基于射頻無線通信的點陣顯示屏設計與實現(xiàn)畢業(yè)論文

1、1 / 104畢畢 業(yè)業(yè) 設設 計計設計題目：設計題目：基于射頻無線通信的點陣顯示屏設計與實現(xiàn)基于射頻無線通信的點陣顯示屏設計與實現(xiàn)摘 要LED 點陣顯示屏優(yōu)點很多，廣泛應用于各種場合。目前，采用有線方式傳輸顯示信息的點陣屏幕安裝和更改位置不便，而采用公共無線收費網(wǎng)絡傳輸方式運行費用較高。針對以上不足之處，本研究的主要目標是實現(xiàn)點陣顯示屏的無線控制。在上位機 PC 端輸入顯示的容，通過無線收發(fā)模式，在下位機點陣屏顯示接收到的容。本系統(tǒng)是以 89C51 系列單片機 STC89C51RC 作為控制核心，來控制各部分電路實現(xiàn)相應的功能。從功能上劃分，本系統(tǒng)分為上位機 PC 端界面、無線發(fā)射模塊、無線

2、接收模塊和 LED 點陣屏顯示模塊。上位機用 VB 語言編寫可視化界面，實現(xiàn)顯示信息的輸入、字模數(shù)據(jù)的生成、串口選擇、波特率選擇和數(shù)據(jù)一鍵發(fā)送，實現(xiàn)了簡單的人機交互。下位機采用單片機為主控芯片的電路，顯示信息的數(shù)據(jù)存儲在外擴 32K 的隨機存儲器 62256 中。無線通信采用 CC1100 模塊，它具有低功耗、傳輸距離遠、抗干擾能力強和誤碼率低等優(yōu)點。點陣顯示屏顯示部分由 16 個 88 發(fā)光二極管組成，能夠清晰的顯示 4 個 1616 分辨率的2 / 104漢字。關鍵字：關鍵字：單片機 點陣顯示屏 射頻無線通信 隨機存儲器ADesignDesign andand RealizationRea

3、lization ofof thethe RfRf WirelessWireless TransmissionTransmission LEDLED LatticeLattice ScreenScreen BasedBased onon Micro-controllerMicro-controller UnitUnitAbstractAbstractThe LED lattice screen has many advantages, so it is widely used in all kinds of situations.At present, the way of displayin

4、g information transmission cable bitmap screen installation and change the position of inconvenience, and to use the public wireless charging network transmission operation cost is higher. In view of the above shortcomings, the studys main goal is to realize the LED lattice screen controlled by wire

5、less signal. In the PC the input the content of the show, through the wireless transceiver mode, the LED lattice screen displays the received content.STC89C52RC of 89C51 series micro-controller unit is the core of this 3 / 104system, and controls every part of circuit achieving their functions.This

6、system consist of a PC send interface, wireless transmitting module, wireless receiving modules and the LED lattice screen part. The interface prepared by VB language is a visual interface, which can realize many functions，such as the input of the display information, the generation of font data, th

7、e selection serial ports, the selection of Baud rate and how to transmit data with one key, realized simple human-computer interaction.The machine adopts single-chip microcomputer for a main control chip circuits, display information of the data storage expansion outside 32 K of random access memory

8、. Among them, the CC1100 wireless transmission module has many advantages, such as low power consumption and long distance transmission and strong anti-interference ability. The LED lattice screen is made of 16 pieces 88 leds composition, which can clearly show four 1616 resolution Chinese character

9、.Keyword:Keyword: MCU；LED Lattice Screen；Rf Wireless Transmission；RAM目 錄1 引言 .12 總體設計方案 .23 系統(tǒng)硬件電路設計 .33.1 核心器件介紹.33.1.1 STC89C51 系列單片機介紹 .33.1.2 CC1100 無線模塊介紹 .83.1.3 點陣顯示屏芯片介紹.103.2 控制板電路設計.123.2.1 控制板原理 .123.2.2 外部擴展板的設計 .143.3 點陣顯示屏模塊設計 .154 / 1043.3.1 控制板原理 .153.3.2 行驅(qū)動電路設計 .163.3.3 點陣顯示屏原理圖設計

10、.183.4 電路板焊接.194 系統(tǒng)軟件設計 .204.1 軟件開發(fā)平臺與開發(fā)語言介紹 .204.1.1 Visual Basic 6.0 開發(fā)平臺 .204.1.2 KEIL UVISION4 開發(fā)平臺 .214.2 上位機管理系統(tǒng)程序設計.224.2.1 系統(tǒng)概要設計.224.2.2 軟件詳細設計.224.3 下位機無線收發(fā)模塊程序設計.244.3.1 無線發(fā)射模塊程序設計 .244.3.2 無線接收模塊程序設計 .275 PCB 板的設計與實現(xiàn).285.1 Protel 99SE 介紹.285.2 PCB 設計主要步驟.285.3 LED 屏 PCB 設計與實現(xiàn).305.4 PCB 板

11、設計注意事項.336 系統(tǒng)軟硬件調(diào)試 .346.1 STC-ISP 程序下載器介紹.346.2 上位機發(fā)射界面調(diào)試.356.3 下位機接收部分調(diào)試.357 結論 .378 辭 .38參考文獻 .39附錄 .40附錄 1 總電路圖.40附錄 2 VB 界面程序.41附錄 3 發(fā)送端程序.48附錄 4 接收端程序.65附錄 5 器件清單 89外文資料 .905 / 1041 / 1041 引言LED 點陣屏是由發(fā)光二極管按規(guī)律排列所組成的點陣顯示屏幕，它可用來顯示字符、圖案等信息，具有可靠性高、使用壽命長、環(huán)境適應能力強、性能價格比高等特點，因此在信息顯示領域得到了廣泛應用。在大型商場、車站、碼頭

