專利名稱：一種顯示原理演示儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以嵌入式微處理器為控制核心的直觀的教學(xué)用的顯示原理演示儀，具體地說是進(jìn)行信息顯示原理演示的一種儀器。
背景技術(shù)：
顯示技術(shù)作為人機聯(lián)系和信息展示的窗口廣泛應(yīng)用于娛樂、通信、工業(yè)、軍事、交通、教育、航空航天、衛(wèi)星遙感和醫(yī)療等各個方面。目前，學(xué)校對于顯示原理方面的教學(xué)主要采用書本上文字說明和教師的口頭講解形式。學(xué)生對顯示原理的直觀認(rèn)識，也只是基于已經(jīng)大量使用的電腦顯示屏或家用電視機屏幕。但這些成型產(chǎn)品的分辨率和幀頻都已設(shè)定。其顯示數(shù)據(jù)不可直觀控制，掃描頻率不可調(diào)，象素點過小，不易觀察，不能加深學(xué)生對顯示原理的理解，相反更增加了它的神秘感，使本來就對它不熟悉的學(xué)生望而卻步。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種以嵌入式微處理器為控制核心的直觀的教學(xué)用的顯示原理演示儀，該演示儀可通過輸入命令來控制畫面上每個象素點的顯示值，并可調(diào)整整幅畫面的顯示方式?？烧{(diào)的顯示方式有靜止、左移、右移、變頻顯示、幀頻、每幀畫面的點亮?xí)r間、每幅畫面顯示的幀數(shù)。通過對不同顯示方式的組合，可使學(xué)生對整個畫面顯示的原理有個深刻的認(rèn)識。包括顯示圖像的組成；人眼的視覺暫留作用；顯示器的逐行掃描原理；時間灰度調(diào)制原理等。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是該演示儀由上位機和下位機構(gòu)成，上位機采用通用計算機，用于輸入所要顯示的數(shù)據(jù)和控制信號，并將之傳遞給下位機，下位機為一嵌入式微處理器，用于變換上位機傳遞過來的顯示數(shù)據(jù)成為易于進(jìn)行顯示處理的序列，并根據(jù)上位機傳遞過來的控制信號，改變相應(yīng)的顯示函數(shù)的參數(shù)，繼而控制所使用的LED顯示屏按照指定的方式進(jìn)行顯示；計算機與嵌入式微處理器通過串口線相互連接，傳遞數(shù)據(jù)；嵌入式微處理器通過其通用IO口連接所述LED顯示屏的控制信號線，通過向相應(yīng)的IO口輸出數(shù)據(jù)，控制LED顯示屏以不同的方式進(jìn)行顯示。
計算機通過RS232串口線與嵌入式微處理器連接，嵌入式微處理器通過其8位輸入/輸出端口(PortD)及其I/O電源地接口VSSIO與LED顯示屏的控制線相連；復(fù)位電路與嵌入式微處理器連接；嵌入式微處理器通過其內(nèi)置UART端口與外部串行設(shè)備接口，通過MAX232芯片實現(xiàn)嵌入式端TTL電平與計算機端RS232電平的轉(zhuǎn)換；嵌入式微處理器配置有FlashROM和SDRAM；LED顯示屏由移位寄存器，鎖存器，LED交叉矩陣屏和譯碼器組成，其共有9根控制線，分別為DR、CLK、STB、OE、A、B、C、D、GND.其中DR為數(shù)據(jù)輸入線，顯示數(shù)據(jù)由DR串行輸入到移位寄存器，將其與嵌入式微處理器的PortD6口連接，CLK為移位信號線，用于控制移位寄存器移一位，將其與嵌入式微處理器PortD5口連接，STB為數(shù)據(jù)鎖存信號線，由于控制顯示數(shù)據(jù)由移位寄存器鎖存到鎖存器，將其與嵌入式微處理器S3C44B0X的PortD4口連接。OE為屏點亮控制信號線，將其與嵌入式微處理器的PortD7口連接，A、B、C、D為掃描行選擇控制線，通過譯碼器譯碼選通16行中的某一行，將其分別與嵌入式微處理器的PortD0、PortD1、PortD2、PortD3口連接，GND為電源地線，將其與嵌入式微處理器的I/O電源地接口VSSIO連接，嵌入式端程序中通過對嵌入式微處理器的PortD端口控制寄存器PDATD寫入不同的數(shù)據(jù)來控制輸入給1ED顯示屏控制線DR、CLK、STB、OE、A、B、C、D的高低電平數(shù)據(jù)，從而使1ED顯示屏按照不同的方式顯示圖像。
