1、山東建筑大學課程設計說明書目錄目錄1摘 要21 設計目的32 設計要求33 設計內容43.1整體設計43.2霓虹燈工作原理53.3器件選擇63.3.1 S3C2440簡介63.3.2 LED73.4各模塊電路83.4.1電源電路的模塊83.4.2時鐘電路的模塊83.4.3復位電路的模塊93.4.4串口電路模塊103.4.5 LED顯示模塊103.5 軟件設計11總結與致謝12參考文獻13附錄14摘 要 近年來隨著科技的飛速發展，霓虹燈正逐漸走進人們的生活，特別是當今充滿競爭的時代，各地政府為吸引游客和投資者，在城市的沿街、沿道、沿河、沿線等地用霓虹燈造景，實施"亮化工程"，

2、以美化環境、樹立城市形象。 隨著ARM嵌入式系統的應用越來越廣泛，功能也越來越強大，對系統中的人機界面的要求也越來越高，在應用需求的驅使下，許多在Linux下的圖形界面軟件包的開發和移植工作中都涉及到底層LED驅動的開發問題。因此選用ARM嵌入式微處理器，并在用其構成的嵌入式系統中開發LED驅動得以廣泛運用。本章將針對選用的ARM芯片，確定整個控制系統的硬件選型和單元電路的設計方案。同時繪制系統電路圖并進行硬件系統的調試。關鍵詞: 嵌入式；ARM；霓虹燈；硬件；1 設計目的本設計要求實現一個智能霓虹燈控制系統。該系統有自動與手動控制兩種方式。在自動方式下，系統可根據持續顯示不同的霓虹燈效果，每

3、種效果持續2分鐘；在手動方式下，可以單獨控制每種效果的顯示，并且可以控制所有燈的亮滅。并且所有信息都可通過串口顯示在電腦上。2 設計要求1、根據設計題目的要求，以及根據已知參數對輸入信號特征進行分析、需求分析，選擇確定ARM芯片型號、霓虹燈、串口控制芯片型號，完成系統硬件設計。2、基本教學要求：每人一臺計算機，計算機安裝ADS、Protel等軟件。3 設計內容3.1整體設計本課程設計采用S3C2440芯片，該芯片采用了非常先進的ARM920T 內核，它是由 ARM(Advanced RISCMachines) 公司研制的，通過詳細分析系統的軟、硬件設計步驟、實現細節以及調試技巧等，設計出霓虹燈

4、顯示控制電路。本方案以S3C2440芯片作為硬件控制核心，電源模塊、復位模塊、時鐘模塊、以及顯示模塊組成。在軟件控制方面根據各種亮燈時間的不同需要，在不同時刻輸出燈亮或燈滅的控制信號，然后驅動各種顏色的燈亮或滅。該新型LED霓虹燈實際應用效果較好，亮燈模式多，用戶可以根據不同場合和時間來調節亮燈頻率和亮燈時間。與普通LED彩燈相比，具有體積小，價格低，耗能低、通用性強等優點。其系統總體框圖。如圖1所示。9針JTAG接口S3C2440ARM9復位電路RAM存儲器晶振電路穩壓電源LED控制器LED顯示器ROM存儲器圖1.系統整體結構框圖1.復位電路可完成系統上電復位和在系統工作時用戶手動按鍵復位;

5、2.電源電路為3.3V、1.8V和1.2V的穩壓模塊，給時S3C2440芯片、內核及其他外圍電路供電;3.有源晶振為系統提供工作時鐘，通過片內PLL電路倍頻為50MHZ作為ARM920T微處理器的工作時鐘;4.擴展的SDRAM存儲器作為系統運行時的主要區域，系統及用戶數據、堆棧均位于SDRAM存儲器中;5.JTAG接口可對芯片內部的所有部件進行訪問，通過該接口可對系統進行調試、編程等;3.2霓虹燈工作原理霓虹燈是一種低氣壓冷陽極輝光放電發光的光源。氣體放電發光是自然界的一種物理現象。通過氣體放電使電能轉換為五光十色的光譜線，這是霓虹燈工作重要的基本過程。在通常情況下，氣體是良好的絕緣體，它并不

6、能傳導電流。但是在強電場、光輻射、粒子轟擊和高溫加熱等條件下，氣體分子可能發生電離，產生了可以自由移動的帶電粒子，并在電場作用下形成電流，使絕緣的氣體成為良導體。這種電流通過氣體的現象就被稱為氣體放電過程。在密閉的玻璃管內，充有氖、氦、氬等氣體，燈管兩端裝有兩個金屬電極，電極一般用銅材料制作，電極引線接入電源電路，配上一只高壓變壓器，將1015kV的電壓加在電極上。由于管內的氣體是由無數分子構成的，在正常狀態下分子與原子呈中性。在高電壓作用下，少量自由電子向陽極運動，氣體分子的急劇游離激發電子加速運動，使管內氣體導電，發出色彩的輝光（又稱虹光）。霓虹燈原理的發光顏色與管內所用氣體及燈管的顏色有