12、、地鐵站以與各類辦事窗口等越來越多的場所需要用 LED 點陣顯示圖形和漢字。LED 行業(yè)已成為一個快速發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè)，市場空間巨大，前景廣闊。隨著信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，LED 顯示作為信息傳播的一種重要手段，已廣泛應用于室外需要進行服務容和服務宗旨宣傳的公眾場所，例如戶外公共場所廣告宣傳、機場車站旅客引導信息、公交車輛報站系統(tǒng)、證券與銀行信息顯示、餐館報價信息豆示、高速公路可變情報板、體育場館比賽轉播、樓宇燈飾、交通信號燈、景觀照明等。顯然，LED 顯示已成為城市亮化、現(xiàn)代化和信息化社會的一個重要標志。LED 點陣顯示根據(jù)應用領域和要求不同可以分為很多種。常見的是采用單片機為控制核心的 LED

13、點陣顯示，顯示的數(shù)據(jù)預先存儲在 ROM 中，當程序運行時，單片機負責依序?qū)?ROM 中存儲的數(shù)據(jù)進行讀取、傳輸和顯示1。這種方式優(yōu)點在于廉價、現(xiàn)實簡單，適用于顯示字符少或顯示畫面不大的場合，并且很少更改顯示容。但是當顯示畫面大，顯示容多且較復雜，光靠單片機處理不過來，或者希望能隨時改變顯示容或畫面時不方便，局限性很大。并且目前多采用有線數(shù)據(jù)傳輸方式的 LED 點陣屏幕安裝和更換位置不便，而采用公用無線收費網(wǎng)絡的方式費用較高。目前，生活中常見的 LED 顯示屏都是采用單片機為控制核心，顯示的數(shù)據(jù)預先存儲在 ROM 中，當程序運行時，單片機負責依序?qū)?ROM 中存儲的數(shù)據(jù)進行讀取、傳輸和顯示。這種

14、方式優(yōu)點在于廉價、現(xiàn)實簡單，適用于顯示字符較少并且很少更改顯示容的情況。當顯示畫面大，顯示容多且較復雜，光靠單片機處理不過來，或者希望能隨時改變顯示容或畫面時不方便，局限性很大。并且目前多采用有線數(shù)據(jù)傳輸方式的 LED點陣屏幕安裝和更換位置不便，而采用公用無線收費網(wǎng)絡的方式費用較高。針對以上不足，本設計研究了由 PC 來控制點陣屏顯示信息，基于射頻無線通信技術傳輸信息的點陣屏顯示系統(tǒng)。本設計除了具有讓 LED 顯示終端進行文本顯示的基本功能外，還區(qū)別于傳統(tǒng)的有線方式傳輸顯示信息，可以通過射頻無線通信技術傳輸數(shù)據(jù)，解決了不能隨時更改顯示容的問題，在成本增加不多的情況下解決了安裝和更改位置不方便的

15、問題，提高可移動性，也符合嵌入式系統(tǒng)應用的未來發(fā)展方向。2 / 1042 系統(tǒng)總體設計方案通過對基于射頻無線通信的點陣顯示屏的分析，本設計所研究的無線 LED 點陣屏分為上位機和下位機兩大部分。上位機 PC 端負責顯示信息的輸入，用 VB 語言編寫軟件界面，制作一個可以輸入顯示信息并一鍵發(fā)送的可視化界面。當輸入文字信息后按確定發(fā)送鍵，VB 將顯示信息通過串口和無線發(fā)射模塊發(fā)送出去。下位機以 STC89C51 單片機為主控芯片，用于顯示信息的接收和顯示，CC1100 模塊接收上位機傳輸?shù)娘@示信息，通過單片機在點陣屏上顯示。整個設計根據(jù)功能分為上位 PC 機管理模塊、無線發(fā)射模塊、無線接收模塊、L

16、ED 點陣顯示模塊組成，工作流程如圖 2-1 所示。上位機 PC 端用 Visual Basic 語言編寫軟件界面，用戶可以直接輸入顯示信息，并確認發(fā)送顯示。顯示信息數(shù)據(jù)通過串口通信傳送到單片機，并通過無線發(fā)射模塊CC1100 發(fā)射出去，上位機管理模塊是用戶和該系統(tǒng)進行交流的平臺。下位機 CC1100 模塊接收數(shù)據(jù)后通過單片機把數(shù)據(jù)存儲到 RAM 中，并顯示的點陣顯示屏上。無線發(fā)射模塊和無線接收模塊采用 CC1100 無線射頻通信模塊，這是一款集FSK/ASK/OOK/MSK 支持實現(xiàn)信息包處理、數(shù)據(jù)緩沖、群發(fā)射、空閑信道評估、質(zhì)量指示和無線喚醒等多種功能為一體的高性能模塊，它可以采用曼徹斯特

17、編碼進行調(diào)制解調(diào)它的數(shù)據(jù)流，能降低誤碼率。LED 點陣顯示模塊采用 1664 像素 LED 點陣屏，能清晰的呈現(xiàn)各種漢字和符號，它由 1024 個發(fā)光二極管排列組合而成，抗沖擊和抗震性能好，可靠性高，壽命長的特點，廣泛應用于各領域。上位機PC 端上位機控制板VB 界面輸入顯示信息CC1100無線發(fā)射無線發(fā)射端無線接收端下位機控制板CC1100無線接收LED顯示屏移位鎖存數(shù)據(jù)處理 圖 2-1 系統(tǒng)總體方案流程圖3 / 1043 系統(tǒng)硬件電路設計3.1 核心器件介紹3.1.1 STC89C51 系列單片機介紹單片機是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機系統(tǒng)，它集成了中央處理單元（MCU） 、存儲器（

