【正文】 蘇州科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）基于MSP430單片機(jī)的無線LED廣告屏設(shè)計摘 要LED點陣顯示屏的發(fā)展前景極為廣闊，為使該模塊LED顯示屏控制系統(tǒng)具有更加方便和靈活性，本文對系統(tǒng)的硬件做了精心設(shè)計。本文設(shè)計的主體思想是通過主機(jī)將實時時間，采集的環(huán)境溫度以及光照信息，由無線模塊傳送到從機(jī)，動態(tài)顯示在廣告屏上。綜合多方面的因素，最終確立了設(shè)計方案：主控制器選用MSP430單片機(jī)，點陣屏選擇LED點陣單色圖文顯示屏，無線模塊采用NRF2401射頻收發(fā)芯片?；趩纹瑱C(jī)介紹了16*16LED顯示屏的設(shè)計與制作過程，內(nèi)容包括LED顯示屏的硬件電路、PCB設(shè)計、C語言程序設(shè)計與調(diào)試等方面，涉及到單片機(jī)電子產(chǎn)品設(shè)計和制作方面的各個環(huán)節(jié)，認(rèn)識單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，工作原理及應(yīng)用方法，并提高單片機(jī)知識技術(shù)的運(yùn)用能力。關(guān)鍵詞 單片機(jī)；點陣；無線；LED廣告屏；NRF2401The Design of Wireless LED Advertising Screens Based on MSP430 AbstractThe development of LED display has a farrange prospect. To make this modular of LED display control system more convenience and flexible .This project made elaborate design of system hardware. The main idea of the design is through the host will realtime time, acquisition environment temperature and light information transferred by wireless module, dynamic display from machine, in advertising screen, prehensive in many factors. The final design is that the main controller chooses MSP430 microcontroller, bitmap screen choice of LED dot matrix monochromatic graphic display, wireless NRF2401 transceiver module USES chips.This project introduces the design of 16*16 LED screen based on SCM and manufacture process, which content includes the LED display hardware circuit, PCB design, C language program design and missioning etc, and involves microcontroller electronic products design and manufacture aspect the each link. Besides , understanding the basic structure, microcontroller working principle and application methods, and improve the utilization ability microcontroller knowledge technology.Keywords MCU。 Dot matrix。 Wireless。 LED advertising screen。 NRF2401 78目 錄第1章 緒論 1 引言 1 研究課題的目的與意義 1 課題研究的主要內(nèi)容 2第二章 論文方案設(shè)計 4 系統(tǒng)方案總體分析 4 單片機(jī)的選擇 4 C51單片機(jī) 4 Mega16單片機(jī) 5 MSP430單片機(jī) 5 無線模塊的選擇 5 NRF905模塊 5 CC1020模塊 6 NRF2401模塊 6 LED廣告屏的選擇 7 7 7 LED驅(qū)動模塊 7 7 7 最終方案的確定 8第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)置 9 硬件電路的總體設(shè)計 9 單片機(jī)最小系統(tǒng) 10 10 11 11 12 實時時鐘 12 串行通信 14 LED點陣 14 無線模塊 16 溫度傳感器 16 系統(tǒng)的電路設(shè)計 18 LED電路原理圖 18 單片機(jī)msp430最小系統(tǒng)的PCB版圖設(shè)計 19第4章 軟件設(shè)計 20 20 實時時鐘模塊 20 實時時鐘模塊簡介 20 21 時鐘模塊操作流程圖 22 23 溫度，光照信息采集模塊 25 25 溫度傳感器模塊的時序圖 26 模塊操作流程 27 模塊程序設(shè)計 27 光敏傳感器模塊簡介 30 無線模塊 31 無線模塊簡介 31 無線模塊的時序圖 31 數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧鞒虉D 34 無線模塊程序設(shè)計 35 LED點陣模塊 37 37 點陣模塊時序圖 37 點陣模塊程序流程圖 38 點陣模塊程序設(shè)計 39第5章 論文實驗與結(jié)論 43 設(shè)計結(jié)果總結(jié) 43 課題展望 45致 謝 47參 考 文 獻(xiàn) 48附錄A 譯文 49附錄B 外文原文 63第1章 緒論 引言LED點陣顯示屏是一種簡單的漢字顯示器，由于其價廉、易于控制、使用壽命長等特點，被逐步廣泛應(yīng)用于各種公共場合。