【文章內(nèi)容簡介】 網(wǎng) ”中大量的無線連接設(shè)備提供高效的溝通、管理和維護。低功耗聯(lián)網(wǎng)功能深具潛能，可驅(qū)動各種節(jié)能和生活關(guān)鍵應(yīng)用，包括從無線方式分析住宅或辦公大樓性能與控制的感測器，到 以電池運作、通過無線方式連接監(jiān)控 全 國 大 學(xué) 生 嵌 入 式 物 聯(lián) 網(wǎng) 設(shè) 計 大 賽 5 設(shè)備的身體感測器。而現(xiàn)有的 8 位或 16 位微控制器（ MCU）缺少足夠的智能和功能來實現(xiàn)這些應(yīng)用。 CortexM0 處理器不僅延續(xù)了易用性、 C 語言編程模型的優(yōu)勢，而且能夠二進制兼容已有的CortexM0 處理器工具和實時系統(tǒng)（ RTOS）。作為 CortexM 處理器系列的一員， CortexM0 處理器同樣能夠獲得 ARM CortexM 生態(tài)系統(tǒng)的全面支持，而其軟件兼容性使其能夠方便地被移植到更高性能的 CortexM3 或 CortexM4 處理器。率先獲得 CortexM0+處理器授 權(quán)的廠商包括飛思卡爾半導(dǎo)體和恩智浦半導(dǎo)體。 第 二 章 系統(tǒng)方案 系統(tǒng)總體方案 本系統(tǒng) 利用 NXP LPC11C24作為 主控模塊。 首先從 GPS 系統(tǒng)獲取 全球標(biāo)準 時間源，經(jīng)過 CPU 處理后 將時間數(shù)據(jù)通過 UART 接口 輸出到 LPC11C24 主控模塊上， LPC11C24 可把 接收到 的 GPS 時間數(shù)據(jù) 利用軟件來處理， 再 把數(shù)據(jù) 發(fā)送 到顯示模塊，實現(xiàn)時間的顯示。 LED點陣屏為主要的顯示模塊，把從 LPC11C24 傳來的數(shù)據(jù)顯示出來，并且可以實現(xiàn)左右移動等功能。 系統(tǒng)方案結(jié)構(gòu)圖 根據(jù)總體方案畫出了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，是按照結(jié)構(gòu)層次 劃分 三 層： 硬件平臺 NXP LPC11C24 為核心， 同 UART 連接的是 GPS 模塊， 32*16 的點陣屏是用杜邦線和和控制系統(tǒng)相連的。 整體方案結(jié)構(gòu) 框圖如下： 全 國 大 學(xué) 生 嵌 入 式 物 聯(lián) 網(wǎng) 設(shè) 計 大 賽 6 圖 系統(tǒng)總體 方案結(jié)構(gòu) 圖 第 三 章 基于 GPS 授時的點陣 LED 屏顯示時鐘 的系統(tǒng) NXP LPC11C24 主控板 LPC11C24 為核心控制芯片，工作過程分為兩個部分 :數(shù)據(jù)接受處理和時鐘數(shù)據(jù)掃描顯示。 LPC11C24 開發(fā)板內(nèi)部集成了串口通信電路，本設(shè)計就是應(yīng)用 UART 通用串行數(shù)據(jù)接口接受 外部GR87 發(fā)來的衛(wèi)星數(shù)據(jù)，有選擇的將數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，然后我們將緩存區(qū)里的數(shù)據(jù)取出經(jīng)過CPU 的處理后送到 LED 點陣 顯示 屏上顯示出我們所需要的時鐘信息 。 NXP LPC11C24 簡介 LPC11C24FBD48 是 ARM CortexM0 微控制器 ，設(shè)計用于 8 位 /16 位微控制器應(yīng)用， 具有高新能，低功耗，簡單指令集，統(tǒng)一編址尋址等優(yōu)點，而且， LPC11C24 可以比傳統(tǒng)的 8 位 /16 位 單片機 在執(zhí)行大多數(shù)普通的微控制器任務(wù)時減少 40%到 50%的代碼量，這是通過強大的 CortexM0 v6M 指令集 實現(xiàn)的。這種指令集以 16 位的 Thumb 指令為基礎(chǔ)，迄今唯一應(yīng)用于 32 位 微處理器 。GPS 模塊 32*16 LED 點陣屏 系統(tǒng) 控制中心NXPLPC11C24 核心板電路 U A R T 串口 杜 邦 線 電源供電模塊 行驅(qū)動電路 列 驅(qū)動電路 全 國 大 學(xué) 生 嵌 入 式 物 聯(lián) 網(wǎng) 設(shè) 計 大 賽 7 具有高于 45DMIPS 處理能力的 LPC11C24 為 CAN 節(jié)點提供了強有力的信息和數(shù)據(jù)處理能力。