計算機端軟件采用VC++提供的MSComm控件實現(xiàn)串口通信，串口通信幀格式取8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無奇偶校驗位，波特率取115200，一次發(fā)送數(shù)據(jù)為164幀，其中前160幀為要顯示的數(shù)據(jù)，第161幀為顯示函數(shù)的選擇控制信號，第162幀為顯示幀頻率的選擇控制信號，第163幀為每幀點亮?xí)r間與總時間比值的選擇控制信號，第164幀為每幅畫面顯示的幀數(shù)的選擇控制信號。
嵌入式微處理器端軟件包括一個I/O端口的初始化配置單元，串口的初始化單元，串口中斷單元，外層while循環(huán)單元，由初始化配置單元把PortD端口配置為輸出口，然后進(jìn)行串口的初始化，設(shè)置串口波特率與計算機端相，并使能串口中斷，之后程序進(jìn)入外層的無條件while循環(huán)，永遠(yuǎn)的執(zhí)行下去，直到系統(tǒng)關(guān)機，開始等待中斷的到來；外層while循環(huán)的內(nèi)部還有一個有條件的while循環(huán)單元，它的執(zhí)行條件是串口接收完一整組數(shù)據(jù)，即計算機一次傳來的164幀數(shù)據(jù)，若串口已經(jīng)接收完了這一組的164幀數(shù)據(jù)，則進(jìn)入控制變量單元，執(zhí)行變量控制，首先根據(jù)接收的第162、163、164幀的數(shù)據(jù)改變一系列控制變量，這些變量在所有的顯示函數(shù)中分別用來控制幀頻率、每幀點亮?xí)r間與總時間的比值、每幅畫面顯示的幀數(shù)，然后根據(jù)第161幀的數(shù)據(jù)選擇使用哪個顯示函數(shù)，這些顯示函數(shù)包括顯示靜止畫面、顯示右移畫面、顯示左移畫面、逐行變頻掃描演示，其中每個顯示函數(shù)都是由全局變量backInt控制的循環(huán)體，通過改變backInt的值來使程序退出顯示函數(shù)，若串口接收到數(shù)據(jù)，則開始執(zhí)行串口中斷函數(shù)，先判斷是否開始接收到下一組數(shù)據(jù)，若收到則改變變量backInt，使中斷之后程序能夠退出原來的顯示函數(shù)，并改變接收計數(shù)arrayNum為0，然后存儲接收到的這幀數(shù)據(jù)，并使接收計數(shù)arrayNum加1，然后清除中斷掛起位，退出中斷。
本發(fā)明的有益效果是1)本發(fā)明提出的顯示原理演示儀采用LED屏作為顯示屏，顯示象素點較大，易于觀察到組成圖像的象素點。
2)本發(fā)明提出的顯示原理演示儀可通過對計算機端的軟件輸入命令來控制畫面上每個象素點的顯示值，進(jìn)而加深使用者對顯示畫面組成的理解。
3)本發(fā)明提出的顯示原理演示儀可通過輸入調(diào)節(jié)整幅畫面的顯示方式，包括靜止、左移、右移、變頻顯示、幀頻、每幀的屏點亮?xí)r間、每幅畫面顯示的幀數(shù)。通過對不同顯示方式的組合，可使學(xué)生對整個畫面顯示的原理有個深刻的認(rèn)識。包括顯示圖像的組成；人眼的視覺暫留作用；顯示器的逐行掃描原理；時間灰度調(diào)制原理等。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
