16×64LED点阵显示屏的设计(附完整proteus仿真图和源程序)
16×64LED点阵显示屏的设计(附完整proteus仿真图和源程序)答辩记录1、例举设计过程中遇到的问题及其解决方法(至少两例)。答:(1)问题说明:解决方法:(2)问题说明:解决方法2、教师现场提的问题记录在此(不少丁2个问题)《单片机原理及应用》课程设计摘要LED电子显示屏是利川发光二极管构成的点阵模块或像素单元组成可变面积的显示屏幕,在信息显示领域得到了广泛的应用,实现显示屏的技术也有很多和。本文介绍了基于单片机80C51为控制器的16×64LED点阵显示屏系统的设计。整机以美国 ATMEL公司生产的40脚单片机AT89C51为核心,介绍了以它为控制系统的LED点阵电子显示屏的动态设计和开发过程。通过该芯片控制一个行驱动器74LS154和八个列驱动器74HC595米驱动显示屏显示。该电子显示屏可以显示各种文字或单色图像,全屏能显示4个汉字,采用16块8×8点阼LED显示模块来组成一个16×64点阼显示模式。显示采用动态显示,使得图形或文字能够实现静止、移入移出等多种显示方式。本文介绍了利用 Proteus7.10软件进行原理图的绘制,利用汉字转换软件将汉字转换为将要发送给单片机的点阵数据,在keil软件当中采用C语言编程,与 proteus进行联调,并通过仿真软件Proteus7.10最终实现自己设想的效果,总体上系统的设计简单、显示清晰、成本较低。关键词:单片机;LED;点阼屏;c语言《单片机原理及应用》课程设计目录摘要设计任务基本要求选做设计方案点阵屏显示模块原理数据传输方案系统硬件电路的设计单片机系统及外围电路点阵显示屏设计点阵显示器的扫描驱动系统软件的设计显示驱动程序系统主程序总结参考文献附录:总设计图附录:总源程序《单片机原理及应用》课程设计设计任务从LED材料的不断更新,灰度控制技术的发展,真彩色图像的展现:到驱动电路的灵活、高效,控制系统技术的提高无不体现了LED行业技术的飞跃发展另外,随着计算机的网路技术的发展,LE显示屏在网路环境下的使用情况越来越多,在多媒体、多和显示设备组成的信息显示系统中,采用智能化网路控制,联网控制多屏技术也在实际屮得到应用。本文讨论了利用单片机为控制信号完成一个点阵显示屏系统的设计。11基本要求设计一款能够显示不同字符的点阵广告牌;2.设计不同的字符切换效果(如內烁,静止,平移等);设计控制按钮,可以在不同的效果间切换;12选做4能够显示图形或自定义字符5通过串行口从电脑上下载更新需显示的字符6其他功能(创新部分)图示例图《单片机原理及应用》课程设计设计方案21点阵屏显示模块原理四个8×8的点阵构成一个16×16的点阵,共由256个LED构成。如果LED的阴极与行相连,而阳极与列相连,那么只要给该LED对应的行以低电平,列以高电平,那么对应的LED就发光。图2-1画岀了可显示一个汉字的16×16的点阵屏模块。这种模块由256个发光LED以16×16的形式构成一个正方形模块,然后引出2列16针的引脚将内部电路接口引出,供驱动电路使用0200100fFC200生400gfEO004000800100TFFE010010001000005000200图2.1LED点阵显示原理图行对应的给LED的阴极,先给第一行以低电平,如果送给16列的代码为0200,则第一行的第7个LED被点亮,再给第二行以低电平,如果送给16列的代码为0100,则第二行的第8个被点亮,接着给第三行以低电平,同时给列以动代码,这样不断地进行行行的扫摧,只要速度够快,由于人的祧觉暂留作用,就不会感觉釗明显的闪烁感。点阵上会看到一个清晰的“字”字《单片机原理及应用》课程设计22数据传输方案显然,采用并行方式时,从控制电路到列驱动器的线路数量大,相应的硬件数目多。当列数很多时,并列传输的方案是不可取的。采用牛行传输的方法,控制电路可以只用根信号线,将列数据位一位传往列驱动器,在硬件方面无疑是卜分经济的。但是,串行传输过程较长,数据按顺序一位一位地输出给列驱动器,只有当一行的各列数据都以传输到位之后,这行的各列才能并行地进行显小。这样,对于一行的显小过程就可以分解成列数据准备(传输)和列数据显示两部分。对于串行传输方式来说,列数据准备时间可能相当长,在行扫描周期确定的情况下留给行显示的时间就人少了,以致影响到LED的亮度。解决串行传输中列数据准备和列数据显示的时间矛盾问题,可以采用重叠处理的方法。即在显示本行各列数据的同时,传送下一列数据。为了达到重叠处理的目的,列数据的显示就需要具有所存功能。经过上述分析,就可以归纳出列驱动器电路应具有的功能。对于列数据准备来说,它应能实现串入并处的移位功能;对于列数据显示来说,应具有并行锁存的功能。这样,本行已准备好的数据打入并行锁存器进行显示时,串并移位寄存器就可以准备下一行的列数据,而不会影响行的显示。