7、關；霓虹燈原理如果在淡黃色管內裝氖氣就會發出金黃色的光，如果在無色透明管內裝氖氣就會發出黃白色的光。霓虹燈原理要產生不同顏色的光，就要用許多不同顏色的燈管或向霓虹燈管內裝入不同的氣體。3.3器件選擇 3.3.1 S3C2440簡介產品簡介：S3C2440A微處理器是一款由Samsung半導體公司推出的高性能、低功耗、高集成度并具有工業級溫度范圍和性能的微處理器,經過工業級EMC測試，相對S3C2440A有以下優勢： 01-具有工業級溫度范圍 02-主頻高達533MHz 03-具有數字攝像頭接口 04- 更低的內核電壓 05- 支持更多

8、分辨率液晶屏 06- 支持多種電壓存儲器 07- 具有AC97編解碼器接口 08- 具有更多可用的I/O口 09- UART口輸入輸出各具有64字節FIFO 10- 無需外圍電路的觸摸屏接口S3C2440的引腳分布及信號描述。如圖2所示。圖2引腳分布工作電壓： 內核： 300MHZ1.20V 400MHZ1.30V 儲存器：1.8V/2.5V/3.0V/3.3V I/O： 3.3V操作頻率： Fclk: 400MHZ Hclk: 136MHZ Pclk: 68MHZ3.3.2 LEDLED（Li

9、ght Emitting Diode），發光二極管，是一種能夠將電能轉化為可見光的固態的半導體器件，它可以直接把電轉化為光。LED的心臟是一個半導體的晶片，晶片的一端附在一個支架上，一端是負極，另一端連接電源的正極，使整個晶片被環氧樹脂封裝起來。半導體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導體，在它里面空穴占主導地位，另一端是N型半導體，在這邊主要是電子。但這兩種半導體連接起來的時候，它們之間就形成一個P-N結。當電流通過導線作用于這個晶片的時候，電子就會被推向P區，在P區里電子跟空穴復合，然后就會以光子的形式發出能量，這就是LED燈發光的原理。而光的波長也就是光的顏色，是由形成P-N結的材料決定的

10、。3.4各模塊電路3.4.1電源電路的模塊在該系統中，分外圍器件需要使用3. 3V的直流穩壓電源，其中，S3C2440芯片及外圍芯片需要3.3V電源，內核ARM920T需要1.2V電源，為簡化系統電源電路的設計，要求整個系統的輸入電壓為高質量的3.3V的直流穩壓電源。系統電源電路如圖3所示。另外，74LS138需要5V電源。這些都可以通過電源模塊提供。3.4.2時鐘電路的模塊根據S3C2440的最高工作頻率以及PLL電路的工作方式，選擇12MHz晶振，12MHz的晶振頻率經過S3C2440片內的PLL電路倍頻后，最高可以達到400MHz。片內的PLL電路兼有頻率放大和信號提純的功能，因此，系統

11、可以以較低的外部時鐘信號獲得較高的工作頻率，以降低因高速開關時鐘所造成的高頻噪聲。時鐘電路如圖4所示。圖4 時鐘電路3.4.3復位電路的模塊在系統中，復位電路主要完成系統的上電復位和系統在運行時用戶的按鍵復位功能。復位電路可由簡單的RC電路構成，也可使用其他的相對較復雜，但功能更完善的電路。本系統采用較簡單的RC復位電路，經使用證明，其復位邏輯是可靠的。復位電路如圖5所示:圖5 復位電路3.4.4串口電路模塊調節電腦信號輸出端的電壓時他的電壓和ARM電壓一樣，實現數據傳輸。如圖6所示。 圖6 串口電路模塊3.4.5 LED顯示模塊 本設計選用4個LED燈作為霓虹燈,為使本設計更具穩定性，故LE

12、D燈采用SMD5050,是用臺灣高亮芯片封裝，光通量要比普通芯片高 1-2lm。一顆 5050燈珠有三顆芯片，當一顆芯片損壞時，不影響其它兩路芯片發光。 本次課程設計共設計三種顯示變換模式，首先以流水燈的方式循環一次，之后間隔2分鐘進入第二種模式，即每間隔一次亮一次熄滅一次，持續2分鐘后再進入第三種模式即所有燈全亮。并且分為手動和自動兩種切換方式，每種顯示方式都可以手動控制，同時各種顯示方式均可通過串口在電腦上顯示。其顯示模塊如圖7所示。圖7 LED顯示3.5 軟件設計其原程序代碼見附錄二。總結與致謝通過這次緊張的課程設計，我收獲頗多，每天面對著電腦，翻閱各種相關資料，體會頗深。在這次課設中，