圖1是本發(fā)明的儀器連接示意圖；圖2是本發(fā)明采用三星公司的S3C44B0X實現(xiàn)的硬件框圖；圖3是本發(fā)明中LED屏的內(nèi)部構(gòu)造圖；圖4是本發(fā)明中嵌入式端軟件主程序流程圖；圖1中1.計算機，2.RS232串口線，3.嵌入式微處理器S3C44B0X，4.LED顯示屏5.復(fù)位電路；圖2中1.計算機，3.嵌入式微處理器S3C44B0X，4.LED顯示屏，5.復(fù)位電路，6.MAX232芯片，7.SDRAM，8.FlashROM。
圖3中31.移位寄存器，32.鎖存器，33.LED交叉矩陣屏，34.譯碼器。
具體實施例方式
硬件部分在圖1中，計算機(1)通過RS232串口線(2)與嵌入式微處理器S3C44B0X(3)連接，嵌入式微處理器S3C44B0X(3)通過其8位輸入/輸出端口(PortD)及其I/O電源地接口VSSIO與LED顯示屏(4)的控制線相連。為了增加系統(tǒng)的可靠性，采用復(fù)位電路(5)，用于在系統(tǒng)發(fā)生死機的時候手動復(fù)位嵌入式微處理器S3C44B0X(3)。為縮小設(shè)備體積、降低成本及易于觀察考慮，LED顯示屏(4)采用簡易的16×80象素點陣屏。
在圖2中，嵌入式微處理器S3C44B0X(3)通過其內(nèi)置UART與外部串行設(shè)備接口，通過MAX232芯片實現(xiàn)嵌入式端TTL電平與計算機端RS232電平的轉(zhuǎn)換。為固化代碼為嵌入式微處理器S3C44B0X(3)配置了2M的FlashROM(8)，另外配置16M的SDRAM(7)。為提高程序的執(zhí)行速度，系統(tǒng)啟動時，先由固化在FlashROM(8)中起始地址為0x00000000的啟動代碼將固化在FlashROM(8)中的程序代碼拷貝到SDRAM(7)中，再從SDRAM(7)中開始執(zhí)行應(yīng)用程序。
在圖3中，所用LED顯示屏由移位寄存器(31)，鎖存器(32)，LED交叉矩陣屏(33)和譯碼器(34)組成。其共有9根控制線，分別為DR、CLK、STB、OE、A、B、C、D、GND.其中DR為數(shù)據(jù)輸入線，顯示數(shù)據(jù)由DR串行輸入到移位寄存器(31)，將其與嵌入式微處理器S3C44B0X的PortD6口連接。CLK為移位信號線，用于控制移位寄存器(31)移一位，將其與嵌入式微處理器S3C44B0X的PortD5口連接。STB為數(shù)據(jù)鎖存信號線，由于控制顯示數(shù)據(jù)由移位寄存器(31)鎖存到鎖存器(32)，將其與嵌入式微處理器S3C44B0X的PortD4口連接。OE為屏點亮控制信號線，將其與嵌入式微處理器S3C44B0X的PortD7口連接。A、B、C、D為掃描行選擇控制線，通過譯碼器(34)譯碼選通16行中的某一行，將其分別與嵌入式微處理器S3C44B0X的PortD0、PortD1、PortD2、PortD3口連接。GND為電源地線，將其與嵌入式微處理器S3C44B0X的I/O電源地接口VSSIO連接。嵌入式端程序中通過對嵌入式微處理器S3C44B0X的PortD端口控制寄存器PDATD寫入不同的數(shù)據(jù)來控制輸入給lED顯示屏控制線DR、CLK、STB、OE、A、B、C、D的高低電平數(shù)據(jù)。從而使lED顯示屏按照不同的方式顯示圖像。
軟件部分本發(fā)明中的軟件主要由兩部分組成。計算機端軟件和嵌入式端軟件。
計算機端的軟件采用VC++編寫，采用VC++提供的MSComm控件實現(xiàn)串口通信。串口通信幀格式取8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無奇偶校驗位，波特率取115200。程序執(zhí)行時，一次發(fā)送數(shù)據(jù)為164幀。其中前160幀為要顯示的數(shù)據(jù)，第161幀為顯示函數(shù)的選擇控制信號，第162幀為顯示幀頻率的選擇控制信號，第163幀為每幀點亮?xí)r間與總時間比值的選擇控制信號，第164幀為每幅畫面顯示的幀數(shù)的選擇控制信號。
