一种低成本的RGB全彩显示屏控制器的开发
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【摘 要】RGB色彩模式是工业界的一种颜色标准，是通过对红（R）、绿（G）、蓝（B）三个颜色通道的变化以及它们相互之间的叠加来得到各式各样的颜色的。RGB是目前运用最广的颜色系统之一。然而目前市面常见的RGB多为高端控制器，芯片主频高，同时也价格不菲，对于中低端用户而言使用成本较高，因此作者设计了一种基于STC12系列单片机的低成本的rgb控制器，能满足中低端应用需求。
【关键词】单片机；RGB；点阵
【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
目前的显示器大都是采用了RGB颜色标准，在显示器上，是通过电子枪打在屏幕的红、绿、蓝三色发光极上来产生色彩的，目前的电脑一般都能显示32位颜色，有一千万种以上的颜色。电脑屏幕上的所有颜色，都由这红色、绿色、蓝色三种色光按照不同的比例混合而成的。一组红色、绿色、蓝色就是一个最小的显示单位。屏幕上的任何一个颜色都可以由一组RGB值来记录和表达。因此这红色绿色蓝色又称为三原色光，用英文表示就是R（red）、G（green）、B（blue）。RGB的所谓“多少”就是指亮度，并使用整数来表示。通常情况下，RGB各有256级亮度，用数字表示为从0、1、2......直到255。注意虽然数字最高是255，但0也是数值之一，因此共256级。如同2000年到2010年共是11年一样。按照计算，256级的RGB色彩总共能组合出约1678万种色彩，即256×256×256=16777216。通常也被简称为1600万色或千万色。也称为24位色（2的24次方）。在led领域利用三合一点阵全彩技术， 即在一个发光单元里由RGB三色晶片组成全彩像素。随着这一技术的不断成熟，led显示技术会给人们带来更加丰富真实的色彩感受。结合实际需要，作者设计了一种面向中低端用户的低成本RGB控制器，其系统整体分为硬件和软件两大部分。
1 硬件设计
本设计采用STC公司的stc12c5a60s2单片机，市面价格在七八元左右，可以配合更高频率的晶振，使单片机的运行频率高于普通的51单片机。点阵屏的刷新频率满足设计要求，人眼看不到明显闪烁。此外本设计兼容有线和无线改字方式。有线方式下，本控制器采用ch340USB转串口芯片，波特率为9600，采用自己编写的一套传输协议。无线方式下，采用了蓝牙3.0可以使用手机或其他具备蓝牙功能的手持设备改变显示内容。减小了RGB点阵的使用成本。硬件框架图如图1所示，RGB控制器控制器电路图如图1所示，控制器PCB图为图3所示。
硬件部分包括时钟、电源、复位电路组成的单片机最小系统，由USB转串口电路和蓝牙模块组成通信部分，使用标准HUB75接口与点阵屏连接，并且HUB75口具有级联能力。
2 软件编程
在本设计中的行扫描驱动采用并口驱动，而场扫描驱动采用出串口驱动。
2.1 行扫描驱动
虽然32*64点阵显示器有32行，但可以分为两块16*64的点阵屏，两块公用一个行选择口，独立拥有R、G、B接口。为充分利用单片机的接口，点阵屏上加入了一个4-16线译码器，其输入是一个16进制码，解码输出为低态扫描信号。HUB75B接口中，A、B、C、D为输入脚，就会形成16种不同的输入状态，然后使每种状态下只控制一路输出。
2.2 场扫描驱动
本设计场扫描驱动电路的设计可用串入并出的通用集成电路74HC595来作为数据所存。74HC595是一个八位串行输入三态并行输出的移位寄存器，其中SI是串行数据的输入端，RCK是存储寄存器的输入时钟，SCK是移位寄存器的输入时钟，Q’H是串入数据的输出，G是对输入数据的输出使能控制，QA～QH为串入数据的并行输出。从SI口输入的数据可在移位寄存器的SCK脚上升沿的作用下输入到74HC595中，并在RCK脚的上升沿作用下将输入的数据锁存在74HC595中，这样当G为低电平时，数据便可并行输出。
本系统的软件设计流程图如图4所示。软件系统的功能主要是向屏体提供显示数据，用来产生各种控制信号，使屏体按照控制的要求进行显示。软件设计包括显示和通信两部分。显示部分主要控制对要显示内容（文字、数据）的信息的传输功能，使其正确显示。整体采用动态扫描的方式。与上位PC机或者移动终端的实时通信部分主要是利用单片机串口中断接收和发送数据信息。
3 系统调试
上位机通过串口给控制器发送更改显示内容的指令。四个八位数据组成一个通信指令。例如上位机发送了“01 02 XX XX”的指令，对应显示信息为一号点阵屏显示二号字符串中内容，后面两个数据为用户自定义数据。
上位机和手机终端调试界面如下图所示，串口波特率为9600，8位数据位，一位停止位。
调试过程中，假设本设计在超市作为商品价格标签使用，通过手机或者上位机改变显示的商品内容和价格。具体调试情况如下图所示，控制器级联了三块RGB点阵屏，而且能过独立显示，运行稳定，达到了预期设计目的。
4 总结
市场上目前大多为RGB高端控制器，虽然兼容多种通信方式，芯片主频高，但是往往价格不菲。然而本设计成本低廉，适用于中低端RGB用户，并且兼容了有线和无线修改显示内容的方式，单片机主频高，扫面速度快，具有良好的应用前景和市场价值。
【参考文献】
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