基于msp430單片機的無線led廣告屏設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 Mega16 單片機 主要產(chǎn)品特征如下： 兩個具有獨立預分頻器和比較器功能的 8 位定時器 / 計數(shù)器 一個具有預分頻器、比較功能 和捕捉功能的 16 位定時器 / 計數(shù)器 四通道 PWM，兩個可編程的串行 USART 可工作于主機 / 從機模式的 SPI 串行接口 具有獨立片內振蕩器的可編程看門狗定時器 MSP430 單片機 主要產(chǎn)品特征如下： 同其它微控制器相比 MSP430 系列可以大大延長電池的使用壽命 外部中斷引腳 I/O 口具有中斷能力 定時器中斷可用于事件計數(shù)時序發(fā)生 PWM等 看門狗功能 片內 USART s 綜上所述，采用 51 單片機，如果要驅動數(shù)列點陣顯示，通用 51 單片機會比較吃力，出現(xiàn)比較嚴重的閃爍停滯現(xiàn)象，此外，要實現(xiàn)文字的 左右移動和調整移動速度等功能，都會給軟件設計帶來較多困難，所以該單片機不是本設計的最佳選擇； Ateml 公司 Mega16 單片機，它的功能相對 51 而言是比較多的，操作起 來也比較容易，沒有特別突出的優(yōu)點；而 TI 公司低功耗 MSP430 單片機，具有強大的處理能力和運行速度快，功耗超低，應用方便等優(yōu)點，在多年來已在全球得到了廣泛應用，如工業(yè)控制，智能化儀器儀表，無線采集，手持設備，在這些方面應用體現(xiàn)較高性價比， MSP430 主要用戶需要對模擬信號進行數(shù)字控制的領域，當然，純數(shù)字的系統(tǒng)絕對可以用的。另外他帶有硬件乘法器在 處理一些運算時速度也較快，基于以上各種優(yōu)點，最終方案確定為單片機 msp430。 無線模塊的選擇 NRF905 模塊 挪威 nordic 公司推出的單片射頻發(fā)射器芯片 NRF905 基本特征如下： 蘇州科技學院本科生畢業(yè)設計（論文） 6 433/868/915 工作頻段， 433MHZ 開放 ISM 頻段可免許使用 。 最高發(fā)射速率 50KBPS， 10dbm 發(fā)射功率條件下，配置外置鞭狀天線有效通信距離在 300 米左右。 室內通信良好通信效果， 4 層之間可實現(xiàn)有效通信，抗干擾性能強，很強的擾障礙穿透性能。 單次最多可發(fā)送接收 32 字節(jié)，并可軟件 設置發(fā)送 /接收緩沖區(qū)大小 2/4/8/16/32字節(jié) ， 其配置非常方便， 功耗比較低，由于頻段的限制，本方案放棄。 CC1020 模塊 基本特性 ： 工作電壓： ~, 推薦 ， 直線通信距離 600 米左右 頻率范圍為 402 MHz 470MHz 工作 低電流消耗（ RX:） SPI 接口配置內部寄存器 標準 DIP 間距接口，便于嵌入式應用 該芯片特點外圍電路元器件復雜，好多器件難以在短時間內采購齊全，故本方案也放棄。 NRF2401 模塊 挪威 nordic 公司推出的單片射頻發(fā)射器芯片 NRF2401 基本特征如下： 全球開放 ISM 頻段免許可證使用； 最高工作速率 1Mbps，高效 GFSK 調制，抗干擾能力強，適合工業(yè)控制場合； 可直接接各種單片機使用，軟件編程非常方便； 收發(fā)完成中斷標志，每次最多可發(fā) 28 字節(jié)； CLK， DATA， DR 三線接口，軟件編簡單。 雙通道數(shù)據(jù)接收，內置環(huán)行天線，開闊無干擾條件通信距離在 100 米左右 。 將以上三種芯片進行對比 ， 從距離，硬件復雜度和編程方面考慮， 選擇方案三 中 nordic 公司出品的 NRF2401 芯片構成無線通信模塊 。 蘇州科技學院本科生畢業(yè)設計（論文） 7 LED廣告屏的選擇 按顏色分類 單基色顯示屏 ： 單一顏色（紅色或綠色）。 雙基色顯示屏：紅和綠雙基色， 256 級灰度、可以顯示 65536 種顏色。 全彩色顯示屏：紅、綠、藍三基色， 256 級灰度的全彩色顯示屏可以顯示 一 千六百多萬種顏色。 