文本07電信二稿

1、科技學院 2011 屆本科公路無線通信的 LED 顯示系統(tǒng)設計學科專業(yè)：電子信息工程指導教師：張 玲學生學生學號：072004110514中國貴陽2011 年 5 月目錄摘要IIIAbstractIV第一章緒論1背景分析1課題目的和意義1無線通信LED 顯示系統(tǒng)分析3LED 概述31.11.2第二章2.12.1.12.1.22.1.32.1.42.1.52.1.6LED 晶片3LED 的特點4LED 光源的特點4LED 顯示屏介紹及應用現(xiàn)狀5LED 顯示屏發(fā)展的三個階段6LED 顯示屏的驅(qū)動方式介紹72.2無線通信技術(shù)介紹82.2.12.2.2基本無線通信技術(shù)8各種通信方式的優(yōu)點9介紹9CPU

2、 介紹9ET13X210 和 ET13X221 集成模塊介紹152.32.3.12.3.22.3.374LS273介紹16表 2.174LS273 真值表：162.3.4LMM-1088BE. 162.4LED 顯示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)172.4.12.4.22.4.3控制系統(tǒng)硬件設計18無線 MC391 模塊的功能18控制器設計192.4.42.4.5AT91RM9200 模塊軟件設計20CPLDATF1508AS 模塊設計22系統(tǒng)硬件電路設計23系統(tǒng)硬件電路設計23第三章3.13.1.13.1.23.1.33.1.43.1.5硬件電路設計框圖23系統(tǒng)工作原理介紹23電路原理和器件選擇23單片機各個口的

3、分配和連接24系統(tǒng)硬件參數(shù)的選擇243.2系統(tǒng)模塊電路介紹253.2.13.2.23.2.33.2.43.2.5單片機的基本電路25復位電路25振蕩電路26無線通信模塊外接電路26LED 顯示設計283.2.6 電源電路29系統(tǒng)軟件設計31系統(tǒng)流程圖31基于單片機控制的程序31電路調(diào)試33硬件調(diào)試33判斷元器件的好壞33判斷集成電路塊的好壞33軟件調(diào)試34第四章4.14.2第五章5.1第六章 結(jié)束語35參考文獻36附錄A37致謝42公路無線通信的 LED 顯示系統(tǒng)設計摘要隨著及智能交通系統(tǒng)的飛速發(fā)展，交通作為社會服務的行業(yè)及領域，在社會生活中具備有重要的作用。但是經(jīng)濟的飛速，人民生活水平的提高

4、給的交通帶來種種不便。交通擁堵好像成為了一種，人們應該選擇那條路走，應該避開哪條路，才能在道暢通無阻呢？這就需要有個告知駕駛員道路現(xiàn)況的道路信息顯示設備。其中，LED 顯示屏以其高亮度，高可靠性等地點在公路信息發(fā)布中得到廣泛應用。但是有線 LED 顯示技術(shù)在信息更改頻繁的一些場合受到了限制。所以無線 LED 顯示成為了一種發(fā)展趨勢，正在為人們所接受。尤其是在公設計的無線 LED 顯示系統(tǒng)，不僅可以為駕駛員提供必要的道路信息，還可以減緩駕駛員的疲勞，美化駕駛環(huán)境等。本將以單片機作為控制中心，以交通信息為背景,從低成本、高品質(zhì)、易推廣的角度出發(fā),以無線通信技術(shù)及LED顯示技術(shù)為基礎，設計成道路信息

5、無線提示系統(tǒng)，應用廣泛。設計的以MC39I+AT91RM9200+CPLDATF1508AS+雙口SDRAMIDT7005的LED顯示器系統(tǒng),系統(tǒng)電路有發(fā)射機電路（包括串口電平轉(zhuǎn)換電路，發(fā)射模塊電路和發(fā)射機電源電路），電路（包括接收模塊電路，模塊電源電路和放大電路），單片機系統(tǒng)電路幾顯示電路等幾大模塊組成。具有系統(tǒng)性能穩(wěn)定、可靠性高、結(jié)構(gòu)靈活、調(diào)試方便、經(jīng)濟實用等特點,在實際使用中取得了良好的效果,具有一定的推廣意義。關(guān)鍵字：無線通信；單片機；LED 顯示器System Of Wireless Communicating TrafficAbstractAs information techno

6、logy and the ratransport industry and as the field of sodevelopment ofelligent transport systems,lservi, in sol lifee an important role.However, the raeconomic and peoples living standards improve the traffic to ourinconvenience. Traffic congestion hase a habit liket people should chooset path,which

7、 path should be avoided in order to smooth the road to it? This requires this driver has aplatform for the sus of the road - the road information display device. Which, LED displaywith its high brightness, high reliability, information dissemination and other locationsheroad has been widely used. Bu

8、t the cable LED display technologyhe information changesfrequently limited by a number of occas. The wireless LED display hase a trend,is accepted by the people. Espellyhe highway design of wireless LED display system,not only for the driver to provide the nesary road information, you cso slow down

9、thedrivers fatigue, beautify the driving environment.This pr will be single chip as the control center, traffic information as background,from low-cost, high quality, easy to promote theof wireless communicationtechnology and LED display technology, designed to prompt the wireless road informationsy

10、stem, widely used. Prs designed to MC39I + AT91RM9200 + CPLDATF1508AS +dual-port SDRAMIDT7005 the LED display system, the system circuit transmitter circuit(including the serial level converter circuit, transmitter module circuit and transmittowersupply circuit), receiver circuit (including the rece

11、iving module circuit moduleer circuitand isolation amplifier circuit), SCM system circuit of several display circuit, and other major modules. With system performance and stability, high reliability, flexible structure, debugging convenient, economical and practical features, in actual use to obtain

