除堆棧、隊列等頻繁使用的結構外，其他類似初始化狀態(tài)字等不占用片內存儲器，避免片內數(shù)據(jù)阻塞。

5 USB接口的硬件設計

??? 上位機向下位機的數(shù)據(jù)傳輸通過專用USB通信控制器件PDIUSBD12實現(xiàn)。該器件支持3個USB端點，采用多種中斷方式方便于塊傳輸(Bulk)和同步傳輸(Isochronous)，塊傳輸和同步傳輸?shù)臄?shù)據(jù)傳輸速率均可達1 Mb／s，其與AT89C51單片機的棒口電路如圖5所示。

6 軟件設計

??? 軟件系統(tǒng)包括USB驅動固件和圖文資料處理兩部分。設備固件是設備運行的核心，采用C語言編寫。其主要功能是通過PDIUSBD12實時下傳數(shù)據(jù)至單片機。程序主要分初始化、數(shù)據(jù)處理、控制和USB通信4個模塊。設備與微機相連后，初始化模塊對設備進行初始化配置；數(shù)據(jù)處理模塊預處理前端數(shù)據(jù)；控制模塊則用于控制前端硬件；而USB通信模塊負責主機與前端硬件的通信，是同件設計的關鍵。USB通信同件設計的目標是使PDIUSBD12在USB上達到最大的傳輸速率。在程序中需定義USB設備的GUID，通過USB驅動程序與USB設備連通，且需利用Windows的API函數(shù)取得USB設備的Handle。根據(jù)USB協(xié)議，任何傳輸都由主機(Host)開始。單片機進行其前臺工作，等待中斷。主機首先發(fā)令牌包給PDIUSBD12，PDIUSBD12接收到令牌包后就給單片機發(fā)中斷。單片機進入中斷服務程序，首先讀PDIUSBD12的中斷寄存器，判斷USB令牌包的類型，然后執(zhí)行相應操作。PDIUSBD12采用SIE管理USB通信。當主機與器件進行USB通信時，會產生外部中斷0，通過中斷矢量寄存器判斷。Setup_packed_Int、Input_endpoint0_Int、Output_endpoint0_Int這3個中斷主要用于與主機建立連接、進行控制傳輸或中斷傳輸；Input_endpoint1_Int、Output_endpoint1_Int這兩個中斷主要在批量傳輸時使用。在同件中分別執(zhí)行不同的中斷程序實現(xiàn)USB的數(shù)據(jù)傳輸。外部中斷0程序如下：

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7 結論

??? OLED顯示技術有著廣泛的應用前景，其能在-40℃正常顯示并可在180°范圍內觀看，能夠做成任何形狀，放到任意物體的表面，特別適于戶外大屏幕電子屏廣告顯示領域，而USB接口適用于高速數(shù)據(jù)傳輸，可用作便攜式系統(tǒng)的接口，二者的完美結合使大屏幕電子公告同步發(fā)布系統(tǒng)性能更加優(yōu)越。