按顯示器件分類 LED 數(shù)碼顯示屏：顯示器件為 7 段碼數(shù)碼管，適于制作時鐘屏、利率屏等，顯示數(shù)字的電子顯示屏。 LED 點陣圖文顯示屏：顯示器件是由許多均勻排列的發(fā)光二極管組成的點陣顯示模塊，適于播放文字、圖像信息。 其中的 LED 點陣單色圖文動態(tài)條幅屏（ 下文中簡稱 條屏），因為成本低廉、可靠性高、顯示效果優(yōu)良，所以成為點陣式 LED 漢字廣告屏中的主流產(chǎn)品。 LED 驅動模塊 靜態(tài)鎖存 采用靜態(tài)鎖存方式，將每一個 LED 發(fā)光管的一端接至單片機的一個 I/O 口，另一端通過電阻接電源。這種方法可以直接驅動 LED，原理簡單，驅動能力強，LED 的亮度也可以通過限流電阻調節(jié)，非常方便，但此種方法太浪費單片機的 I/O口，只適合于較小的系統(tǒng)。 動態(tài)掃描 采用動態(tài)掃描方式，通過三極管驅動并聯(lián)在一起的 LED 發(fā)光管的一端 (共陰或共 2 端 )， LED 發(fā)光管的另一腳接通用 I/O 口，控制其亮滅。該方法能驅動較多的 LED，控制方式較靈活，而且節(jié)省單片機的資源。 蘇州科技學院本科生畢業(yè)設計（論文） 8 比較以上兩種方案，系統(tǒng)設計中采用方案二。 最終方案的確定 綜上所述，在本次設計中單片機選定為 MSP430，無線模塊選定為 NRF2401，點陣屏選定位 LED 點陣單色圖文顯示屏且驅動模塊為動態(tài)掃描。其中單片機和無線模塊各需要兩塊，其中一塊作為發(fā)送模塊，一個作為接收模塊，并且在接收模塊上將 16*16LED 點陣模塊連接上去，這樣在兩個 NRF24L01 之間可以通過無線傳播數(shù)據(jù)，即所謂的無線傳輸。 蘇州科技學院本科生畢業(yè)設計（論文） 9 第三章 系統(tǒng)硬件設置 由第二章的系統(tǒng)整體設計方案的確定，我們開始著手選擇各個模塊所使用的硬件。包括單片機，行列驅動以及 LED 點陣。為該模塊化 LED 顯示屏控制系統(tǒng)具有更加方便和靈活性，特對系統(tǒng)的硬件做了精心設計。硬件電路包括 LED 驅動模塊、 PC 機通信模塊等兩大模塊。 硬件電路的總體設計 本設計硬件部分包括上位機和下位機兩個部分，即充當采集數(shù)據(jù)的主機，和接收數(shù)據(jù)，并顯示出來的從機，由此可見，主機的結構比較復雜一下，包括時鐘模塊，溫度、光照采集電路，串口以及無線模塊，從機相 對簡單一下，除了單片機典型最小系統(tǒng)電路，只要接上無線模塊，用以接收主機發(fā)出的數(shù)據(jù)，還有點陣模塊，將外界的信息顯示出來就可以了。 圖 上位機和下位機的主要硬件結構 電源模塊 上位機 廣告屏 顯示 無線接收 模塊 下位機 電源模塊 溫度采集 光源采集 串口接收 模塊 時鐘模塊 無線發(fā)送 模塊 蘇州科技學院本科生畢業(yè)設計（論文） 10 單片機最小系統(tǒng) 單片機片機芯片配以必要的外部器件，一般包括電源供入及電源開關、復位電路、晶振、輸入輸出電路等就能構成最小系統(tǒng)。 圖 單片機 MSP430的各個引腳 單片機 MSP430 的特點 MSP430F149 芯片是美國 TI 公司推出的超低功耗微處理器，有 60KB+256 字節(jié) FLASH， 2KBRAM，包括基本時鐘模塊、看門狗定時器、帶 3個捕獲／比較寄存器和 PWM 輸出的 16 位定時器、帶 7個捕獲／比較寄存器和 PWM 輸出的 16位定時器、 2個具有中斷功能的 8 位并行端口、 4 個 8 位并行端口、模擬比較器、 12位A／ D 轉換器、 2個串行通信接口等模塊。 MSP430F149 芯片具有如下特點： 1)功耗低：電壓 2． 2V、時鐘頻率 1MHz 時，活動模式為 200μ A；關閉模式時僅為 0． 1A，且具有 5種節(jié)能工作方式。 2)高效 16位 RISCCPU， 27條指令， 8MHz時鐘頻率時，指令周期時間為 125ns，絕大多數(shù)指令在一個時鐘周期完成； 32kHz 時鐘頻率時， 16 位 MSP430 單片機的執(zhí)行速度高于典型的 8 位單片機 20MHz 時鐘頻率時的執(zhí)行速度。 