LED显示屏控制系统

LED显示屏控制系统论文摘要伴随当今高度发展的信息时代，涉及半导体技术光电器件、电子电路、集成电路、信息图像处理、信息传输、计算机网络以及电子产品制造和电子产品安装工程等相关技术的LED显示屏在信息领域显得尤为活跃，在各行业的应用及普及方面也取得了长足的进步。从LED材料的不断更新，灰度控制技术的发展，真彩色图像的展现；到驱动电路的灵活、高效，控制系统技术的提高无不体现了LED行业技术的飞跃发展。另外，随着计算机网络技术的发展，LED显示屏在网络环境下的使用情况越来越多，在多媒体、多种显示设备组成的信息显示系统中，采用智能化网络控制，联网控制多屏技术也在实际中得到应用。现存显示屏的控制系统包括了输入接口电路、信号的控制、转换和数字化处理电路、输出接口电路等，涉及的具体技术很多，其中为关注并研究开发和应用的关键技术包括：串行传输与并行传输、动态扫描与静态锁存、输入接口技术、自动检测、远程控制技术等。本文根据LED图文显示屏系统的具体要求，通过查阅资料，分析并归纳出具体设计方案。即系统体系结构、系统整体工作流程、软件控制系统的设计、串行通讯的程序设计以及单片机的功能控制。这个系统的工作流程是：通过软件控制系统提供的编辑工具完成图文编辑工作，对编辑的信息实现字模提取，然后可以根据系统提供的显示模式加载显示效果，确认为欲显示信息后保存文件，也可以实现多个单屏文件合并保存，然后通过程序调用Windows函数，实现数据的传输；通过与硬件系统单片机之间的串行通讯，锁存器对数据的存储，对LED显示点阵的行列驱动最后实现LED显示屏的图像显示。软件控制设计方面，按照工程实际要求，具体设计了四个模块：1．编辑功能模块：由于系统应用于Windows操作系统环境下，所以开启文本编辑窗口采用Windows窗体风格，文件编辑与保存采用菜单栏按键控制方式，通过调用Windows提供的文字编辑窗口选择字体、字形等方式，通过图形编辑功能完成简单的图形编辑以及颜色工具栏提供的颜色选择。2．字模提取模块：为了简化下位机的设计，达到编辑、保存及显示预览一体化的模式，本系统通过算法设计在字模提取方面采用软件实现方式，对编辑完成的信息直接进行字模保存，这样就省去了硬件模块汉字库的设计。3．效果添加及预览模块：为了丰富图文显示屏的显示效果，特增设滚动显示，并可以在静态显示与滚动效果穿插实现；由于显示屏工作方式采用存储模块保存预显示信息，所以在软件控制系统中增设效果预览功能，可以模拟真正的显示效果，便于完善编辑。4．通讯模块：根据具体应用要求，在上位机与下位机之间采用串行通讯方式，在Vc 6.0平台采用直接调用Windows API函数实现串口通信，通过增设的控制窗口，控制下载程序的选择与传输，完成与下位机的通讯。硬件模块设计方面，主控制系统采用单片机控制方式，实现点阵LED显示屏的驱动及信息的保存与显示。具体包括：1．LED显示点阵：主要由LED、固定板及其电路构成。通过单片机的控制驱动电路，采用扫描方式进行显示时，每行有一个行驱动器，各行的同名列共用一个列驱动器，由行译码器给出的行选通信号，从第一行开始，按顺序依次对个行进行扫描，实现LED的发光功能。2．主控制系统：采用8031单片机控制整个硬件模块的工作，通过控制串口完成与上位机的通讯，系统采用可以多次复用的EPROM作为它的程序和固化显示数据的存储器，通过扩展其存储模块完成预信息的保。综上所述，基于系统的分析设计方案以及硬件设备的支持，对整个系统做了深入浅出的分析，设计了软件控制系统以及硬件模块的功能点，实现算法以及程序的设计。通过对固化数据显示，可以离开对上位机的实时依赖，根据实际应用情况避免资源的浪费。最终实现并在实际中得到应用。但是，实际应用的要求对系统的分析与算法的设计起着决定性的作用。本系统应用与交通指挥控制大厅的法律宣传工作，对于其他应用的实际要求，系统是否需要更新以及现有设计是否能够满足要求都有待于进一步的研究。更先进的控制系统以及更完美的传输通讯技术有待于进一步的探索。关键词：LED点阵字模串行通讯ABSTRACTWith the high development of communication in our society,LED large screen include so many kinds of technique such assemiconductor technology,electrocircuit,integrate circuit,image manipulation,information transfers,computer network andelectronic manufacture technology and engineering has become moreand more active in the information field,and also make a greatprogress with application and populaziration in every walk of life.From the development of the material of LED,the technique ofash-degree control,the clearly multicolor image’s displaying tothe active and high efficient drive electrocircuit,also theimproving skill of control system are all incarnate the greatprogress of the LED-industry.In addition,with the developmentof network LED large screen is more and more in used,intelligentize net control and net-join control technology arealso bu used