【文章內(nèi)容簡介】 充當(dāng)接受模塊，然后在接收模塊上將 16*16LED 點(diǎn)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(shí)，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(gè)要編寫 msp430 的發(fā)送部分，一個(gè)用來編寫 msp430 的接收部分，并且用 IAR Embedded Workbench For MSP430 這一款軟件對(duì)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(duì)其程序進(jìn)行修改，直到其程序 沒有出現(xiàn)錯(cuò)誤和警告為止。在保證程序沒有錯(cuò)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(gè)單片機(jī)內(nèi)，這樣即完成了軟件部分。 蘇州科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 第二章 論文方案設(shè)計(jì) 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(dòng)電路和行驅(qū)動(dòng)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(shí)間是通過時(shí)鐘模塊采集的，光照信息是通過光敏傳感器來采集的。 時(shí)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(jì)思路如下：下位機(jī)上電后，先初始化內(nèi)部變量、時(shí)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(shí)鐘，溫度以及光照信息之后，將日期時(shí)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。 圖 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 RAM 32 個(gè)可編程 I/O 口線 2 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器 6 個(gè)中斷源 蘇州科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 可編程串行 UART 通道 Mega16 單片機(jī) 主要產(chǎn)品特征如下： 兩個(gè)具有獨(dú)立預(yù)分頻器和比較器功能的 8 位定時(shí)器 / 計(jì)數(shù)器 一個(gè)具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的 16 位定時(shí)器 / 計(jì)數(shù)器 四通道 PWM，兩個(gè)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(dú)立片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時(shí)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(shí)器中斷可用于事件計(jì)數(shù)時(shí)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(dòng)數(shù)列點(diǎn)陣顯示，通用 51 單片機(jī)會(huì)比較吃力，出現(xiàn)比較嚴(yán)重的閃爍停滯現(xiàn)象，此外，要實(shí)現(xiàn)文字的左右移動(dòng)和調(diào)整移動(dòng)速度等功能，都會(huì)給軟件設(shè)計(jì)帶來較多困難，所以該單片機(jī)不是本設(shè)計(jì)的最佳選擇； Ateml 公司 Mega16 單片機(jī)，它的功能相對(duì) 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(diǎn)；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(diǎn)，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(jià)比， MSP430 主要用戶需要對(duì)模擬信號(hào)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(duì)可以用的。另外他帶有硬件乘法器在處理一些運(yùn)算時(shí)速度也較快，基于以上各種優(yōu)點(diǎn)，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： 蘇州科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 433/868/915 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(shí)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， 功耗比較低，由于頻段的限制，本方案放棄。 