基于ARM的智能霓虹灯设计.doc

1、山东建筑大学课程设计说明书 目录 目录 . 1 摘 要 . 2 1 设计目的 . 3 2 设计要求 . 3 3 设计内容 . 4 3.1 整体设计 . 4 3.2 霓虹灯工作原理 . 5 3.3 器件选择 . 6 3.3.1 S3C2440 简介 . 6 3.3.2 LED . 7 3.4 各模块电路 . 8 3.4.1 电源电路的模块 . 8 3.4.2 时钟电路的模块 . 8 3.4.3 复位电路的模块 . 9 3.4.4 串口电路模块 . 10 3.4.5 LED 显示模块 . 10 3.5 软件设计 . 11 总结与致谢 . 12 参考文献 . 13 附录 . 14 山东建筑大学课程设

2、计说明书 摘 要 近年来随着科技的飞速发展，霓虹灯正逐渐走进人们的生活， 特别是当今充满竞争的时代，各地政府为吸引游客和投资者，在城市的沿街、沿道、沿河、沿线等地用霓虹灯造景，实施 “亮化工程 “，以美化环境、树立城市形象。 随着 ARM 嵌入式系统的应用越来越广泛，功能也越来越强大，对系统中的人机界面的要求也越来越高，在应用需求的驱使下，许多在 Linux 下的图形界面软件包的开发和移植工作中都涉及到底层 LED 驱动的开发问题。因此选用 ARM嵌入式微处理器，并在用其构成的嵌入式系统中开发 LED 驱动得以广泛运用。 本章将针对选用的 ARM 芯片，确定整个控制系统的硬件选型和单元电路的设

3、计方案。同时绘制系统电路图并进行硬件系统的调试。 关键词 : 嵌入式； ARM；霓虹灯；硬件； 山东建筑大学课程设计说明书 1 设计目的 本设计要求实现一个 智能霓虹灯控制 系统。该系统 有自动与手动控制两种方式。在自动方式下，系统可根据持续显示不同的霓虹灯效果，每种效果持续 2分钟；在手动方式下，可以单独控制每种效果的显示，并且可以控制所有灯的亮灭。并且所有信息都可通过串口显示在电脑上。 2 设计要求 1、 根据设计题目的要求， 以及根据已知参数对输入信号特征进行分析、需求分析 ， 选择确定 ARM 芯片型号、霓虹灯、串口控制芯片型号，完成系统硬件设计。 2、基本教学要求：每人一台计算机，计

4、算机安装 ADS、 Protel等软件。 山东建筑大学课程设计说明书 3 设计内容 3.1 整体设计 本课程设计采用 S3C2440 芯片，该芯片采用了非常先进的 ARM920T 内核，它是由 ARM(Advanced RISCMachines) 公司研制的，通过详细分析系统的软、硬件设计步骤、实现细节以及调试技巧等，设计出霓虹灯显示控制电路。 本方案 以 S3C2440 芯片 作为硬件控制核心， 电源 模块、 复位 模块 、时 钟模块、以及显示模块组成 。在软件控制方面根据各种亮灯时间的不同需要，在不同时刻输出灯亮或灯灭的控制信号，然后驱动各种颜色的灯亮或灭。该新型 LED霓虹灯实际应用效果

5、较好，亮灯模式多，用户可以根据不同场合和时间来调节亮灯频率和亮灯时间。与普通 LED 彩灯相比，具有体积小，价格低，耗能低、通用性强等优点。 其系统总体框图。如图 1 所示。 图 1.系统整体结构框图 1.复位电路可完成系统上电复位和在系统工作时用户手动按键复位 ; 2.电源电路为 3.3V、 1.8V 和 1.2V 的稳压模块，给时 S3C2440 芯片、内核及其他外围电路供电 ; 9 针 JTAG 接口 S3C2440 ARM9 复位 电路 RAM 存储器 晶振 电路 稳压 电源 LED 控制器 LED 显示器 ROM 存储器 山东建筑大学课程设计说明书 3.有源晶振为系统提供工作时钟，通

6、过片内 PLL 电路倍频为 50MHZ 作为ARM920T 微处理器的工作时钟 ; 4.扩展的 SDRAM 存储器作为系统运行时的主要区域，系统及用户数据、堆栈均位于 SDRAM 存储器中 ; 5.JTAG 接口可对芯片内部的所有部件进行访问，通过该接口可对系统进行调试、编程等 ; 3.2 霓虹灯工作原理 霓虹灯是一种低气压冷阳极辉光放电发光的光源。气体放电发光是自然界的一种物理现象。通过气体放电使电能转换为五光十色的光谱线，这是霓虹 灯工作重要的基本过程。在通常情况下，气体是良好的绝缘体，它并不能传导电流。但是在强电场、光辐射、粒子轰击和高温加热等条件下，气体分子可能发生电离，产生了可以自由

7、移动的带电粒子，并在电场作用下形成电流，使绝缘的气体成为良导体。这种电流通过气体的现象就被称为气体放电过程。 在密闭的玻璃管内，充有氖、氦、氩等气体，灯管两端装有两个金属电极，电极一般用铜材料制作，电极引线接入电源电路，配上一只高压变压器，将 1015kV 的电压加在电极上。由于管内的气体是由无数分子构成的，在正常状态下分子与原子呈中性。在高电压作用下 ，少量自由电子向阳极运动，气体分子的急剧游离激发电子加速运动，使管内气体导电，发出色彩的辉光（又称虹光）。霓虹灯原理的发光颜色与管内所用气体及灯管的颜色有关；霓虹灯原理如果在淡黄色管内装氖气就会发出金黄色的光，如果在无色透明管内装氖气就会发出黄