嵌入式端軟件采用SDT2.51編寫，其程序流程如下如圖4所示，程序開始時首先進(jìn)行I/O端口的初始化配置，在這里主要把PortD端口配置為輸出口。然后進(jìn)行串口的初始化，設(shè)置串口波特率與計算機端相等，并使能串口中斷。之后程序進(jìn)入外層的無條件while循環(huán)(永遠(yuǎn)的執(zhí)行下去，直到系統(tǒng)關(guān)機)，開始等待中斷的到來。外層while循環(huán)的內(nèi)部還有一個有條件的while循環(huán)，它的執(zhí)行條件是串口接收完一整組數(shù)據(jù)(即計算機一次傳來的164幀數(shù)據(jù))，若串口已經(jīng)接收完了這一組的164幀數(shù)據(jù)，則執(zhí)行A程序段，程序首先初始化顯示方式控制變量，即根據(jù)接收的第162、163、164幀的數(shù)據(jù)改變一系列控制變量，這些變量在所有的顯示函數(shù)中分別用來控制幀頻率、每幀點亮?xí)r間與總時間的比值、每幅畫面顯示的幀數(shù)。然后程序根據(jù)第161幀的數(shù)據(jù)選擇使用哪個顯示函數(shù)(這些顯示函數(shù)包括顯示靜止畫面、顯示右移畫面、顯示左移畫面、逐行變頻掃描演示)。其中每個顯示函數(shù)都是由全局變量backInt控制的循環(huán)體，通過改變backInt的值來使程序退出顯示函數(shù)。
若串口接收到數(shù)據(jù)，則開始執(zhí)行串口中斷函數(shù)，先判斷是否開始接收到下一組數(shù)據(jù)，若收到則改變變量backInt，使中斷之后程序能夠退出原來的顯示函數(shù)，并改變接收計數(shù)arrayNum為0，然后存儲接收到的這幀數(shù)據(jù)，并使接收計數(shù)arrayNum加1，然后清除中斷掛起位，退出中斷。
權(quán)利要求
1.一種顯示原理演示儀，該演示儀由上位機通用計算機和下位機一嵌入式微處理器構(gòu)成，其特征在于計算機通過RS232串口線與嵌入式微處理器連接，嵌入式微處理器通過其8位輸入/輸出端口PortD及其I/O電源地接口VSSIO與LED顯示屏的控制線相連；復(fù)位電路與嵌入式微處理器連接；嵌入式微處理器通過其內(nèi)置UART端口與外部串行設(shè)備接口，通過芯片實現(xiàn)嵌入式端TTL電平與計算機端RS232電平的轉(zhuǎn)換；嵌入式微處理器配置有FlashROM和SDRAM；LED顯示屏由移位寄存器，鎖存器，LED交叉矩陣屏和譯碼器組成，其共有9根控制線，分別為DR、CLK、STB、OE、A、B、C、D、GND，其中DR為數(shù)據(jù)輸入線，顯示數(shù)據(jù)由DR串行輸入到移位寄存器，將其與嵌入式微處理器的PortD6口連接，CLK為移位信號線，用于控制移位寄存器移一位，將其與嵌入式微處理器PortD5口連接，STB為數(shù)據(jù)鎖存信號線，由于控制顯示數(shù)據(jù)由移位寄存器，鎖存到鎖存器，將其與嵌入式微處理器S3C44BOX的PortD4口連接，OE為屏點亮控制信號線，將其與嵌入式微處理器的PortD7口連接，A、B、C、D為掃描行選擇控制線，通過譯碼器譯碼選通16行中的某一行，將其分別與嵌入式微處理器的PortD0、PortD1、PortD2、PortD3口連接，GND為電源地線，將其與嵌入式微處理器的I/O電源地接口VSSIO連接，嵌入式端程序中通過對嵌入式微處理器的PortD端口控制寄存器PDATD寫入不同的數(shù)據(jù)來控制輸入給lED顯示屏控制線DR、CLK、STB、OE、A、B、C、D的高低電平數(shù)據(jù)，從而使lED顯示屏按照不同的方式顯示圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯示原理演示儀，其特征在于計算機端軟件采用VC++提供的MSComm控件實現(xiàn)串口通信，串口通信幀格式取8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無奇偶校驗位，波特率取115200，一次發(fā)送數(shù)據(jù)為164幀，其中前160幀為要顯示的數(shù)據(jù)，第161幀為顯示函數(shù)的選擇控制信號，第162幀為顯示幀頻率的選擇控制信號，第163幀為每幀點亮?xí)r間與總時間比值的選擇控制信號，第164幀為每幅畫面顯示的幀數(shù)的選擇控制信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯示原理演示儀，其特征在于嵌入式微處理器包括一個I/O端口的初始化配置單元，串口的初始化單元，串口中斷單元，外層while循環(huán)單元，由初始化配置單元把PortD端口配置為輸出口，然后進(jìn)行串口的初始化，設(shè)置串口波特率與計算機端相同，并使能串口中斷，之后程序進(jìn)入外層的無條件while循環(huán)，永遠(yuǎn)的執(zhí)行下去，直到系統(tǒng)關(guān)機，開始等待中斷的到來；外層while循環(huán)的內(nèi)部還有一個有條件的while循環(huán)單元，它的執(zhí)行條件是串口接收完一整組數(shù)據(jù)，即計算機一次傳來的164幀數(shù)據(jù)，若串口已經(jīng)接收完了這一組的164幀數(shù)據(jù)，則進(jìn)入控制變量單元，執(zhí)行變量控制，首先根據(jù)接收的第162、163、164幀的數(shù)據(jù)改變一系列控制變量，這些變量在所有的顯示函數(shù)中分別用來控制幀頻率、每幀點亮?xí)r間與總時間的比值、每幅畫面顯示的幀數(shù)，然后根據(jù)第161幀的數(shù)據(jù)選擇使用哪個顯示函數(shù)，這些顯示函數(shù)包括顯示靜止畫面、顯示右移畫面、顯示左移畫面、逐行變頻掃描演示，其中每個顯示函數(shù)都是由全局變量backInt控制的循環(huán)體，通過改變backInt的值來使程序退出顯示函數(shù)，若串口接收到數(shù)據(jù)，則開始執(zhí)行串口中斷函數(shù)，先判斷是否開始接收到下一組數(shù)據(jù)，若收到則改變變量backInt，使中斷之后程序能夠退出原來的顯示函數(shù)，并改變接收計數(shù)arrayNum為0，然后存儲接收到的這幀數(shù)據(jù)，并使接收計數(shù)arrayNum加1，然后清除中斷掛起位，退出中斷。
全文摘要
一種以嵌入式微處理器為控制核心的直觀的教學(xué)用的顯示原理演示儀，該演示儀采用計算機和一嵌入式微處理器結(jié)構(gòu)，計算機與嵌入式微處理器通過串口線相互連接，嵌入式微處理器通過其通用IO口連接LED顯示屏的控制信號線，通過向相應(yīng)的IO口輸出數(shù)據(jù)，控制LED顯示屏以不同的方式進(jìn)行顯示，通過輸入命令來控制畫面上每個象素點的顯示值，調(diào)整整幅畫面的顯示方式，靜止、左移、右移、變頻顯示、幀頻、每幀的屏點亮?xí)r間、每幅畫面顯示的幀數(shù)，通過對不同顯示方式的組合，可使學(xué)生對整個畫面顯示的原理有個深刻的認(rèn)識，包括顯示圖像的組成；人眼的視覺暫留作用；顯示器的逐行掃描原理；時間灰度調(diào)制原理等，具有觀察直觀的優(yōu)點，益于教學(xué)應(yīng)用。
文檔編號G09B25/00GK1916996SQ2006100018
公開日2007年2月21日 申請日期2006年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月23日
發(fā)明者張明慶, 秦楓, 梁春軍 申請人:北京交通大學(xué)