一種低成本的RGB全彩顯示屏控制器的開(kāi)發(fā)

熊建橋+劉友英+伏瑋+顧家瑋+馮凱

【摘 要】RGB色彩模式是工業(yè)界的一種顏色標(biāo)準(zhǔn)，是通過(guò)對(duì)紅（R）、綠（G）、藍(lán)（B）三個(gè)顏色通道的變化以及它們相互之間的疊加來(lái)得到各式各樣的顏色的。RGB是目前運(yùn)用最廣的顏色系統(tǒng)之一。然而目前市面常見(jiàn)的RGB多為高端控制器，芯片主頻高，同時(shí)也價(jià)格不菲，對(duì)于中低端用戶而言使用成本較高，因此作者設(shè)計(jì)了一種基于STC12系列單片機(jī)的低成本的RGB控制器，能滿足中低端應(yīng)用需求。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī)；RGB；點(diǎn)陣

【Abstract】RGB color model is the color standard in industry. It gets all kinds of colors by changes of Red（R）， Green（G）， Blue（B）， these 3 colors channels and the superposition of each other . RGB is one of the most used color systems. However， RGB is common seen in high quality controllers on present market. The dominant frequency of chip is high， But they are very expensive. So it will bring high cost of use to mid-and low-end users. Therefore， the designer designs one RGB controller of low cost based on SCM STC12 series. It can meet the low end of the application needs.

【Key words】SCM； RGB； Dot matrix

0 引言

目前的顯示器大都是采用了RGB顏色標(biāo)準(zhǔn)，在顯示器上，是通過(guò)電子槍打在屏幕的紅、綠、藍(lán)三色發(fā)光極上來(lái)產(chǎn)生色彩的，目前的電腦一般都能顯示32位顏色，有一千萬(wàn)種以上的顏色。電腦屏幕上的所有顏色，都由這紅色、綠色、藍(lán)色三種色光按照不同的比例混合而成的。一組紅色、綠色、藍(lán)色就是一個(gè)最小的顯示單位。屏幕上的任何一個(gè)顏色都可以由一組RGB值來(lái)記錄和表達(dá)。因此這紅色綠色藍(lán)色又稱為三原色光，用英文表示就是R（red）、G（green）、B（blue）。RGB的所謂“多少”就是指亮度，并使用整數(shù)來(lái)表示。通常情況下，RGB各有256級(jí)亮度，用數(shù)字表示為從0、1、2......直到255。注意雖然數(shù)字最高是255，但0也是數(shù)值之一，因此共256級(jí)。如同2000年到2010年共是11年一樣。按照計(jì)算，256級(jí)的RGB色彩總共能組合出約1678萬(wàn)種色彩，即256×256×256=16777216。通常也被簡(jiǎn)稱為1600萬(wàn)色或千萬(wàn)色。也稱為24位色（2的24次方）。在led領(lǐng)域利用三合一點(diǎn)陣全彩技術(shù)， 即在一個(gè)發(fā)光單元里由RGB三色晶片組成全彩像素。隨著這一技術(shù)的不斷成熟，led顯示技術(shù)會(huì)給人們帶來(lái)更加豐富真實(shí)的色彩感受。結(jié)合實(shí)際需要，作者設(shè)計(jì)了一種面向中低端用戶的低成本RGB控制器，其系統(tǒng)整體分為硬件和軟件兩大部分。

1 硬件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用STC公司的stc12c5a60s2單片機(jī)，市面價(jià)格在七八元左右，可以配合更高頻率的晶振，使單片機(jī)的運(yùn)行頻率高于普通的51單片機(jī)。點(diǎn)陣屏的刷新頻率滿足設(shè)計(jì)要求，人眼看不到明顯閃爍。此外本設(shè)計(jì)兼容有線和無(wú)線改字方式。有線方式下，本控制器采用ch340USB轉(zhuǎn)串口芯片，波特率為9600，采用自己編寫的一套傳輸協(xié)議。無(wú)線方式下，采用了藍(lán)牙3.0可以使用手機(jī)或其他具備藍(lán)牙功能的手持設(shè)備改變顯示內(nèi)容。減小了RGB點(diǎn)陣的使用成本。硬件框架圖如圖1所示，RGB控制器控制器電路圖如圖1所示，控制器PCB圖為圖3所示。