in practice under the multimedia and informationdisplay system composed with multi-device environment.In the basis of the LED large screen system request and consultdatum,this text analysis and sum up the design project.Such assystem-configuration,whole system task flow,the design ofsoftware control system,the programmer for serialcommunicationand the control for singlechip.The system task flow is:underthe compilation-tool of the software control system thecompilation-work can be accomplished;then accomplish picking upthe information word-model,afterwords adding extra display effectinto system according to the display pattern and save the handledfile which needed,multi-files can also be saved to one file,andthen transfer data by using Windows functions.After transfer datato the hardware system SMC,save the data and drive theled-field-array,the image displaying is come true.As the project’s request,the software-model include four section:1,compilation function model:according to the windowsoperating system,the design of software style is just as thewindows.Through the button in the menu,accomplish thecompilation-work.2,picking-up word model:in order to accomplish compilation,save and foresee in one line,the system achieve it by the softwarecontrol.3,add additional effect and foresee model:through adding theactive effect,plentify the display model and before saving it canbe foreseed.4,serialcommunication model:under the using request thesystem’s communication between computer and hardware-model is justas the serialcommunication.When it under the windows API function.The hardware-model is under the singlechip’s control,achievesaving the information and driving the LED.Including:1,led-field-array display:it is consist of LED,fixation anddriving electrocircuit.At last through the control of singlechipaccomplish the word and picture display.2.center control system:under transfer data to the hardwaresystem SMC,save the data and drive the led-field-array,the imagedisplaying is come true.Through the EPROM save-model achievesaving data.According to the analysis and design of the system,arithmetic,program and support of hardware device,the system is lucubratedand the function of the software control system module and thehardware microcontroller is design,and then finally is in usedin reality.But at the same time,the analysis and design is lied on theapplied request.This system is engaged in propaganda for thetraffic law in the hall of traffic direct and control.To otherapplication request,whether this system is needs updating or the design is satisfied is need farther investigating.The moreadvanced control system and the more pure communication techniqueneeds father learning.Keywords:led,field-array,word-model,serial ommunication415
