基于USB和OLED的分布式多屏電子公告系統(tǒng)設(shè)計(jì)

引言

??? 新一代顯示器件有機(jī)電致發(fā)光顯示器件OLED(Organic Light Emitting Diode)厚度為L(zhǎng)CD的1／3，響應(yīng)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(dòng)發(fā)光的特性使其幾乎沒(méi)有視角問(wèn)題，在很大的角度內(nèi)觀看，顯示廁面仍不失真；OLED能夠在不同材質(zhì)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(hù)外大屏幕電子屏廣告顯示領(lǐng)域?；谏鲜鰞?yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)一套能在多個(gè)公共場(chǎng)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(xiàn)(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(shè)計(jì)

??? 多場(chǎng)合同步發(fā)布電子廣告屏系統(tǒng)由位于Internet網(wǎng)絡(luò)的PC機(jī)(上位機(jī))和位于各LED控制器上的單片機(jī)(下位機(jī))組成，采用USB總線(xiàn)進(jìn)行主從式通信。圖1為控制系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)框圖。上位機(jī)主要完成圖文編輯、字模提取與保存、圖像預(yù)覽與文件傳輸?shù)热蝿?wù)；下位機(jī)通過(guò)一定的掃描驅(qū)動(dòng)方式控制OLED點(diǎn)陣行列驅(qū)動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)并最終接收并顯示圖文。由于采用USB總線(xiàn)，可順利實(shí)現(xiàn)多屏連接。

3 OLED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

??? OLED的驅(qū)動(dòng)方式屬于電流驅(qū)動(dòng)。圖2是有源矩陣OLED像素的驅(qū)動(dòng)原理圖。

??? 與液晶像素相比，OLED像素驅(qū)動(dòng)多一個(gè)晶體管VT2，它能在VT1截止時(shí)給OLED像素提供發(fā)光的電流。當(dāng)行信號(hào)端輸入高電壓選通信號(hào)，VT1處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，列同步輸入相應(yīng)電壓，向電容C充電同時(shí)控制流過(guò)VT2的電流的大小。當(dāng)行信號(hào)端輸入低電壓信號(hào)時(shí)，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(wú)源驅(qū)動(dòng)方式。假設(shè)OLED顯示屏有n行m列像素點(diǎn)，若使第x行與第y列交叉的發(fā)光元件發(fā)光(導(dǎo)通)，僅需使列驅(qū)動(dòng)電路的第y列選通開(kāi)關(guān)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(shí)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(shí)間，TFRM=1/fFRM;每一行的掃描時(shí)間TLINE在幀頻確定的情況下是確定的，即TLINE=TFRM/N。

??? 設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路采用PT6807、PT6808、PT6807是點(diǎn)陣0LED圖形顯示系統(tǒng)64路行驅(qū)動(dòng)器，它利用CMOS技術(shù)，提供64個(gè)移位寄存器和64路輸出驅(qū)動(dòng)，PT6807自己產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)控制PT6808列驅(qū)動(dòng)器。以128x128點(diǎn)陣為例說(shuō)明具體的操作，點(diǎn)陣驅(qū)動(dòng)模塊接口如圖4所示。為讀出顯示數(shù)據(jù)RAM中的內(nèi)容，需訪(fǎng)問(wèn)讀指令2次，第1次訪(fǎng)問(wèn)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(fǎng)問(wèn)中，MPU讀鎖存數(shù)據(jù)。即在讀顯示數(shù)據(jù)RAM時(shí)需1次假讀，但在讀狀態(tài)數(shù)據(jù)時(shí)無(wú)需假讀。

4 單片機(jī)存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)

??? OLED電子屏以漢字顯示為主，而存儲(chǔ)一個(gè)漢字需32x32=1 024 b=128 B的空間。而AT89C51內(nèi)部存儲(chǔ)空間有限，擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，采用62256SRAM，每片可存儲(chǔ)256個(gè)漢字，用8片能顯示常見(jiàn)的2 000多個(gè)漢字。另外，由于系統(tǒng)需調(diào)用的程序和數(shù)據(jù)較多，所以在外部擴(kuò)展1片程序存儲(chǔ)器，使除堆棧、隊(duì)列等頻繁使用的結(jié)構(gòu)外，其他類(lèi)似初始化狀態(tài)字等不占用片內(nèi)存儲(chǔ)器，避免片內(nèi)數(shù)據(jù)阻塞。

5 USB接口的硬件設(shè)計(jì)

??? 上位機(jī)向下位機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸通過(guò)專(zhuān)用USB通信控制器件PDIUSBD12實(shí)現(xiàn)。該器件支持3個(gè)USB端點(diǎn)，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(dá)1 Mb／s，其與AT89C51單片機(jī)的棒口電路如圖5所示。

6 軟件設(shè)計(jì)

??? 軟件系統(tǒng)包括USB驅(qū)動(dòng)固件和圖文資料處理兩部分。設(shè)備固件是設(shè)備運(yùn)行的核心，采用C語(yǔ)言編寫(xiě)。其主要功能是通過(guò)PDIUSBD12實(shí)時(shí)下傳數(shù)據(jù)至單片機(jī)。程序主要分初始化、數(shù)據(jù)處理、控制和USB通信4個(gè)模塊。設(shè)備與微機(jī)相連后，初始化模塊對(duì)設(shè)備進(jìn)行初始化配置；數(shù)據(jù)處理模塊預(yù)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(fù)責(zé)主機(jī)與前端硬件的通信，是同件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。USB通信同件設(shè)計(jì)的目標(biāo)是使PDIUSBD12在USB上達(dá)到最大的傳輸速率。在程序中需定義USB設(shè)備的GUID，通過(guò)USB驅(qū)動(dòng)程序與USB設(shè)備連通，且需利用Windows的API函數(shù)取得USB設(shè)備的Handle。根據(jù)USB協(xié)議，任何傳輸都由主機(jī)(Host)開(kāi)始。單片機(jī)進(jìn)行其前臺(tái)工作，等待中斷。主機(jī)首先發(fā)令牌包給PDIUSBD12，PDIUSBD12接收到令牌包后就給單片機(jī)發(fā)中斷。單片機(jī)進(jìn)入中斷服務(wù)程序，首先讀PDIUSBD12的中斷寄存器，判斷USB令牌包的類(lèi)型，然后執(zhí)行相應(yīng)操作。PDIUSBD12采用SIE管理USB通信。當(dāng)主機(jī)與器件進(jìn)行USB通信時(shí)，會(huì)產(chǎn)生外部中斷0，通過(guò)中斷矢量寄存器判斷。Setup_packed_Int、Input_endpoint0_Int、Output_endpoint0_Int這3個(gè)中斷主要用于與主機(jī)建立連接、進(jìn)行控制傳輸或中斷傳輸；Input_endpoint1_Int、Output_endpoint1_Int這兩個(gè)中斷主要在批量傳輸時(shí)使用。在同件中分別執(zhí)行不同的中斷程序?qū)崿F(xiàn)USB的數(shù)據(jù)傳輸。外部中斷0程序如下：

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7 結(jié)論

??? OLED顯示技術(shù)有著廣泛的應(yīng)用前景，其能在-40℃正常顯示并可在180°范圍內(nèi)觀看，能夠做成任何形狀，放到任意物體的表面，特別適于戶(hù)外大屏幕電子屏廣告顯示領(lǐng)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(jié)合使大屏幕電子公告同步發(fā)布系統(tǒng)性能更加優(yōu)越。