18、RAM/ROM）和各種 I/O 接口，具有一個完整計算機所需要的大部分部件。本程序用到的單片機是 STC89C51，它是標準的 40 引腳雙列直插式集成電路芯片，引腳如圖 3-1 所示。1.單片機各引腳功能介紹：(1)電源引腳電源引腳接入單片機的工作電源Vcc（40 引腳）：接+5V 電源。Vss（20 引腳）：接地。(2)時鐘引腳XTAL1 和 XTAL2 外接晶振引腳。當使用芯片部時鐘時，此二引腳用于外接石英晶體和微調(diào)電容；當使用外部時鐘時，用于接外部時鐘脈沖信號2。(3)控制引腳RST（9 引腳）：復位信號輸入端，當輸入的信號連續(xù) 2 個機器周期以上高電平時圖 3-1 STC89C51

19、引腳圖4 / 104即為有效，用以完成單片機的復位初始化操作，當復位后程序計數(shù)器 PC=0000H，即復位后將從程序存儲器的 0000H 單元讀取第一條指令碼。在單片機正常工作時，此引腳應為0.5V 的低電平。/Vpp（31 引腳）外部程序存儲器訪問允許控制端，當為高電平時，單片機讀片程序存儲器（4KB Flash 存儲器） ，但在 PC 值超過 0FFH 時，將自動轉向外部程序存儲器中的程序。當/Vpp 引腳為低電平時，對程序存儲器的讀操作只限定在外部程序存儲器，地址為 0000H-FFFFH，片的 4KB Flash 程序存儲器不起作用。Vpp 為該引腳的第二功能，為編程電壓輸入端。對于

20、89C52 系列單片機，在對片 Flash 固化編程時，加在 Vpp 引腳的編程電壓為+5V 或+12V。/PROG（30 引腳）為低 8 位地址鎖存允許信號，在系統(tǒng)擴展時，的負跳沿用于控制把 P0 口的輸出低 8 位地址送鎖存器鎖存起來，然后 P0 口再作為數(shù)據(jù)端口，以實現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的隔離，形成分時復用。當是高電平時，允許地址鎖存信號，當訪問外部存儲器時，信號負跳變（即由正變負）將 P0 口上低 8 位地址信號送入鎖存器3。此外，單片機在運行時，端一直有正脈沖信號輸出，此頻率為時鐘振蕩器頻率 fosc的1/6， （即 6 分頻） 。該正脈沖信號可作為時鐘源或定時信號使用。但是要注意，每當

21、89C51 訪問外部 RAM 時，要丟失一個脈沖。此時嚴格意義來說，用戶不宜用作為精確的時鐘源或定時信號。PROG 為該引腳的第二功能，在對片 Flash 存儲器編程時，此引腳為編程脈沖的輸入端（29 引腳）為外部程序存儲器讀選通信號，在單片機讀外部 ROM 時，此引腳輸出脈沖的負跳沿作為讀外部程序存儲器的選通信號。此引腳接外部程序存儲器的 OE（輸出允許）端，在訪問外部 RAM 時，信號無效。歸納起來為可以分為以下幾種情況：部ROM 讀取時，PSEN 不動作；外部 ROM 讀取時，在每個機器周期會動作兩次；外部 RAM讀取時，兩個 PSEN 脈沖被跳過不會輸出；外接 ROM 時，與 ROM

22、的 OE 腳相接。(4)P0 口為單片機的引腳 32引腳 39，是漏極開路的雙向 I/O 口，有兩個功能：當P0 口用作地址/數(shù)據(jù)復用口時，相當于一個真正的雙向口，用作與外部存儲器的連接，輸出低八位地址和輸入輸出八位數(shù)據(jù)；當 P0 口用作通用 I/O 口時，由于需要片外接上拉電阻，端口不存在高阻抗狀態(tài)，為一個準雙向口，為保證引腳信號的正確讀入，應首先向鎖存器寫入 1。單片機復位后，鎖存器被置 1；當 P0 口由原來的輸出狀態(tài)轉變?yōu)檩斎霠顟B(tài)時，應首先置鎖存器為 1，方可執(zhí)行輸入操作。(5)P1 口為單片機的引腳 1引腳 8，是專為用戶使用的準雙向 I/O 口，其部有上拉電阻，可作為普通的 I/O

23、 輸入時，應先向端口的輸出鎖存器寫入 1。P1 口可驅(qū)動 4 個LS 型 TTL 負載。 (6)P2口為單片機的引腳21引腳28，為一個部上拉電阻的8位雙向 I/O 口，P2口緩5 / 104沖器可接收，輸出4個 TTL 門電流，當 P2口被寫“1”時，其管腳被部上拉電阻拉高，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。這是由于部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址”1”時，它利用部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的容。P2口在 FLASH 編程和校驗時接收

24、高八位地址信號和控制信號。(7)P3 口為單片機的引腳 10引腳 17，是 8 個帶部上拉電阻的雙向 I/O 口，有兩個功能，作為準雙向 I/O 使用，其部有上拉電阻，還可以提供第二功能，由特殊寄存器來設置。P3 口的第二功能如表 3-1 所示。表 3-1 P3 口的第二功能信道位第二功能說明P3.0RXD串行口的輸出P3.1TXD串行口的輸入P3.2外部中斷 0 的中斷請求輸入P3.3外部中斷 1 的中斷請求輸入P3.4T0計數(shù)器 0 的計數(shù)輸入P3.5T1計數(shù)器 1 的計數(shù)輸入P3.6外部數(shù)據(jù)存儲器的寫選通信號P3.7外部數(shù)據(jù)存儲器的讀選通信號2.單片機最小系統(tǒng)電路介紹(1)時鐘電路89C

