毕业设计论文-基于armusb控制的led点阵设计

毕业设计论文-基于armusb控制的led点阵设计内容摘要：

邮电大学本科毕业设计（论文） 5 线性 LED 调光控制方法就是采用模拟调光控制方 法，在模拟调光控制下，通过调节 LED 的正向工作电流来实现 LED 的调光控制，调光控制范围可达 10： 1。 如果要进一步降低 LED 的正向工作电流则会产生 LED 发光颜色发生变化和不能准确调节控制 LED 的正向工作电流的问题。 LED 的重要参数释疑 （ 1）正向工作电流 IF：指发光二极体正常发光时的正向电流值。 在实际使用中应根据需要选择 IF 在 IFm 以下。 （ 2）正向工作电压 VF：参数表中给出的工作电压是在给定的正向电流下得到的。 一般是在 IF=20mA 时测得的。 发光二极体正向工作电压 VF 在 ～ 3V。 在外界温度升高时， VF 将下降。 （ 3） VI 特性：发光二极体的电压与电流的关系，在正向电压正小于某一值（叫阈值）时，电流极小，不发光。 当电压超过某一值后，正向电流随电压迅速增加，发光。 （ 4）最大正向直流电流 IFm：允许加的最大的正向直流电流。 超过此值可损坏二极体。 （ 5）最大反向电压 VRm：所允许加的最大反向电压。 超过此值，发光二极体可能被击穿损坏。 （ 6）允许功耗 Pm: 允许加于 LED 两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。 超过此值， LED 发热、损坏。 （ 7） LED 上拉 电阻：一般 LED 工作时，加 10mA 足以使之正常工作，故电阻值为 Vo/10mA， Vo 即为外加电压的值，如 +5V 的电压下可以使用 500 欧姆的电阻。 （ 8）工作环境 topm：发光二极体可正常工作的环境温度范围。 低于或高于此温度范围，发光二极体将不能正常工作，效率大大降低。 （ 9）发光强度 IV：发光二极体的发光强度通常是指法线（对圆柱形发光管是指其轴线）方向上的发光强度。 若在该方向上辐射强度为（ 1/683） W/sr 时，则发光 1 坎德拉（符号为 cd）。 由于一般 LED 的发光二强度小，所以发光强度常用烛光(坎德拉 , mcd)作单位。 （ 10） LED 的发光角度： 90176。 +90176。 （ 11）光谱半宽度  : 发光管的光谱纯度。 （ 12）半值角 2/1 和视角： 2/1 是指发光强度值为轴向强度值一半的方向与发光轴向（法向）的夹角。 （ 13）全形：根据 LED 发光立体角换算出的角度，也叫平面角。 （ 14）视角：指 LED 发光的最大角度，根据视角不同，应用也不同，也叫光强角。 （ 15）半形：法向 0176。 与最大发光强度值 /2 之间的夹角。 严格上来说，是最大北京邮电大学本科毕业设计（论文） 6 发光强度值与最大发光强度值 /2 所对应的夹角。 LED 的封装技术导致最大发光角度并不是法向 0176。 的光强值，引入偏差角，指得是最大发光强度对应的角度与法向0176。 之间的夹角。 16*16n LED 点阵 PC数据表示 点阵的其中一个应用是图像表示，点阵图即我们所指的矢量图。 我们以 UCDOS中文宋体字库为例，每一个字由 16 行 16 列的点阵组成显示。 即国标汉字库中的每一个字均由 256 点阵来表示。 我们可以把每一个点理解为一个象素，而把每一个字的字形理解为一幅图像。 事实上这个汉字屏不仅可以显示汉字，也可以显示在 256象素范围内的任何图形。 [1] 图 25 汉字显示原理 为 了弄清楚汉字的点阵组成规律，首先通过列扫描方法获取汉字的代码。 汉字可拆分为上部和下部，上部由 816 点阵组成，下部也由 816 点阵组成。 本例通过列扫描方法首先显示左上角的第一列的上半部分，即第 0 列的 P00～ P07 口，方向为 P00 到 P07，显示汉字 “人” 时，为全灭 ， 即二进制 00000000。 上半部第 一 列完成后，继续扫描下半部的第 一 列，为了接线的方便，我们设计成由上往下扫描，第一列的下半部分由上往下排列，为： P08 灭， P09 灭， P10 灭 ， P11 灭， P12 灭， P13灭， P14 灭 ， P15 亮， 即二进制 00000001，转换为十六进制为 0x01h。 