LED显示屏控制系统提要LED显示屏作为一种新兴的显示媒体，随着大规模集成路和计算机技术的高速发展，得到了飞速发展。它与传统的显示媒体---多彩霓虹灯、象素管电视墙、四色磁翻板相比较，以其亮度高、动态影像显示效果好、故障低、能耗少、使用寿命长、显示内容多样、显示方式丰富、性价比高等优势已广泛应用于各行各业。随着宽带网络的发展，数字化的多媒体内容将在信息世界中占据主流，新型的大屏幕显示设备将代替传统电视机成为人们享受信息和多媒体内容的中心。基于上述意义，本文对LED图文显示屏控制系统及设备驱动等方面进行了研究与设计,实现了LED显示屏控制系统的设计及其文档、图形的图像处理，显示信息通过串口通讯实现数据下载，完善了显示过程中的动态效果，并在实际中应用。关键词：LED点阵字模串行通讯目录第一章绪论................................................11.1 LED显示屏的研究背景及意义.............................11.2 LED显示屏的技术现状及发展趋势.........................21.3论文主要研究内容及组织.................................6第二章LED显示屏工作原理...................................92.1 LED图文显示屏软件模块工作原理.........................92.2 LED图文显示屏硬件模块工作原理........................10第三章系统分析...........................................143.1整体分析..............................................143.2软件模块分析与设计....................................153.3硬件模块分析与设计....................................17第四章软件控制系统的设计与实现...........................204.1编辑功能设计与实现....................................204.2字模提取..............................................244.3效果添加与预览功能的设计与实现........................264.4设备通讯..............................................284.5软件设计..............................................30第五章硬件控制系统的设计与实现...........................405.1硬件控制模块..........................................405.2 LED显示点阵驱动模块..................................425.3硬件控制模块驱动......................................46第六章总结与展望..........................................496.1工作总结..............................................496.2工作展望..............................................50参考文献...................................................51摘要....................................................IABSTRACT...................................................IV论文致谢导师及作者简介415LED显示屏控制系统吉林大学硕士学位论文256级灰度LED显示屏等。3、根据显示性能，LED显示屏分为文本LED显示屏、图文LED显示屏、计算机视频LED显示屏，电视视频LED显示屏和行情LED显示屏（一般包括证券、利率、期货等用途）等。4、根据基本发光点，室内LED显示屏可以按照LED单点直径分类；室外LED显示屏可以按照采用的象素直径分类[25]。1.2.3相关技术：1、显示颜色、亮度和视角基础半导体工业的迅猛发展，带动了发光二极管制造材料以及制作工艺的改进，在颜色与亮度方面都有了质的飞跃，高亮度、蓝色及纯绿色发光二极管已产业化并得到应用。首先要按照亮度指标选择LED或者显示模块，其次是根据选择的产品红、绿、蓝颜色的亮度来确定哪一种颜色为基准，一般是将亮度比例低的一种作为亮度基准，当基准的一种已经达到最大亮度时，调整另外一种（双色）或两种（全彩）。显示屏幕是双色时，大多数情况下以绿色为基准，调整红色二极管的工作电流。一般是降低工作电流，一平衡颜色黄色为调整标准，这样就要减小整个显示屏幕的亮度。显示屏的颜色调整至最佳平衡状态，则会使屏的亮度降低。如果显示屏幕为了达到亮度要求，将每一种颜色都达到最大的亮度，那么就失去了颜色的平衡，例如：双色屏幕的黄颜色偏红，或者偏绿。目前LED显示屏从颜色上能满足室内外不同环境下的单色、双基色、全彩色显示要求，四元素的红色LED器件及高亮度蓝色、纯绿色在室外显示屏中得到普遍应用。