25、51 單片機各功能部件的運行都以時鐘控制信號為基準，有條不紊地一拍一拍地工作。因此，時鐘頻率直接影響單片機的速度，時鐘電路的質(zhì)量也直接影響到單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。STC89C51 部有一個用于構成振蕩器的高增益反相放大器，引腳 RXD 和 TXD 分別是此放大器的輸入端和輸出端。時鐘可以由部方式產(chǎn)生或外部方式產(chǎn)生。部方式的時鐘電路如圖 3-2 (a) 所示，在 RXD 和 TXD 引腳上外接定時元件，部振蕩器就產(chǎn)生自激振蕩。定時元件通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。晶體振蕩頻率可以在1.212MHz 之間選擇，電容值在 530pF 之間選擇，電容值的大小可對頻率起微調(diào)的作用4。6 / 1

26、04外部方式的時鐘電路如圖 3-2（b）所示，RXD 接地，TXD 接外部振蕩器。對外部振蕩信號無特殊要求，只要求保證脈沖寬度，一般采用頻率低于 12MHz 的方波信號。片時鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產(chǎn)生一個兩相時鐘 P1 和 P2，供單片機使用。（a）部方式時鐘電路 （b）外部方式時鐘電路圖 3-2 時鐘電路(2)復位與復位電路復位是單片機的初始化操作。其主要功能是把 PC 初始化為 0000H，使單片機從0000H 單元開始執(zhí)行程序。當由于程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，需按復位鍵重新啟動。除 PC 之外，復位操作還對其他一些寄存器有影響，它們的復位狀態(tài)如表 3-2 所示。表

27、3-2 一些寄存器的復位狀態(tài)寄存器復位狀態(tài)寄存器復位狀態(tài)PC0000HTCON00HACC00HTL000HPSW00HTH000HSP07HTL100HDPTR0000HTH100HP0-P3FFHSCON00HIPXX000000BSBUF不定IE0X000000BPCON0XXX0000BTMOD00HRST 引腳是復位信號的輸入端。復位信號是高電平有效，其有效時間應持續(xù) 24 個振蕩周期(即二個機器周期)以上。若使用頗率為 6MHz 的晶振，則復位信號持續(xù)時間應超過 4us 才能完成復位操作。產(chǎn)生復位信號的電路邏輯如圖 3-3 所示。XTAL1XTAL2晶振外部振蕩器+5VXTAL1X

28、TAL27 / 104圖 3-3 復位信號的電路邏輯圖復位操作有上電自動復位相按鍵手動復位兩種方式。上電自動復位是通過外部復位電路的電容充電來實現(xiàn)的，其電路如圖 3-4（a）所示。這佯，只要電源 Vcc 的上升時間不超過 1ms，就可以實現(xiàn)自動上電復位，即接通電源就成了系統(tǒng)的復位初始化。這時時鐘頻率選用 6MHz，電容取 22uF，電阻 R 取 1K。按鍵手動復位有電平方式和脈沖方式兩種。電平復位是通過 RST 端經(jīng)電阻與電源Vcc 接通來實現(xiàn)。其中，按鍵電平復位是通過使復位端經(jīng)電阻與 Vcc 電源接通而實現(xiàn)的，其電路如圖 3-4（b）所示；而按鍵脈沖復位則是利用 RC 微分電路產(chǎn)生的正脈沖來

29、實現(xiàn)的，其電路如圖 3-4（c）所示。（a）上電復位 （b）按鍵電平復位 （c）按鍵脈沖復位圖 3-4 復位電路上述電路圖中的電阻、電容參數(shù)適用于 6MHz 晶振，能保證復位信號高電平持續(xù)時間大于 2 個機器周期。本系統(tǒng)的復位電路采用圖 3-4（a）上電復位方式。89C51 單片機功能如表 3-3 所示。RST/VPD片內(nèi) RAMVss施密特觸發(fā)器復位電路Vcc80C51VccRST/VPDVssVccC +22uFR1KRESETC +22uFVccR200VccRST/VPDVss80C51R1000RESET80C51VccRST/VPDVssVccC +22uFR11000R21000

30、8 / 104表 3-3 STC89C51 主要功能主要功能特性性能介紹兼容 MCS51 指令系統(tǒng)8K 可反復擦寫 Flash ROM32 個雙向 I/O 口256x8bit 部 RAM3 個 16 位可編程定時/計數(shù)器中斷時鐘頻率 0-24MHz2 個串行中斷可編程 UART 串行通道2 個外部中斷源共 6 個中斷源2 個讀寫中斷口線3 級加密位低功耗空閑和掉電模式軟件設置睡眠和喚醒功能3.1.2 CC1100 無線模塊介紹這是一款由美國 TI 公司的 CC1100 無線收發(fā)設計的一款高性能 433M 無線收發(fā)模塊，設計旨在用于極低功耗 RF 應用。其主要針對工業(yè)、科研和醫(yī)療以與 470-5

31、10MHz 和950-960MHz 頻帶的短距離無線通信設備。它特別適用于那些針對日本 ARIB STD-T96 標準和中國 470-510MHz 短距離通信設備的無線應用。CC1100 可支持固定數(shù)據(jù)包長度協(xié)議和可變數(shù)據(jù)包長度協(xié)議?？勺兓蚬潭〝?shù)據(jù)包長度模式可用于長達 255 字節(jié)的數(shù)據(jù)包。對更長的數(shù)據(jù)包而言，必須使用無長度限制的數(shù)據(jù)包模式。在可變數(shù)據(jù)包長度模式下，通過同步字后面的第一個字節(jié)來配置數(shù)據(jù)包長度。數(shù)據(jù)包長度被定義為有效負載數(shù)據(jù)，但不包括長度字節(jié)和可選 CRC。CC1100 支持三種不同類型的數(shù)據(jù)包過濾：地址濾波，最大長度濾波和 CRC 濾波，最大限制的避免了錯誤代碼的接收。CC11