3)低電壓供電、寬工作電壓范圍： 1． 8～ 3． 6V； +R20100kC12100nF+1718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748DVcc123456VREF+7XIN8XOUT/TCLK9VeREF+10VREF/VeREF111213141516495051XT2OUT52XT2IN53TDO/TDI54TDI55TMS56TCK57RST/NMI58596061AVss62DVss63AVcc64U7 MSP430F149VCC蘇州科技學院本科生畢業(yè)設計（論文） 11 4)靈活的時鐘系統(tǒng)：兩個外部時鐘和一個內部時鐘； 5)低時鐘頻率可實現(xiàn)高速通信； 6)具有串行在線編程能力 ； 7)強大的中斷功能； 8)喚醒時間短，從低功耗模式下喚醒僅需 6μ s； 9)ESD 保護，抗干擾力強； 10)運行環(huán)境溫度范圍為 40～ +85℃，適合于工業(yè)環(huán)境。 MSP430 系列單片機的所有外圍模塊的控制都是通過特殊寄存器來實現(xiàn)的，故其程序的編寫相對簡單。編程開發(fā)時通過專用的編程器，可以選擇匯編或 C語言編程， IAR 公司為 MSP430 系列的單片機開發(fā)了專用的 C 語言，可以通過WORKBENCH 和 CSPY 直接編譯調試，使用靈活簡單。 電源電路 本系統(tǒng)需要使用 +5V 和 +3． 3V的直流穩(wěn)壓電源，其中 MSP430Fl49 及部分外圍器件需要 +3． 3V 電源，另外部分需要 +5V 電源。在本系統(tǒng)中，以 +5V 直流電壓為輸入電壓， +3． 3V由 +5V 直接線性降壓。 C 1 41 0 u FC 1 51 0 u F+3+5C 1 70 .1 uG N D1V IN3V O U T 12V O U T 24A11 1 1 7 3 .3 V 圖 電源轉換電路原理 晶振電路 由于 MSP430 有三個晶振源，兩個外部晶振，一個內部 RC 晶振，所以在晶振電路中我連了兩個外部晶振一個 32768Hz,另一個是 8MHz。在程序中我們可以通過程序的要求，選著合適的晶振 蘇州科技學院本科生畢業(yè)設計（論文） 12 圖 晶振電路 復位電路原理圖 手動復位是最小系統(tǒng)常用的功能，本系統(tǒng)采用專用 復位芯片 IMP811 實現(xiàn)手動復位。 圖 復位電路 實時時鐘 DS1302 是 DALLAS 公司推出的涓流充電時鐘芯片，內含有一個實時時鐘 /日歷和 31 字節(jié)靜態(tài) RAM， 通過簡單的串行接口與單片機進行通信。實時時鐘 /日歷電路提供秒、分、時、日、日期、月、年的信息，每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動調整，時鐘操作可通過 AM/PM 指示決定采用 24或 12小時格式。 DS1302 與單片機之間能簡單地采用同步串行的方式進行通信，僅需用到三個口線 (1)RES(復位 )， (2) I/O(數(shù)據(jù)線 )， (3)SCLK(串 行時鐘 )。在本設計中，時鐘芯片上這三個引腳直接跟 MSP430F149的 ,。 時鐘 /RAM 的讀 /寫蘇州科技學院本科生畢業(yè)設計（論文） 13 數(shù)據(jù)以一個字節(jié)或多達 31個字節(jié)的字符組方式通信。 DS1302工作時功耗很低，保持數(shù)據(jù)和時鐘信息時功率小于 1mW。 管腳描述 X1 X2 晶振管腳 GND 地 RST 復位腳 I/O 數(shù)據(jù)輸入 /輸出引腳 SCLK 串行時鐘 Vcc1,Vcc2 電源供電管腳 C 1+1V+2C 13C 2+4C 25V6T 2O7R 2I8R 2O9T 2I10T 1I11R 1O12R 1I13T 1O14G N D15V C C16U6M A X 2 32 C P EC60 .1C10 .1C20 .1C30 .1162738495R S 2 32P D 0P D