在显示屏制作上采用SMD表贴技术的LED器件，可以获得更好的视角和亮度，目前已在高密度、全彩色室内显示屏中得到应用，但相对成本比较高，随着器件成本的降低，未来会有比较大的市场潜力。2、灰度控制技术LED显示屏在进行图文显示时，对同一基色采用级差间隔亮度，实现颜色的组合，一般可做到16级、64级、256级灰度。为使显示效果更符合人眼的视觉特性，出现了非线性级差调灰技术，即在低亮度区级差小，增加级数，逐步到高亮度区时增大级差，形成视觉效果上的“级差一致性”。目前LED显示屏灰度控制一般都在256级，通过采用非线LED显示屏控制系统及驱动程序的研究与设计5性调灰技术，显示屏的显示效果比较理想。实际上、受数据、图像的信号源的制约，单纯追求大数量级的灰度控制，在使用中的实际价值是值得商讨的。3、驱动电路LED正向导通电压的典型值3.0V~4.0V，驱动电流为20mA。如果只是用一个固定的正向电压驱动LED，可能会产生变化范围较大的正向电流，例如用3.4V驱动6只LED，相应的正向电流差别较大：10mA~44mA取决于具体的LED特性曲线。为保证可靠性，驱动LED的电流必须低于LED额定值的要求，典型最大值一般为30mA，但是，当环境温度升高时所允许的额定电流会降低，例如，当温度达到50℃时电流需限制在20mA以内。在实际运用中，负载常采用通过串并连形成的LED阵列，这会使输出电流随输入电压和环境温度等因素而发生的变化更加显著，并且阵列形式或LED个数变化，限流电阻也应该相应变化。LED显示屏广泛使用的驱动电路是基于通用型集成电路来设计的，原理比较简单，价格便宜，产品的技术开放性比较强。通用IC设计的驱动电路在室内外单色、双基色显示屏方面应用成熟，目前仍然是主流的驱动电路。近年恒流驱动IC的发展较快并受到重视和广泛应用。恒流驱动技术根据LED器件的发光与驱动电流高度相关的特点，大大提高了LED显示的均匀性，同时，减少了显示驱动电路的阻容元件，降低了故障点，使LED显示屏更可靠、亮丽。LED显示屏专用的IC一直受到关注。一些IC制造商相继推出一些用于LED显示的专用IC驱动芯片，如TI公司推出的LED Driver等，这类芯片对原来通用驱动IC的集成度进行了提高，使显示屏的驱动电路设计简捷方便，功能上也有所提高，经过研制开发设计适合发展需要的大规模或超大规模专用LED驱动电路，这类专用IC相对复杂，功能较强LED专用驱动IC简化了显示屏系统设计的复杂程度，在一定程度上增强了显示屏的功能，提高了整体的稳定性，具有积极的意义。4、系统控制技术控制系统是为了达到实现用“计算机”来控制“LED电子显示屏”而专门设计的。显示屏的控制系统包括了输入接口电路、信号的控制、转换和数字化吉林大学硕士学位论文6处理电路、输出接口电路等，涉及的具体技术很多，其中为业内关注并研究开发和应用的关键技术包括：串行传输与并行传输、动态扫描与静态锁存、输入接口技术、自动检测、远程控制技术等。显示屏后的单片机、电子部件实现电子显示的功能。其信息的动态变换、刷新，就得通过通讯线，由计算机来控制。“通用图文屏管理系统就是专门为此而设计的电脑方面使用的软件。能方便实现发布信息的内容输入、编辑排版、动态显示等全部功能。力图实现“所见所得”的效果－－－即电脑屏幕所见的效果，就是LED电子显示屏所显示的效果！5、通信传输和网络控制对于信息的发送方式：一种是用232通讯，利用计算机串行口COM1～COM4通讯，此方式通讯速度较慢，且距离不能太远，只有3米左右；另一种是采用在计算机上加插一块通讯卡的422通讯方式，此方式通讯速度快，且距离远，可达1000米左右。发送功能涉及到上端与下端方面的通讯。在电脑终端的信息数据通过“通讯协议”与单片机实现数据传递，达到电脑智能终端控制电子产品的“电子自动化”的目的。根据对信息传输显示的实时性，LED显示屏的通信传输控制有通信传输和视频传输。视频传输方式则是把LED显示屏与多媒体技术结合起来，实现了在LED显示屏上实时显示计算机监视器上的内容，也可播放录像及电视节目，一般用于播放实时信息的显示屏都采用视频控制方式具体传输是采用成对的专用长线传输接口电路。另外，随着计算机网络技术的发展，LED显示屏在网络环境下的使用情况越来越多，在多媒体、多种显示设备组成的信息显示系统中，采用智能化网络控制，联网控制多屏技术也在实际中得到应用[6]。§1.3论文主要研究内容及组织1.3.1问题的提出：用于图文显示的LED显示屏，如果只显示一些图形、文字，而对图象、动画以及信息的实时显示要求不高，而且信息的内容和屏与屏切换相对比较稳定，不需要固定计算机实时服务，只需要在控制显示屏的单7片机中加入存储块，实现信息的保存功能。1.3.2论文的主要研究内容：通过软件编辑实现图文编辑与传输。采用习惯的Windows窗体，开启文本编辑区，完成图形和文字的编辑工作。对所编辑的图形、文字做简单的图象处理，加入屏幕信息瞬间变换与滚动方式穿插显示的功能。在控制系统中实现字模的提取与保存，无需在单片机中加入汉字库。通过串口采用串行通讯方式，完成信息的传输。并且在控制系统中实现多屏信息合并单屏信息保存后传输的功能。通过对点阵模块和控制电路的分析，确定LED显示屏的部件构成；通过对单片机及智能控制模块的分析，确定LED显示屏的组成结构和驱动方式，实现LED显示屏的驱动。1.3.3论文的组织通过对软件系统的简要分析，在论文中将对其进行详细的研究与设计。具体组织安排如下：第二章：LED显示屏工作原理。在这一章中主要介绍：2.1 LED图文显示屏软件系统工作原理；2.2 LED图文显示屏硬件系统工作原理。第三章：系统分析。在这一章中，根据具体应用环境的要求，对整个系统进行详细的分析。主要介绍：3.1整体分析。对软件的整体结构、框架进行分析与研究；并对硬件部分构成以及各模块的功能做分析。3.2软件控制系统分析。在本节中，对系统的编辑、保存、预览功能进行详细的分析与研究；3.3设备驱动分析。通过对单片机以及各部分功能模块的分析实现总体设计方案。第四章：核心控制系统的设计与实现。