32、00 無線模塊采用 GFSK 調(diào)制，工作在 433.05-434.79M 的國際通用 ISM 頻段，最高調(diào)制速率可達 500KBPS。基于 SPI 接口方式，最少只需 5 個 IO 口即可，很方便于各種 MCU 連接5。管腳定義如表 3-4 所示。表 3-4 CC1100 模塊引腳表管腳次序管腳定義功能描述13.3V電源輸入（方形焊盤）2SISPI 輸入3SCKSPI 時鐘4SOSPI 輸出5GDO2通用數(shù)據(jù)輸出 26GND接地7GDO0通用數(shù)據(jù)輸出 09 / 1048CSNSPI 使能模塊大小 40mm19mm，2.0mm 間距的雙排插針接口（注意：萬能版的孔間距為2.54mm，模塊的引腳間

33、距為 2.00mm，需要使用 2.54mm 轉 2.00mm 的杜邦線才能連接） ，使用外置彈簧天線設計，開闊地 100K 速率下，收發(fā) 10 個字節(jié)的數(shù)據(jù)量測試距離最遠約 300 米左右。CC1100 性能優(yōu)勢明顯，歸納為以下幾點：(1)工作頻率 433M 符合國際通用 ISM 法規(guī), 430-464M 寬頻工作，滿足多點通信和跳頻通信需要。(1)支持 2FS, GFS 和 MSK 調(diào)制方式。(2)置硬件 CRC 校驗和點對多點通訊地址控制。(3)快速啟動時間，從休眠到 RX 或 TX 狀態(tài) 240uS。(4)置硬件 CRC 校驗和點對多點通訊地址控制。(5)低功耗，休眠狀態(tài)時，電流僅為 0

34、.1uA。(6)模塊所有的 IO 口均加隔離電阻保護，靜電防護和抗干擾能力更好。CC1100 屬于高精度器件，使用時要格外注意，具體注意事項可以歸納為以下幾點：(1)靜電：無線模塊為靜電敏感器件，使用時請注意靜電防護，特別是在干燥的冬季 盡量不用收去觸摸模塊上的器件，以免造成不必要的損壞。(2)電源：無線模塊推薦使用紋波小的直流電源，工作電壓建議在 3.3V 工作。模塊的接地要穩(wěn)定可靠，地線盡量靠近電源總地。如使用開關電源的話，一定要加強退藕，以免開關電源的紋波和尖峰脈沖影響模塊的工作特性。(3)單片機：如果模塊工作在 3.3V 時，不考慮低功耗的話，可以直接和 5V 單片機系統(tǒng)連接，如果是連

35、 51 系列的單片機 P0 口的話，請加 10K 的上拉電阻。另模塊的 SPI 速率最高能支持到 10M，一般建議在 1M 或幾百 K 的 SPI 速率即可。(4)測試：模塊采用外置彈簧天線，此天線容易受外部線路影響，使用時，此天線底下和周圍請不要走線路或擺放器件，可以的話最好完全懸空。對 433M，各種材質(zhì)均有一定的影響，一般的塑料影響不大，如有金屬物體會產(chǎn)生比較明顯的影響，此時建議使用 SMA 饋線來外接 SMA 天線。有關模塊使用的芯片詳細規(guī)格請參考 TI 公司的CC1101 的 DATASHEET。CC1100 無線模塊應用圍非常廣，控制處理、無線數(shù)據(jù)連接、遙測、小型無線網(wǎng)絡；車輛監(jiān)控

36、、防盜；機器人控制，飛思卡爾智能車控制；智能家庭、家居應用和無線傳感、安全系統(tǒng)；智能玩具；無線抄表、門禁系統(tǒng)、小區(qū)傳呼；工業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、生物信號采集、水文氣象監(jiān)控；游戲無線控制器；無線傳感器、無線語音。10 / 1043.1.3 點陣顯示屏芯片介紹1. 74HC595 芯片介紹 74HC595 是具有 8 位移位寄存器、1 個存儲器和三態(tài)輸出功能的芯片6。其中，移位寄存器和存儲器分別使用不同的時鐘。數(shù)據(jù)在 SH-cp（11 引腳）的上升沿輸入到移位寄存器中，在 ST-cp（12 引腳）的上升沿輸入到存儲寄存器中去。當兩個時鐘連在一起時，則移位寄存器會一直比存儲寄存器早一個脈沖。移位寄存器有一

37、個串行移位輸入端（14 引腳 Ds） 、一個串行輸出（9 引腳）和一個異步的低電平復位，存儲寄存器有一個并行 8 位的，具備三態(tài)的總線輸出，當使能端 OE 為低電平，存儲寄存器的數(shù)據(jù)輸出到總線。74HC595 引腳圖如圖 3-5 所示。圖 3-5 74HC595 引腳圖74HC595 芯片總共 14 個引腳，是雙列直插型封裝。各引腳功能如下表 3-5 所示：表 3-5 74HC595 引腳功能圖引腳功能Q0-Q7八位并行輸出端級聯(lián)輸出端，將它接下一個 595 的 DSDS串行數(shù)據(jù)輸入端低電平時將移位寄存器的數(shù)據(jù)清零ST-CP上升沿時移位寄存器的數(shù)據(jù)進入數(shù)據(jù)存儲寄存器，下降沿時存儲寄存器數(shù)據(jù)不變

