嵌入式系统课程设计方案任务书

2011-2012学年第一学期 理工科软件机电专业适用

一、目的

《嵌入式系统》课程设计为学生提供了一个理论与实践相结合的机会。既锻炼了学生动手能力，又会加深理解学生在课堂所学习的理论知识。通过课程设计可以将课本上的理论知识和实际应用有机的结合起来，培养学生又动脑，又动手，独立思考分析问题的能力，提高学生运用所学知识解决实际问题的综合素质。

《嵌入式系统》课程设计的主要目标是：

（1）掌握构建嵌入式系统软硬件平台的基本技能；

（2）具备基本嵌入式系统下C语言编程能力、嵌入式操作系统基本调试的能力；

（3）了解应用嵌入式系统技术开发一套嵌入式系统设备的方法。

二、设计题目

基于ARM的滚屏LED广告牌开发

三、设计原理

1、点阵LED屏硬件原理

EMBEST实验平台设计了一个 16×16的点阵屏。点阵屏由发光LED矩阵块组成。16×16点阵屏即屏上有 16×16 个LED发光二极管，每个发光二极管可理解为一个像素点，它们被按着行与列的形式整齐地排列，通过控制每个LED（像素点）的亮灭，点阵屏可与计算机同步显示汉字、英文文本和图形。本实验平台的点阵屏电路如下图：

图1 点阵屏的行扫描信号

图2 点阵屏的列扫描信号

图3 点阵屏的行驱动信号

图4 点阵屏的接口电路

本实验平台使用的16×16点阵屏上，每一行16个LED，它们采用共阳极的接法；每一列16个LED，它们采用共阴极的接法。如上图4中，QL1～QL16是点阵屏的行驱动信号，每一个信号控制一行；LR1～LR16是点阵屏的列驱动信号，每一个信号控制一列。故通过利用相应行线输出高电平，相应列线输出低电平，就可以点亮点阵屏上相应的LED。如果按着一定的控制或扫描方法，就可以实现

汉字、图形的显示。 为了能够稳定地控制点阵屏的显示，本实验平台采用了 CD4094作为行线和列线扫描信号的控制芯片。CD4094芯片简单来说就是一串入并出的功能，将CPU的串行数据转化为并行数据输出。 如上图1与图2，行（列）扫描信号分别采用了两片CD4094级连的方式来构成，第一片的数据溢出信号LQS连接到第二片的串行数据输入口。在图1中，当CPU通过DATA引脚串行输入16位的行扫描信号时，第一片CD4094（标号U1101）存储先输入的8位数据，后输入的8位数据通过引脚LQS溢出，然后输入并存储到第二片CD4094（标号U1102）。 CLK信号是时钟信号，当时钟信号为高电平时，CD4094 允许串行输入的数据发生变化。LL1～LL8 是并行输出信号。LOE为全局输出使能信号，当LOE输入高电平时，CD4094 上锁存的并行数据全部输出。列线扫描信号也是同样的方式，如图2。

在图3与图4 中，行线扫描信号LL1～LL16分别外接电阻（限流）后接至NPN型三极管，最后引出行线驱动信号QL1～QL16。三极管提高了行线输出信号的驱动能力。在图4中，如果RQx（x为1～16的整数）输出低电平，那么相应的三极管导通，行驱动信号 QLx（x为1～16的整数）将输出高电平。

2. 软件设计

本实验要求编写点阵屏驱动程序以及点阵屏应用程序。驱动程序要求实现字符、图形显示；应用程序可以调用驱动接口，在点阵屏中显示字符与图形。

要在点阵屏上显示字符、图形，只需要按照字符/图形的编码，点亮矩阵屏上相应的 LED 即可。在本实验平台上，矩阵屏为 16×16 点阵，每屏显示两个字符，只需要把 16×8 点阵的字库码送到可容纳两个字符字库码（2×16字节）的显示缓冲区，然后根据显示缓冲区的内容控制点阵屏上LED灯的亮灭。字库码表明了显示某个字符时点阵屏上的LED 的亮灭布局，每一个LED 灯的状态用一位二进制表示，1表示该LED 亮，0表示该LED灭，对于 16×8点阵的字库码，每个字符的字库码所占用的存储容量为16*8/8 = 16 Byte。