8、白色的光。霓虹灯原理要产生不同颜色的光，就要用许多不同颜色的灯管或向霓虹灯管内装入不同的气体 。 山东建筑大学课程设计说明书 3.3 器件选择 3.3.1 S3C2440 简介 产品简介： S3C2440A 微处理器是一款由 Samsung 半导体公司推出的高性能、低功耗、高集成度并具有工业级温度范围和性 能的微处理器 ,经过工业级 EMC 测试，相对S3C2440A 有以下优势： 01-具有工业级温度范围 02-主频高达 533MHz 03-具有数字摄像头接口 04- 更低的内核电压 05- 支持更多分辨率液晶屏 06- 支持多种电压存储器 07- 具有 AC97 编解码器接口 08- 具有

9、更多可用的 I/O 口 09- UART 口输入输出各具有 64 字节 FIFO 10- 无需外围电路的触摸屏接口 S3C2440 的引脚分布及信号描述 。如图 2 所示。 山东建筑大学课程设计说明书 图 2 引脚分布 工作电压： 内核： 300MHZ1.20V 400MHZ1.30V 储存器： 1.8V/2.5V/3.0V/3.3V I/O： 3.3V 操作频率： Fclk: 400MHZ Hclk: 136MHZ Pclk: 68MHZ 3.3.2 LED LED（ Light Emitting Diode）， 发光二 极管 ，是一种能够将 电能 转化为可见光的固态的半导体 器件，它可以直

10、接把电转化为光。 LED 的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是 P 型半导体，在 它里面空穴占主导地位，另一端是 N 型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个 P-N山东建筑大学课程设计说明书 结。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向 P 区，在 P 区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是 LED 灯发光的原理。而光的波长也就是光的颜色，是由形成 P-N 结的材料决定的。 3.4 各模块电路 3.4.1 电源电路的模

11、块 在该系统中，分外围器件需要使用 3. 3V 的直流稳压电源，其中， S3C2440芯片及外围芯片需要 3.3V 电源，内核 ARM920T 需要 1.2V 电源，为简化系统电 源电路的设计，要求整个系统的输入电压为高质量的 3.3V 的直流稳压电源。系统电源电路如图 3 所示。另外， 74LS138 需要 5V 电源。这些都可以通过电源模块提供。 C110uF/10VC210uF/10VV33Vin3Vout21U2LD1117A3.312D2蓝R1220D1SS14112233JP1CON3C20220uF/10VC19104C12225C21105L447uHBOOT1NC2NC3VS

12、NS4EN5GND6VIN7PH8U5TPS5430C8103RA115K,0.1%RA24.7K,1%+5VD4B340AC101000uF/10VR1410KC3510uF/16V+5V陶瓷陶瓷R484.7kD9LEDLD1117AL33AA3-A-SOT223AGND AGNDAGNDAGNDAGNDAGNDAGNDAGNDR240TP13.4.2 时钟电路的模块 根据 S3C2440 的最高工作频率以及 PLL 电路的工作方式，选择 12MHz 晶振，12MHz 的晶振频率经过 S3C2440 片内的 PLL 电路倍频后，最高可以达到 400MHz。片内的 PLL 电路兼有频率放大和信

13、号提纯的功能，因此，系统可以以较低的外部时钟信号获得较高的工作频率，以降低因高速开关时钟所造成的高频噪声。 时钟 电路如图 4所示。 山东建筑大学课程设计说明书 X212MX132.768kHzGNDGND22pC10522pC10622pC10322pC104XTIrtcXTOrtcXTIpllXTOpll图 4 时钟电路 3.4.3 复位电路的模块 在系统中，复位电路主要完成系统的上电复位和系统在运行时用户的按键复位功能。复位电路可由简单的 RC 电路构成，也可使用其他的相对较复杂，但功能更完善的电路。 本系统采用较简单的 RC 复位电路，经使用证明，其复位逻辑是可靠的。复位电路如图 5所

14、示 : 山东建筑大学课程设计说明书 图 5 复位电路 3.4.4 串口电路模块 调节电脑信号输出端的电压时他的电压和 ARM 电压一样，实现数据传输。如图 6所示。 图 6 串口电路模块 3.4.5 LED 显示模块 本设计选用 4个 LED 灯作为霓虹灯 ,为使本设计更具稳定性，故 LED 灯采用 SMD5050,是用台湾高亮芯片封装，光通量要比普通芯片高 1-2lm。一颗 5050灯珠有三颗芯片，当一颗芯片损坏时，不影响其它两路芯片发光。 本次课程设计共设计三种显示变换模式，首先以流水灯的方式循环一次，之后间隔 2 分钟 进入第二种模式，即 每间隔一次亮一次 熄灭 一次 ，持续 2分钟 后再进入第三种模式即所有灯全亮。并且分为手动和自动两种切换方式，每种显示方式都可以手动控制，同时各种显示方式均可通过串口在电脑上显示。 其显示模块如图 7所示。