图22为显示屏电路实现的结构框图列驱动列驱动列驱动列驱动单片机控制器行驱动6×6LED16×⊥6LED16×16LED6×6LED点阵点阵点阵点阵图点阵显示屏系统框图《单片机原理及应用》课程设计系统硬件电路的设计本系统采用单片机作控制器。整个电路主要由单片机控制及其接口电路、驱动显小电路、电源电路等部分纽成。为了简化显示屏电路,降低成本,本系统在单片机部分不加字库存储器,而在机上编辑汉字和字符显示信息,并将其转换为相应的点阵显示数据。然后通过串口送给单片机存储并进行显示处理使件电路大致上可以分成单片机系统及外围电路、列驱动电路和行驱动电路部分。31单片机系统及外围电路单片机采用MSC-51或其兼容系列芯片,采用24MHZ或更高频率晶振,以获得较高的刷新频率,时期显小更稳定。单片机的串口与列动器相连,用来显小数据。P1口低4位与行驱动器相连,送出行选信号;P1.5~P1.7口则用来发送控制信号MSC51单片机部分管脚说明如下:P0口:P0口为一个8位漏级开路刈向I/0口,每脚可吸收8TTL门电流。当P凵的管脚第次写1时,被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序薮据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位P1凵:P1凵是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/0凵,P1凵缓冲器能接收输出4L门电流。P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收P2凵:P2凵为一个内部上拉电阻的8位双向I0凵,P2凵缓冲器可接收输出4个TL门流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将《单片机原理及应用》课程设计输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。在给出地址“I”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2凵输出其特殊功能寄存器的内谷。P2凵在 FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口:P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/0口,可接收输出4个TTL门电流。当P3凵写入“1”后,它们被内部上拉为髙电平,并用作输入。作为输入,由亍外部下拉为低电平,P3凵将输出电流(IL)这是由于上拉的缘故RST:复位输入。当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期的高电平时间XTAL1:反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2:来自反向振荡器的输出。CF气x1灯TAP0ADD□P0.2/AD236C2F4/D4F0.5AD5PO, 3JAD6RSTPO.7/A07A3t4C3H山ARo 1nFP2.2A10PSENP2.3A|1ALEF2.4inP2541328P25A1427P27A|5P123P3. 0/RXD F10F1.1/2EP3. ITXDP3 2/NT0F13P1361. 4P34/014P3 6R16PC/FD17B9C54图单片机最小系统原理图
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MIMO技术原理及应用
PPT内容 pdf 现代通信先进技术MIMO技术原理及应用。MMO系统模型(1)MIMO系统模型(2)■M根发送天线发射的倌号矢量为■N根接收天线上引入的噪声矢量为N根接收天线HM根发送天线(n的每一个分量都是独立同发布的复高斯随机过程)■接攻信号可以表示为r= hs+n〔其中图MIM0系统框图MIMo系统模型(3)MIMO信道模型(1)■独立同分布的复高斯信道为n,表示第j根发送天线到第根接收天线幼冲击响应函数;且都是独立司分布的复机变量,实部和虚部都是高斯随机变量h注:这样的独立高斯信道,一般用于描述较强的散射环境,可以认为是比较理想的信道MIMO信道模型(2)MIMO信道模型(3)■带有相关性的信道模型主散射休>天线之间的间距入射波的到达角入射波的角度扩展接收端多輸入多输出系天线结构示意图MIMO信道模型(4)MIMo信道模型(5)■ nokia空间相关MMo信道模型■每一条路径接收角(A0A)和发送角(AOD)定研究的MHMo信道模型假定在远场区有很少的空间义为关于天线阵列和主要反射体位置的量。