38、SH-CP上升沿時數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)移位OE高電平時禁止輸出74HC595 作為 8 位串行輸入/輸出或者并行輸出移位寄存器，具有高阻關斷狀態(tài)的功能。它可以將串行輸入的 8 位數(shù)字，轉變?yōu)椴⑿休敵龅?8 位數(shù)字，例如控制一個 8位數(shù)碼管，將不會有閃爍7。74HC595 的邏輯功能如下表 3-6 所示。11 / 104表 3-6 74HC595 的邏輯功能表SH-cpST-cpOEMRDSQnXXLXNCMRXLLXLLXXHLXLZXLHHQ6NCXLHXNCQnLHXQ6Qn將 74HC595 的 Q0Q7 接點陣的行或者列的 8 個引腳，將串行數(shù)據(jù)從 DS 端輸入，ST-CH 接收脈沖，每來

39、一個脈沖串行數(shù)據(jù)從低位向高位移位，并且各自送到相應的 Qn端。當 Q0Q7 端全部送滿數(shù)據(jù)時，SHCK 來個脈沖將 Q0Q7 的數(shù)據(jù)送出，被送到點陣的引腳，從而實現(xiàn)一行或者一列的驅(qū)動。就這樣，每次驅(qū)動一行，當動態(tài)掃描起來就可以實現(xiàn)動態(tài)掃描而呈現(xiàn)數(shù)字8。2. 74HC154 芯片介紹74HC154 是一種高速的 CMOS 器件，用于 4 線-16 線譯碼的高性能存儲器的譯碼器，可接受 4 位高電平有效的二進制輸入，并提供 16 個互斥的低電平有效的輸出信號。如圖 74HC154 的引腳如圖 3-6 所示。圖 3-6 74HC154 的引腳圖74HC154 譯碼器的兩個輸入使能端可用于譯碼器選通，

40、當選通使能端 G1（18 引腳）和 G2（19 引腳）均為低電平時，可將地址端 ABCD（20 到 23 引腳）的二進制，編碼在一個對應的輸出端，以低電平譯出。若將 G1 和 G2 中的一個作為數(shù)據(jù)輸入端，由 ABCD 對輸出尋址，74HC154 還可作 1 線16 線數(shù)據(jù)分配器。74HC154 的真值表的如表3-7 所示。12 / 104表 3-7 74HC154 真值表INPUTSELECTED OUTPUT(L)G1G2DCBALLLLLLLLLLLLLLLLLLHHLHLHYOY1Y2Y3LLLLLLLLLLLLHHHHLLHHLHLHY4Y5Y6Y7LLLLLLLLHHHHLLLLL

41、LHHLHLHY8Y9Y10Y11LLLLLLLLHHHHHHHHLLHHLHLHY12Y13Y14Y15XHHXXXXXXXXXNONENONE上表中，L 表示低電平，H 表示高電平，X 表示任意電平，不關心。3.2 控制板電路設計3.2.1 控制板原理單片機控制板包括單片機最小系統(tǒng)和 CC1100 供電電路，由于單片機高電平為 5V低電平為 0V，而 PC 端 USB 輸出高電平為-12V 低電平為+12V，需要通過串口和 MAX232電平轉換芯片實現(xiàn)電壓的轉換，才能滿足單片機與上位機的串口通信以與程序的下載的基本條件。實際設計中，使用了 USB 轉 TTL 下載小板，這是一種可以直接把+

42、12V 和-12V 電平轉換成 TTL 電平，并且可以與 PC 進行串口通信。因此實際設計中取消了 MAX232 和串口部分。在設計中考慮到連線很多，板子上把各個 I/O 口引出來，焊接了插針，這樣便于和其他電路板的連接，使用起來更方便，起到了單片機最小系統(tǒng)的作用。本方案無線發(fā)射部分采用集成的 CC1100 無線模塊簡化了設計，單片機只提供與發(fā)射模塊的借口即可進行數(shù)據(jù)傳輸。由于發(fā)射模塊需要 3.3V 供電，本方案采用 AMS1117-3.3 給 CC1100 供電。13 / 104ASM1117 是一個低漏失電壓調(diào)整器，它的穩(wěn)壓調(diào)整管是由一個 PNP 驅(qū)動的 NPN 管組成的。ASM1117

43、有固定和可調(diào)兩個版本可用，輸出電壓可以是1.2V，1.5V，1.8V，2.5V，2.85V，3.0V，3.3V 和 5.0V。片過熱切斷電路提供了過載和過熱保護，以防止環(huán)境溫度過高的結溫。為了確保 ASM1117 的穩(wěn)定性，對可調(diào)電壓版本，輸出需要連接一個至少 22uF 的電容。對于固定電壓版本，可采用更小的電容，具體可以根據(jù)實際應用確定。通常，線性調(diào)整器的穩(wěn)定性隨著輸出電流增加而降低。CC1100 無線模塊供電電路硬件電路如圖 3-7 所示。圖 3-7 CC1100 無線模塊供電電路設計好的控制板原理圖如下圖 3-8 所示。圖 3-8 控制板原理圖點陣屏控制板電路與單片機發(fā)射控制板基本一樣，

44、不同之處是將 P1 口引出與點陣屏相接。3.2.2 外部擴展板的設計本設計中點陣顯示信息需要的數(shù)據(jù)存儲在外部存儲器 62256 中，這是一款 32K 的低功耗靜態(tài)存儲器。P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST/Vpd9RXD/P3.010TXD/P3.111INT0/P3.212INT1/P3.313T0/P3.414T1/P3.515WR/P3.616RD/P3.717XTAL218XTAL119VSS20P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627P2.728PSEN29ALE/PROG30EA/Vpp