通过第三章的系统分析，针对系统的难点、重点对其核心功能进行详细的设计与开发：具体的工作安排是：4.1编辑功能设计与实现；4.2字模保存技术；吉林大学硕士学位论文4.3第三节，图象预处理的设计与实现；4.4设备通讯，以次完成信息的传输；4.5在核心功能初步实现的基础上，对系统进行开发。第五章：在完成系统分析、系统设计的工作后，对整体工作进行总结。5.1工作总结；5.2工作展望。以上是本次毕业论文的工作安排。在随后的工作中，将根据这一计划逐步完成论文。LED显示屏控制系统9第二章LED显示屏工作原理现在一般把显示图形或文字的LED显示屏称为图文屏，其实LED图文显示屏并没有一个公认的严格的定义，这里所谓的图形，是指由单色固定亮度的点阵线条组成的任意图形，其中LED点阵发光器件或发光或熄灭，即只有两种状态。本系统设计正是基于LED图文显示屏实际应用，着重实现LED显示屏的图文编辑及设备驱动[17]。§2.1 LED图文显示屏软件模块工作原理LED图文显示屏软件系统的功能是实现需要联机动态显示和更新部分或全部LED图文显示屏系统显示内容。动态显示只是对文字显示来说的。在应用软件的支持下，录入的文字实时的由计算机下载给主控制器，并实时进行显示；更新显示内容时，计算机将录入的文字或图形数据下载给主控器，并存入存储器中。录入完毕移去计算机后，将显示更新后的内容；也可由计算机下达命令，显示固化的内容。因此，相应的应用软件主要由主界面、动态显示界面、图象预览界面、串口校验等界面组成。设计的应用软件在Windows操作系统下使用。2.1.1主控制界面的工作原理系统采用Windows标准风格的下拉菜单主界面，应该实现如下功能：在窗体菜单栏选择在更新显示内容时的图形、文字的编辑，颜色的选取控制，对于字模的提取与保存的控制以及对于存储的待显示信息的优化处理，动态效果的添加，文件传输前的调整和设备通讯前的设置功能。2.1.2效果处理界面原理系统要求满足：将保存后的单屏静态显示效果的信息文件打开，通过手工设置，确认将要实现如瞬间显示，由左至右滚动显示的效果；可以通过手工添加吉林大学硕士学位论文10实现多屏文件保存成一个文件通过串口传输。2.1.3设备通讯界面功能系统要求满足：在遵循串口通讯协议基础上，通过设置各项属性参数，实现文件传输功能。界面能够显示传输状态的文件信息，传输状态以及传输进度等。§2.2 LED图文显示屏硬件模块工作原理图文显示屏的硬件模块基本结构可以分为屏体和控制器两大部分。2.2.1屏体部分结构与功能屏体部分主要是LED和行列驱动电路构成。不论是图形还是文字，都是控制与组成这些图形或文字的各个点所在的位置相对应的LED器件发光。根据屏幕所需的平面面积大小，选择一定数量的LED。像数码管一类的LED显示器件只在需要发光的七段位置上布置LED器件，其它位置都是空白的，因此相对价格比较便宜。但是，由于数码管显示的信息有限，只有0---9（或再扩展到A---F）几个字符，这些字符的变化是靠组合7段LED的发光与否实现的。由于段数不多，组合形成的字符也不多。而用点阵方式构成图形或文字，是非常灵活的，可以根据需要任意组合和变化，只要设计好合适的数据文件，每个LED发光器件占据数据中的一位，通过对点阵上全部的LED进行控制，在需要该LED器件发光时数据中相应的位填1，否则填0，这样依照所需显示的图形文字，按显示屏的各行各列逐点填写显示数据，就可以构成一个显示数据文件，得到满意的显示效果。由于文字的显示点阵格式比较规范，可以采用现行计算机通用的字库字模，如汉字的宋体、楷体和黑体等多种可供选择的方案；其大小也可以有16*16、24*24、32*32、48*48等不同规格[7]。图文显示屏的颜色，有单色、双色和多色几种。本系统根据实际应用环境采用的是单色图文屏，采用红色的LED点阵单元，具体设计将在11后面章节阐述。对于双色图文屏和多色图文屏来说，在LED点阵的每一个“点”上布置两个或多个不同颜色的LED发光器件，对应于每种颜色都有自己的显示矩阵。显示的时候，各个颜色的显示点阵是分开控制的。事先设计好各种颜色的显示数据，显示时分别送到各自的显示点阵，即可实现预期的效果。每一种颜色的控制方法和单色的完全相同。在显示效果方面，完全可以通过扫描驱动方式实现可以感知的静止不动的效果---静态显示模式；通过随时间变化不断控制刷新显示数据可以实现各种动态显示模式，如闪烁、平移、旋转、缩放等，但这里对显示的数据进行的刷新并不意味着一定要重新编写显示数据，可以通过一定的算法从原来的显示数据直接生成。2.2.2控制器结构与功能由M行N列组成的M*N图文显示屏其LED发光器件数量相当大，不宜使用静态显示驱动电路，而采用多行的同名列共用一套列驱动器。控制电路负责有序的选通各行，在选通每一行之前还要把该行各列的数据准备好。这一行上的LED发光器件就可以根据列数据进行显示。这种时序控制电路，可以由布线逻辑完成，但考虑显示数据的存储和设计的灵活性及通用性，一般都采用单片机实现。吉林大学硕士学位论文图2-1单片机功能框图2.2.3单片机功能控制电路采用单片机，主要负责与上位机的通讯、控制存储显示数据模块、安排控制信号的定时与顺序、控制驱动LED显示点阵的电路等。2.2.4存储器一般的设置随机存储器接收上位机的数据进行保存，或者加设存储固化显示数据的存储器。2.2.5驱动电路用来驱动LED显示点阵的电路。2.2.6控制信号模块各种控制信号用来使显示屏正常工作，包括行选通信号、列数据移位信号、列数据输出锁存器打入信号、产生上下部分在时间上错开的SRCLK信号、清屏信号等。2.2.7查字模模块接口单片机系统存储模块行扫描电路及控制列扫描电路及控制行驱动列驱动384*192LED点阵LED显示屏控制系统13当需要由单片机来控制调用字模时，需要增设汉字模模块保存模块。本章小结本章通过实际应用的要求，阐述了LED显示屏软件与硬件控制系统的功能。对LED显示屏的软件系统的功能分析，基本介绍了作为图文信息编辑的软件设计所需要达到的功能，阐述了组成主控系统的各个功能模块的结构以及各自的功能。通过对LED显示屏硬件组成以及各部件的分析、各部分部件之间的关系的分析，确定了控制系统的硬件组成模块以及各模块的功能。