12、 good results,the promotion of a certain significance.Keywords: Wireless communication, SCM, LED display第一章緒論1.1背景分析信息發(fā)展的時代，凡是都要講究信息的高效率獲取。但是飛速發(fā)展的社會，往往伴隨著日劇增加的車輛的出現(xiàn)給道路交通帶來了嚴重的不便。道路擁堵好像成為人們生活節(jié)奏的一個斷點。如何才能改善這樣的狀況，近年來有很多開始投向了道路信息提示。它可以向?qū)⒁側(cè)朐撀房诘鸟{駛員提供該道路的現(xiàn)況，是暢通還是擁堵，是否有緊急情況，車流量等多種信息，這可以讓駕駛員根據(jù)自己的實際，提前做出判斷分析

13、，選擇最佳的道路前行。這種設計不僅改善了道路的擁堵現(xiàn)象，提高了道路流通量，還讓出行了人們有個美好的路途，最快到達自己的目的地。其中，LED 顯示屏以其高亮度，高可靠性等地點在公路信息發(fā)布中得到廣泛應用。LED 以其發(fā)光效率高，動態(tài)顯示效果好，故障率低，能耗少，使用長，顯示內(nèi)容多樣，顯示方式分豐富，組態(tài)靈活，視覺效果好以及對室內(nèi)外適應性強優(yōu)點，已經(jīng)廣泛應用在短小，氣象信息顯示以及公路，體育，賓館和大型商場等公共場所的信息提示和通知?，F(xiàn)在，無線通信以讓人們喜愛，在公設計一款無線通信的 LED 顯示系統(tǒng)，可隨時發(fā)布各種交通提示信息，給駕駛做出駕駛的各種提示，保證交通暢通，有著十分重要的意義。LED

14、顯示技術(shù)已經(jīng)很熟悉，但由于其顯示和更新信息往往采用和微機連線通信，故其應用范圍受到了限制。系統(tǒng)采用無線的信息傳送方式，在室外和信息更新頻繁的場合有其顯著優(yōu)點。系統(tǒng)電路由發(fā)射機電路（包括串口電平轉(zhuǎn)換電路，發(fā)射模塊電路和發(fā)射機電源電路），電路（包括接收模塊電路，模塊電源電路和放大電路），單片機系統(tǒng)電路和顯示電路等幾大模塊組成。1.2課題目的和意義隨著社會的發(fā)展，城市交通的 LED 顯示屏得到了廣泛應用，大多數(shù)使用的是有信通信 LED 顯示屏，少數(shù)是無線通信，在遠離城市的其他地區(qū)根本不適用有信通信，因此，選擇了公路無線通信的 LED 顯示系統(tǒng)設計。LED 之所以受到廣泛重視而得到迅速發(fā)展，是與它本身

15、所具有的優(yōu)點分不開的。這些優(yōu)點概括起來是：亮度高、工作電壓低、功耗小、小型化、長、耐沖擊和性能穩(wěn)定。LED 的發(fā)展前景極為廣闊，目前正朝著更高亮度、更高耐氣候性、更高的發(fā)光密度、更高的發(fā)光均勻性，可靠性、全色化方向發(fā)展。LED 的技術(shù)已經(jīng)很成熟了，所以基于 LED 的道路無線通信系定可以得到廣泛應用。該系統(tǒng)可以顯示行路指標、氣溫、時間及路況等各種交通信息，讓駕駛員及時了解各種交通信息。不僅改善了道路的擁堵現(xiàn)象，提高了道路流通量，給出行的人們有個美好的路途，最快到達自己的目的地。這樣的設計不僅具備很強的實用性，而且具有較強的可行性。第二章無線通信 LED 顯示系統(tǒng)分析2.1LED 概述LED（L

16、ight Emitting Diode1），發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的半導體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。LED的心臟是一個半導體的晶片，晶片的一端附在一個支架上，一端是負極，另一端連接電源的正極，使整個晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。半導體晶片由三部分組成，一部分是P型半導體，在它里面空穴占主導地位，另一端是N型半導體，在這邊主要是電子，中間通常是1至5個周期的量子阱。當電流通過導線作用于這個晶片的時候，電子和空穴就會被推向量子阱，在量子阱內(nèi)電子跟空穴復合，然后就會以光子的形式發(fā)出能量，這就是LED發(fā)光的原理。而光的波長也就是光的顏色，是由形成P-N結(jié)的材料決定的。2.1.1LED 晶片LED 晶片的

17、作用：LED 晶片為 LED 的主要原材料，LED 主要依靠晶片來發(fā)光。LED 晶片的組成：主要有砷(AS)鋁(AL)鎵(Ga)銦(IN)磷(P)氮(N)鍶(i)這幾種元素中的若干種組成。LED 晶片的分類：1、按發(fā)光亮度分：A、一般亮度： RHGYE 等B、高亮度：VGVYSR 等C、亮度： UGUYURUYSURFUE 等D、不可見光(紅外線)：RSIRVIRHIRE、紅外線接收管：PTF、光電管：PD2、按組成元素分：A、二元晶片(磷鎵)：HG 等B、三元晶片（磷鎵砷）： SRHRUR 等C、四元晶片(磷鋁鎵銦)：SRFHRFURFVYHYUYUYSUEHE、UGLED 顯示屏分為圖文顯

18、示屏和顯示屏，均由 LED 矩陣塊組成。圖文顯示屏可與計算機同步顯示漢字、英文文本和圖形；顯示屏采用微型計算機進行控制，圖文、圖像并茂，以實時、同步、清晰的信息方式各種信息，還可顯示二維、三維動畫、電視、VCD以及現(xiàn)場實況。LED 顯示屏顯示畫面色彩鮮艷，感強，靜如油畫，動如，廣泛應用于車站、碼頭、機場、商場、醫(yī)院、賓館、市場、建筑市場、拍賣行、工業(yè)企業(yè)管理和其它公共場所。2.1.2LED 的特點LED 的內(nèi)在特征決定了它是最理想的光源去代替?zhèn)鹘y(tǒng)的光源，它有著廣泛的用途。1、體積?。篖ED 基本上是一塊很小的晶片被封裝在環(huán)氧樹脂里面，所以它非常的小，非常的輕。2、耗電量低：LED 耗電非常低，