45、31P0.732P0.633P0.534P0.435P0.336P0.237P0.138P0.039VCC40STC-89C52U1805130pFC130pFC21211.0592Y1GNDS10VCC10KR1GNDRSTRSTVCCGNDVCC12345678PAIZHENP3SCKSOGD02GDO0CSNGNDV3SISCKSOGD02GDO0SICSNGND1OUT2IN3AMS1117AM S1GNDVCCV3GNDGND10UFC510UFC6D110UFC3P31P3012345678PAIZHENP1PAIZHEN12345678PAIZHENP2PAIZHEN234567

46、89VCC1P4PAIZUP00P01P02P03P04P05P06P07P35P36P37P33P34P321KR212+POWE RP5GNDVCC12T IAOXIANU5P10P11P12P13P14P15P16P17P26P2714 / 104STC89C51 單片機系統(tǒng)擴展時，一般使用 P0 口作為地址低 8 位（與數(shù)據(jù)口分時復用），而 P2 口作為地址高 8 位，它共有 16 根地址總線，尋址空間為 64KB9。62256 芯片引腳圖如圖 3-9 所示。圖 3-9 62256 芯片管腳圖62256 是 32K 的低功耗靜態(tài) RAM 存儲器，用 P0 和 P2 來擴展外部 RAM（

47、就是用 P0和 P2 與 62256 對應的管腳相連接）。假設 P2.7 接 WR，P2.6 接 RD，P2.5 接 CS，那么就可以確定一個外部 RAM 的一個地址，想往外部 RAM 的一個地址寫一個字節(jié)時，地址可以定為 XBYTE 0 x4000，其中 WR，CS 為低，RD 為高，那就是高位的 4（0100 也就是 P2.7 和 P2.5 輸出了低電平，而 P2.6 輸出了高電平，目的當然是要選通 62256 并且向 62256 寫入數(shù)據(jù)），其它位的可以根據(jù)情況自己定（也就是其它位是什么不要緊，關鍵就是控制 WR，CS，RD 的那幾個位要符合選通，讀寫的規(guī)定就可以了）,現(xiàn)在我們向 622

48、56 中寫個 26 進去就可以使用這條語句：XBYTE 0 x4000 = 26。 設計好的 62256 與單片機連接圖如圖 3-10 所示。15 / 104圖 3-10 62256 與單片機連接圖 圖 3-10 中把 62256 需要與單片機相連的 P0 口、P2 口和 WR、RD、AlE 用插針的方式表示，方便畫圖。同時設計的設計中，外擴小板也是這樣焊接的，只需用杜邦線和單片機的對應口相連就可以。3.3 點陣顯示屏模塊設計3.3.1.點陣屏顯示原理LED 為發(fā)光二極管的簡稱，是一種能將電能換轉為光能的器件，當有電流通過的時候可以產(chǎn)生人眼可見的光。本設計的點陣顯示屏由 16 個 88 點陣

49、LED 組成，可以同時清晰的顯示 4 個 1616 分辨率的點陣漢字。LED 顯示器常用的工作方式有靜態(tài)顯示方式和動態(tài)顯示方式。所謂靜態(tài)顯示就是當顯示器顯示一個字符時，相應的發(fā)光二極管始終保持導通或截至，在顯示的這個過程中，其狀態(tài)是靜止不變的，直到一個字符顯示完，要顯示下一個字符，其狀態(tài)才改變。而動態(tài)顯示方式則不同，它在顯示每一個字符的過程中，都是一位一位的輪流點亮要顯示的各個位，這樣反復循環(huán)。動態(tài)顯示利用了人眼的視覺殘留性質(zhì)。外形上，88 點陣共由 64 個發(fā)光二極管組成，且每個發(fā)光二極管是放置在行線和列線的交叉點上，當對應的某一行置高電平，某一列置低電平，則相應的二極管就亮；如要將第一個點

50、點亮，則 Y0 腳接高電平 X7 腳接低電平，則第一個點就亮了；如果要將第一行點亮，則第 Y0 腳要接高電平，而（X0、X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7）這些引腳接低電平，那么第一行就會點亮；如要將第一列點亮，則第 X7 腳接低電平，而（Y0、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6、Y7）接高電平，那么第一列就會點亮。點陣屏部電路圖如圖 3-11 所示。OE1O02D03D14O15O26D27D38O39GND10LE11O412D413D514O515O616D617D718O719Vcc2074LS373U?74LS373A141A122A73A64A55A46A37A28A19A0

51、10I/O011I/O112I/O213GND14I/O315I/O416I/O517I/O618I/O719CS20A1021OE22A1123A924A825A1326WE27VCC2862256U?62256GNDVCC12345678P2口8 HEADER123J2CON3WR(16)RD(17)ALE(30)12345678P0口8 HEADER12345678P0口HEADER 816 / 104圖 3-11 88 單色 LED 模塊部電路一般我們使用點陣顯示漢字是用的 1616 的點陣宋體字庫，所謂 1616，是每一個漢字在縱、橫各 16 點的區(qū)域顯示的。也就是說得用四個 88

52、點陣組合成一個1616 的點陣10。如下圖 3-12 所示，要顯示“你”則相應的點就要點亮，由于我買的點陣在列線上是低電平有效，而在行線上是高電平有效，所以要顯示“你”字的話，它的位代碼信息要取反，即所有列送(11111，即 0 xF7 和 0 x7F)，而第一行送 1 信號，然后第一行送0；再送第二行要顯示的數(shù)據(jù)送 (11111，即 0 xF7 和 0 x7F)，而第二行送 1 信號。依此類推，只要每行數(shù)據(jù)顯示時間間隔夠短，利用人眼的視覺暫停作用，這樣送 16 次數(shù)據(jù)掃描完 16 行后就會看到一個“你”字。圖 3-12 漢字“你”的字模信息和顯示3.3.2 行驅(qū)動電路的設計因為本設計要求的行