吉林大学硕士学位论文14第三章系统分析根据LED显示屏控制系统的应用以及显示设备驱动的具体要求，本章设计了LED图文显示屏的体系结构和工作流程。其中软件系统与控制硬件主系统之间采用串行通讯方式完成程序下载，实现文本信息的传输。§3.1整体分析LED显示屏系统组成LED图文显示屏系统由软件控制系统、设备主控制器、LED显示点阵、电源等部分组成。基本结构如下图：图3-1 LED显示屏总体框架系统工作过程：其中软件控制系统主要完成的任务为图文编辑、字模提取与保存、上位机软件控制系统下位机单片机行驱动器各功能模块列驱动器LED显示点阵吉林大学硕士学位论文15图象预览与文件传输；硬件控制系统中LED点阵主要任务是通过电流控制完成信息显示，存储模块用来接收存储上位机的传输信息，通过单片机的扫描驱动方式的控制对LED点阵行列驱动，实现设备的驱动并最终实现接收的图文显示功能。§3.2软件模块分析与设计软件模块分为编辑部分和控制通讯部分，编辑部分实现图文文件的编辑功能，通讯部分通过串行通讯完成文件到单片机存储模块的传输。系统设计采用Windows操作系统下，开启文本编辑窗口，客户区内像数点采用与实际LED点阵显示屏像数点相同，功能类似Word文档编辑工具，包括编辑模块、绘图模块、文字编辑模块、颜色控制模块、显示效果加载模块、预览模块、信息下载模块。1编辑模块1）除Windows自生成的剪贴、复制、粘贴功能，系统加入了撤消、重复功能。（1）选中撤消功能可以实现之前编辑工作的一步步取消功能。（2）选中重复功能可以实现之前编辑工作的最近的一条操作命令。2）绘图：包括直线、矩形、椭圆、圆等在内的图形绘制功能。3）文字编辑：包括各种字体、字形、字号、效果、颜色的文字的编辑，并且根据应用的特殊用途，加入指定位置文字的编辑。（1）选中文字功能，弹出字体选择框体，可以选择各种字体的文字进行编辑（2）调出具体文字位置编辑对话框，输入文字和要求显示位置的横坐标和纵坐标。4）颜色控制模块：由于应用领域的具体特点，主要采用了红、绿、黄三种颜色，可以实现颜色控制。2、增添效果模块：通过增添显示效果和传输通讯中多屏文件单屏传送，完善了控制系统的功能。1）普通效果，静态的显示屏幕上的信息2）滚动效果，可以实现从左向右的信息滚动显示，可以与静态信息吉林大学硕士学位论文穿插显示。3）单屏信息传输，实现编辑待传输信息的保存。4）多屏信息传输，实现编辑保存好的单屏信息合并保存成一个文件，大大减少传输文件时的烦琐。3图象预览模块：在文件传输之前实现字模信息的预览功能，可以实现预览传输前所保存的任何形式的字模信息，并且直接集成到工具栏文件打开功能键按钮。1）显示效果，通过文件传输前的预览，可以调整静态与滚动显示效果的排列顺序。2）显示时间，显示不同屏幕显示信息之间的时间间隔。4设备通讯模块：信息下载模块控制信息传输的实现，包括所传输文件名及其传输过程的进度以及最终成功与否。1）通讯设置，打开加载欲传输的文件2）文件传输，连接好必要的通讯数据线、确定欲传输的文件便可以实现设备间的通讯，并在传输过程中确认传输状态、传输进度与传输结果。LED显示屏控制系统功能模块图如图所示：LED显示屏控制系统17§3.3硬件模块分析与设计硬件模块主要完成LED显示屏的驱动任务，通过与上位机间的通讯接收文件信息并保存，通过行列驱动器控制完成LED点阵的驱动。由于待显示信息的字模提取通过软件模块完成，所以硬件系统不再增设字库存储模块。1.单片机下位机采用8031单片机，与计算机之间采用串口通讯，通过控制电路驱动各模块的工作。2.数据锁存模块采用74HC595附带输出锁存端子的8位移位寄存器。3.LED器件的驱动通过控制电路采用动态扫描的方式。4.整体电路显示数据输出电路主要功能是进行逐行扫描和将串行数据依次输出到LED显示单元模块。吉林大学硕士学位论文185.传输数据的保存通过EPROM扩展8031单片机的存储，固化保存待显示信息。通过第二节和第三节的分析，可以得出从控制系统到LED显示屏的整体结构图：图3-3 LED显示屏整体结构图本章小结本章根据LED显示屏的控制系统的功能要求，对整个控制系统所需要实现的功能做了整体的分析，并根据显示设备的工作原理阐述了计算控制系统编辑模块增添效果模块图象预览模块设备通讯模块LED显示点阵串口通讯驱动存储信息硬件控制模块吉林大学硕士学位论文19机与设备的通讯方式与具体实现过程。通过在计算机显示屏开启标准Windows文本窗口，在其中实现各种功能模块。在通讯方面，采用串口通讯的方式，通过与具体设备的通讯完成文本信息的传输功能。吉林大学硕士学位论文20第四章软件控制系统的设计与实现在LED显示屏的软件控制系统中，文本信息的编辑、字模信息的保存、显示效果的处理、图象预览以及设备通讯是设计的核心工作。下面就这四个核心功能做详细的研究与设计。§4.1编辑功能设计与实现在LED显示屏上展现所要显示的内容以及效果，编辑工作是最重要的环节之一。本系统在设计时采用VC6.0开发工具，用VC++完成整个设计工作。基于MFC AppWizard建立工程，以单文档View的形式开启文本区。下面对工程进行分析和设计：1文本区的开启：由于所应用的LED显示屏的像素点数量已定，而计算机屏幕的分辨率显然远远高于显示屏，这样造成逻辑坐标的不同，即而显示的图像会有扭曲、拉长甚至失真情况。所以可以通过选择开启窗口的计算机屏幕像素点与显示屏像素数之间恰当的比例来减小误差。现在用来解决此问题的方法很多。例如点阵数据的压缩方法，由于在Windows环境下，系统默认的每个汉字为4000多点，而16*16点阵一个字的大屏幕，每个汉字为256点，所以根据计算，可以采用间隔取点的方式，在横向和纵向每隔12个点取一个点，每个汉字256个点组成的原理来压缩数据。但为了图像不失真，本系统采用所开启文本区与显示屏像素数完全相同的方式，从而避免了圆变椭圆，正方形变矩形，甚至连划斜线时的斜率也不会变。CMainFrame::PreCreateWindow函数用来设置整个窗口的大小，但是窗口外框还包括菜单，工具栏，状态栏与客户区。而系统定义的文本区要求精确的client area，用于字模信息保存。