19、一般來說 LED 的工作電壓是 2-3.6V。工作電流是 0.02-0.03A。這就是說：它消耗的電不超過 0.1W。3、使用長：在恰當?shù)碾娏骱碗妷合拢?LED 的使用可達 10 萬小時。4、高亮度、低熱量：比 HID 或白熾燈更少的熱輻射。5、環(huán)保：LED 是由無毒的材料作成，不像熒光燈含水銀會造成污染，同時 LED也可以回收再利用。紅光 LED的 As（砷），劇毒。6、堅固耐用：LED 是被完全的封裝在環(huán)氧樹脂里面，它比燈泡和熒光燈管都堅固。燈體內(nèi)也沒有松動的部分，這些特點使得 LED 可以說是不易損壞的。7、可控性強：可以實現(xiàn)各種顏色的變化。2.1.3LED 光源的特點1、電壓：led

20、使用低壓電源，供電電壓在 6-24v 之間，根據(jù)產(chǎn)品不同而異，所以它是一個比使用高壓電源更安全的電源，特別適用于公共場所。2、效能：消耗能量較同光效的白熾燈減少 80%。3、適用性：很小，每個單元 led 小片是 3-5mm 的正方形，所以可以成各種形狀的器件，并且適合于易變的環(huán)境。4、穩(wěn)定性： 10 萬小時，光衰為初始的 50%5、響應時間：其白熾燈的響應時間為毫秒級，led 燈的響應時間為納秒級。6、對環(huán)境污染：無有害金屬。7、顏色：改變電流可以變色，發(fā)光二極管方便地通過化學修飾方法，調(diào)整材料的能帶結(jié)構(gòu)和帶隙，實現(xiàn)紅黃綠蘭橙多色發(fā)光。如小電流時為紅色的 led，隨著電流的增加，可以依次變?yōu)?/p>

21、橙色，黃色，最后為綠色 。8、價格：led 的價格比較昂貴，較之于白熾燈，幾只 led 的價格就可以與一只白熾燈的價格相當，而通常每組信號燈需由上 300500 只二極管。2.1.4LED 顯示屏介紹及應用現(xiàn)狀LED 電子顯示屏是由幾萬-幾十萬個半導體發(fā)光二極管像素點均勻排列組成。利用不同的材料可以制造不同色彩的 LED 像素點。目前應用最廣的是紅色、綠色、黃色。而藍色和純綠色 LED 的開發(fā)已經(jīng)達到了實用階段。LED 顯示屏分為圖文顯示屏和顯示屏，均由 LED 矩陣塊組成。圖文顯示屏可與計算機同步顯示漢字、英文文本和圖形；顯示屏采用微型計算機進行控制，圖文、圖像并茂，以實時、同步、清晰的信息

22、方式各種信息，還可顯示二維、三維動畫、電視、VCD以及現(xiàn)場實況。LED 顯示屏顯示畫面色彩鮮艷，感強，靜如油畫，動如，廣泛應用于車站、碼頭、機場、商場、醫(yī)院、賓館、市場、建筑市場、拍賣行、工業(yè)企業(yè)管理和其它公共場所。LED 顯示屏可以顯示變化的數(shù)字、文字、圖形圖像；不僅可以用于室內(nèi)環(huán)境還可以用于室外環(huán)境，具有投影儀、電視墻、液晶顯示屏無法比擬的優(yōu)點。在現(xiàn)代信息化社會的高速發(fā)展過程中，大屏幕顯示已經(jīng)從公共信息展示等商業(yè)應用向消費類多應用滲透。隨著寬帶網(wǎng)絡的發(fā)展，數(shù)字化的多內(nèi)在信息世界中占據(jù)主流，新型的大屏幕顯示設備將代替?zhèn)鹘y(tǒng)電視機成為人們享受信息和多內(nèi)容的中心。與傳統(tǒng)的顯示設備相比，這種未來的巨

23、大需求讓大屏幕顯示技術(shù)成為眾人目光的焦點：1、LED 顯示屏色彩豐富，顯示方式變化多樣(圖形、文字、三維、二維動畫、電視畫面等)、亮度高、長，是信息設施劃時代的產(chǎn)品。2、LED 顯示屏是集光電子技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、信息處理技術(shù)于一體的高技術(shù)產(chǎn)品，可用來顯示文字、計算機屏幕同步的圖形。它以其超大畫面、超強視覺、靈活多變的顯示方式等獨居一格的優(yōu)勢，是目前國際上使用廣泛的顯示系統(tǒng)。3、LED 顯示屏應用廣泛，金融、利率、商業(yè)、文化等面，有巨大的社會效益和豐厚的經(jīng)濟效益。在其歷史的演變過程中，出現(xiàn)了多種信息：但就其性能看：如陰級管(crt)或石英管(dv)大型電視，成本非常昂貴，在不需要超大

24、畫面且在室內(nèi)使用時效果尚可；彩色液晶顯示同樣成本昂貴、電路復雜，面積有限，受角的影響非常大，可視角度很??；影象投影設備亮度小、清晰度差(畫面受光不均勻)；電視墻表面有分割線，視覺上有異物感，室外應用時亮度效果差。而 LED 顯示屏以其受空間限制較小，并可以根據(jù)用戶要求設計屏的大小，具有全彩色效果，視角大，可以用于顯示文字、圖案、圖象、動畫、錄象信號等各種信息的特點得到了突飛猛進的發(fā)展。2.1.5LED 顯示屏發(fā)展的三個階段1、1990 年以前 LED 顯示屏的成長時期。一方面，受 LED 材料器件的限制，LED 顯示屏的應用領域沒有廣泛開展;另一方面，顯示屏控制技術(shù)基本上是通訊控制方式，客觀上

