Устройство программирования светодиодного табло.
Заказать уникальную дипломную работу- 50 50 страниц
- 14 + 14 источников
- Добавлена 14.02.2018
- Содержание
- Часть работы
- Список литературы
- Вопросы/Ответы
Глава 1.Современная технология светодиодных экранов 5
1.1. Основной элемент светодиодного экрана 5
1.2. Устройство светодиодных экранов 12
1.3. Принципы формирования изображений 21
1.4. Системы управления 23
Глава 2. Разработка микропроцессорной системы управления светодиодного экрана 25
2.1. Структурная схема контроллера 25
2.2. Основные блоки контроллера, их назначение и функции 26
2.3. Разработка принципиальной схемы 27
2.3.1. Разработка устройства управления 27
2.3.2. Разработка светодиодной матрицы 33
2.3.3. Разработка драйверов матрицы 35
Глава 3. Разработка программного обеспечения 40
3.1. Среда программирования ArduinoIDE 40
3.2. Алгоритм программы “Бегущая строка” 40
3.3. Программа “Бегущая строка” 42
3.4. Моделирование работы контроллера в среде Proteus 44
Заключение 46
Список использованных источников 47
Приложение.1. Структурная схема контроллера 48
Приложения 2. Принципиальная схема контроллера 49
Приложения 3. Перечень элементов 50
Взаимодействие с ним осуществляется по оригинальному протоколу STK500.Автоматический (программный) сбросЧтобы каждый раз перед загрузкой программы не требовалось нажимать кнопку сброса, ArduinoUno спроектирован таким образом, который позволяет осуществлять его сброс программно с подключенного компьютера. Один из выводов ATmega8U2/16U2, участвующий в управлении потоком данных (DTR), соединен с выводом RESET микроконтроллера ATmega328 через конденсатор номиналом 100 нФ. Когда на линии DTR появляется ноль, вывод RESET также переходит в низкий уровень на время, достаточное для перезагрузки микроконтроллера. Физические характеристикиМаксимальная длина и ширина печатной платы Uno составляет 6.9 см и 5.4 см соответственно, с учетом разъема USB и разъема питания, выступающих за пределы платы. Четыре крепежных отверстия позволяют прикреплять плату к поверхности или корпусу[12].2.3.2. Разработка светодиодной матрицыВ дипломном проекте для визуальной демонстрации работы светодиодного экрана используем 3 матричных блока с размерами матрицы блока 8x8.Рис.2.3. Светодиодная матрица экрана размер 24x8, имитационная модель ProteusВыберем для дипломного проекта светодиодный блок ТС15 8x8 Рис.2.4. Светодиодный блок ТС15 8x8, габаритные размеры [10]Рис.2.5. Светодиодный блок ТС15 8x8, расположение выводов [10]Рис.2.6. Светодиодный блок ТС15 8x8, назначение выводов [10]Подключив столбец (Column) на землю и подавая +5V (лучше через токоограничительный резистор) на строчку (Row), мы зажгёмсветодиод находящийся в заданном узле матрицы.2.3.3. Разработка драйверов матрицыВ качестве микросхемы драйвера светодиодной матрицы выберем стандартную микросхему MAX7219 –светодиодный драйвер матрицы 8x8.Общие сведения о MAX7219Драйвер MAX7219 управляется по трехпроводной последовательной шине Microwire (3-Wire). MAX7221 управляется по шине SPI и имеет ограниченную скорость нарастания напряжения драйверов сегментов для снижения излучения EMI. Драйверы допускают каскадирование для управления большим числом индикаторов. Каждый из разрядов индикатора имеет независимую адресацию и его содержимое может быть обновлено без необходимости перезаписи всего индикатора. ИС MAX7219/MAX7221 также позволяют пользователю определять режим декодирования каждого разряда.Драйверы MAX7219 (MAX7221) имеют спящий режим с запоминанием информации, аналоговое и цифровое управление яркостью подключенных индикаторов и тестовый режим, включающий все LED сегменты.MAX7219 (MAX7221) – драйвер восьми разрядного цифрового LED индикатора с последовательным интерфейсом. Драйвер может управлять восемью семисегментными индикаторами с точкой, либо отдельно 64 светодиодами в LED панелях с общим катодом. Таким образом, данные микросхемы подходят не только для семисегментных, но и для матричных индикаторов.Типовая схема включенияСхема включения MAX7219/21 показана на рис. 2.7Рис.2.7. MAX7219, типовая схема включенияРасположение выводов MAX7219, представлено на рис.2.8.Рис.2.8. MAX7219, расположение выводовОписание назначение выводов дано в таблице 2.2[11].