在点阵屏显示驱动程序中，开辟一个显示缓冲区用来接受字库码，（字库码是由应用程序传递过来的） ，然后采用动态扫描的方法来实现字符、图形的显示。每次扫描一行，这样依次循环扫描16行，经过一定的延时处理，就可以实现字符、图片的静态显示。为了实现字符和图片的动态流动显示，还需要一个大小为可容纳3个字符字库码（3×16字节）的缓冲区，该缓冲区中每次保存 3 个字符的字库码。在显示过程中，为了达到流动效果，每次将该缓冲区中的前两个字符字库码的各字节左移 i 位与其后第 16 字节右移 8-i 位相或的结果复制到显示缓冲区中显示，直到第一个字符完全移出、第三个字符完全移入时，更新缓冲区。如此循环即可实现字符的流动显示。

在显示时，根据字库码，对点阵屏逐行动态扫描。扫描时，行线的数据与列线的数据都通过CD4094锁存起来，然后经过片选使能再同时输出。

在本设计中，使用到的通用端口有GPIOB4/5，GPIOC0/7，GPIOD10，GPIOG8，因此对它们的工作模式应配置为输出模式。

四、设计要求

（1）分析矩阵LED屏模块硬件原理图，了解矩阵LED屏块基本的构成及其硬件电路的基本工作原理。

（2）使用ULINK2仿真器连接Embest EduKit-IV实验平台上使用Keil软件编写矩阵LED屏模块的驱动程序并调试，使得矩阵LED屏模块可以正常工作运行。（注：代码要求条理清晰，并在主要程序代码部分添加注释说明） （3）编写相应的嵌入式程序，要求实现在EMBEST开发箱矩阵LED屏左滚屏、右滚屏显示广告内容信息的子程序。

（4）按下开发箱上KEY1，开发箱ADC0通道的转换数值滚屏显示在LED广告屏上，按下开发箱上KEY2，LED广告屏滚屏显示自己名字的拼音。

五、课程设计进度表（17周）

序号 1 2 3 阶段内容 任务分析、需求分析、系统设计 系统调试及报告撰写 提交课程设计报告 （电子版和打印版） 合 计 所需时间 17周（周一） 17周（周二—周四） 17周（周五之前） 1周 六、 考核评估

1．课程设计评分标准

评 定 项 目 1．选题合理，目的明确 2．实验平台搭建合理，MDK代码成功调试，嵌入式开发箱演示正常无误，程序代码达到设计要求。 3．软件设计的总体思想、模块图、流程图，代码准确无误。 4．设计报告的规范化、内容充实、参考文献充分。 总分 2．课程设计报告要求：

（1）不少于25页，电子稿及打印稿（A4）。（注：电子稿请在17周周五前发送至电子邮箱6559603@qq.com，打印稿统一交至机电系办公室）

评分成绩 20分 40分 20分 20分 100分 （2）主要内容及装订顺序：封面（统一提供）、目录、正文、参考文献、附录：嵌入式开发设计主要程序源代码。（注：附录为课程设计报告样稿）

（3）正文部分应该包括：需求分析；总体设计；详细设计；系统测试；系统的不足及需改进的部分等。

（4）设计报告严禁抄袭，否则按不及格论。

《嵌入式系统》课程设计报告

题 目

系 、 部： 学生姓名： 指导教师： 专 业： 班 级： 完成时间：

目 录（3号，黑体，居中）

（空1行，以小4号黑体设置字体及大小，行间距22、字间距标准）

1 XXXXXX………………………………………………………………………… 1.1 XXXXXX……………………………………………………………………… 1.2 XXXXXX………………………………………………………………………

┇

2 XXXXXX………………………………………………………………………… 2.1 XXXXXX……………………………………………………………………… 2.2 XXXXXX………………………………………………………………………

┇

参考文献……………………………………………………………………………… 附录……………………………………………………………………………………

第一章 ××××（3号，黑体，居中，行距30）

（标题下空一行）

1.1 XXXXXX （小3号，黑体，左起，行距30）

1.1.1 XXXXXX（4号，黑体，左起，行距26） （1） XXXXXX（小4号，黑体，左起，行距20）

正文：空4格左起以小四号宋体打印正文，行距20。

图：图题采用中文，中文字体为五号黑体。引用图应在图题右上角标出文献来源。图号以章为单位顺序编号。

图1.1 ×××××（五号黑体）

图1.2 ×××××

表格：按章顺序编号，表内必须按规定的符号标注单位。

表1.1 ×××××(五号黑体)

