【文章內(nèi)容簡介】 郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 線性 LED 調(diào)光控制方法就是采用模擬調(diào)光控制方 法，在模擬調(diào)光控制下，通過調(diào)節(jié) LED 的正向工作電流來實(shí)現(xiàn) LED 的調(diào)光控制，調(diào)光控制范圍可達(dá) 10： 1。 如果要進(jìn)一步降低 LED 的正向工作電流則會產(chǎn)生 LED 發(fā)光顏色發(fā)生變化和不能準(zhǔn)確調(diào)節(jié)控制 LED 的正向工作電流的問題。 LED 的重要參數(shù)釋疑 （ 1）正向工作電流 IF：指發(fā)光二極體正常發(fā)光時(shí)的正向電流值。在實(shí)際使用中應(yīng)根據(jù)需要選擇 IF 在 IFm 以下。 （ 2）正向工作電壓 VF：參數(shù)表中給出的工作電壓是在給定的正向電流下得到的。一般是在 IF=20mA 時(shí)測得的。發(fā)光二極體正向工作電壓 VF 在 ～ 3V。在外界溫度升高時(shí)， VF 將下降。 （ 3） VI 特性：發(fā)光二極體的電壓與電流的關(guān)系，在正向電壓正小于某一值（叫閾值）時(shí)，電流極小，不發(fā)光。當(dāng)電壓超過某一值后，正向電流隨電壓迅速增加，發(fā)光。 （ 4）最大正向直流電流 IFm：允許加的最大的正向直流電流。超過此值可損壞二極體。 （ 5）最大反向電壓 VRm：所允許加的最大反向電壓。超過此值，發(fā)光二極體可能被擊穿損壞。 （ 6）允許功耗 Pm: 允許加于 LED 兩端正向直流電壓與流過它的電流之積的最大值。超過此值， LED 發(fā)熱、損壞。 （ 7） LED 上拉 電阻：一般 LED 工作時(shí)，加 10mA 足以使之正常工作，故電阻值為 Vo/10mA， Vo 即為外加電壓的值，如 +5V 的電壓下可以使用 500 歐姆的電阻。 （ 8）工作環(huán)境 topm：發(fā)光二極體可正常工作的環(huán)境溫度范圍。低于或高于此溫度范圍，發(fā)光二極體將不能正常工作，效率大大降低。 （ 9）發(fā)光強(qiáng)度 IV：發(fā)光二極體的發(fā)光強(qiáng)度通常是指法線（對圓柱形發(fā)光管是指其軸線）方向上的發(fā)光強(qiáng)度。若在該方向上輻射強(qiáng)度為（ 1/683） W/sr 時(shí)，則發(fā)光 1 坎德拉（符號為 cd）。由于一般 LED 的發(fā)光二強(qiáng)度小，所以發(fā)光強(qiáng)度常用燭光(坎德拉 , mcd)作單位。 （ 10） LED 的發(fā)光角度： 90176。 +90176。 （ 11）光譜半寬度 ?? : 發(fā)光管的光譜純度。 （ 12）半值角 2/1? 和視角： 2/1? 是指發(fā)光強(qiáng)度值為軸向強(qiáng)度值一半的方向與發(fā)光軸向（法向）的夾角。 （ 13）全形：根據(jù) LED 發(fā)光立體角換算出的角度，也叫平面角。 （ 14）視角：指 LED 發(fā)光的最大角度，根據(jù)視角不同，應(yīng)用也不同，也叫光強(qiáng)角。 （ 15）半形：法向 0176。與最大發(fā)光強(qiáng)度值 /2 之間的夾角。嚴(yán)格上來說，是最大北京郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 發(fā)光強(qiáng)度值與最大發(fā)光強(qiáng)度值 /2 所對應(yīng)的夾角。 LED 的封裝技術(shù)導(dǎo)致最大發(fā)光角度并不是法向 0176。的光強(qiáng)值，引入偏差角，指得是最大發(fā)光強(qiáng)度對應(yīng)的角度與法向0176。之間的夾角。 16*16n LED 點(diǎn)陣 PC數(shù)據(jù)表示 點(diǎn)陣的其中一個(gè)應(yīng)用是圖像表示，點(diǎn)陣圖即我們所指的矢量圖。 我們以 UCDOS中文宋體字庫為例，每一個(gè)字由 16 行 16 列的點(diǎn)陣組成顯示。即國標(biāo)漢字庫中的每一個(gè)字均由 256 點(diǎn)陣來表示。