在體育場館，大屏幕顯示系統(tǒng)可以顯示比賽實況及比賽比分、時間、精彩回放等；在交通運(yùn)輸行業(yè)，可以顯示道路運(yùn)行情況；在金融行業(yè)，可以實時顯示金融信息，如股票、匯率、利率等：在商業(yè)郵電系統(tǒng)，可以向廣大顧客顯示通知、消息、廣告等等。據(jù)調(diào)查顯示，人們接收的信息有2/3的信息是通過眼睛取得的。顯示技術(shù)還應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、軍事、醫(yī)療單位、公安系統(tǒng)乃至宇航事業(yè)等國民經(jīng)濟(jì)、社會生活和軍事領(lǐng)域中，并起著重要作用，顯示技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代人類社會生活的一項不可或缺的技術(shù)。這類的點陣屏常用的通信方式是經(jīng)過一條RS232串口線與電腦連接更換信息，操作簡單，使用方便，但是硬件連接上也會有一些局限性，因為需要連接的線比較多，如果要采集遠(yuǎn)距離信息需要的傳輸線太長，影響精確度。所以本文提出了一個新的設(shè)計理念，運(yùn)用單片機(jī)和無線模塊，通過SPI協(xié)議對LED進(jìn)行控制，實現(xiàn)LED顯示屏的設(shè)計過程。 研究課題的目的與意義單片機(jī)自20世紀(jì)70年代問世以來，以極其高的性能價格比受到人們的重視和關(guān)注，所以應(yīng)用很廣，發(fā)展很快。單片機(jī)的特點是體積小、集成度高、重量輕、抗干擾能力強(qiáng)，對環(huán)境要求不高，價格低廉，可靠性高，靈活性好，開發(fā)較為容易。正因為單片機(jī)有如此多的優(yōu)點，因此其應(yīng)用領(lǐng)域之廣，幾乎到了無孔不入的地步。在我國，單片機(jī)已被廣泛地應(yīng)用在工業(yè)自動化控制、自動檢測、智能儀表、智能化家用電器、航空航天系統(tǒng)和和國防軍事、尖端武器等各個方面。我們可以開發(fā)利用單片機(jī)系統(tǒng)以獲得很高的經(jīng)濟(jì)效益。更重要的意義是單片機(jī)的應(yīng)用改變了控制系統(tǒng)傳統(tǒng)的設(shè)計思想和方法。以前采用硬件電路實現(xiàn)的大部分控制功能，正在用單片機(jī)通過軟件方法來實現(xiàn)。這種以軟件結(jié)合硬件或取代硬件并能提高系統(tǒng)性能的控制技術(shù)稱為微控制技術(shù)。例如，本文所要論述的通過單片機(jī)來控制LED點陣顯示。LED是發(fā)光二極管英文Light Emitting Diode 的簡稱，是六十年代末發(fā)展起來的一種半導(dǎo)體顯示器件，七十年代，隨著半導(dǎo)體材料合成技術(shù)、單晶制造技術(shù)和PN結(jié)形成技術(shù)的研究進(jìn)展，發(fā)光二極管在發(fā)光顏色、亮度等性能得以提高并迅速進(jìn)入批量化和實用化。進(jìn)入八十年代后，LED在發(fā)光波長范圍和性能方面大大提高，并開始形成平板顯示產(chǎn)品即LED顯示屏。LED電子顯示屏是利用發(fā)光二極管點陣模塊或像素單元組成的平面式顯示屏幕。它是集微電子技術(shù)、光電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、信息處理技術(shù)于一體的顯示系統(tǒng)，是目前國際上極為先進(jìn)的顯示媒體。由于它具有發(fā)光效率高、使用壽命長、組態(tài)靈活、色彩豐富、工作性能穩(wěn)定以及對室內(nèi)室外環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點而日漸成為顯示媒體中的佼佼者。在我國改革開放之后，特別是進(jìn)入90年代國民經(jīng)濟(jì)高速增長，對公眾場合發(fā)布信息的需求日益強(qiáng)烈，LED顯示屏的出現(xiàn)正好適應(yīng)了這一市場形勢，因而在LED顯示屏的設(shè)計制造技術(shù)與應(yīng)用水平上都得到了迅速的提高，生產(chǎn)也得到了迅速的發(fā)展，并逐步形成產(chǎn)業(yè)，成為光電子行業(yè)的新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。LED顯示屏經(jīng)歷了從單色、雙色圖文顯示屏，到圖像顯示屏的發(fā)展過程。隨著信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，LED顯示屏作為信息傳播的一種重要手段成為現(xiàn)代信息化社會的一個閃亮標(biāo)志。近年LED顯示屏已廣泛應(yīng)用于室內(nèi)、外需要進(jìn)行服務(wù)內(nèi)容和服務(wù)宗旨宣傳的公眾場所如銀行、營業(yè)部、車站、機(jī)場、港口、體育場館等信息的發(fā)布，政府機(jī)關(guān)政策、政令，各類市場行情信息的發(fā)部和宣傳等。