基于usb的led点阵显示牌

基于usb的led点阵显示牌内容摘要：

........... 30 5． 2 驱动程序的开发 ............................................. 31 5． 3 主机应用程序的开发 ........................................ 33 5． 4 固件程序的设计 ............................................. 34 5． 4． 1 程序设计总体考虑 ....................................... 34 武汉科技学院 2020届毕业设计论文 III 5． 4． 2 主程序设计 .............................................. 35 5． 4． 3 USB 中断服务程序设计 .................................. 37 5． 4． 4 FLASH 读写程序设计 ..................................... 38 5． 4． 5 LED 点阵显示程序设计 .................................. 41 6. 结论与展望 .................................................. 45 总结 ......................................................... 45 展望 ......................................................... 46 参考文献 ......................................................... 47 附 录 ............................................................ 49 外文资料 ......................................................... 50 中文翻译 ......................................................... 55 致 谢 ............................................................ 60 武汉科技学院 2020届毕业设计论文 1 1. 绪论 1． 1 课题的提出及意义 LED 点阵显示牌 是 由 LED点阵组成的显示信息的产品。 它采用低电压扫描驱动，具有耗电少、使用寿命长、成本低、亮度高、视角大、可视距离远等许多优点，其显示的内容由 PC 机传送过来，可以是图形文件和文本文件并以多种模式显示之，具有技术的先进性和系统的可靠性，因而广泛应用于证券、交通、医院、银行等公共场合 [1]。 现代 生活 对 LED 点阵显示牌 的要求日益提高。 除了性能好以外，还要求 LED点阵显示牌 能有其它特点，如使用方便、经济合理、安全可靠 、 掉 电显示 等。 目前 常 用的 LED 点阵显示牌输入信息固定，一般都是利用取模软件生成点阵字模在点阵上显示， 不便于 更新信息，普遍存在 掉 电后不能工作的缺陷。 现在的 UART 串行口虽然支持外插，但 不能给外设供电， 其速度太慢， 远不能适用现今高速设备的发展需求。 USB（通用串行总线）的普及使其 成为在 各类便携式 设备中进行 数据传 输 的一种较好的选择。 因此 ， 可以 应 用 USB总线 设计 LED点阵显示牌 并同时对其供电 ，但 USB总线电源 断开时， 系统便不能工作。 若用锂电池 自动切换 供电，则可以解决 以上的缺陷 [2]。 基于此，本 文 提出了 基于 USB 的 LED 点阵显示牌 ，它 具有 传输速度快、更新信息方便、 设备安装和配置容易、易于扩展、能够采用总线供电、使用灵活等优点 ；外接的锂电池可迅速充电，提供工作电源，便于携带 ， 基本上 完善了LED 点阵显示牌的 功能， 具有良 好的应用前景和很高的实用价值。 本课题 介绍的 LED点阵显示牌可应用于会议展牌、学生牌、电影院展示牌、广告显示牌， 首先 在上位机编辑汉字并通过 USB适时发送汉字的点阵字模， 然后由单片机控制汉字的静态与动态显示。 