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【原创】基于射频无线通信的点阵显示屏设计与实现_毕业论文设计40论文41

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以免开关电源的纹波和尖峰脉冲影响模块的工作特性。

(3)单片机:如果模块工作在3.3V时,不考虑低功耗的话,可以直接和5V单片机系统连接,如果是连51系列的单片机P0口的话,请加10K的上拉电阻。另模块的SPI 速率最高能支持到10M,一般建议在1M或几百K的SPI速率即可。

(4)测试:模块采用外置弹簧天线,此天线容易受外部线路影响,使用时,此天线底下和周围请不要走线路或摆放器件,可以的话最好完全悬空。对433M,各种材质均有一定的影响,一般的塑料影响不大,如有金属物体会产生比较明显的影响,此时建议使用SMA馈线来外接SMA天线。有关模块使用的芯片详细规格请参考TI公司的CC1101的DATASHEET。

CC1100无线模块应用范围非常广,控制处理、无线数据连接、遥测、小型无线网络;车辆监控、防盗;机器人控制,飞思卡尔智能车控制;智能家庭、家居应用和无线传感、安全系统;智能玩具;无线抄表、门禁系统、小区传呼;工业数据采集系统、生物信号采集、水文气象监控;游戏无线控制器;无线传感器、无线语音。

3.1.3 点阵显示屏芯片介绍

1. 74HC595芯片介绍

74HC595是具有8位移位寄存器、1个存储器和三态输出功能的芯片[6]。其中,移位寄存器和存储器分别使用不同的时钟。数据在SH-cp(11引脚)的上升沿输入到移位寄存器中,在ST-cp(12引脚)的上升沿输入到存储寄存器中去。当两个时钟连在一起时,则移位寄存器会一直比存储寄存器早一个脉冲。移位寄存器有一个串行移位输入端(14引脚Ds)、一个串行输出(9引脚Q7)和一个异步的低电平复位,存储寄存器有一个并行8位的,具备三态的总线输出,当使能端OE为低电平,存储寄存器的数据输出到总线。74HC595引脚图如图3-5所示。

图3-5 74HC595引脚图

——

74HC595芯片总共14个引脚,是双列直插型封装。各引脚功能如下表3-5所示:

表3-5 74HC595引脚功能图

引脚 Q0-Q7

——

功能 八位并行输出端

级联输出端,将它接下一个595的DS

串行数据输入端

低电平时将移位寄存器的数据清零

Q7 DS MR

——

ST-CP SH-CP OE

上升沿时移位寄存器的数据进入数据存储寄存

器,下降沿时存储寄存器数据不变 上升沿时数据寄存器的数据移位

高电平时禁止输出

74HC595作为8位串行输入输出或者并行输出移位寄存器,具有高阻关断状态的功能。它可以将串行输入的8位数字,转变为并行输出的8位数字,例如控制一个8位数码管,将不会有闪烁[7]。74HC595的逻辑功能如下表3-6所示。

表3-6 74HC595的逻辑功能表

SH-cp X X X ↓ X ↓

ST-cp X ↓ X X ↓ ↓

OE L L H L L L

MR ↓ L L H H H

DS X X X H X X

——

Q7 NC L L Q6 NC Q6`

Qn MR L Z NC Qn` Qn`

将74HC595的Q0—Q7接点阵的行或者列的8个引脚,将串行数据从DS端输入,ST-CH接收脉冲,每来一个脉冲串行数据从低位向高位移位,并且各自送到相应的Qn端。当Q0—Q7端全部送满数据时,SHCK来个脉冲将Q0—Q7的数据送出,被送到点阵的引脚,从而实现一行或者一列的驱动。就这样,每次驱动一行,当动态扫描起来就可以实现动态扫描而呈现数字[8]。

2. 74HC154芯片介绍

74HC154是一种高速的CMOS器件,用于4线-16线译码的高性能存储器的译码器,可接受4位高电平有效的二进制输入,并提供16个互斥的低电平有效的输出信号。如图74HC154的引脚如图3-6所示。

图3-6 74HC154的引脚图

74HC154译码器的两个输入使能端可用于译码器选通,当选通使能端G1(18引脚)和G2(19引脚)均为低电平时,可将地址端ABCD(20到23引脚)的二进制,编码在一个对应的输出端,以低电平译出。若将 G1 和 G2 中的一个作为数据输入端,由 ABCD 对输出寻址,74HC154 还可作1线-16线数据分配器。74HC154的真值表的如表3-7所示。