25、影響了顯示效果。這一時期的 LED 顯示屏在國外應用較廣，國內(nèi)很少，產(chǎn)品以紅、綠雙基色為主，控制方式為通訊控制，灰度等級為單點 4 級調(diào)灰，成本較高。2、1990-1995 年，這一段是 LED 顯示屏迅速發(fā)展的時期。進入九十年代，全球信息產(chǎn)業(yè)高速增長，各個領域不斷突破，LED 顯示屏在 LED 材料和控制技術(shù)方面也不斷出現(xiàn)新的成果。藍色 LED 晶片研制成功，全彩色 LED 顯示屏進入市場;電子計算機及微電子領域的技術(shù)發(fā)展，在顯示屏控制技術(shù)領域出現(xiàn)了控制技術(shù)，顯示屏灰度等級實現(xiàn) 16 級灰度和 64 級灰度調(diào)灰，顯示屏的動態(tài)顯示效果大大提高，產(chǎn)品應用領域涉及金融、體育、機場、鐵路、車站、公路

26、交通、商業(yè)、郵電電信等諸多領域，特別是 1993 年業(yè)的發(fā)展更了 LED顯示屏市場的大幅增長。LED 顯示屏在平板顯示領域的主品局面基本形成，LED顯示屏產(chǎn)業(yè)成為新興的高科技產(chǎn)業(yè)。3、1995 年以來，LED 顯示屏的發(fā)展進入一個總體穩(wěn)步提高產(chǎn)業(yè)格局調(diào)整完善的時期。進入新世紀，光電子產(chǎn)業(yè)得到廣泛的重視，中國加入 WTO、功等，成為 LED 顯示屏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的契機，LED 顯示屏必將得到飛躍發(fā)展。2.1.6LED 顯示屏的驅(qū)動方式介紹驅(qū)動控制電路可選用 74HC595(8 位移位寄存器/鎖存器)，如圖 2.1 所示。2.2無線通信技術(shù)介紹2.2.1無線通信技術(shù)無線技術(shù)給人們帶來的影響是無可爭議的。

27、如今每一天大約有 15 萬人成為新的無線用戶，全球范圍內(nèi)的無線用戶數(shù)量目前已經(jīng)超過 2 億。這些人包括大學教授、倉庫管理員、護士、商店、辦公室經(jīng)理和卡車。他們使用無線技術(shù)的方式和他們自身的工作一樣都在不斷地更新。從七十年代，人們就開始了無線網(wǎng)的。在整個八十年代，伴隨著以太局域網(wǎng)的迅猛發(fā)展，以具有不用架線、靈活性強等優(yōu)點的無線網(wǎng)以己之長補有線所短，也贏得了特定市場的認可，但也正是因為當時的無線網(wǎng)是作為有線以太網(wǎng)的一種補充，遵循了 IEEE802.3 標準，使直接架構(gòu)于 802.3 上的無線網(wǎng)產(chǎn)品存在著易受其他微波噪聲干擾,性能不穩(wěn)定,傳輸速率低且不易升級等弱點,不同廠商的產(chǎn)品相互也不兼容,這一切

28、都限制了無線網(wǎng)的進一步應用。這樣， 制定一個有利于無線網(wǎng)自身發(fā)展的標準就提上了議事日程。到 1997年 6 月，IEEE 終于通過了 802.11 標準。 (802.11 標準是 IEEE 制定的無線局域網(wǎng)標準，主要是對網(wǎng)絡的物理層(PH)和媒質(zhì)控制層(MAC)進行了規(guī)定，其中對 MAC層的規(guī)定是重點。各廠商的產(chǎn)品在同一物理層上可以互操作，邏輯鏈路控制層(LLC)是一致的，即 MAC 層以下對網(wǎng)絡應用是透明的（如圖一所示）。)這樣就使得無線網(wǎng)的兩種主要用途(同網(wǎng)段內(nèi))多點接入和多網(wǎng)段互連，易于質(zhì)優(yōu)價廉地實現(xiàn)。對應用來說，更重要的是，某種程度上的兼容就意味著競爭開始出現(xiàn)；而在 IT 這個行業(yè)，兼

29、容，就意味著十倍速時代降臨了。在 MAC 層以下，802.11 規(guī)定了三種發(fā)送及接收技術(shù)：擴頻(SpreadSpectrum)技術(shù)； 紅外(Infared) 技術(shù)； 窄帶(NarrowBand) 技術(shù)。而擴頻又分為直接序列(DirectSequence,DS)擴頻技術(shù)(簡稱直擴)，和跳頻(FrequencyHop,FH)擴頻技術(shù)。直序擴頻技術(shù)，通常又會結(jié)合碼分多址 CDMA 技術(shù)。根據(jù)，今后幾年，無線網(wǎng)在全世界將有較大的發(fā)展，單只無線局域網(wǎng)銷售額就將從 1997 年的2.1 億增加到 2001 年的 8 億。無線通信的應用已深入到人們生活和工作的各個方面,包括日常使用機、無線等，其中 3G、W

30、LAN、UWB、藍牙、寬帶系統(tǒng)、數(shù)字電視都是 21 世紀最熱門的無線通信技術(shù)的應用。2.2.2各種通信方式的優(yōu)點無線數(shù)據(jù)通信方式有許多，常用的有紅外線數(shù)據(jù)通信、電力載波數(shù)據(jù)通信和高頻無線電數(shù)據(jù)通信等，這幾種通信方式各有優(yōu)點。1、紅外線數(shù)據(jù)通信紅外線通信方向性強，適用于近距離的無線傳輸，目前的紅外線數(shù)據(jù)通信設備的通信速率也可以做的很高，可以做到 4MB/S,紅外數(shù)據(jù)通信的性很高，而且具有極強的能力。但是，紅外通信的不足之處就是它的傳輸距離很短，只有 12m，如果減低速率，可以講距離延長至 10m，但必須是紅外發(fā)射二極管對準紅外接收二極管。所以，紅外通信對于本系統(tǒng)來說，是不適合的，因為在發(fā)送數(shù)據(jù)的

