基于USB和OLED的分布式多屏电子公告系统设计

新一代显示器件有机电致发光显示器件OLED(Organic Light Emitting Diode)厚度为LCD的1／3，响应速度是LCD元件的1 000倍，低温特性好，在－40℃能正常显示，OLED主动发光的特性使其几乎没有视角问题，在很大的角度内观看，显示厕面仍不失真；OLED能够在不同材质的基板上制造，可做成能弯曲的柔软显示器；外形不受限制，可以是任何形状；可以放到任意物体的表面，所以特别适于户外大屏幕电子屏广告显示领域。基于上述优点，设计开发一套能在多个公共场合(如厂区、校区)同步发布电子公告的多电子图文广告屏。该系统基于通用串行总线(USB)传输，速度快、可靠性高，有效地克服了传统广告图文传输的缺陷。  

2 系统设计  

多场合同步发布电子广告屏系统由位于Internet网络的PC机(上位机)和位于各LED控制器上的单片机(下位机)组成，采用USB总线进行主从式通信。图1为控制系统的逻辑结构框图。上位机主要完成图文编辑、字模提取与保存、图像预览与文件传输等任务；下位机通过一定的扫描驱动方式控制OLED点阵行列驱动器，实现设备的驱动并最终接收并显示图文。由于采用USB总线，可顺利实现多屏连接。  


  
3 OLED驱动电路设计  

OLED的驱动方式属于电流驱动。图2是有源矩阵OLED像素的驱动原理图。  


  
与液晶像素相比，OLED像素驱动多一个晶体管VT2，它能在VT1截止时给OLED像素提供发光的电流。当行信号端输入高电压选通信号，VT1处于导通状态时，列同步输入相应电压，向电容C充电同时控制流过VT2的电流的大小。当行信号端输入低电压信号时，VT1截止，由电容C为VT2管提供栅极电压，继续控制VT2的漏极电流，维持像素继续发光。  

系统中的OLED采用无源驱动方式。假设OLED显示屏有n行m列像素点，若使第x行与第y列交叉的发光元件发光(导通)，仅需使列驱动电路的第y列选通开关闭合，输出高电平，并使行扫描电路的第x行输出低电平，其扫描时序图如图3所示。其中TFRM为帧周期，TLINE为行扫描周期，确定帧频率fFRM后也即确定一帧的时间，TFRM=1/fFRM;每一行的扫描时间TLINE在帧频确定的情况下是确定的，即TLINE=TFRM/N。  


  
设计的驱动电路采用PT6807、PT6808、PT6807是点阵0LED图形显示系统64路行驱动器，它利用CMOS技术，提供64个移位寄存器和64路输出驱动，PT6807自己产生时钟信号控制PT6808列驱动器。以128x128点阵为例说明具体的操作，点阵驱动模块接口如图4所示。为读出显示数据RAM中的内容，需访问读指令2次，第1次访问中，显示数据RAM中的数据被锁存到输出寄存器中，在第2次访问中，MPU读锁存数据。即在读显示数据RAM时需1次假读，但在读状态数据时无需假读。  


  
4 单片机存储器设计  

OLED电子屏以汉字显示为主，而存储一个汉字需32x32=1 024 b=128 B的空间。而AT89C51内部存储空间有限，扩展数据存储器，采用62256SRAM，每片可存储256个汉字，用8片能显示常见的2 000多个汉字。另外，由于系统需调用的程序和数据较多，所以在外部扩展1片程序存储器，使除堆栈、队列等频繁使用的结构外，其他类似初始化状态字等不占用片内存储器，避免片内数据阻塞。  

5 USB接口的硬件设计  

上位机向下位机的数据传输通过专用USB通信控制器件PDIUSBD12实现。该器件支持3个USB端点，采用多种中断方式方便于块传输(Bulk)和同步传输(Isochronous)，块传输和同步传输的数据传输速率均可达1 Mb／s，其与AT89C51单片机的棒口电路如图5所示。  


  
6 软件设计  

软件系统包括USB驱动固件和图文资料处理两部分。设备固件是设备运行的核心，采用C语言编写。其主要功能是通过PDIUSBD12实时下传数据至单片机。程序主要分初始化、数据处理、控制和USB通信4个模块。设备与微机相连后，初始化模块对设备进行初始化配置；数据处理模块预处理前端数据；控制模块则用于控制前端硬件；而USB通信模块负责主机与前端硬件的通信，是同件设计的关键。USB通信同件设计的目标是使PDIUSBD12在USB上达到最大的传输速率。在程序中需定义USB设备的GUID，通过USB驱动程序与USB设备连通，且需利用Windows的API函数取得USB设备的Handle。根据USB协议，任何传输都由主机(Host)开始。单片机进行其前台工作，等待中断。主机首先发令牌包给PDIUSBD12，PDIUSBD12接收到令牌包后就给单片机发中断。单片机进入中断服务程序，首先读PDIUSBD12的中断寄存器，判断USB令牌包的类型，然后执行相应操作。PDIUSBD12采用SIE管理USB通信。当主机与器件进行USB通信时，会产生外部中断0，通过中断矢量寄存器判断。Setup_packed_Int、Input_endpoint0_Int、Output_endpoint0_Int这3个中断主要用于与主机建立连接、进行控制传输或中断传输；Input_endpoint1_Int、Output_endpoint1_Int这两个中断主要在批量传输时使用。在同件中分别执行不同的中断程序实现USB的数据传输。外部中断0程序如下：  


  
7 结论  

OLED显示技术有着广泛的应用前景，其能在-40℃正常显示并可在180°范围内观看，能够做成任何形状，放到任意物体的表面，特别适于户外大屏幕电子屏广告显示领域，而USB接口适用于高速数据传输，可用作便携式系统的接口，二者的完美结合使大屏幕电子公告同步发布系统性能更加优越。