目前，對于那些需要顯示的信息量不是很大，分辨率不是很高，又需要制造成本相對比較低的場合，使用大、小屏幕LED點陣顯示器是比較經(jīng)濟(jì)適用的，它可以用單片機(jī)控制實現(xiàn)顯示字符、數(shù)字、漢字和簡單圖形，可以根據(jù)需要使用不同字號、字型。 課題研究的主要內(nèi)容本課題研究的內(nèi)容組要包括以下幾個內(nèi)容： （1）MSP430單片機(jī)、無線模塊NRF240電源轉(zhuǎn)換芯片AMS111實時時鐘模塊DS130溫度傳感器模塊DS18光敏傳感器模塊、串口通信RS23LED顯示屏以及LED驅(qū)動模塊的理論知識以及應(yīng)用，熟練掌握各個模塊的不同引腳的連接方式；（2）熟練掌握各個硬件電路，并將以上各個模塊融合在一起，設(shè)計出一幅合理的硬件電路圖，其中需要用到兩塊單片機(jī)msp430和兩塊無線模塊NRF24L01，分別將兩塊NRF24L01裝在兩塊單片機(jī)上，一個充當(dāng)發(fā)送模塊，一個充當(dāng)接受模塊，然后在接收模塊上將16*16LED點陣模塊按照自己程序里定義的引腳將其連接起來。（3）深入研究該課題涉及到的軟件知識，并用C語言編寫程序，最后仿真，將仿真結(jié)果記錄下來并進(jìn)行分析。其中的程序部分主要分為兩大部分，其中一個要編寫msp430的發(fā)送部分，一個用來編寫msp430的接收部分，并且用IAR Embedded Workbench For MSP430 這一款軟件對其程序經(jīng)行編譯、創(chuàng)建連接和調(diào)試，并根據(jù)編譯和調(diào)試結(jié)果對其程序進(jìn)行修改，直到其程序沒有出現(xiàn)錯誤和警告為止。在保證程序沒有錯誤的情況下，將msp430發(fā)送程序和msp430接收程序分別燒到相應(yīng)的兩個單片機(jī)內(nèi)，這樣即完成了軟件部分。第二章 論文方案設(shè)計 系統(tǒng)方案總體分析該電路大致上可以分成單片機(jī)系統(tǒng)及外圍電路、無線模塊、列驅(qū)動電路和行驅(qū)動電路以及LED廣告屏四大部分。主機(jī)通過采集溫度、日期、光照等信息并將其顯示到LED廣告屏上。其中溫度信息是通過溫度傳感器進(jìn)行采集的，日期時間是通過時鐘模塊采集的，光照信息是通過光敏傳感器來采集的。時鐘，溫度傳感器和無線模塊，以及廣告屏的編程，上位機(jī)與下位機(jī)的軟件流程設(shè)計思路如下：下位機(jī)上電后，先初始化內(nèi)部變量、時鐘、信息采集及通信模塊，然后進(jìn)行信息采集，下位機(jī)將采集到的信息通過無線模塊依次發(fā)送出去，上位機(jī)采集到時鐘，溫度以及光照信息之后，將日期時間，環(huán)境溫度及光信息顯示在液晶顯示模塊上，然后保存在EEROM里面，掉電不丟失。 電路整體方框 單片機(jī)的選擇 C51單片機(jī)主要性能參數(shù)：128*8字節(jié)內(nèi)部RAM32個可編程I/O口線2個16位定時/計數(shù)器6個中斷源可編程串行UART通道 Mega16單片機(jī)主要產(chǎn)品特征如下：兩個具有獨立預(yù)分頻器和比較器功能的8 位定時器/ 計數(shù)器一個具有預(yù)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(jī)/ 從機(jī)模式的SPI 串行接口具有獨立片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器 MSP430單片機(jī)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(nèi)USART s綜上所述，采用51單片機(jī)，如果要驅(qū)動數(shù)列點陣顯示，通用51單片機(jī)會比較吃力，出現(xiàn)比較嚴(yán)重的閃爍停滯現(xiàn)象，此外，要實現(xiàn)文字的左右移動和調(diào)整移動速度等功能，都會給軟件設(shè)計帶來較多困難，所以該單片機(jī)不是本設(shè)計的最佳選擇；Ateml公司Mega16單片機(jī)，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(jī)，具有強(qiáng)大的處理能力和運(yùn)行速度快，功耗超低，應(yīng)用方便等優(yōu)點，在多年來已在全球得到了廣泛應(yīng)用，如工業(yè)控制，智能化儀器儀表，無線采集，手持設(shè)備，在這些方面應(yīng)用體現(xiàn)較高性價比，MSP430主要用戶需要對模擬信號進(jìn)行數(shù)字控制的領(lǐng)域，當(dāng)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(yùn)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(jī)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：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(nèi)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(qiáng)，很強(qiáng)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(shè)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