31、過程中，是不允許偏離的，如果偏離就可能導致數(shù)據(jù)丟失，在顯示是會出現(xiàn)亂碼。2、電力載波數(shù)據(jù)通信嚴格說來，電力載波數(shù)據(jù)通信不是無線的，但是一般的用電器都有 220V 的電源線，所以，利用電源線傳輸數(shù)據(jù)，可以認為是無線的。通信的載波即現(xiàn)成的電力線，不像有線通信一樣需要重新鋪設通信線路，也不像無線傳輸那樣需要復雜的發(fā)送接收設備來傳輸信息。它無需架設額外的通信線路，也不占用寶貴的無線頻譜資源。但是，電路載波最大的不足之處就是它的能力很差。由于在電力線上，同時有許多的用電設備，用電力設備的開、關(guān)等操作均會產(chǎn)生無線電子干擾電源的用電器的開關(guān)電源的正常發(fā)送，另外一些使用開關(guān)電源的用電器的開關(guān)電源的開關(guān)頻率泄露

32、也會影響數(shù)據(jù)正常傳輸。所以，用來傳送電子顯示信息是不夠合適的。除非使用特殊的技術(shù)設備，以及容錯性的通信協(xié)議，才能解決以上問題。2.3基本介紹2.3.1CPU 介紹智能化控制中，單片機憑其體積小、封裝形式簡所有 LED 熄滅 單、易于焊接、功能齊全、功耗較小等優(yōu)點不失為最佳選擇”。利用單片機完全可以實現(xiàn)路燈亮度的自動調(diào)節(jié)并能達到節(jié)省能源的目的，并且一旦開機就可以智能地持續(xù)量7。工作，減少了的1、AT89C51 的介紹AT89C51 單片機是ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機，片內(nèi)含 4K bytes 的可反復擦寫的 F1 h 只讀程序器和 128bes 的隨機數(shù)據(jù)存儲器

33、(RAM)，器件采用 ATMEL 公司的高密度，非易失性技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準 MCS 51 指令系統(tǒng)。功能強大的 AT89C51 單片機可為用戶提供許多高性價比的應用場合，可靈活應用于各種控制領域8。其主要特性為：(1)與MCS一5l兼容。(2)4K字節(jié)可編程閃爍器。(3)：1000寫擦循環(huán)。(4)數(shù)據(jù)保留時間：10年。(5)全靜態(tài)工作：OHz一24Hz。(6)三級程序器鎖定。(7)1288位內(nèi)部RAM。(8)32可編程IO線。(9)兩個16位定時器計數(shù)器。(10)5個中斷源。(11)可編程串行通道。(12)低功耗的閑置和掉電模式。(13)片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。因此本文選擇AT89C51作為整個

34、路燈系統(tǒng)的控制器，不僅可以達到物美價廉，經(jīng)濟實用的目的，而且它的反復可擦除特性保證了用戶可以根據(jù)實際情況多次修改程序，實現(xiàn)不同環(huán)境下的智能控制 。2、AT89C51的引腳功能管腳第一次寫1時，被定義為輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時

35、，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序器或16位地址外部數(shù)據(jù)器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管腳備選功能:P3.0RXD（串

36、行輸）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2/0（外部中斷0）P3.3/1（外部中斷1）P3.4T0（記時器0外部輸入）P3.5T1（記時器1外部輸入）P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)器寫選通）P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)器讀選通）P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的時間。ALE/PROG：當外部器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當

37、用作外部數(shù)據(jù)器時，將跳過一個ALE脈沖。如想ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE，置位無效。等），各高校及專業(yè)學校的培訓仍與MCS-51單片機作為代表進行理論基礎學習。有些文獻甚至也將8051泛指MCS-51系列單片機，8051是早期的最典型的代表作，由于MCS-51單片機影響極深遠，許多公司都推出了兼容系列單片機，就是說MCS-51內(nèi)核實際上已經(jīng)成為一個8位單片機的標準。其他的公司的51單片機產(chǎn)品都是和MCS-51內(nèi)核兼容的產(chǎn)品而以。同樣的一段程序，在各個單片機廠家的硬

38、件上運行的結(jié)果都是一樣的，如ATMEL的89C51（已經(jīng)停產(chǎn)）、89S51，PHILIPS（菲利浦），和WINBOND（華邦）等，常說的已經(jīng)停產(chǎn)的89C51指的是ATMEL公司的 AT89C51單片機，同時是在原基礎上增強了許多特性，如時鐘，更優(yōu)秀的是由Flash（程序器的內(nèi)容至少可以改寫1000次器取帶了原來的ROM（寫入），AT89C51的性能相對于8051已經(jīng)算是非常優(yōu)越的了。不過在市場化方面，89C51受到了PIC單片機陣營的，89C51最致命的缺陷在于不支持ISP（更新程序）功能，必須加上ISP功能等新功能才能更好延續(xù)MCS-51的。89S51就是在這樣的背景下取代89C51的，現(xiàn)在

39、，89S51目前已經(jīng)成為了實際應用市場上新的寵兒，作為市場占有率第一的ATMEL目前公司已經(jīng)停產(chǎn)AT89C51，將用AT89S51代替。89S51在工藝上進行了改進，89S51采用0.35新工藝，成本降低,而且將功能,增加了競爭力。89SXX可以像下兼容89CXX等51系列。同時，ATMEL不再接受89CXX的定單，大家在市場上見到的89C51實際都是ATMEL前期生產(chǎn)的巨量庫存而以。89S51相對于89C51增加的新功能包括：新增加很多功能，性能有了較大，價格卻基本不變，甚至比89C51更低！ISP編程功能，這個功能的優(yōu)勢在于改寫單片機器內(nèi)的程序不需要把芯片從工作環(huán)境中剝離。是一個強大易用的

40、功能。工作頻率為33MHz，大家都知道89C51的極限工作頻率只有24M，就是說S51具有更高工作頻率，從而具有了更快的計算速度。具有雙工UART串行通道。內(nèi)部集成看門狗計時器，不再需要像89C51那樣外接看門狗計時器單元電路。雙數(shù)據(jù)指示器。電源關(guān)閉標識。全新的加密算法，這使得對于89S51的變?yōu)椴豢赡?，程序的性大大加強，這樣就可以有效的保護知識產(chǎn)權(quán)不被。兼容性方面：向下完全兼容51全部字系列產(chǎn)品。比如8051、89C51等等早期MCS-51兼容產(chǎn)品。也就是說所有教科書、網(wǎng)絡上的程序（不論教科書上采用的單片機是8051還是89C51還是MCS-51等等），在89S51上一樣可以照常運行，這就是