该 显示牌 可实现 多个汉字的显示。 USB 接口控制芯片采用 Cygnal 公司推出的一款新型 USB 微控制器芯片 C8051F320， 锂电池充电芯片采用凌力尔特公司新推出的多功能电源管理器件 LTC3555。 武汉科技学院 2020届毕业设计论文 2 1． 2 USB 的发展状况 1． 2． 1 USB 的发展现状 USB(Universal Serial Bus)即 通用串行总线， 在传统的计算机组织结构基础上引入了网络的某些技术，可以说是计算机外设连接技术的重大变革。 1995年 ， 由 Compaq、 Digital Equipment、 IBM、 Intel、 Microsoft、 NEC 和Northern Tele七个在计算机与通信工业领先的公司组成联盟 ， 并建立 USB IF (USB 实施者论坛 ) 来推进采用 USB 标准的兼容设备的开发。 它最初是为将电话接入 PC 机而设计的 ， 然而由于这种新的连接标准性能优良 ， USB IF 决定将 USB 推广为一种计算机标准。 在 1996年 ， USB IF公布了 USB 规范 1. 0， 这是第一个为 USB 产品提出设计要求的标准。 1998年 ， 在进一步对以前版本的标准进行阐述和扩充的基础上 ，发布了 USB 标准 1. 1。 而此时联盟仅剩四个核心公 司， 它们是 Compaq、 Intel、Microsoft 和 NEC。 由于 USB 的方向偏离了通信 ， IBM 和 Northern Tele退出了该联盟。 USB2. 0 发布于 1999。 由于 USB2. 0 的发布 ， Hewlett Packard、 Philips 和Lucent 三个公司加入了联盟 ， 从而 使联盟的核心成员数重新恢复为七个。 之后 ，USB一直持续不断地增长。 向下兼容 ，还支持宽带宽数字摄像设备及下一代扫描仪、打印机及存储设备。 在 1998年 8月 ， Apple公司推出了仅有 USB 端口的 iMAC， 曾引起整个业界的轰动 ， 并使该公司的股票价格高涨。 今天的 USB IF 已经拥有 600多个成员公司 ， 几乎包括所有世界上的 PC 和外设制造商。 在美国 ， 100 %的 PC 机与膝上型电脑配备有 Windows 98支持的 USB 接口。 尽管该操作系统不具备所有外设的驱动程序 ， 用户却并不太在意 这一点 ，因为 USB 仍可提供仅需一个步骤的简易安装。 过去两年内 ， 其它的操作系统 ， .像 MacOS 和开放式 UNIX， 也已经加入了 USB之中。 USB 由于速度快、通用性好、扩展性强、功耗、稳定、易开发等众多优点，正逐步取代传统的接口总线而应用与计算机的各种外设中，特别是 2020年第一季推出 USB 标准后， USB 接口的应用将会更加广泛。 武汉科技学院 2020届毕业设计论文 3 1． 2． 2 USB 的优点 USB 标准可以针对不同的价格性能比要求，提供不同的选择，针对相同的系统和部件提供不同的功能，可以说 USB 是外设发展的必然趋势，其特 性在于以下几点： 1） 速度快 USB 有 全 速和低速两种模式。 主模式为 全 速模式，速率为 12Mb/s，从而使一些要求高速数据的外设，如高速硬盘、摄像头等，都能统一到同一个总线框架下。 另外为了适应一些不 需要很大吞吐量 , 但有很高 实时性要求的设备， 如鼠标、键盘、游戏杆等 ， USB 还提供低速方式 , 速率为。 不管是 全 速还是低速模式 , 速度都比 RS232 接口快得多。 2) 易扩展 USB 采用的是一种易于扩展的树状结构 , 通过使 用 USB Hub 扩展，可连接多达 127 个外设。 标准 USB 的电缆长度为 3 米（ 5 米，低速）。 通 过 Hub 或中继器可以使外设距离达到 30 米。 3） 支持热插拔和即插即用 在 USB 系统中 , 所有的 USB 设备可以随时接入和 拔离系统， USB 主机能够动态地识别设备的状态 , 并 自动给接入的设备分配地址和配置参数。 这样一来 ，安装 USB 设备不必再打开机箱 ， 加、减己安装过的设备完全不用关闭计算机 , 也不必像过去那样 , 需要手动跳线或拨码开关来设置新的外设。 4） USB 提供总线供电和自供电两种供电形式 当采用总线供电时 , 不需要额外的电源。 USB 主 机和 USB Hub 有电源管理系统，对系统的电源进行管理。 