独立的主反射体,一个主反射体有一条主要路径■由于本地散射,每一条路径P都会有角度扩展a9),这条路径含有大量的引入波,这些波是由接收机使信号延时几乎相同的时间,但会随AOA的变化:和发射机附近的当地散射体的结构引起的g)=∑)∑yMIMo信道模型(6)MIMo信道模型(7)表示有L个本地散射体。同理定义发送端有当地散射的角度扩展(φ)假设接收天线在发送天线的远区场内。因此式中可假定接收天线接收的是平面波。通过天线阵列,平面波的传播在不同的天线环境下产生时延^。不同天线的波前到达的很小的时间延式中d“是两个邻近的天线的距离,几是通信系統的载迟导致接收天线的相移Φ波波长MIM信道模型(8)MIMO信道模型(9)≯阵列的传播向量包括关于第一个天线的这些■同样,在发送端相移。对于具有相同天线间隔d的线性阵列,向量a。可表示为Oo,uit. d sin o.接收端的相关矩阵为MIMo信道模型(10)MIMo信道模型(11)■发送端的天线之间的相关矩阵Noka空间相关MMO信道的仿真用生成单天线快衰落的方法,生成互相独立的列向量R1=∑ana3)用上述方法分別计算接收天线和发送天线的相关矩阵Rx、RR计算接收天线和发送天线的相关矩阵的Kronecker积,得到总的相关矩阵RNuMIMo信道模型(12)MIM◎信道 Shannon容量(1)Nokia空间相关MMO信道的仿真(续■基于前面所述的信道模型,根据信息论的结论,此将总的相关矩阵进行 Cholesky分解,得到矩阵MIMO系统能达到的系统 Shannon容量为Nx MNC=log;deo+fH”)bsH计算列向量hx=[h,h2,…,hw丁和矩阵其中du)表示取方阵的行列式,是NxN单位矩阵,p为每根CMww的乘积,得到列向量hMN接收天线的信噪比,∥表示信道矩阵的共轭转置■由于信道矩阵H是随机的,上式的容量也是一个随机变量将列向量h进行分段,得到矩阵hM,即为空间相关的MMO信道MIMo信道 Shannon容量(2)MIM信道 Shannon容量(3)■在理想情况下,即MMO信道可以等效为最大数目的独C=log, I/eI立、等增益、并行的子信道时,得到最大的 Shannon容量(为保证系统性能比较是在相同条件下,将发射功率Roll Lahs Tewchaui n AR s, UTs归一化;每根发送天线的发射功率与1/M成比例)当信道列矢量互相正交时可以达到的容量aCaloyM log,(C=Logo/.5以看出,对于采用多天线发送和接收技术的系统,理想情况下的信道容量将随着发射天线的数目成线性増长这就为MIMO的高速数据速率传输奠定了理论基础。MIM信道 Shannon容量(4)MIM信道 Shannon容量(5)■当接收天线和发送天线数目都为8根,且平均H吧M=信噪比为20旧B时,链路容量可以高达42b/s/HzDm5■在大信噪比下,仅仅在链路的一端采用多天线,比两端都采用多天线所取得的容量要小。例如,N=M=2在大信噪比下的容量比N=4,M=1的容量要大图二不同天线数目下, Shann。n容量与SNR曲线MIMo系统的实现接收分集(1)■接收分集■采用一个发送天线,多个接收天线的分集方式,■发送分集能够抗衰落和抗噪声■分层空时结构r=hs+n■空时编码■空时扩频其中■正交发送分集r=r2…y■空时发送分集Th, h,,hy j接收分集(2)接收分集(3)■最大比合并算法(MRc■容量为s=[h,,,+h1…hn=(h2+h2+,+h(+h1nhC-log(+p∑■分集增益为h2+1hP+,+h16发送分集(1)发送分集(2)■采用多个发送天线,一个接收天线的分集方式,能够抗衰落■如果和接收分集保持相同的总的发送功率,则每个发送天线的发送功率为发送分集的1MC=log(1-(p/M∑h■分集增益为(内2+h2F÷.+h)/M发送分集(3)发送分集(5)■上面的发送分集方案是在发送端不知道信道信息的情况下得到的性能,如果发送端准确地知道信道的信息,可以获得与接收分集相同的性S能,下面以2个天线的情况为例加以说明。√h22+|h22■对发送的信息进行预处理,令h2发送分集(6)发送分集(7)■则■系统增益为r= hs+nh2+1h2+.+h2h *s,+h,.s+n■容量为hIh,.s+nN4P+1212°h1P+1h2PC=log(+*∑2)2+|h2*s+n分层空时结构(1)分层空时结构(2)■为了充分利用MMO的信道容量,G. OSchin提出■将信源数据分为多个数据子流,分别经过多个信道编了分层空时结构( BLAST: Bel-laboratories码器编码,或不经过信道编码,直接送入调制映射器Layered Space-Time进行信号映射。输出的多路调制信号进行空间域和时间域的信号构造(对角结构、垂直结构等)后,再由■ BLAST的优点是真正意义上实现了高数据通信多个发射天线发射出去.经无线信道传播后,由多个因为它在多条并行信道里发送的是独立的、没有冗余接收天线接收。