我們可以把每一個(gè)點(diǎn)理解為一個(gè)象素，而把每一個(gè)字的字形理解為一幅圖像。事實(shí)上這個(gè)漢字屏不僅可以顯示漢字，也可以顯示在 256象素范圍內(nèi)的任何圖形。 [1] 圖 25 漢字顯示原理 為 了弄清楚漢字的點(diǎn)陣組成規(guī)律，首先通過列掃描方法獲取漢字的代碼。漢字可拆分為上部和下部，上部由 816 點(diǎn)陣組成，下部也由 816 點(diǎn)陣組成。本例通過列掃描方法首先顯示左上角的第一列的上半部分，即第 0 列的 P00～ P07 口，方向?yàn)?P00 到 P07，顯示漢字 “人” 時(shí)，為全滅 ， 即二進(jìn)制 00000000。 上半部第 一 列完成后，繼續(xù)掃描下半部的第 一 列，為了接線的方便，我們設(shè)計(jì)成由上往下掃描，第一列的下半部分由上往下排列，為： P08 滅， P09 滅， P10 滅 ， P11 滅， P12 滅， P13滅， P14 滅 ， P15 亮， 即二進(jìn)制 00000001，轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制為 0x01h。 第二列的上半部分 全滅， 下半部分掃描時(shí)，我們 仍設(shè)計(jì)成由上往下掃描，即從 P27 向 P20 方向掃描，從圖 3 可以看到，這一列 P14 亮，即為 00000010，十六進(jìn)制則為 0x02h。依照這個(gè)方法轉(zhuǎn)向第三列、第四列， …… ，直至第十六列的掃描，一共掃描 32 個(gè) 8 位，可以得出漢字 “人” 的掃描代碼為： 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。 北京郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 將 16 組數(shù)據(jù)中的第二個(gè)數(shù)據(jù)作低位，第一個(gè)數(shù)據(jù)作做高位，即可得到 16 個(gè) 4為 16 進(jìn)制數(shù)： 0x0001； 0x0002； 0x0004； 0x0008； 0x0030； 0x00C0； 0x3000； 0xFC00； 0x0300；0x00C0； 0x0030； 0x0008； 0x0004； 0x0002； 0x0001； 0x0000。 因此，縱向每相鄰 16 個(gè) LED 就對應(yīng) 16 位二進(jìn)制數(shù)，并且可以用 4 位 16 進(jìn)制數(shù)的機(jī) 器語言表示和存儲，如此任何數(shù)量的 16*16n 都可被分割成 16n 個(gè) 4 位 16 進(jìn)制的機(jī)器語言進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。對于一般的漢字和黑白圖像的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)提取，舉例如下： 漢字 “北京郵電大學(xué)” 圖 26 點(diǎn)陣顯示漢字“北京郵電大學(xué)” 圖 27 “北京郵電大學(xué)”點(diǎn)陣 4位 16進(jìn)制數(shù)據(jù)提取結(jié)果 較小圖像像素，如取 64*16（寬 *高） 圖 2— 8 點(diǎn)陣顯示 64*16的簡單黑白圖像 北京郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 圖 29 上圖點(diǎn)陣 4位 16進(jìn)制數(shù)據(jù)提取結(jié)果 以上數(shù)據(jù)提取結(jié)果圖中，從頭開始，前一半數(shù)據(jù)表示上方 8*16 得到的 16 個(gè) 8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，后一半數(shù)據(jù) 表示下方 8*16 得到的 16 個(gè) 8 位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，相同位置上的數(shù)據(jù)對應(yīng) 16*16n 的同一列數(shù)據(jù)。