5） 使用灵活 USB 共有 4 种传 输模式：控制传输（ Control）、同步传输（ Synchronization）、中断传输（ Interrupt）、批量传输（ Bulk），以适应不同设备的需要。 6) 支持多个外设同时工作 在主机和外设之间可以同时传输多个数据和信息流。 7) 成本低 USB 设备一般都比同类功能的设备成本低。 武汉科技学院 2020届毕业设计论文 4 8）有很高的容错性能 它具有事务处理错误检测机制，能够对有缺陷的设备进行认定，对错误的数据进行恢复或报告。 总之， USB 是一种方便、灵活、简单、高速的总线结构 [3]。 1． 3 LED 点阵显示牌简述 随着 通信 技术的迅 猛 发展 ，以嵌入式 计算 机为核心的 LED 点阵显示牌已经在 LED 点阵显示 领域中占到了统治地位。 在 生活工作中，可用来及时的传播信息和电视，尤其用来播放广告、产品介绍等更有良好的经济效益和社会效益。 现在常用的 LED 点阵显示牌有两种：脱机型与联机型。 脱机型移动方便，适宜作广告、宣传牌、显示牌，但信息修改更新不便；联机型信息修改方便，时效性强， 适用于要求快速发布信息的场合 [4]。 本课题研究的 LED 点阵显示牌利用一台微机作为上位机，可实时地将 上位机上 用户输入的汉字生成汉字的点阵字模，并通过 USB传输给单片机，存储在 单片机 片内 FLASH ，然后由单片机控制汉字在 16 块 LED 点阵上的显示（下位机），外带的锂电池支持 掉 电显示，集合了以上两种的优点。 故基于 USB 的 LED 点阵显示牌具 有很大的应用前景。 1． 4 方案论证 在进行一个 USB 设备开发之前，首先要根据具体使用要求选择合适的 USB控制器。 目前，市场上供应的 USB 控制器主要有两种：带 USB接口的单片机（ MCU）或纯粹的 USB 接口芯片。 带 USB 接口的单片机 在 应用上又可以分成两类，一类是从底层设计专用于USB 控制的单片机 ， 比如 Cypress公司的 CY7C630（低速）、 CY64X13（全速），但由于价格、开发工具以及单片机性能有限等问题，所以一般不选用。 另一类是增加了 USB接口的普通单片机，例如 Intel公司的 8X931（基于 8051）、 8X930（基于高速、增强的 8051）、 Cypress公司的 EZ－ USB(基于 8051）， Cygnal公司的C8051F32X(基于高速，增强的 8051)，选择这类 USB控制器的最大好处在于开发者对系统结构和指令集比较熟悉，开发工具简单。 武汉科技学院 2020届毕业设计论文 5 纯粹的 USB 接口芯片仅处理 USB 通信，必须有一个外部微处理器来进行协议处理和数据交换。 典型产品有 Philips公司的 PDIUSBD12(并行接口）， NS公司的 USBN9603/9604(并行接口）， NetChip公司的 NET2888等。 USB接口芯片的主要特点是价格便宜、接口方便、可靠性高，尤其适合于产品的改型设计（硬件上仅需对并行总线和中断进行改动，软件则需要增加微处理器的 USB中断处理和数据交换程序、 PC机的 USB接口通信程序，无需对原有产品系统结构作很大的改动）。 但其明显的缺点是至少需要两个 芯片 (MCU和 USB芯片 )，电路设计和调试比较复杂，不利于快速开发一个项目 [5]。 根据本系统的设计要求和实际情况，选用 Cygnal公司的 C8051F320芯片来完成 USB 数据 传输。 选用此芯片将 大大简化硬件电路、减小外设体积，而且还可以提高产品的可靠性。 该 芯片 具有较快的处理速度和较大的存储容量，并且具有在系统可编程的功能， 是比较理想的选择。 锂电池充电部分 我们选用 凌力尔特 公司的 LTC3555，它是 一种 应用于实现锂电池或聚合 物电池快速充电的电源管理器件 ，速度快、低功耗 , 低噪声 , 使用灵活且体积小， 支持 I2C总线， 采用它可以节省总线个数，节省 C8051F320引脚。 使用该芯片作为 电源管理 是较理想的选择。 2． USB 系统简介 2． 1 USB 系统组成 一个 USB 系统主要由三个部分： USB 设备 ， USB 主机和 USB 互联 [6] [7]。 1） USB 设备 USB 有两种设备类：集线器（ Hub）和功能部件（ Function） ， 如人机接口、打印机、图像扫描仪或海量。