在接收机中经空时检测、解调、译码,的信息流,所以它的传输速率将远大于利用传统技术得到判决数据。所得到的传输速率分层空时结构(3)分层空时结构(4)■特点高散射高信噪比T开环系统,因为 BLAST的发射机不需要信道的data ende信息,只需在接收端进行信道预澳Fig 1 V-BLASTHigh-lerei syster dagra:m分层空时结构(5)分层空时结构(6)■发送端将单个用户的数据部变并到多个发送天线上,同时l D-BLAST( Diagonal Bell Laboratories Layered的、并行的发送这些数据,利用多输入和多输出方式在同Space-Time)技术是一种在接收端和发送端均使频率上传输并行信息流。如果信道是多径散射环境足够用多天线矩阵,并运用一种较好的钟层编码的结构,强,在接攻端可以采用 BLAST算法,恢复出原始信号码块在空时结构中分散在对角线在独立的瑞利散射环境中,这种处理技术理论上以使容量与发送天线数目成线而且接近于■ BLAST根据构造方式的不同,可以分为对角结构(D-Shannon容量极限的90%,但是这种算法较复杂BLAST: Diagonal BLAST)和垂直结构( V-BLAST实现较困难Vertical blast)。■ V-BLAST( Vertical BLAST)是一种简化的BLAST检测算法,也就是码块垂直分散在每根天线上在室肉慢表环境中其频谱效率可以达到40bits/Hz。8分层空时结构(7)分层空时结构(8)对角结构的检测也是对角线进行处理的。比如现在需要如图三阶示,设发送天线数检测第1路数据,a3:图中对角线(蓝色)以上部为M=5,5路数括流在5根天线上循环发,比如对于第1分(红色)都是未检测数据,对角线以下部分(绿色)路,第1个数据a在天熊1都是已测数据。对于数据干扰抵消法将巳检测的时间t泼送,第2个数据在b1,c1,d1,e1抵消,再进行检测;对于数据2,用干扰天线2上时间发送,5个时抵消法将已检测的b:;2d抵消,再用干扰置零法将未控间段完成一个循环测的巳2消除,再进行检测,依此类推。分层空时结构(9)分层空时结构(10)■发射机采用循环变动的结构;就避免了某一路数据因为信道条件的不好,而导致连续的误码,从如图四所示,设发射天线数而影响整个接收机的性能.D- BLAST能够达到为M5,5路数据流分別在5根天线上并行发送,第Shannon容量的90%,其运算极其复杂;所以贝路的数据恒在天线1尔实验室又进一步提出了 V-BLAST算法上发送:第二路的数据也恒在天线2上发送;等等依次类推分层空时结构(11)分层空时结构(12)广在检测时间!1的数据时,先计算出信道转移炬阵■ V-BLAST迫零算法的伪逆,取出其中模数最小的行向量,亦即对应于最大信噪比■迫零(ZF)矢量(w:i=1,2…,M)的数椐,假设为C1,用干扰置零法将术检测的a1hd,消除从而进行C1的检测,检测后的C1应在总的接收信号去掉它的影响,并且在信道转移矩阵中去掉相应的列向量,生成新的信7(H);=道矩阵;再计算此信道粳阵的伪逆,依此类推其中(为H的第j列,d为 Kronecker delta函数,迫零炬阵HH(伪逆)分层空时结构(13)分层空时结构(14)≯假设发送信号向量为a=(x1,42…,ax),对应的N维摄■V- BLAST迫零加干扰消除算法向量为由矩阵理论可知,矩阵H的列数越少,迫零失量的模越小所以性能越好y=Wr=(H"H)H"(Ha+v)=a+H"H"*v分层空时结构(15)分层空时结构(16)V- BLAST加干扰消除检测算法是一个循环过程,包括优化排序方法■以下是一个循环递归过程的选取W;=(G,)rGI=H=(HH)H(ZF这样就判决出了一个信号.然后把它的影响从接收信号中减去,并去掉k,= arg min (G;lI信道转移矩阵肀相应的列,得到新的转移矩降,并确定新竹伪迸阵,确定耕的判决顺序注:1k1,k为检测过程的排序2k1为追零矩阵G1中具有最小模值的行向k:= argmin(G21),‖表示H中去掉的量第《列后卓伪逆分层空时结构(17)分层空时结构(18)a的第k个成分检测后的SNR为■最小均方误差(MMSE)算法H*=( I+H"H)H在栓测过程中,不同的推序会产生不同的P1:例如M=3的系统,一般来说,先检测1和先检测2,所褥的■只是迫零矢量变化,不能严格迫零,但是使总的嗓声加干是不一样的。假没的所有成分均采用相同的消除方法:则扰的方差最小。信噪比内最小的成分将决定系純的误码率性能。因此,该系统中我们可以采用一种最小信噪比最大亿的概念。在榍环检测过程中,每一步我们都选择最好的,从这种将最小信嗅比最大化的意义上来说,就可以萩得最优化排序510
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