41、所謂的向下兼容。2.3.2ET13X210 和 ET13X221 集成模塊介紹ET13X221 型內(nèi)集成了鎖相環(huán)、頻道選擇器和發(fā)射緩存器。ET13X210 型接收器集成了鎖相環(huán)、混頻器、中頻放大器、濾波器、解調(diào)器和頻道選擇器，其結(jié)構(gòu)圖分別如圖 2.4 和圖 2.5 所示，該電路具有如下特點：圖2.4 ET13X221結(jié)構(gòu)圖圖2.5 ET13X210結(jié)構(gòu)圖使用片內(nèi)鎖相環(huán)技術(shù)并可外接 4MHz 晶體振蕩器，工作頻率精準而且十分穩(wěn)定，中心頻率為 27MHz，有 10 個頻道可供選擇，每個頻道的間隔為 30MHz，保證多個模塊在點對點傳輸時互不干擾；采用頻移鍵控調(diào)制，結(jié)構(gòu)簡單、實用、比調(diào)幅的體制方法更

42、具抗干擾能力；功耗低，待機模式下的最大工作電流僅 10A；為 0dBm-3dBm，配置合適的天線，穩(wěn)定傳輸距離高達 10m。以 ET13X221/ET13X210 為配合一些模擬電路即可無線通信模塊。2.3.374LS273介紹74LS273 原理圖見圖 2.6圖2.6 74LS273原理圖74LS273 基本描述：最高工作頻率：40MHz,功率耗散 10.6mW。74LS273 是邊沿觸發(fā)器，具有公共時鐘和清除功能?？捎米骶彌_器，寄存器和位移寄存器。表 2.1 74LS273 真值表：Q。:穩(wěn)態(tài)輸入條件建立之前Q 的電平。2.3.4LMM-1088BELMM-1088BE引腳圖見圖 2.7輸

43、入輸出/CLRCLKDQLXXLHHHHLLHLXQ。2.4.1控制系統(tǒng)硬件設計本系統(tǒng)設計中，LED 顯示屏的基本結(jié)構(gòu)及是系統(tǒng)采用 MC391+AT91RM9200+CPLD(ATF1508AS)+雙口 SDRAM(IDT7005)的方案來實現(xiàn)，整個控制系統(tǒng)可分為：信號接收及處理模塊和 CPLD(ATF1508AS)掃描控制模塊和 LED 點陣驅(qū)動模塊，如圖 2.9 所示。本系統(tǒng)的是使用 MC391、AT91RM9200、CPLD(ATF1508)、雙口 SDRAM(IDT7005)兩兩之間進行數(shù)據(jù)的交互，解決 LED 顯示屏中無線通信，高速數(shù)據(jù)傳輸和快速掃描控制的難題，大大提高了動態(tài)顯示的刷

44、新率。信號接收與處理模塊的功能基于 ARM9207 核的高性能、低功率 16/32 位 RISC 微處理器 AT91RM9200 通過無線通信模塊 MC391 接收 PC送來的點陣信息，同時間對點陣信息做各種不同的處理。利口SDRAM（IDT7005）在 AT91RM9200 和 CPLD(ATF1508AS)之間以共享的方式建立高速通道。圖2.9 控制系統(tǒng)硬件系統(tǒng)圖2.4.2無線 MC391 模塊的功能數(shù)據(jù)服務中心的與管理層把要顯示的數(shù)據(jù)通過 GPRS 網(wǎng)絡傳輸給 GPRS 模塊，如圖 2.10 所示，GPRS 模塊在控制器 AT91RM200、CPLD、雙口 SDRAM 的控制下通過 LE

45、D 顯示出來，同時 GPRS 模塊也可以將現(xiàn)場的數(shù)據(jù)參數(shù)通過 GPRS 網(wǎng)絡回傳給數(shù)據(jù)服務中心，以便數(shù)據(jù)服務控制中心處理和檢測 LED 顯示屏現(xiàn)場。MC391 是西門子推出的無線通信模塊，設計緊湊，大大縮小了用戶產(chǎn)品的體積。MC391 與 SCM 2/2+兼容。具有雙頻（CSM900/CSM1800）、RS232 數(shù)據(jù)口、符合 ETSI 標準 CSM0707 和 CSMO705,且易于升級為GPRS 模塊。該模塊及射頻電路和基帶于一體，向用戶提供標準的 AT 命令接口，為數(shù)據(jù)、語言、和傳真提供快速、可靠、安全的傳輸，方便用戶的應用開發(fā)及設計。圖2.10 無線模塊通信圖2.4.3控制器設計主控制

46、AT91RM9200 的晶振頻率約為 100-200MHz.本設計選晶振頻率為12Hz，通過設置內(nèi)部的 VPB 分頻器可以提高 CPU 時鐘頻率到 180MHz。內(nèi)部 64M 字節(jié)的高速 Flash器用于代碼和數(shù)據(jù)的。電路中采用型 DC/DC 模塊向收發(fā)器電路供電。DC/DCM 模塊采用定電壓輸入非穩(wěn)壓單輸入型 DC/DC 模塊，電壓DC1000V。這樣可以很好地實現(xiàn)總線上各接點的電氣，提高了接點的穩(wěn)定性。系統(tǒng)配有 LED 顯示和鍵盤，用于顯示和控制節(jié)點工作狀態(tài)、參數(shù)設置和數(shù)據(jù)傳輸。信息的傳輸采用無線通信模塊以及以太網(wǎng)口。雙口 SDRAM 用來連接AT91RM9200 信號處理模塊和 CPLD