硬件部分包括時(shí)鐘、電源、復(fù)位電路組成的單片機(jī)最小系統(tǒng)，由USB轉(zhuǎn)串口電路和藍(lán)牙模塊組成通信部分，使用標(biāo)準(zhǔn)HUB75接口與點(diǎn)陣屏連接，并且HUB75口具有級(jí)聯(lián)能力。

2 軟件編程

在本設(shè)計(jì)中的行掃描驅(qū)動(dòng)采用并口驅(qū)動(dòng)，而場(chǎng)掃描驅(qū)動(dòng)采用出串口驅(qū)動(dòng)。

2.1 行掃描驅(qū)動(dòng)

雖然32*64點(diǎn)陣顯示器有32行，但可以分為兩塊16*64的點(diǎn)陣屏，兩塊公用一個(gè)行選擇口，獨(dú)立擁有R、G、B接口。為充分利用單片機(jī)的接口，點(diǎn)陣屏上加入了一個(gè)4-16線譯碼器，其輸入是一個(gè)16進(jìn)制碼，解碼輸出為低態(tài)掃描信號(hào)。HUB75B接口中，A、B、C、D為輸入腳，就會(huì)形成16種不同的輸入狀態(tài)，然后使每種狀態(tài)下只控制一路輸出。

2.2 場(chǎng)掃描驅(qū)動(dòng)

本設(shè)計(jì)場(chǎng)掃描驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)可用串入并出的通用集成電路74HC595來(lái)作為數(shù)據(jù)所存。74HC595是一個(gè)八位串行輸入三態(tài)并行輸出的移位寄存器，其中SI是串行數(shù)據(jù)的輸入端，RCK是存儲(chǔ)寄存器的輸入時(shí)鐘，SCK是移位寄存器的輸入時(shí)鐘，QH是串入數(shù)據(jù)的輸出，G是對(duì)輸入數(shù)據(jù)的輸出使能控制，QA～QH為串入數(shù)據(jù)的并行輸出。從SI口輸入的數(shù)據(jù)可在移位寄存器的SCK腳上升沿的作用下輸入到74HC595中，并在RCK腳的上升沿作用下將輸入的數(shù)據(jù)鎖存在74HC595中，這樣當(dāng)G為低電平時(shí)，數(shù)據(jù)便可并行輸出。

本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖4所示。軟件系統(tǒng)的功能主要是向屏體提供顯示數(shù)據(jù)，用來(lái)產(chǎn)生各種控制信號(hào)，使屏體按照控制的要求進(jìn)行顯示。軟件設(shè)計(jì)包括顯示和通信兩部分。顯示部分主要控制對(duì)要顯示內(nèi)容（文字、數(shù)據(jù)）的信息的傳輸功能，使其正確顯示。整體采用動(dòng)態(tài)掃描的方式。與上位PC機(jī)或者移動(dòng)終端的實(shí)時(shí)通信部分主要是利用單片機(jī)串口中斷接收和發(fā)送數(shù)據(jù)信息。

3 系統(tǒng)調(diào)試

上位機(jī)通過(guò)串口給控制器發(fā)送更改顯示內(nèi)容的指令。四個(gè)八位數(shù)據(jù)組成一個(gè)通信指令。例如上位機(jī)發(fā)送了“01 02 XX XX”的指令，對(duì)應(yīng)顯示信息為一號(hào)點(diǎn)陣屏顯示二號(hào)字符串中內(nèi)容，后面兩個(gè)數(shù)據(jù)為用戶自定義數(shù)據(jù)。

上位機(jī)和手機(jī)終端調(diào)試界面如下圖所示，串口波特率為9600，8位數(shù)據(jù)位，一位停止位。

調(diào)試過(guò)程中，假設(shè)本設(shè)計(jì)在超市作為商品價(jià)格標(biāo)簽使用，通過(guò)手機(jī)或者上位機(jī)改變顯示的商品內(nèi)容和價(jià)格。具體調(diào)試情況如下圖所示，控制器級(jí)聯(lián)了三塊RGB點(diǎn)陣屏，而且能過(guò)獨(dú)立顯示，運(yùn)行穩(wěn)定，達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)目的。

4 總結(jié)

市場(chǎng)上目前大多為RGB高端控制器，雖然兼容多種通信方式，芯片主頻高，但是往往價(jià)格不菲。然而本設(shè)計(jì)成本低廉，適用于中低端RGB用戶，并且兼容了有線和無(wú)線修改顯示內(nèi)容的方式，單片機(jī)主頻高，掃面速度快，具有良好的應(yīng)用前景和市場(chǎng)價(jià)值。

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[責(zé)任編輯：王偉平]