第二列的上半部分 全灭， 下半部分扫描时，我们 仍设计成由上往下扫描，即从 P27 向 P20 方向扫描，从图 3 可以看到，这一列 P14 亮，即为 00000010，十六进制则为 0x02h。 依照这个方法转向第三列、第四列， …… ，直至第十六列的扫描，一共扫描 32 个 8 位，可以得出汉字 “人” 的扫描代码为： 0x00， 0x01； 0x00， 0x02； 0x00， 0x04； 0x00， 0x08； 0x00， 0x30； 0x00， 0xC0；0x03， 0x00； 0xFC， 0x00； 0x03， 0x00； 0x00， 0xC0； 0x00， 0x30； 0x00， 0x08；0x00， 0x04； 0x00， 0x02； 0x00， 0x01； 0x00， 0x00。 北京邮电大学本科毕业设计（论文） 7 将 16 组数据中的第二个数据作低位，第一个数据作做高位，即可得到 16 个 4为 16 进制数： 0x0001； 0x0002； 0x0004； 0x0008； 0x0030； 0x00C0； 0x3000； 0xFC00； 0x0300；0x00C0； 0x0030； 0x0008； 0x0004； 0x0002； 0x0001； 0x0000。 因此，纵向每相邻 16 个 LED 就对应 16 位二进制数，并且可以用 4 位 16 进制数的机 器语言表示和存储，如此任何数量的 16*16n 都可被分割成 16n 个 4 位 16 进制的机器语言进行数据处理。 对于一般的汉字和黑白图像的数据数据提取，举例如下： 汉字 “北京邮电大学” 图 26 点阵显示汉字“北京邮电大学” 图 27 “北京邮电大学”点阵 4位 16进制数据提取结果 较小图像像素，如取 64*16（宽 *高） 图 2— 8 点阵显示 64*16的简单黑白图像 北京邮电大学本科毕业设计（论文） 8 图 29 上图点阵 4位 16进制数据提取结果 以上数据提取结果图中，从头开始，前一半数据表示上方 8*16 得到的 16 个 8位二进制数据，后一半数据 表示下方 8*16 得到的 16 个 8 位二进制数据，相同位置上的数据对应 16*16n 的同一列数据。 对于尺寸不满足 16*16n 的屏幕可以根据具体情况对数据进行整理；对于彩色屏幕数据会更加复杂，本文不予深入研究。 北京邮电大学本科毕业设计（论文） 9 第三章 USB 协议简介 USB 体系简介 USB 是一 种 支持热 插 拔 的 高速串行传 输 总线，它 使 用差分信号 来 传输数据 ， 最高速度可达 480Mb/S。 USB 支 持 “总 线 供 电 ” 和 “ 自 供 电 ”两 种 供 电 模 式。 在 总 线供电 模 式 下 ，设备 最 多 可 以 获 得 500mA 的电 流。 被 设 计 成 为向 下 兼 容 的 模 式 ，当 有全速（ USB ） 或者 低 速 （ USB ） 设 备 连接 到 高 速 （ USB ） 主 机时 ， 主机 可 以 通 过 分 离 传输 来 支 持 它们。 一 条 USB 总 线 上 ， 可 达到 的 最 高 传 输 速 度 等 级 由该 总 线 上 最 慢 的 “ 设 备 ”决 定 ， 该 设 备包 括 主 机、 HUB 以及 USB 功 能 设 备。 [2] USB 体 系 包 括 “ 主 机”、“设备” 以 及 “ 物 理 连 接 ” 三 个部 分。 其 中 主 机 是 一个提供 USB 接口 及 接 口 管 理 能 力 的 硬 件 、 软 件 及 固 件 的 复 合体 ， 可以 是 PC， 也 可 以是 OTG 设 备。 一个 USB 系 统 中 仅 有 一个 USB 主机 ； 设 备包 括 USB 功 能 设 备 和 USB HUB， 最 多支 持 127 个设备； 物 理 连 接 即 指 的 是 USB 的 传 输 线。 在 USB 系统 中 ，要 求 使 用 屏 蔽 的 双绞 线。 USB 体系采用分层的星型拓扑来连接所有的 USB 设备，以 HOSTROOT HUB为起点，最多支持 7 层（ Tier），也就是说任何一个 USB 系统中最多可以晕讯 5个 USB HUB 级联。 一个复合设备（ Compound Device）将同时占据两层或更多的层。 