公式：公式书写应在文中另起一行，居中排列。公式序号按章顺序编号。 S=ab ……………………………… 1.1

V=abh ……………………………… 1.2

参考文献（三号、黑体、居中）

（标题下空一行，以小四号宋体打印参考文献。行距20）

参考文献格式示例： 1 专著著录格式

［序号］著者.书名［Ｍ］.版本(第一版不写).出版地：出版者，出版年.起止页码 例:

［１］孙家广，杨长青.计算机图形学［Ｍ］.北京：清华大学出版社，1995.26~28

Sun Jiaguang, Yang Changqing. Computer graphics［Ｍ］.Beijing: Tsinghua University Press,1995.26~28(in Chinese) 例:

［2］Skolink M I. Radar handbook［Ｍ］. New York: McGraw-Hill, 1990 2 期刊著录格式

［序号］作者.题名［J］.刊名，出版年份，卷号(期号)：起止页码 例:

［3］李旭东，宗光华，毕树生，等.生物工程微操作机器人视觉系统的研究［Ｊ］.北京航空

航天大学学报，2002，28(3)：249～252

Li Xudong, Zong Guanghua, Bi Shusheng, et al. Research on global vision system for bioengineering-oriented micromanipulation robot system［Ｊ］. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2002,28(3):249～252(in Chinese) 3

［序号］作者.题名［A］.见(英文用In)：主编.论文集名［C］.出版地：出版者，出版年.起

止页码

例:

［４］张佐光，张晓宏，仲伟虹，等.多相混杂纤维复合材料拉伸行为分析［Ａ］．见：张为

民编.第九届全国复合材料学术会议论文集(下册)［Ｃ］．北京：世界图书出版公司，1996.410～416 例: ［５］Odoni A R. The flow management problem in air traffic control［Ａ］. In: Odoni A R, Szego

G,eds. Flow Control of Congested Networks［Ｃ］. Berlin: Springer-Verlag,1987.269～298 4 学位论文著录格式

［序号］作者.题名［D］.保存地点：保存单位，年 例: ［6］金 宏.导航系统的精度及容错性能的研究［Ｄ］.北京：北京航空航天大学自动控制系，

1998 5 科技报告著录格式

［序号］作者.题名［Ｒ］.报告题名及编号，出版年 例:

［７］Kyungmoon Nho. Automatic landing

system design using fuzzy

logic[R].AIAA-98-4484,1998 6 国际或国家标准著录格式

[序号]标准编号，标准名称［S］ 例:

［8］GB/T 16159－1996，汉语拼音正词法基本规则［S］ 7 专利著录格式

［序号］专利所有者.专利题名［Ｐ］.专利国别：专利号，出版日期 例:

［9］姜锡洲.一种温热外敷药制备方案［Ｐ］．中国专利：881056073，1989-07-06 8 电子文献著录格式

［序号］作者.题名［电子文献/载体类型标识］.电子文献的出处或可获得地址，发表或更新

日期/引用日期

例:

［10］王明亮.关于中国学术期刊标准化数据系统工程的进展

［EB/OL］． http://www.cajcd.edu.cn/pub/wm1.txt/980810-2.html,1998-08-16/1998-10-04

说明：

① 参考文献应是公开出版物，按在论著中出现的先后用阿拉伯数字连续排序.

② 参考文献中外国人名书写时一律姓前，名后，姓用全称，名可缩写为首字母(大写)，不

加缩写点(见例2).

③ 参考文献中作者为3人或少于3人应全部列出，3人以上只列出前3人，后加“等”或

“et al”(见例3).

④ 在著录中文参考文献时应提供英文著录，见例１、例3.

⑤ 参考文献类型及其标识见表1，电子参考文献类型及其标识见表2.

⑥ 电子文献的载体类型及其标识为： 磁带——MT， 磁盘——DK， 光盘——CD，

联机网络——OL.

表1 参考文献类型及文献类型标识 参考文献 类型 文献类型标识 专著 论文集 报纸文章 期刊文章 学位论文 报告 标准 专利 M C N J D R S P

表2 电子参考文献类型及其标识

电子参考文献类型 电子文献类型标识 数据库 DB 计算机程序 CP 电子公告 EB

附 录（三号、黑体、居中）

（附录下空2行，换行后打印以下内容）

1、计算机源程序或资料