表3-7 74HC154真值表

INPUT

G1` G2` D C B A L L L L L L L L L L L H L L L L H L L L L L H H L L L H L L L L L H L H L L L H H L L L L H H H L L H L L L L L H L L H L L H L H L L L H L H H L L H H L L L L H H L H L L H H H L L L H H H H X H X X X X H X X X X X

SELECTED OUTPUT(L)

YO` Y1` Y2` Y3` Y4` Y5` Y6` Y7` Y8` Y9` Y10` Y11` Y12` Y13` Y14` Y15` NONE NONE

上表中,L表示低电平,H表示高电平,X表示任意电平,不关心。

3.2控制板电路设计

3.2.1控制板原理

单片机控制板包括单片机最小系统和CC1100供电电路,由于单片机高电平为5V低电平为0V,而PC端USB输出高电平为-12V低电平为+12V,需要通过串口和MAX232电平转换芯片实现电压的转换,才能满足单片机与上位机的串口通信以及程序的下载的基本条件。

实际设计中,使用了USB转TTL下载小板,这是一种可以直接把+12V和-12V电平转换成TTL电平,并且可以与PC进行串口通信。因此实际设计中取消了MAX232和串口部分。

在设计中考虑到连线很多,板子上把各个IO口引出来,焊接了插针,这样便于和其他电路板的连接,使用起来更方便,起到了单片机最小系统的作用。

本方案无线发射部分采用集成的CC1100无线模块简化了设计,单片机只提供与发射模块的借口即可进行数据传输。由于发射模块需要3.3V供电,本方案采用AMS1117-3.3给CC1100供电。

ASM1117是一个低漏失电压调整器,它的稳压调整管是由一个PNP驱动的NPN管组成的。ASM1117有固定和可调两个版本可用,输出电压可以是1.2V,1.5V,1.8V,

2.5V,2.85V,3.0V,3.3V和5.0V。片内过热切断电路提供了过载和过热保护,以防止环境温度过高的结温。为了确保ASM1117的稳定性,对可调电压版本,输出需要连接一个至少22uF的电容。对于固定电压版本,可采用更小的电容,具体可以根据实际应用确定。通常,线性调整器的稳定性随着输出电流增加而降低。

CC1100无线模块供电电路硬件电路如图3-7所示。

图3-7 CC1100无线模块供电电路

设计好的控制板原理图如下图3-8所示。

图3-8 控制板原理图

点阵屏控制板电路与单片机发射控制板基本相同,不同之处是将P1口引出与点阵屏相接。

3.2.2外部扩展板的设计

本设计中点阵显示信息需要的数据存储在外部存储器62256中,这是一款32K的低功耗静态存储器。

STC89C51单片机系统扩展时,一般使用P0口作为地址低8位(与数据口分时复用),而P2口作为地址高8位,它共有16根地址总线,寻址空间为64KB[9]。62256芯片引脚图如图3-9所示。

图3-9 62256芯片管脚图

62256是32K的低功耗静态RAM存储器,用P0和P2来扩展外部RAM(就是用P0和P2与62256对应的管脚相连接)。假设P2.7接WR,P2.6接RD,P2.5接CS,那么就可以确定一个外部RAM的一个地址,想往外部RAM的一个地址写一个字节时,地址可以定为XBYTE [0x4000],其中WR,CS为低,RD为高,那就是高位的4(0100 也就是P2.7和P2.5输出了低电平,而P2.6输出了高电平,目的当然是要选通62256并且向62256写入数据),其它位的可以根据情况自己定(也就是其它位是什么不要紧,关键就是控制WR,CS,RD的那几个位要符合选通,读写的规定就可以了),现在我们向62256中写个26进去就可以使用这条语句:XBYTE [0x4000] = 26。 设计好的62256与单片机连接图如图3-10所示。

图3-10 62256与单片机连接图

图3-10中把62256需要与单片机相连的P0口、P2口和WR、RD、AlE用插针的方式表示,方便画图。同时设计的设计中,外扩小板也是这样焊接的,只需用杜邦线和单片机的对应口相连就可以。

3.3 点阵显示屏模块设计

3.3.1.点阵屏显示原理

LED为发光二极管的简称,是一种能将电能换转为光能的器件,当有电流通过的时

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