Таблица 2.2. Назначение выводов MAX7219ВыводНаименованиеФункция1DINВход данных последовательного порта. Предназначен для записи шестнадцатиразрядного слова по положительному фронту тактового (CLK) сигнала. Запись происходит старшим разрядом вперед.2,3,5-8,10,11DIG0 – DIG7Низким уровнем включает один из восьми индикаторов.4,9GNDМинусовой (общий) провод питания.12LOAD(Для MAX7219)Положительным фронтом этого импульса в MAX7219 защелкиваются последние 16 бит данных поступивших на вход DINCS(для MAX7221)Низкий уровень разрешает принимать данные по входу DIN, т.е. данный сигнал играет роль выбора чипа низким уровнем. Положительным фронтом поступившие данные защелкиваются.13CLKВход тактирования. Данные на входе DIN считываются при нарастающем (положительном) фронте синхроимпульсов.14-17,20-23SEG A – SEG G, DPВключают отдельные сегменты положительным импульсом.18ISETАналоговое управление током через светодиоды.19V+Положительный проводник питания (+5В).24DOUTВывод данных на последующие MAX7219 для каскадного включения микросхем MAX7219.Основные эксплуатационные характеристикиприведены в таблице 2.3.Таблица 2.3. Основные эксплуатационные характеристики MAX72191Частота тактирования интерфейса SPI, МГц102Напряжение питания, В4…5,53Потребление по шине +5В в спящем режиме, мкА1504Ток через один сегмент в импульсе, мАдо 3205Средний ток через один сегмент, мАдо 406Частота следования импульсов включения символов, Гцне менее 5007Задержка: Поступление данных -> вывод на дисплей, мс2,2Формат данных посылаемых в MAX7219 (MAX7221) показан в таблице 2.4. данные отсылаются по 16 бит, старшим битом вперед.Таблица 2.4. Формат данных MAX72191514131211109876543210ADRESDATAКогда в поле ADRES передается значение 1…8 (0001…1000), то это выбор знакоместа. В поле DATA в этом случае передается информация о сегментах выбранного знакоместа. Если DATA равна 0 (00000000), то сегменты не светятся. Если DATA равна 255 (11111111), то светятся все сегменты выбранного знакоместа, включая точку. Когда в ADRES передается значение 9…15 (1001…1111), то это указание выполнить служебную инструкцию, см. таблицу 2.5.Таблица 2.5. Назначение битов поля ADRESADRESОписание командыD11D10D9D8HEX10010x09Режим декодирования. Битами DATA выбирается какие знакоместа декодировать, а какие нет. Dx = 1 – декодировать знакоместо x, Dx = 0 – не декодировать знакоместо x.10100x0AИнтенсивность свечения (яркость). Битами D0…D3 выбирается яркость свечения. При D0=D1=D2=D3 = 0 яркость минимальна. При D0=D1=D2=D3 = 1 яркость максимальна.10110x0BВыбор кол-ва отображаемых знакомест. Битами D0…D2 выбираются отображаемые знакоместа. При D0=D1=D2 = 1 отображаются все восемь знакомест.11000x0CСпящий режим. При DATA = 0 микросхема впадает в спящий режим. DATA = 1 является нормальным режимом.11010x0DНе используется.11100x0EНе используется.11110x0FТест. Если DATA = 1 – тест включен, если DATA = 0 – выключен.Принципиальная схема контроллера светодиодной матрицы приведена в приложении 2, перечень элементов в приложении 3.Глава 3. Разработка программного обеспечения3.1. Среда программирования ArduinoIDEСреда разработки Arduino состоит из встроенного текстового редактора программного кода, области сообщений, окна вывода текста(консоли), панели инструментов с кнопками часто используемых команд и нескольких меню. Для загрузки программ и связи среда разработки подключается к аппаратной части Arduino.Программа, написанная в среде Arduino, называется скетч. Скетч пишется в текстовом редакторе, имеющем инструменты вырезки/вставки, поиска/замены текста. Во время сохранения и экспорта проекта в области сообщений появляются пояснения, также могут отображаться возникшие ошибки. Окно вывода текста(консоль) показывает сообщения Arduino, включающие полные отчеты об ошибках и другую информацию. Кнопки панели инструментов позволяют проверить и записать программу, создать, открыть и сохранить скетч, открыть мониторинг последовательной шины.3.2. Алгоритм программы “Бегущая строка”Рис.3.1. Алгоритм программы “Бегущая строка”При составлении алгоритма и программы управления светодиодным экраном используется библиотека функций драйверов MAX72xx– MD_MAX72xx.Библиотека реализует функции, которые позволяют использовать MAX72xx для матриц светодиодов (64 отдельных светодиода), позволяя программисту использовать матрицу светодиодов в качестве пиксельного устройства, отображая графические элементы так же, как любой другой адресный дисплей с пиксельной структурой[13].Библиотека позволяет настраивать код времени выполнения с помощью переключателей компиляции. Параметры компиляции начинаются с USE_ и документируются в разделе, связанном с основным файлом заголовка MD_MAX72xx.h [14]. 3.3. Программа “Бегущая строка”Скетч//Программауправлениясветодиоднымэкраном “Бегущаястрока”// ПодключениебиблиотекиMD_MAX72xx #include