47、 掃描模塊，因為 CPLD（ATF1508AS）掃描模塊可以達到很高的掃描速率，而 AT91RM9200 的運行速度相對較低，還要對外部 FLASH進行讀寫操作且兩個模塊間有大量的，這里使用的 CPLD(ATF1508AS),速度等級是 35ns，完全可以達到兩個模塊的通信要求。雙口 SDRA(MID7005)是常見的共享式雙端口儲存器，其最大的特點是數(shù)據(jù)共個器配備兩套獨立的地址、數(shù)據(jù)和控制線，允許兩個獨立的 CPU 或控制器同時異步地單元。其內(nèi)容沖裁邏輯控制提供以下功能：對同一地址單元的時序控制；單元數(shù)據(jù)塊的權(quán)限分配；信令交換邏輯（例如中斷信號）等。一般 RAM(如 6116)只有一套地址總

48、線、數(shù)據(jù)總線和控制總線，在同一時間只能執(zhí)行同一總線操作、而雙口 SDRAM 有左側(cè)和右側(cè)兩套地址、數(shù)據(jù)和控制總線，可供兩套總線對其進行。設計中，雙口 SDRAM 是共享的，是兩個數(shù)據(jù)模塊間的數(shù)據(jù)通信。獨立掃描模塊的功能通過此雙口 SDRAM 為中介，將單片機送來的數(shù)據(jù)在 LED 點陣顯示屏上顯示。采口 SDRAM(IDT7005)是本設計的一個主要特色。本系統(tǒng)中，AT91RM9200通過共享的雙口 SDRAM 與 CPLD 通信，AT92RM9200 通過共享的雙口 SDRAM 與 CPLD通信，AT91RM9200 將數(shù)據(jù)寫入雙口 SDRAM 中，而 CPLD 則從雙口 SDRAM 中數(shù)據(jù)并

49、通過掃描邏輯電路輸出。AT91RM9200 信號處理和 CPLD 掃描模塊通過雙口 SDRAM實現(xiàn)相互連接。掃描控制部分的原理電路如圖 2.11 所示，ATF1508AS 是部分。圖 2.11CPLDATF1508AS 與雙口 AT91RM92002.4.4AT91RM9200 模塊軟件設計AT91RM9200 的軟件流程分為前臺和兩個線程，其中前臺線程為進程，處理數(shù)度慢，沒有時間安排只有進度要求，進程的處理時間 20ms 完成任務，有時間限制，前臺程序和程序通過隊列 FIFO 交換，保證數(shù)據(jù)的可靠性。前臺程序主要完成無線模塊或者以太網(wǎng)通信應答，如圖 2.12 所示。處理程序主要完成與 AT9

50、1RM9200 的操作以及把 FLASH 中的字庫代碼送人雙口 SDRAM 中并與 CPLD 配合好時序，如圖 2.13 所示。圖2.12前臺處理程序框圖圖2.13處理程序2.4.5CPLDATF1508AS 模塊設計CPLDATF1508AS 主控電路的功能是雙口 SDRAMIDT7005 中的數(shù)據(jù)，并通過譯碼邏輯電路將數(shù)據(jù)顯示在 LED 點陣顯示屏的特定位置上。在本模塊中，實際上是使用CPLDATF1508AS將 AT91RM9200 中的總線控制器及其譯碼邏輯電路集成在一起。只用到 CPLDTF1508AS 的這一部分功能和接口電路，如若采用傳統(tǒng)方案，就必須采用多片，而使用 CPLDAT

51、F1508AS 后只有一片就可以實現(xiàn)所需要的功能。雙口SDRAMIDT7005 的讀寫與普通 RAM 基本相同， 只需要通過 CPLDATF1508AS 對雙口SDRAMIDT7005 的讀寫操作就可控制讀出數(shù)據(jù)并譯碼輸出。讀寫操作作用 VerilongHDL 描述語言，可用帶有 always 語句 case 語句建模，狀態(tài)信息在寄存器其中，casc 語句的多個分支包括每個狀態(tài)的行為。在這里將讀時序分為 SO、S1、S2、S3 共 4 個狀態(tài)，其工作方式如下：S0：在 RAM 的片選CE 之前輸出地址；S1：選中 RAM，輸出讀信號；S2：行計數(shù)器輸出，讀出 RAM 的數(shù)據(jù)并反相輸出;S4:

52、片選，讀、地址計數(shù)器加 1第三章系統(tǒng)硬件電路設計3.1系統(tǒng)硬件電路設計3.1.1硬件電路設計框圖硬件電路設計框圖見圖3.1.圖 3.1硬件電路設計框圖3.1.2系統(tǒng)工作原理介紹AT89C51單片機作為控制器控制顯示器的顯示及結(jié)果。由單片機的P1.0P1.3來控制LED的行地址，由單片機的P1.0P1.3來控制LED的列地址,行驅(qū)動分別用三極管9015來驅(qū)動。數(shù)據(jù)由單片機的P0口直接輸出，當輸入到鎖存器后，在74LS273中保持；經(jīng)過三極管9015驅(qū)動和限流電阻到達LED顯示器。由于LED顯示器某一時間內(nèi)只能掃描一行，即逐行掃描，本程序采用擴展鎖存器方式。3.1.3電路原理和器件選擇在這里列出本

53、次設計關(guān)鍵部分器件的名稱及其在電路中的主要功能：AT89C51：單片機，控制 LED 的數(shù)字顯示。74LS273：鎖存器，LED 顯示擴展電路中的段碼和位碼使用了 12 片 74LS273，上升沿鎖存。穩(wěn)壓電源：提供穩(wěn)定的+5V 電壓。復位按鈕 RESET：在復位電路中起程序手動復位的作用。9015：三極管，在行驅(qū)動電路中用來放大行電路的信號，但輸出的信號和原來的信輸入電路點陣顯示行驅(qū)動電路時鐘電路點陣顯示列驅(qū)動電路88點陣LED顯示器AT 89C51單片機復位電路號相反。3.1.4單片機各個口的分配和連接在這里列出本設計關(guān)鍵部分單片機和各個模塊管腳的連接。P1.0P1.3 作為行地址選擇信號

