EEPW论坛

作者：内蒙古科技大学 刘伟 王猛 王银鑫

指导教师：郭宇

　　产品简介

　　1.1课题背景

　　随着体育与科学技术的进一步发展，LED屏幕显示系统在体育运动中得到了广泛的应用，LED是信息显示的重要传媒之一。现今，各种显示和控制电路已经频频出现在我们生活中，像交通灯的计时器，倒数计时器等等。

　　伴随着计算机技术的发展，使得LED能够在减少驱动器的情况下能够直接被驱动。而且它具有可靠性高、使用寿命长、性能价格比高、使用成本低、环境适应能力强等特点，并且在今后相当长的一段时期内还有相当大的发展空间。

　　1.2结构说明

　　(1) 主控模块：本模块采用比赛所要求的PSoC为核心的单片机来控制。

　　(2)键盘控制模块：采用主控板自带4个按键式开关和3个电容触摸式按键构建成，因此大大节省了单片机I/O的占用，为其它模块提供了方便。通过键盘可以很方便的控制点阵显示屏显示文字及数码管的数字的控制。

　　(3)点阵显示模块:共采用16块3.7cm共阳单色8*8LED点阵连接而成，构成两个32*16的点阵屏。其方法是将点阵对应的行线和列线分别进行连接，使每一条行线引脚接一行32个 LED，列线接16个LED。

　　(4)行驱动模块：采用2片74HC595级联成和8个AMP4953驱动增强芯片对32条行线进行驱动，亮度均衡。在驱动的过程中作为行扫描信号来控制。

　　(5)列驱动模块：采用4片74HC595级联而成，。在驱动过程中作为列数据发送，控制点阵显示屏的内容显示。

　　(6)数码管显示模块：共采用12块3寸共阳极数码管，构成时间、比分、2等部分数字的显示。

　　(7)数码管驱动模块：每块数码管均通过uln2003进行驱动，其中上方和中间6个数码管通过6片74HC595级联作为时间控制。下方6个数码管通过6片74HC595级联作为比分控制。

　　1.3功能与使用说明

　　(1)功能：

　　本作品可以实现基本的显示内容，如比赛双方名称、比赛比分、时间显示、24秒倒计时等。设计简单，易于操作。本作品点阵显示模块用于显示比赛双方的对名，也可以显示其他需要用汉字显示的内容;数码管显示模块可以实现比赛双方的比分显示及时间显示等。

　　(2)使用说明：

　　本作品接通电源后按一下单片机的复位开关使数码管显示全部复位，比赛得分部分清零，倒计时部分分别回到12:00和24秒。按1号按键一次，比赛得分显示加一分，按两次三次，比赛得分分别加两分三分。按2号按键一次，比赛得分减一分，2号按键按下几次，比赛得分减几分，此处主要用于如果出现加分错误时调整双方，或出现无效进球时。5号按键为24s重置按键。6号按键功能为暂停功能，当比赛出现暂停，需要停止计时时，按下3号按键即可;再次按下6号按键时，比赛计时重新恢复。

　　2 平台选型说明

　　2.1 PSoC嵌入式处理器介绍

　　PSoC系列单片机是在一个专有的MCU(Microprogrammed Control Unit)内核周围集成了可配置的模拟和数字外围器件阵列PSoC块，利用芯片内部的可编程互联阵列，有效地配置芯片上的模拟和数字块资源，达到可编程片上系统的目的。

　　PSoC 是一种对于标准的“全数字式”微控制器设计、纯粹的模拟设计以及介乎此二者之间的所有设计而言具有同等的高适用性的器件，是一种具有极端灵活且完全可编程的混合信号SOC 的基本原理的全新一代器件

　　2.2 PSoC与传统单片机相比较

　　PSoC Express是第一款有助于系统工程师进行基于微控制器设计的开发工具， 而且无需任何汇编语言或C语言编程的知识。PSoC Express工作在比以往技术更高的抽象水平上，不再需要开发有关固件，因此能在几小时或几天之内推出新的设计，就针对的PSoC器件进行模拟和编程，而无需花费数星期或数月的时间。在PSoC Express的帮助下，设计人员只需考虑应用知识，从目录中选择输入和输出器件来确定定制解决方案，再将两者加以逻辑连接来定义系统行为。设计人员只需借助PSoC Express就可通过仿真来确认设计是否可行，还可生成并下载器件编程文件。此新工具还可创建专门的项目文档，包括含有寄存器映射图、接口原理图以及材料清单的产品说明书。设计人员不必撰写任何微控制器代码就能实现可靠的定制应用，速度也提高很多。

　　3设计说明

　　3.1设计要求

　　(1)点阵显示部分实现两个8块8*8点阵的连接，共16块点阵，显示没有缺点，坏点，线路整洁美观。

　　(2)点阵屏驱动部分线路简单，所用驱动芯片做到最少，驱动屏亮时，颜色饱和，亮度均衡稳定。

　　(4)数码管显示部分分为两个部分，一部分显示比分情况，另一部分显示倒计时情况，共16块数码管，显示没有缺点，坏点，线路整洁美观。

　　(5)数码管驱动部分与点阵驱动类似，尽量做到驱动芯片做到最少。显示颜色饱和，亮度适中，均衡并且稳定。

　　(6)实现多功能记分牌的倒计时、24s计时清零、比分加减 队名显示等。

　　3.2系统硬件电路设计

　　3.2.1主控部分

　　主控部分采用比赛组委会提供的PSOC为核心的单片机，如图1

　　拥有以下功能：

　　1. 系统电源5V或3.3V可选，核心PSoC3芯片及其内部资源(标配PSoC3核心板， PSoC5核心板选配)，以PSoC3器件CY8C3866AXI-040为核心，芯片内包含:

　　(1)单周期8051 CPU

• 最高主频67MHz
• 64KB的Flash，8KB的SRAM，2KB的EEPROM
• 24路DMA通道
• 宽工作电压：0.5V~5.5V
• 72路GPIO口，所有I/O均可作为数字或模拟接口、均支持CapSense功能
• 全面可配置的内部CPU时钟

　　(2)数字外设

• 24个可编程数字模块(可用于实现定时器、计数器、PWM等模块)
• 全速CAN 2.0、全速USB 2.0、SPI、UART、I2C等接口

　　(3)模拟外设

• 1.024V内部参考电压
• 12~20位可配置Delta Sigma ADC
• 67MHz 24位数字滤波器
• 4个8位8Msps IDACs、1Msps VDACs
• 4个电压比较器
• 4个运算放大器
• 4个可编程模拟模块(可用于实现PGA、TIA、混频器、采样保持器等模块)
• CapSense功能(可用于实现电容按健、电容滑条)

　　2. 数字资源：4个轻触按键、8个绿色发光二极管、1602字符液晶、蜂鸣器。

　　3. 模拟资源：可调电位器、温度传感器、接近传感器。

　　4. 设有Capsense实验区，包含2个电容按键、1组电容滑条。

　　5. 外设接口：UART串口、USB口、两组侧插扩展接口等，方便与上位机通信，PSoC芯片和外设模块的部分引脚通过单排圆孔插座引出，用户可根据实际需要使用插针线实现电路的连接，并可通过面包板或外接扩展板实现电路的拓展。

　　6. 板载USB2.0接口下载器，方便对PSoC芯片进行调试、下载。

　　3.2.2 LED点阵显示模块