CC1020 模塊 基本特性 ： 工作電壓： ~, 推薦 ， 直線通信距離 600 米左右 頻率范圍為 402 MHz 470MHz 工作 低電流消耗（ RX:） SPI 接口配置內(nèi)部寄存器 標(biāo)準(zhǔn) DIP 間距接口，便于嵌 入式應(yīng)用 該芯片特點(diǎn)外圍電路元器件復(fù)雜，好多器件難以在短時(shí)間內(nèi)采購齊全，故本方案也放棄。 NRF2401 模塊 挪威 nordic 公司推出的單片射頻發(fā)射器芯片 NRF2401 基本特征如下： 全球開放 ISM 頻段免許可證使用； 最高工作速率 1Mbps，高效 GFSK 調(diào)制，抗干擾能力強(qiáng)，適合工業(yè)控制場合； 可直接接各種單片機(jī)使用，軟件編程非常方便； 收發(fā)完成中斷標(biāo)志，每次最多可發(fā) 28 字節(jié)； CLK， DATA， DR 三線接口，軟件編簡單。 雙通道數(shù)據(jù)接收，內(nèi)置環(huán)行天線，開闊 無干擾條件通信距離在 100 米左右 。 將以上三種芯片進(jìn)行對(duì)比 ， 從距離，硬件復(fù)雜度和編程方面考慮， 選擇方案三 中 nordic 公司出品的 NRF2401 芯片構(gòu)成無線通信模塊 。 蘇州科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 LED 廣告屏的選擇 按顏色分類 單基色顯示屏 ： 單一顏色（紅色或綠色）。 雙基色顯示屏：紅和綠雙基色， 256 級(jí)灰度、可以顯示 65536 種顏色。 全彩色顯示屏：紅、綠、藍(lán)三基色， 256 級(jí)灰度的全彩色顯示屏可以顯示 一 千六百多萬種顏色。 按顯示器件分類 LED 數(shù)碼顯示屏：顯示器件為 7 段碼數(shù)碼管，適于制作時(shí)鐘屏、利率屏等，顯示數(shù)字的 電子顯示屏。 LED 點(diǎn)陣圖文顯示屏：顯示器件是由許多均勻排列的發(fā)光二極管組成的點(diǎn)陣顯示模塊，適于播放文字、圖像信息。 其中的 LED 點(diǎn)陣單色圖文動(dòng)態(tài)條幅屏（ 下文中簡稱 條屏），因?yàn)槌杀镜土?、可靠性高、顯示效果優(yōu)良，所以成為點(diǎn)陣式 LED 漢字廣告屏中的主流產(chǎn)品。 LED 驅(qū)動(dòng)模塊 靜態(tài)鎖存 采用靜態(tài)鎖存方式，將每一個(gè) LED發(fā)光管的一端接至單片機(jī)的一個(gè) I/O口，另一端通過電阻接電源。這種方法可以直接驅(qū)動(dòng) LED，原理簡單，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，LED的亮度也可以通過限流電阻調(diào)節(jié)，非常方便，但此種方法太浪費(fèi)單片機(jī) 的 I/O口，只適合于較小的系統(tǒng)。 動(dòng)態(tài)掃描 采用動(dòng)態(tài)掃描方式，通過三極管驅(qū)動(dòng)并聯(lián)在一起的 LED 發(fā)光管的一端 (共陰或共 2 端 )， LED 發(fā)光管的另一腳接通用 I/O 口，控制其亮滅。該方法能驅(qū)動(dòng)較多的 LED，控制方式較靈活，而且節(jié)省單片機(jī)的資源。 蘇州科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 比較以上兩種方案，系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用方案二。 最終方案的確定 綜上所述，在本次設(shè)計(jì)中單片機(jī)選定為 MSP430，無線模塊選定為 NRF2401，點(diǎn)陣屏選定位 LED 點(diǎn)陣單色圖文顯示屏且驅(qū)動(dòng)模塊為動(dòng)態(tài)掃描。其中單片機(jī)和無線模塊各需要兩塊，其中一塊作為發(fā)送模塊，一個(gè)作為接收模塊 ，并且在接收模塊上將 16*16LED 點(diǎn)陣模塊連接上去，這樣在兩個(gè) NRF24L01 之間可以通過無線傳播數(shù)據(jù)，即所謂的無線傳輸。 蘇州科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)置 由第二章的系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案的確定，我們開始著手選擇各個(gè)模塊所使用的硬件。包括單片機(jī)，行列驅(qū)動(dòng)以及 LED 點(diǎn)陣。為該模塊化 LED 顯示屏控制系統(tǒng)具有更加方便和靈活性，特對(duì)系統(tǒng)的硬件做了精心設(shè)計(jì)。硬件電路包括 LED 驅(qū)動(dòng)模塊、 PC 機(jī)通信模塊等兩大模塊。 