54、直接連接在 74LS273 的 CLK 端選擇所需的74LS273。P0.0P0.7 作為單片機的數(shù)據(jù)總線，LED 顯示的內(nèi)容通過 P0.0P0.7 數(shù)據(jù)線從單片機傳送到 74LS273，經(jīng)過三極管和限流電阻再傳送到點陣塊。P2.0P2.7 作為列地址選擇信號直接連接在 74LS273 的 CLK 端選擇所需的74LS273。3.1.5系統(tǒng)硬件參數(shù)的選擇P0 口上拉電阻的選擇:為提高 P0 口的代負載能力和能力，必須接上拉電阻，這里選用阻值為 10K的電阻。外部時鐘電路的選擇:該單片機系統(tǒng)要求 f=12MHz，這里選用 12.0MHz 的晶振為了提高穩(wěn)定性和起振的快速性，電容 C1 和 C2

55、的典型值通常為 30pF 左右，這里選用電容為 30pF 的瓷片電容。穩(wěn)壓源參數(shù)的選擇:該電路的輸出最大功率為P,P=12*0.1=1.2W 足夠滿足該電路。LM7805 外接電路參數(shù)的選擇:查相關(guān)資料該的最大承受電流為 0.1A，因此輸入端必須界限流電阻 R3,R3=(12*0.9-5)/0.1=58這里選用阻值為 70的精度為 5%的碳膜電阻?？紤]到單片機的電源穩(wěn)定性，必須在 LM7805 的輸入端和輸出端接濾波電容 C1 和 C2 為 100pF 的效果最好，這里選用 100pF的瓷片電容。點陣工作電流值為 20mA-40mA，工作壓降值為 1.7V。因為點陣工作電流越大，點陣越亮，所以

56、 把點陣的工作電流 定在 35mA 。由此來計算限流電阻 R=(5-1.7)/0.035=94.3,這里選用 R=100的碳膜電阻。三極管工作在開關(guān)狀態(tài)，即非線性工作區(qū)。因為 Ib+Ie=Ic，所以 Ib 應適應性小，選用三機關(guān)的基極電阻為 10K。驗證：Ib=(5-0.7)/10K=0.43mA,三極管的最大功耗為 P=UI=1.2*0.35=0.42mW,確定選用小功率、高頻三極管，查資料選用 N9015。3.2系統(tǒng)模塊電路介紹3.2.1單片機的基本電路單片機的基本電路見圖 3.2該電路采用按鍵手動復位。按鍵手動復位為電平方式。對于懷疑是復位電路故障而不能正常工作的單片機也可以采用模擬復位

57、的方法來判斷，單片機正常工作時第 9 腳對地電壓為零，可以用導線短時間和+5V 連接一下，模擬一下上電復位，如果單片機能正常工作了，說明這個復位電路有問題，其中電平復位是通過 RET 端經(jīng)電阻與電源 VCC 接通而實現(xiàn)的，當時鐘頻率適用于 12Mhz 時，C 取 100uF，R 取 10K，為保證可靠復位，在初識化程序中應安排一定的延遲時間。3.2.3振蕩電路振蕩電路的原理圖如下圖 3.4 所示。圖 3.5 發(fā)射模塊電路待發(fā)射的數(shù)據(jù)由 DATA IN 端輸入，此端的輸入為數(shù)字信號，信號輸入后通過 LC 振蕩電路，利用相位測試輸出的信號反饋控制電路內(nèi)的壓控振蕩器（VCO）來穩(wěn)定時鐘頻率，由外接開

58、關(guān)的 BCD 編碼方式選擇頻道，產(chǎn)生一個在 27MHz 附近的高頻載波，再用FSK 形式將基帶信號加在上面，然后經(jīng)過濾波及放大電路，由天線將信號發(fā)射出去，基于 ET13X210 的接收模塊的硬件電路如圖 3.6 所示。圖 3.6 接收模塊電路通過天線接收的信號首先送入 RF 混頻的輸入電路，將 RFIN 模塊的輸出信號輸入到電路內(nèi)部的混頻器中，同時為了避免相近頻率對主頻的干擾，使用中頻濾波器將與主頻相近的頻率衰減使主頻的接收能正常工作，再經(jīng)過解調(diào)及電路輸出原信號，由 DATAOP 端送到微處理器進行控制處理。3.2.5LED 顯示設計1、88 點陣 LED 漢字顯示工作原理本項目中，把 32

59、個 88 LED 作成 3264 矩形顯示器，并把每 4 個 88 點陣拼成一個 1616 點陣單元。這樣就保證了此顯示器顯示 8 個漢字或是 8 個獨立的 1616 的圖形，顯示整體為 2048 個點，也就組成了 1 個 3264 點陣共顯示 8 個漢字，下文把此看成整體。1616 點陣共有 2 種接線方式，即共陰極接法和共陽極接法，共陽極接法的原理圖如下圖所示，圖中只畫出了 1 個 44 點陣二極管，每一行發(fā)光二極管的陽極接在一起，有一個引出端r，每一列發(fā)光二極管的陰極接在一起，有一個引出端c，當給二極管陽極引出端 r 加時，陰極引出端 c 加低電平時，在上腳的二極管點亮。因此，對行和列的

60、電平掃描控制時，可以實現(xiàn)顯示不同漢字的目的。2、LED 顯示器顯示效果原理由于 1 列到 16 列的 LED 顯示器的發(fā)光和熄滅過程中，每秒要重復 70 次以上，所以在人眼暫存效應作用下，看上去整個 LED 顯示屏是一起亮的，這些被點亮的點組成相應的圖像和字型給人們傳遞的信息。改變列線與數(shù)據(jù)的前后順序會使整個屏幕的顯示內(nèi)容有上下移動的感覺，改變提取數(shù)值的前后順序會使整個屏幕的顯示內(nèi)容有左右移動的感覺。3264 點陣 LED 與單片機的接口:3264 點陣 LED 引腳排列如圖 3.7 所示，當單片機 AT89C51 控制時連接 3264 點陣 LED 需要接入 12 塊 74LS273 鎖存器