53、驅(qū)動電流較大，目前尚無合適的集成電路來勝任。因此本設計的行驅(qū)動電路采用三極管擴流方式，如圖 3-13 所示。17 / 1046402. 08.21AAIIbC圖 3-13 兩種三極管擴流方式（共集，共射）共集驅(qū)動方式，又稱射極跟隨器，當電源電壓足夠時，在負載上獲得的電壓始終等于基極對地電壓 Ub減去發(fā)射結壓降 Ube。硅管的 Ube一般為 0.7V 左右，因此在 5V 供電系統(tǒng)中，在負載上最多能獲得 4.3V 的電壓，若 Ic=1A 則在三極管上的管耗為1A0.7V=0.7W，管耗較大，需選用中功率的管子。還有一個重要的特點，共集電路的基極是用高電平驅(qū)動，而單片機在復位期間，所有 I/O 口都

54、呈現(xiàn)高電平。這樣的話，在開機上電復位的瞬間，在所有的行線上都會獲得電壓。而造成開機瞬間全屏顯示或造成巨大的浪涌電流沖擊，使電源電壓跌落，單片機工作異常。而使用共射驅(qū)動方式的話，同樣的電源電壓下，負載端能獲得 4.7V 的電壓，Ic=1A 時的管耗只有 0.3W。因此可選用小功率器件。共射電路的基極驅(qū)動是用低電平，這就不會造成上述共集電路的浪涌電流影響。同時，大部分單片機的 I/O 是弱上拉輸出，也即是單片機能承受較大的灌電流，而只能提供微弱的拉電流。因此，綜合權衡利弊，本設計采用 PNP 管共射電路作為行掃描線驅(qū)動?，F(xiàn)對行驅(qū)動電路各元件參數(shù)進行計算。行驅(qū)動電路元件參數(shù)的計算，假設條屏使用在極端

55、情況下，每一行的所有 LED 全部點亮。每行共 64 點。共 64 個 LED。普通 LED 的安全工作電流在 520mA 之間，為獲得較高亮度，又要兼顧其工作壽命。本設計中，每只 LED 工作電流取 20mA。如此可知，當一行全點亮的時候總電流：IT=IC=0.02A64=1.28A管耗: Pc=ICVCEsat(管飽和壓降)=1.28A0.3V=0.38W直流電流放大系數(shù)： 18 / 10421502. 07 . 05AVVIVVRBBEcc（3.1）對于基極偏流電阻，則起到對基極 20mA 偏置電流限流作用?；鶚O限流電阻：（3.2）本方案采用 200 限流電流。集電極電阻采用 150。3

56、.3.3 點陣顯示屏原理圖設計本設計通過 74HC595 級聯(lián)對列進行選通，通過 74HC154 四線十六線譯碼器進行行選通。中間用 Tip127 封裝的大功率三極管進行電流放大。設計好的點陣顯示屏原理圖如下圖 3-14 所示。R113R210R315R49R54R616R76R81a8b7c3d14e2f12g11dp5U1LG7088BHR113R210R315R49R54R616R76R81a8b7c3d14e2f12g11dp5U2LG7088BHR113R210R315R49R54R616R76R81a8b7c3d14e2f12g11dp5U3LG7088BHR113R210R315

57、R49R54R616R76R81a8b7c3d14e2f12g11dp5U4LG7088BHR113R210R315R49R54R616R76R81a8b7c3d14e2f12g11dp5U5LG7088BHR113R210R315R49R54R616R76R81a8b7c3d14e2f12g11dp5U6LG7088BHR113R210R315R49R54R616R76R81a8b7c3d14e2f12g11dp5U7LG7088BHR113R210R315R49R54R616R76R81a8b7c3d14e2f12g11dp5U8LG7088BHR113R210R315R49R54R616

58、R76R81a8b7c3d14e2f12g11dp5U9LG7088BHR113R210R315R49R54R616R76R81a8b7c3d14e2f12g11dp5U10LG7088BHR113R210R315R49R54R616R76R81a8b7c3d14e2f12g11dp5U11LG7088BHR113R210R315R49R54R616R76R81a8b7c3d14e2f12g11dp5U12LG7088BHR113R210R315R49R54R616R76R81a8b7c3d14e2f12g11dp5U13LG7088BHR113R210R315R49R54R616R76R81

59、a8b7c3d14e2f12g11dp5U14LG7088BHR113R210R315R49R54R616R76R81a8b7c3d14e2f12g11dp5U15LG7088BHR113R210R315R49R54R616R76R81a8b7c3d14e2f12g11dp5U16LG7088BHR1R2R3R4R5R6R7R8R9R10R11R12R13R14R15R16L1L2L3L4L5L6L7L8L9L10L11L12L13L14L15L16L17L18L19L20L21L22L23L24L25L26L27L28L29L30L31L32L33L34L35L36L37L38L39L40L

60、41L42L43L44L45L46L47L48L49L50L51L52L53L54L55L56L57L58L59L60L61L62L63L64L1L2L3L4L5L6L7L8L9L10L11L12L13L14L15L16L17L18L19L20L21L22L23L24L25L26L27L28L29L30L31L32L33L34L35L36L37L38L39L40L41L42L43L44L45L46L47L48L49L50L51L52L53L54L55L56L57L58L59L60L61L62L63L64011223344556677889910101111131214131514161517A