13、加深了ARM相關知識的理解，也接觸了相關軟件。 通過本次課程設計，使我對嵌入式系統的的掌握和理解上升了一個層次，鞏固了我在嵌入式原理及應用課程中所學的基本理論知識和實驗技能，使我對這門課程課程有了更深入的了解，進一步激發了我對所學專業學習的興趣；提高了我的自學能力和軟件操作能力。在課程設計開始的前期，也遇到了麻煩，比如說，LED閃爍時間不符合要求，C語言編程不太熟練，很感謝老師的耐心教導，他的認真負責讓我們折服，我們是在他們的悉心教導下，逐步的掌握了ARM的使用，以及自己去設計最小系統電路和驅動電路。在繁忙的一個學期即將結束之時，我的思想成熟了，這次的課設讓我找到了方向，讓我懂得了很

14、多，有知識方面的，但大部分還是人格方面的。我相信，只要不放棄，只要努力，就一定可以！ 由于時間緊促，自身水平有限，本論文還有許多部分未能詳細分析，在此僅作簡單了解和認識。參考文獻1 杜春雷.ARM體系結構與編程M.北京:清華大學出版社,2003.2 周立功 .ARM嵌入式Linux系統構建與驅動開發范例M.北京:北京航空航天大學出版社,2006.3 斯洛斯（Sloss,A.N.）.ARM嵌入式系統開發：軟件設計與優化M.北京:北京航空航天大學出版社,2005.4 ARM&Linux嵌入式系統教程.北京:北京航空航天大學出版社,2004.5 陳賾ARM9嵌入式技術及Linux高

15、級實踐教程M 北京：北京航空航天大學出版社,20056 孫天澤，袁文菊嵌入式設計及Linux驅動開發指南基于ARM9處理器M 第2版北京:電子工業出版社,2007.7 田澤ARM9嵌入式Linux開發實驗與實踐M 北京:北京航空航天大學出版社,2006.8 于明ARM9嵌入式系統設計與開發教程M 北京:電子工業出版社,2006.9 趙星寒 ARM開發工具ADS原理與應用M 北京:北京航空航天大學出版社，200610 季昱, 林俊超, 宋飛編ARM嵌入式應用系統開發典型實例M 北京:中國電力出版社，2005附錄一附錄二#include <string.h>#include "

16、;2440addr.h"#include "2440lib.h"#include "2440slib.h"#define uint unsigned int#define uchar unsigned charuchar flag/外部中斷服務程序static void_irq Eint0_ISR(void)delay(10);ClearPending(BIT_EINT0);flag=2; static void_irq Eint1_ISR(void)delay(10);ClearPending(BIT_EINT1);flag=2; /中斷初始

17、化函數void Eint_Int(void)rGPFCON=rGPFCON&(3)|(1<<1); /GPF0設置為EINT0rGPFCON=rGPFCON&(3<<2)|(1<<3); /GPF1設置為EINT1rGPFUP|=(1<<0); /GPF0上拉電阻不使能rGPFUP|=(1<<1); /GPF0上拉電阻不使能rEXTINT0=(rEXTINT0&(7<<0)|(2<<0); /設置EINT0為下降沿觸發rEXTINT0=(rEXTINT0&(7<<4)

18、|(2<<4); /設置EINT1為下降沿觸發pISR_EINT0=(unsigned)Eint0_ISR;pISR_EINT2=(unsigned)Eint1_ISR;/開外部中斷void Enable_Eint(void)rEINTPEND=0xffffff; /清除EINTPND寄存器rSRCPND|=BIT_EINT0|BIT_EINT1;rINTPND|=BIT_EINT0|BIT_EINT1;rEINTMASK=(1<<11)|(1<<15);rINTMSK=(BIT_EINT0|BIT_EINT1);/霓虹燈運行顯示void neon_Led(

19、) unsigned long LED; /GPFCON GPF6 13:12 = 01 : Output /GPFCON GPF5 11:10 = 01 : Output /GPFCON GPF4 9:8 = 01 : Output /GPFCON GPF3 7:6 = 01 : Output rGPFCON &= (0x3<<12); rGPFCON |= (0x1<<12); rGPFCON &= (0x3<<10); rGPFCON |= (0x1<<10); rGPFCON &= (0x3<<8); rGPFCON |= (0x1<<8); rGPFCON &= (0x3<<6); rGPFCON |= (0x1<<6); /GPFDAT GPF7:0: Output Datavoid mode0() unsigned char ledtab =0xf7,0xef,0xdf,0xbf; /流水燈接口輸出初值 int i; GPFUP&=0FFFFFFC3; /使能上拉電阻 while(1)