理论上，一个 USB HOST 最多可以同时支持 128 个地址，地址 0 为默认地址，只在设备枚举期间给为初始化的设备 使用，而不能被分配给任何设备，因此一个USB HOST 最多可以同时支持 127 个设备。 在实际的 USB 体系中，如果要连接 127个 USB 设备，必须使用 USB HUB，而 USB HUB 也需要占用地址，所以时间可支持的 USB 功能设备数量将小于 127。 图 31 USB分层星型拓扑结构 ROOT HUB 是一个特殊的 USB HUB，它集成在主机控制器里，不占用地址。 ROOT HUB 不但实现了普通 HUB 的功能，还包括其他一些关于增强型主机控制器的功能，提供一个连接主控制器与设备之间的接口和通路。 北京邮电大学本科毕业设计（论文） 10 USB 采用轮询的广播机制传输数据，所有的传输都由主机发起，任何时刻整个 USB 体系内仅允许一个数据包的传输，即不同物理传输线上看到的数据包都是同一被广播的数据包。 端点（ Endpoint）是 USB 设备中的可以进行数据收发的最小单元，支持单向或者双向的数据传输。 设备支持端点的数量是有限制的，除默认端点外低速设备最多支持 2 组端点（ 2 个输入、 2 个输出），高速和全速设备最多支持 15 组端点。 USB 设备连接到 HOST 时， HOST 必须通过默认的控制管道对其进行枚举，完成获得期设备描述、进行分配地址、获得其配置描述、进行配置等操 作方可正常使用。 USB 设备的即插即用特性即依赖于此。 枚举是 USB 体系中的一个很重要的活动，由一系列标准请求组成（若设备属于某个子类，还包含该子类定义的特殊请求）。 通过枚举 HOST 可以获得设备的基本描述信息，如支持的 USB 版本、 PID、 VID、设备分类（ Class）、供电方式、最大消耗电流、配置数量、各种类型端点的数量级传输能力（最大包长度）。 HOST根据 PID 和 VID 加载设备驱动程序，并对设备进行合适的配置。 只有经过枚举的设备才能正常使用。 对于总线供电设备，在枚举完成前最多可从总线获取 100mA的电流。 USB HUB 提 供 了 一 种 低 成本 、 低 复 杂 度 的 USB 接 口扩 展 方 法。 HUB 的 上 行 PORT 面 向 HOST， 下 行 PORT 面 向设 备（ HUB 或 功 能 设备 ）。 在 下行 PORT 上 ，HUB 提 供 了 设备 连接 检 测 和 设 备 移 除 检 测 的能 力 ，并 给 各 下行 PORT 供电。 HUB 可 以 单 独 使能 各 下 行 PORT， 不同 PORT 可 以 工 作 在不 同的 速 度 等 级（高速 /低速 /全速）。 HUB 由 HUB 重 发 器 、转发器 以及 HUB 控 制 器 三部 分组 成。 HUB Repeater 是上行 PORT 和下行 PORT 之间的一个协议控制开关，它负责告诉数 据包的重生与并发。 HUB 控制器负责和 HOST 的通信， HOST 通过 HUB 类请求和 HUB 控制器通讯，获得关于 HUB 本身和下行 PORT 的 HUB 描述符，进行 HUB 和下行 PORT 的监控和管理。 转发器提供了从高速和全速 /低速通讯的转换能力，通过 HUB 可以在高速HOST 和全速 /低速设备之间进行匹配。 USB 协议层规范 USB 采用“令牌包” “数据包” “握手包”的传输机制，在令牌包中指定数据包去向或者来源的设备地址和端点（ Endpoint），从而保证了只有一个设备对被广播的数据包 /令牌包作出响应。 握手 包表示了传输的成功与否。 USB 采用 little edian 字节顺序，在总线上先传输一个字节的最低有效位，最后传输最高有效位。 所有的 USB 包都由同步域（ SYNC）开始，高速包的同步域宽度为 32bit，全速 /低速包的同步域宽度为 8bit。 实际接收到同步域宽度由于 USB HUB 的关系，可北京邮电大学本科毕业设计（论文） 11 能会小于理论值。 USB 数据包的格式： 图 32 USB数据包格式 PID 表征了数据包的类型，分别为令牌（ Token）、数据（ Data）、握手（ Handshake）以及特殊包 4 大类，共 16 种类型的 PID。 令牌包用来启动一 次。