所以表示客户区大小的纵坐标要加上状态栏与工具栏的高度，甚至菜单与窗口外框的边缘也要扣吉林大学硕士学位论文除[1]。SetClientSize()//设置客户区大小的函数{CRect rect;CSize winSize;int cx,cy=0;CControlBar*pBar;pBar=GetControlBar(AFX_IDW_STATUS_BAR);if((pBar!=NULL)&&(pBar->IsWindowVisible())){pBar->GetWindowRect(rect);winSize=rect.Size();cy+=(winSize.cy);}pBar=GetControlBar(AFX_IDW_TOOLBAR);if((pBar!=NULL)&&(pBar->IsWindowVisible())){pBar->GetWindowRect(rect);winSize=rect.Size();cy+=(winSize.cy*2);}cx=384+(384-m_clientSize.cx);cy+=(192+(192-m_clientSize.cy));GetWindowRect(rect);SetWindowPos(this,rect.left,rect.top,cx,cy,SWP_NOZORDER);}OnViewStatusBar(){CFrameWnd::OnBarCheck(ID_VIEW_STATUS_BAR);SetClientSize();}通过对客户区的精确控制，可以真正的使文本区的象素点数与显示屏的平面发光点数对应，而且为了编辑操作过程中不至于因为失误造成文本区内的象素改变，所以系统限制了窗体最大化控制[3][4]：cs.style&=~WS_MAXIMIZEBOX;//取消最大化使窗体大小固定。2编辑功能设计：在控制系统中，把文字与图形的输入通通想象成是图象的编辑，这样就象在画板上一样，随心所欲的完成编辑工作。LED显示屏控制系统22MFC的绘图都是通过Device Context(它是设备与数据之间的媒介，可以缩写为DC)来将绘图输出到一个设备上。DC中存储设备的属性与输出绘图的数据。在MFC中要输出绘图数据至一个设备上，必须准备一个针对此设备的DC对象，它是继承于CDC的类的对象。这个DC对象可以使用CDC类的一些绘图函数(如画线、圆、方形等)。每个DC必须附着一些所谓的GDI object(GDI对象，如常见的画笔、画刷、字形、位图等画图工具)以配合DC的绘图函数。系统通过编写Line()函数画直线、Rectangle()函数画矩形、Ellipse()函数画椭圆、Circle()函数完成图形的编辑[2][3]。需要指出的是将newPen析构：调用newPen.DeleteObject()方法。GDI对象的析构很重要，特别是自己创建的对象，一定要在适当的时机(GDI对象已经不在附着在DC时)去掉。解除附着的方法只有以SelectObject函数选择别的新的对象(旧的对象会自动被消除)。可以选择MFC预存的对象来解除对象的依附关系，因为MFC预存的对象会在不用的时候自动析构。DeleteObject是CGdiObject类公开的成员函数，所以它的子类都可以使用。文字的输入：通过CFontDialog类生成一个选择字体类型(font)的对话框。CDC*pDC=GetDC();LOGFONT m_lFont;COLORREF m_cTextColor;CFont myFont;CFont*pOldFont;CFontDialog FontDlg;FontDlg.m_cf.lpLogFont=&m_lFont;FontDlg.m_cf.rgbColors=m_cTextColor;FontDlg.m_cf.Flags!=CF_INITTOLOGFONTSTRUCT;if(FontDlg.DoModal()==IDOK){FontDlg.GetCurrentFont(&m_lFont);m_cTextColor=FontDlg.GetColor();吉林大学硕士学位论文23}调用系统自带的输入法，包括文字的字体、字形、颜色、效果等。系统加载TextDialog对话框，以文本编辑区左上顶点为坐标原点，向右为X轴正方向，向下为Y轴正方向建立逻辑坐标系，实现文字指定位置的编辑：CString str;CTextDlg TextDlg;//CRect rect(TextDlg.m_ctrEdit.GetClientRect());if(TextDlg.DoModal()==IDOK){CRect rect(TextDlg.m_iPosX,TextDlg.m_iPosY,TextDlg.m_iPosX+1000,TextDlg.m_iPosY+1000);str=TextDlg.m_sText;myFont.CreateFontIndirect(&m_lFont);pOldFont=pDC->SelectObject(&myFont);pDC->SetTextColor(m_cTextColor);pDC->DrawText(str,rect,0);pDC->SelectObject(pOldFont);SaveInStack();}在OnFont()函数中嵌入TextDialog()函数，DDX_Text(pDX,IDC_POS_X,m_iPosX)；//文本区内文字输入X轴DDX_Text(pDX,IDC_POS_Y,m_iPosY)；//文本区内文字输入Y轴颜色的控制：在Windows系统中，色彩是以ture color来定义的，即COLORREF它是一个四字节字，其中的3个字节分别代表红，绿，蓝三种基本单色，也就是每一个基本单色由一个字节来表示，亦即每一个基本单色有256种色阶。所以True color有16777216种色彩变化。虽然计算机内定义了这么多颜色，但是对于应用与现实生活中的LED显示屏来说无须也无法达到。因为人眼对不同颜色光线的敏感程度不同，并且红、绿和黄三种颜色是人眼视觉细胞最敏感的，所以这三种颜色成为基色，通过其不同比例的混合就能实现从白到黑的各种颜色。