對于尺寸不滿足 16*16n 的屏幕可以根據(jù)具體情況對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理；對于彩色屏幕數(shù)據(jù)會更加復(fù)雜，本文不予深入研究。 北京郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 第三章 USB 協(xié)議簡介 USB 體系簡介 USB 是一 種 支持熱 插 拔 的 高速串行傳 輸 總線，它 使 用差分信號 來 傳輸數(shù)據(jù) ， 最高速度可達(dá) 480Mb/S。 USB 支 持 “總 線 供 電 ” 和 “ 自 供 電 ”兩 種 供 電 模 式 。 在 總 線供電 模 式 下 ，設(shè)備 最 多 可 以 獲 得 500mA 的電 流 。 被 設(shè) 計(jì) 成 為向 下 兼 容 的 模 式 ，當(dāng) 有全速（ USB ） 或者 低 速 （ USB ） 設(shè) 備 連接 到 高 速 （ USB ） 主 機(jī)時(shí) ， 主機(jī) 可 以 通 過 分 離 傳輸 來 支 持 它們。 一 條 USB 總 線 上 ， 可 達(dá)到 的 最 高 傳 輸 速 度 等 級 由該 總 線 上 最 慢 的 “ 設(shè) 備 ”決 定 ， 該 設(shè) 備包 括 主 機(jī)、 HUB 以及 USB 功 能 設(shè) 備 。 [2] USB 體 系 包 括 “ 主 機(jī)”、“設(shè)備” 以 及 “ 物 理 連 接 ” 三 個(gè)部 分 。 其 中 主 機(jī) 是 一個(gè)提供 USB 接口 及 接 口 管 理 能 力 的 硬 件 、 軟 件 及 固 件 的 復(fù) 合體 ， 可以 是 PC， 也 可 以是 OTG 設(shè) 備 。一個(gè) USB 系 統(tǒng) 中 僅 有 一個(gè) USB 主機(jī) ； 設(shè) 備包 括 USB 功 能 設(shè) 備 和 USB HUB， 最 多支 持 127 個(gè)設(shè)備； 物 理 連 接 即 指 的 是 USB 的 傳 輸 線 。 在 USB 系統(tǒng) 中 ，要 求 使 用 屏 蔽 的 雙絞 線 。 USB 體系采用分層的星型拓?fù)鋪磉B接所有的 USB 設(shè)備，以 HOSTROOT HUB為起點(diǎn)，最多支持 7 層（ Tier），也就是說任何一個(gè) USB 系統(tǒng)中最多可以暈訊 5個(gè) USB HUB 級聯(lián)。一個(gè)復(fù)合設(shè)備（ Compound Device）將同時(shí)占據(jù)兩層或更多的層。 理論上，一個(gè) USB HOST 最多可以同時(shí)支持 128 個(gè)地址，地址 0 為默認(rèn)地址，只在設(shè)備枚舉期間給為初始化的設(shè)備 使用，而不能被分配給任何設(shè)備，因此一個(gè)USB HOST 最多可以同時(shí)支持 127 個(gè)設(shè)備。在實(shí)際的 USB 體系中，如果要連接 127個(gè) USB 設(shè)備，必須使用 USB HUB，而 USB HUB 也需要占用地址，所以時(shí)間可支持的 USB 功能設(shè)備數(shù)量將小于 127。 圖 31 USB分層星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) ROOT HUB 是一個(gè)特殊的 USB HUB，它集成在主機(jī)控制器里，不占用地址。ROOT HUB 不但實(shí)現(xiàn)了普通 HUB 的功能，還包括其他一些關(guān)于增強(qiáng)型主機(jī)控制器的功能，提供一個(gè)連接主控制器與設(shè)備之間的接口和通路。 北京郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 USB 采用輪詢的廣播機(jī)制傳輸數(shù)據(jù)，所有的傳輸都由主機(jī)發(fā)起，任何時(shí)刻整個(gè) USB 體系內(nèi)僅允許一個(gè)數(shù)據(jù)包的傳輸，即不同物理傳輸線上看到的數(shù)據(jù)包都是同一被廣播的數(shù)據(jù)包。 