硬件電路的總體設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)硬件部分包括上位機(jī)和下位機(jī)兩個(gè)部分，即充當(dāng)采集數(shù) 據(jù)的主機(jī)，和接收數(shù)據(jù)，并顯示出來的從機(jī)，由此可見，主機(jī)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜一下，包括時(shí)鐘模塊，溫度、光照采集電路，串口以及無線模塊，從機(jī)相對(duì)簡單一下，除了單片機(jī)典型最小系統(tǒng)電路，只要接上無線模塊，用以接收主機(jī)發(fā)出的數(shù)據(jù)，還有點(diǎn)陣模塊，將外界的信息顯示出來就可以了。 圖 上位機(jī)和下位機(jī)的主要硬件結(jié)構(gòu) 電源模塊 上位機(jī) 廣告屏 顯示 無線接收 模塊 下位 機(jī) 電源模塊 溫度采集 光源采集 串口接收 模塊 時(shí)鐘模塊 無線發(fā)送 模塊 蘇州科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 單片機(jī)最小 系統(tǒng) 單片機(jī)片機(jī)芯片配以必要的外部器件，一般包括電源供入及電源開關(guān)、復(fù)位電路、晶振、輸入輸出電路等就能構(gòu)成最小系統(tǒng)。 圖 單片機(jī) MSP430的各個(gè)引腳 單片機(jī) MSP430 的特點(diǎn) MSP430F149 芯片是美國 TI 公司推出的超低功耗微處理器，有 60KB+256 字節(jié) FLASH， 2KBRAM，包括基本時(shí)鐘模塊、看門狗定時(shí)器、帶 3個(gè)捕獲／比較寄存器和 PWM輸出的 16 位定時(shí)器、帶 7個(gè)捕獲／比較寄存器和 PWM輸出的 16位定時(shí)器、 2個(gè)具有中斷功能的 8位并行端口、 4個(gè) 8位并行端口、模擬比 較器、 12位A／ D轉(zhuǎn)換器、 2個(gè)串行通信接口等模塊。 MSP430F149 芯片具有如下特點(diǎn)： 1)功耗低：電壓 2． 2V、時(shí)鐘頻率 1MHz 時(shí)，活動(dòng)模式為 200μ A；關(guān)閉模式時(shí)僅為 0． 1A，且具有 5種節(jié)能工作方式。 2)高效 16位 RISCCPU， 27條指令， 8MHz時(shí)鐘頻率時(shí)，指令周期時(shí)間為 125ns，絕大多數(shù)指令在一個(gè)時(shí)鐘周期完成； 32kHz 時(shí)鐘頻率時(shí)， 16 位 MSP430 單片機(jī)的執(zhí)行速度高于典型的 8位單片機(jī) 20MHz時(shí)鐘頻率時(shí)的執(zhí)行速度。 3)低電壓供電、寬工作電壓范圍： 1． 8～ 3． 6V； +R20100kC12100nF+1718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748DVcc123456VREF+7XIN8XOUT/TCLK9VeREF+10VREF/VeREF111213141516495051XT2OUT52XT2IN53TDO/TDI54TDI55TMS56TCK57RST/NMI58596061AVss62DVss63AVcc64U7 MSP430F149VCC蘇州科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 4)靈活的時(shí)鐘系統(tǒng)：兩個(gè)外部時(shí)鐘和一個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘； 5)低時(shí)鐘頻率可實(shí)現(xiàn)高速通信； 6)具有串行在線編程能力； 7)強(qiáng)大的中斷功能； 8)喚醒時(shí)間短，從低功耗模式下喚醒僅需 6μ s； 9)ESD保護(hù)，抗干擾力強(qiáng)； 10)運(yùn)行環(huán)境溫度范圍為 40～ +85℃，適合于工業(yè)環(huán)境。 MSP430系列單片機(jī)的所有外圍模塊的控制都是通過特殊寄存器來實(shí)現(xiàn)的，故其程序的編寫相對(duì)簡單。編程開發(fā)時(shí)通過專用的編程器，可以選擇匯編或 C語言編程， IAR 公司為 MSP430 系列的單片 機(jī)開發(fā)了專用的 C 語言，可以通過WORKBENCH和 CSPY 直接編譯調(diào)試，使用靈活簡單。 電源電路 本系統(tǒng)需要使用 +5V和 +3． 3V的直流穩(wěn)壓電源，其中 MSP430Fl49 及部分外圍器件需要 +3． 3V電源，另外部分需要 +5V 電源。在本系統(tǒng)中，以 +5V 直流電壓為輸入電壓， +3． 3V 由 +5V直接線性降壓。 C 1 41 0 u FC 1 51 0 u F+3+5C 1 70 .1 uG N D1V IN3V O U T 12V O U T 24A11 1 1 7 3 .3 V 圖 電源轉(zhuǎn)換電路原理 晶振電路 由于 MSP430有三個(gè)晶振源，兩個(gè)外部晶振，一個(gè)內(nèi)部 RC晶振，所以在晶振電路中我連了兩個(gè)外部晶振一個(gè) 32768Hz,另一個(gè)是 8MHz。在程序中我 們可以通過程序的要求，選著合適的晶振