這種對電源的優(yōu)化能力是當(dāng)今的 8 位 /16 位 單片機 難以實現(xiàn)的 特色和優(yōu)點 ? ARM CortexM0 處理器，工作頻率高達 50 MHz ? ARM CortexM0 內(nèi)置可嵌套中斷向量控制器 (NVIC) ? 程序代碼的密度要比 8/16 位 MCU 更小 ? 閃存 ISP 命令可通過 UART 或 C_CAN 發(fā)出 ? 超快速模式下， 2 個 I178。C 總線引腳上的大電流吸收驅(qū)動器 (20 mA) ? 帶小數(shù)波特率生成器的 UART ? 36 個高速 5V相容 GPIO 引腳，可選擇引腳高電流驅(qū)動（ 20 mA） ? 12MHz 內(nèi)部 RC 振蕩器，溫度及電壓范圍精確度可達 1% ? 支持完整 I178。C 總線規(guī)范及超快速模式的 I178。C 總線接口 ? CAN B C_CAN 控制器具備 onchip CANopen 驅(qū)動器與整合式收發(fā)器 片內(nèi)高速 CAN 收發(fā)器 ? 工作范圍從 1 MHz 到 25 MHz 的晶體振蕩器 ? 頻率范圍從 kHz 到 MHz 的可編程看門狗振蕩器 ? 最大限度降低功耗的集成式 PMU（電源管理單元） ? 采用中斷和強制復(fù)位的 4 個 獨立閥值進行的掉電檢測 ? 可用作芯片識別的唯一序列號 ? V 單電源（ V 至 V） 開發(fā)環(huán)境 全 國 大 學(xué) 生 嵌 入 式 物 聯(lián) 網(wǎng) 設(shè) 計 大 賽 8 此次設(shè)計的軟件開發(fā)環(huán)境使用的大賽的合作方恩智浦半導(dǎo)體針對它旗下采用的 ARM 處理器的LPC系列微控制器推出的開發(fā)工具平臺 LCXpresso。 LCXpresso根據(jù)簡單易用的理念設(shè)計而成， 它為系統(tǒng)設(shè)計人員提供了一種快速便捷的使用 LPC1100 的方式。利用 LPCXpresso 這款功能全面的工具鏈還可以輕松實現(xiàn)在高性能的 ARM ARM9 以及包括 LPC1300 和 LPC1700 在內(nèi)的 Cortex系列 微控制器之間的產(chǎn)品移植。 LPCXpresso 開發(fā)平臺基于功能強大的 Eclipse 集成開發(fā)環(huán)境（ IDE）工具，擁有由恩智浦設(shè)計的全新、直觀的用戶界面、針對 CortexM0優(yōu)化的編譯器和函數(shù)庫、 LPCLink JTAG/SWD 調(diào)試探針和目標(biāo)板， 同時具有 一流的 C 編程環(huán)境以及語法高亮度顯示、代碼折疊和展開、快速點擊導(dǎo)航變量和函數(shù)定義及聲明的高級功能， 為用戶提供豐富的開發(fā)工具，加速產(chǎn)品開發(fā)，縮短新品上市時間。 LPCXpresso 的項目建立 1．打開 LPCxpresso 軟件彈出 workspace launcher 對話框選擇項目要放的文件夾 FILEnewproject 彈出 new project 對話框選擇 LPCxpresso c project?next 再選擇 lpc 11xx? c progect –next ?在 project neme 中輸入項目名稱 ?x ?選擇 lpc11c24/301?next?在 cmsis library to link project to:中選擇 NONE ? finish 3．這樣項目就建立好了，在編譯過程中缺什么頭文件就去示 例文件夾中復(fù)制到 SRC 文件夾下就可以了 點陣 LED 屏 顯示模塊 這次 我們選用的是 P10 LED 成品屏。 P10 LED點陣顯示屏作為此次設(shè)計的 數(shù)據(jù)顯示模塊， 它的作用就是 將從緩沖區(qū) 里 取出的數(shù)據(jù)經(jīng)過 CPU 的處理后顯示出我們所需要的 信息。我們可以利用 全 國 大 學(xué) 生 嵌 入 式 物 聯(lián) 網(wǎng) 設(shè) 計 大 賽 9 LPC11C24 的 GPIO 端口控制 LED 點陣屏顯示相應(yīng)的信息。 P10 LED 點陣屏電路圖 下圖是 P10 LED 點陣屏的電路圖，其中 74HC245D 是驅(qū)動放大芯片、 74HC595 是移位寄存器、74HC138D 是譯碼器 圖 P10 LED點陣屏電路圖 P10 LED 點陣顯示屏的指標(biāo) ? LED 分辨率 ： LED 顯示屏像素的行列數(shù)稱為 LED 顯示屏的分辨率 ， 我們 所用 的 P10 LED 點陣屏的分辨率是 32*16。 ? LED 點距： 10mm ? 像素配置 ： 1R（純紅 ） 全 國 大 學(xué) 生 嵌 入 式 物 聯(lián) 網(wǎng) 設(shè) 計 大 賽 10 ? 視距： 3m~300m LED 點陣屏上控制 LED 的亮滅 原理 通過 P10 LED 屏的電路圖可以發(fā)現(xiàn)，整個屏有通過一個 74HC138 來控制行和 16 個 74HC535 一位寄存器 控制列。按正常理解 32*16 的 LED 點陣 2 個 138 和 16個 595 才能控制整個屏。而這里 只用了 1 個 138 是用了 4953LED 驅(qū)動芯片，一個 138 輸出信號被分成了 4 個一樣的信號連接到了每個4*8小模塊的 LED的陽極上這樣 138輸出的 4路信號就被分成了 16個信號，這 16 個信號中每 4個一組一樣的信號共 4 組。這樣行就能全部控制了。因為 屏上 4*8 小模塊都配了一個 595 所以一次通過 595 輸入端通過移位可以輸入 16*8 位數(shù)據(jù)進入 595 中。這就移位著當(dāng) 138輸出高電平信號， 595移位移入 128 個 0 進去時這是屏就會顯示 4 行且這 4 行是隔 4 個亮一行。 如果要只亮一個點只需把送入 595 的 128 中對應(yīng)的那一位寫 0 其他 127 位寫 1就可以顯示一個點了。 例如要讓 下圖中第一行第一列 的那個 LED 亮，只需要 OUT1 送高電平，列 1 送入低電平即可。 OUT1 端的 高低電平由 74HC138 來控制 ， 而它陰極的 電平 高低則是由 74HC595 來控制 。 讓 138輸出信號快速的 輸出 四個信號，這時屏上顯示的就是點亮的那個點的所在的 4*8 的小模塊中的亮點所在的列的 4 個點都亮了起了。這就是動態(tài)掃描。后面還會詳細解釋。 LED 點陣 屏的動態(tài)掃描 原理 通過上面已經(jīng)可以把一個點點亮了，接下來就是要在屏幕上顯示要顯示的內(nèi)容了。如果 138 全 國 大 學(xué) 生 嵌 入 式 物 聯(lián) 網(wǎng) 設(shè) 計 大 賽 11 的輸出內(nèi)容不 變只能顯示 4 行，只有把 138 輸出的內(nèi)容改變，且速度要快這樣 16 行就可以全部顯示出來了 。這就是動態(tài)掃描。 比如我們要在左邊的 16*8 的區(qū)域顯示一個數(shù)字“ 1”首先就要的編寫“ 1”在 16*8 的區(qū)域的 16進制編碼并放入一個數(shù)組中，這就是字庫。編寫好字庫后還要再加一個 64 字節(jié)的數(shù)據(jù)緩存區(qū)用來存放屏上所用點的數(shù)據(jù)， 595就從數(shù)據(jù)緩存區(qū)中取數(shù)據(jù)送去顯示。而緩存區(qū)中的內(nèi)容是從字庫通過算法 加載進去的?，F(xiàn)在我們把“ 1”的數(shù)據(jù)放入數(shù)據(jù)緩存區(qū)中對應(yīng)顯示的地方。 595 取 128 位送入屏幕，這時 138 選擇的是 4*8 的第一行，這時在要 顯示的 16*8 中亮了 1， 5， 行，接著595再取下一行的 128位數(shù)據(jù)送入屏， 138 選中 4*8 的第二行。這時在要顯示的 16*8 中亮了 2， 6，10， 14行，依次類推共 4 次，就把 16*8 的所有行就都顯示了。由于程序執(zhí)行速度很快，肉眼看不出切換所以就看到一個完整的“ 1”了。這就實現(xiàn)了動態(tài)掃描。 主控模塊 LPC11C24 與 LED 點陣屏的 引腳 連接 LPC11C24 引腳 LED 點陣屏引腳 +5VIN 5V 供電電源 GND GND P0_3 OE P1_8 SCLK P2_6 R P2_7 CLK P2_8 B P2_10 A LPC11C24 32*16 LED 點陣 屏 P0_3 P1_8 P2_6 P2_7 P2_8 P2_10 OE SCLK R CLK B A 全 國 大 學(xué) 生 嵌 入 式 物 聯(lián) 網(wǎng) 設(shè) 計 大 賽 12 圖 LED點陣屏與 LPC11C24引腳 的連接圖 LPC11C24與 LED點陣屏的連接圖 LED 點陣 屏的顯示 的軟件設(shè)計 對于這個系統(tǒng)的軟件設(shè)計一開始是我們是從控制 LED 點陣屏的顯示入手，而 為了防止在 控制LED顯示 的初始階段燒壞 LPC11C24 開發(fā)板以及更快的入手 LPC11C24 開發(fā)板，我們首先決定先用 51單