端點(diǎn)（ Endpoint）是 USB 設(shè)備中的可以進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)的最小單元，支持單向或者雙向的數(shù)據(jù)傳輸。設(shè)備支持端點(diǎn)的數(shù)量是有限制的，除默認(rèn)端點(diǎn)外低速設(shè)備最多支持 2 組端點(diǎn)（ 2 個(gè)輸入、 2 個(gè)輸出），高速和全速設(shè)備最多支持 15 組端點(diǎn)。 USB 設(shè)備連接到 HOST 時(shí)， HOST 必須通過默認(rèn)的控制管道對其進(jìn)行枚舉，完成獲得期設(shè)備描述、進(jìn)行分配地址、獲得其配置描述、進(jìn)行配置等操 作方可正常使用。 USB 設(shè)備的即插即用特性即依賴于此。 枚舉是 USB 體系中的一個(gè)很重要的活動，由一系列標(biāo)準(zhǔn)請求組成（若設(shè)備屬于某個(gè)子類，還包含該子類定義的特殊請求）。通過枚舉 HOST 可以獲得設(shè)備的基本描述信息，如支持的 USB 版本、 PID、 VID、設(shè)備分類（ Class）、供電方式、最大消耗電流、配置數(shù)量、各種類型端點(diǎn)的數(shù)量級傳輸能力（最大包長度）。 HOST根據(jù) PID 和 VID 加載設(shè)備驅(qū)動程序，并對設(shè)備進(jìn)行合適的配置。只有經(jīng)過枚舉的設(shè)備才能正常使用。對于總線供電設(shè)備，在枚舉完成前最多可從總線獲取 100mA的電流。 USB HUB 提 供 了 一 種 低 成本 、 低 復(fù) 雜 度 的 USB 接 口擴(kuò) 展 方 法。 HUB 的 上 行 PORT 面 向 HOST， 下 行 PORT 面 向設(shè) 備（ HUB 或 功 能 設(shè)備 ）。 在 下行 PORT 上 ，HUB 提 供 了 設(shè)備 連接 檢 測 和 設(shè) 備 移 除 檢 測 的能 力 ，并 給 各 下行 PORT 供電 。HUB 可 以 單 獨(dú) 使能 各 下 行 PORT， 不同 PORT 可 以 工 作 在不 同的 速 度 等 級（高速 /低速 /全速）。 HUB 由 HUB 重 發(fā) 器 、轉(zhuǎn)發(fā)器 以及 HUB 控 制 器 三部 分組 成。 HUB Repeater 是上行 PORT 和下行 PORT 之間的一個(gè)協(xié)議控制開關(guān)，它負(fù)責(zé)告訴數(shù) 據(jù)包的重生與并發(fā)。HUB 控制器負(fù)責(zé)和 HOST 的通信， HOST 通過 HUB 類請求和 HUB 控制器通訊，獲得關(guān)于 HUB 本身和下行 PORT 的 HUB 描述符，進(jìn)行 HUB 和下行 PORT 的監(jiān)控和管理。轉(zhuǎn)發(fā)器提供了從高速和全速 /低速通訊的轉(zhuǎn)換能力，通過 HUB 可以在高速HOST 和全速 /低速設(shè)備之間進(jìn)行匹配。 USB 協(xié)議層規(guī)范 USB 采用“令牌包” “數(shù)據(jù)包” “握手包”的傳輸機(jī)制，在令牌包中指定數(shù)據(jù)包去向或者來源的設(shè)備地址和端點(diǎn)（ Endpoint），從而保證了只有一個(gè)設(shè)備對被廣播的數(shù)據(jù)包 /令牌包作出響應(yīng)。握手 包表示了傳輸?shù)某晒εc否。 USB 采用 little edian 字節(jié)順序，在總線上先傳輸一個(gè)字節(jié)的最低有效位，最后傳輸最高有效位。 所有的 USB 包都由同步域（ SYNC）開始，高速包的同步域?qū)挾葹?32bit，全速 /低速包的同步域?qū)挾葹?8bit。實(shí)際接收到同步域?qū)挾扔捎?USB HUB 的關(guān)系，可北京郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 能會小于理論值。 USB 數(shù)據(jù)包的格式： 圖 32 USB數(shù)據(jù)包格式 PID 表征了數(shù)據(jù)包的類型，分別為令牌（ Token）、數(shù)據(jù)（ Data）、握手（ Handshake）以及特殊包 4 大類，共 16 種類型的 PID。 令牌包用來啟動一 次