所以也正是应用于交通警吉林大学硕士学位论文24视最为普遍的颜色。LED显示屏应用于交通指挥大厅的法律宣传，为公众传输信息以及服务，基于特殊的应用领域，图文显示屏都只有三种颜色的变化。所以控制系统在工具栏内只添加了以上三种颜色满足今后扩展的要求。§4.2字模提取4.2.1字模简介文字的字模是一组数字，但它的意义却与数字的意义有着根本的变化，它是用数字的各位信息来记载英文或汉字的形状[1]。在电脑硬件中，根本没有汉字这个概念，也没有英文的概念，其认识的概念只有——内码（将ASCII表的高128个很少用到的数值以两个为一组来表示汉字，即汉字的内码。而剩下的低128位则留给英文字符使用，即英文的内码）。如果你用启动盘启动系统后用DIR命令可能得到一串串莫名其妙的字符，但那确确实实是汉字，如果你启动UCDOS或其他的汉字系统后，就会看到那是一个个熟悉的汉字。在硬件系统内，英文的字模信息一般固化在ROM里，即使在没有进入系统的CMOS里，也可以让你看到英文字符。而在DOS下，中文的字模信息一般记录在汉字库文件里（将制作好的字模放到一个个标准的库中，这就是点阵字库文件）。4.2.2 LED显示屏领域字模实现技术在通过软件实现的技术中，目前有许多字模生成软件，软件打开后输入汉字，点“检取”，十六进制数据的汉字代码即可自动生成，把我们所需要的竖排数据复制到我们的程序中即可。在通过硬件实现字模提取的技术中，有在单片机系统中增加硬汉字库的方法，主控器发送的汉字是其机内码，用两个字节来表示一个汉字。根据机内码，显示单元控制模块从汉字库中查取显示字模，实现汉字显示。由于带有硬汉字库，进行动态文字显示时，通用智能显示单元仅接受汉字的机内码即可，这样数据通讯量大大减少。因此，“动态文字显示速度快”。4.2.3软件控制系统字模提取的分析与设计而在LED显示屏控制系统具体应用的Windows操作系统下如何提取吉林大学硕士学位论文字模信息是设计的核心。软件控制系统在实际编辑过程中，要求各种字体、字号的文字都能被编辑、保存。所以系统在设计时，把文本区理解为由众多的象素点构成，而把不同字体、字号的文字理解为一幅图像。因为所开启的文本区大小与LED显示屏的大小对应，所以采用16*16点阵为单位，把文本区内的每个像素点都看成一个二维数组，由于系统中各种颜色都有对应的值，赋予每个不同颜色的像素点不同的对应值，再把每个点赋予一个int型的值，这样保存下来的信息就是二进制数据。通过这样的设计，我们不仅可以把任何字型，任何大小的文字保存下来，还可以显示以256个像素点阵为单位的任何图形。在软件控制系统中实现字模的提取，也就避免了在单片机中加载硬汉字库模块，从而简化了硬件模块的设计。以下以单色屏为例，介绍系统采用字模保存的算法设计定义COLORREF zimo_color//像素点的颜色，判断某个点的颜色值。如果值为0xffffff，说明此点为白色，赋予此点值0。由于单色屏只有红色和不显色两种，所以可以简单赋值为除白色外其余点赋值为1。CClientDC dc(this);CFile myfile;unsigned int zimo[192][384]={0};unsigned char zimo_data[192][48]={0};COLORREF zimo_color;int row,col;this->HideCaret();for(row=0;row<192;row++){for(col=0;col<384;col++){zimo_color=dc.GetPixel(col,row);if(zimo_color==0xffffff){zimo[row][col]=0;}else{zimo[row][col]=1;}}}定义unsigned int zimo[192][384]={0};//文本区像素点以8位为一字节（因为在随后的串行通讯中，传输的数据是8位的二进制数据）定义unsigned char zimo_data[192][48]={0};this->ShowCaret();LED显示屏控制系统26int i,j,k;for(i=0;i<192;i++){for(j=0;j<48;j++){for(k=0;k<8;k++){zimo_data[i][j]+=zimo[i][8*j+k]*((int)pow(2,(7-k)));}}}§4.3效果添加与预览功能的设计与实现在当今高度信息化的社会，图形图像等形象性信息所占比例日益提高，计算机在各种信息处理中正发挥着重要作用。由于数字化技术、计算机技术的介入，传统的模拟图像为住的电视界已开始全面进入数字化的数字广播时代。从电子显微镜下的微观世界，到卫星图像所拍广阔领域，图像处理在实际生活中广泛应用：把文档、图形等图像化的办公图像处理；医用X射线CT（Computer Tomography,计算机断层摄影）机为代表的医用图像处理；用于人造卫星拍摄的遥感图像处理以及广播电视、电影界中的图像处理等。为了增强显示效果，LED显示屏也可以有多种显示模式。4.3.1硬件模块处理显示模式技术LED图文显示屏可以增添多种显示模式，从而增强显示效果。产生不同显示模式的方法，主要是随时间变化不断控制刷新显示数据。但对于显示数据的刷新，并不意味着一定要重新编写显示数据，可以通过一定的算法从原来的显示数据直接生成。可以按顺序调整行号，使显示图文产生上下平移；而顺序调整列显示数据的位置，就可以达到左右平移的目的；同时调整行列顺序，就能得到对角线平移的效果。4.3.2软件模块直接加载效果技术如果对于信息数据的刷新算法过于复杂，可以考虑直接生成带有显示模式的数据。经过系统的分析与设计，采用在文本区内，完成对文字及图形的编辑工作，完成字模的提取与保存后，通过算法设计，增添滚动显示模式。1滚动显示模式的设计与实现吉林大学硕士学位论文27屏幕显示滚动效果在PreviewDialog内，加入button选项，即实现多屏信息保存时，根据需要普通效果与滚动效果穿插选择达到最终保存的目的：for(unsigned char i=0;i