2. http://arduino.ru/Arduino_environment
3. https://ru.wikipedia.org/wiki/Arduino
4. https://www.arduino.cc/en/Products.Compare
5. https://www.arduino.cc/en/ArduinoCertified/Products
6. https://www.arduino.cc/en/Main/Products
7. https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoEthernetShield
8. https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoXbeeShield
9. https://www.circuitsathome.com/mcu/usb-host-shield-for-arduino-first-prototype/
10. https://lib.chipdip.ru/195/DOC000195218.pdf
11. https://hcomp.ru/downloads/chip/MAX7219.pdf
12. http://arduino.ua/ru/hardware/Uno
13. https://github.com/MajicDesigns/MD_MAX72XX
14. https://majicdesigns.github.io/MD_MAX72XX/page_software.html
Вопрос-ответ:
Как работает светодиодное табло?
Светодиодное табло работает по принципу светодиодных экранов, где основным элементом является светодиод. Светодиоды имеют способность изменять цвет и яркость свечения, что позволяет создавать различные изображения и эффекты на табло.
Какие основные элементы включает в себя светодиодное табло?
Светодиодное табло состоит из нескольких основных элементов, включая светодиоды, матрицу светодиодов, контроллер, блок питания и систему управления. Все эти элементы работают в совокупности для отображения нужной информации на табло.
Как формируются изображения на светодиодном табло?
Изображения на светодиодном табло формируются по принципу пиксельной матрицы, где каждый светодиод представляет собой отдельный пиксель. Путем включения и выключения определенных светодиодов в матрице можно создавать различные изображения и текстовую информацию.
Как управлять светодиодным табло?
Светодиодным табло можно управлять с помощью микропроцессорной системы управления, которая включает в себя контроллер и систему управления. Контроллер отвечает за обработку и передачу данных, а система управления позволяет вводить и изменять информацию, которая отображается на табло.
Как разрабатывать микропроцессорную систему управления для светодиодного табло?
Микропроцессорную систему управления для светодиодного табло можно разработать, используя структурную схему контроллера, а также разрабатывая принципиальную схему. Основные блоки контроллера включают в себя блок памяти, блок ввода-вывода, блок управления и блок обработки данных.
Как устроено светодиодное табло?
Светодиодное табло состоит из светодиодных модулей, контроллера, блока питания и корпуса. Светодиодные модули содержат матрицу светодиодов, которые образуют изображение. Контроллер управляет подачей сигнала на светодиоды, определяя, какие светодиоды должны светиться. Блок питания обеспечивает питание светодиодов и контроллера. Корпус защищает табло от внешних воздействий.
Как формируются изображения на светодиодном экране?
Изображения на светодиодном экране формируются путем включения и выключения определенных светодиодов. Контроллер светодиодного табло получает информацию о том, какие светодиоды нужно включить, и передает сигналы на соответствующие модули светодиодов. Когда светодиоды включены, они излучают свет определенного цвета, что позволяет формировать изображение.
Какие блоки входят в состав микропроцессорной системы управления светодиодным экраном?
Микропроцессорная система управления светодиодным экраном включает в себя контроллер, блок памяти, блок интерфейса, блок питания и блок управления светодиодами. Контроллер осуществляет обработку сигналов и управление всеми блоками системы. Блок памяти хранит информацию о изображении. Блок интерфейса обеспечивает связь с внешними устройствами. Блок питания обеспечивает питание всей системы. Блок управления светодиодами контролирует включение и выключение светодиодов на экране.
Как разрабатывается микропроцессорная система управления светодиодным экраном?
Разработка микропроцессорной системы управления светодиодным экраном начинается с разработки структурной схемы контроллера. Затем определяются основные блоки контроллера и их функции. После этого разрабатывается принципиальная схема системы, включающая в себя все блоки и соединения между ними. Затем проводится процесс разработки и монтажа печатной платы системы. После этого система тестируется и настраивается, и при необходимости вносятся корректировки и улучшения.