双模式USB的LED控制系统设计.pdf

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1、1．引言LED发光二极管由于其全固态、长寿命、低电压驱动，使之在各个领域得到广泛的应用。不同亮度的RGB三基色LED可以混合成各种颜色，实现彩色显示常用于医疗设备、探测系统、LCD背光以及室外装饰照明等应用场合。LED控制方案主要包括DMX512协议、DALI总线、SPI等，这些方案大部分是采用RS232或者485总线实现在线更新控制数据。USB是一种应用于计算机领域的接口技术，与通常的串1：3(RS232)通信接口相比，USB接口开发难度更大。USB接口以其单一化、即插即用、便捷、易拓展性和高速等特点得到广泛的推广与应用。南京沁恒电子推出的

2、USB接口芯片CH375为开发提供了便捷条件。本文采用CH375芯片实现双模式USB应用于LED控制系统中，给出了主从机模式下的软件设计方法，通过单片机控制CH375工作在主机或者从机模式下分别读u盘、接收上位机数据，来实现对RGBLED的控制。在LED控制芯片的选择上，结合价格、PCB各方面的因素，本文采用天微电子的三通道LED控制芯片TMl803。图l系统硬件结构框图2．系统结构框图系统的设计思想是采用模块化设计方法，硬件电路设计框图如图l所示。系统的工作原理为：CH375由单片机控制U盘中的文件；当CH375工作在设备模式下时，上位机通

3、过USB从机线实现与单片机的通信fI】；主机和从机模式的选择通过判断单片机的P33口是否为高电平来实现，P33为高电平时CH375工作于设备状态，否则工作于主机状态：单片机把从U盘或上位机获得的控制数据来实现对级联的TMl803实时控制：拓展的外部RAM用于读U盘和USB通信的数据缓冲；串口通信电路有利于对硬件系统的调试，方便开发。3．硬件电路设计3．1CH375模块硬件电路设计在USB芯片的选择一般有两种方式：一是采用集成USB通讯功能的微处理器，比如：8x930A、CY7C630、EZUSB等。这些微处理器具有USB接口，但是兼容性较差，

4、需要购买新的开发系统，成本较高。另一种采用专用的USB芯片，比如USBN9602、PDIUSBDl2等。但是要求设计人员对USB协议标准，固件编程及驱动程序编写等有深入的理解[21。本系统中使用的USB接口芯片CH375使用非常简单，只要熟悉单片机及简单的VC编程就能在短时间内入手。CH375芯片在本地端有8位数据总线和读、写、片选控制线以及中断输出[31，可以方便地挂载在单片机等控制器的系统上；CH375支持USB．HOST主机方式和USB．DEVICE设备方式；CH375与单片机的接口电路如图2所示。作者简介：竹进华，男，江西抚州人，硕士

5、研究生，研究方向：新能源技术。田2CH375与单片机STCllXX的硬件接口电路一63—独灰度、级联控制实现户外大屏的彩色点阵发光控制。芯片采用单线级联，8位(256灰度等级)数据解析，采用单极性归零码的方式收发数据，芯片在上电复位后，通过Dl接收数据，接收完24位后，DO端口开始发送数据给下一级联芯片，在转发之前DO一直拉低。数据接收期间，如果接收到一个长时间的低电平，芯片即刻把锁存的24位有效数据刷入到PWM寄存器里更新PWM显示。处理完成后芯片重新等待下一个数据帧的输入。TM1803芯片的时序波形有三个(0码为680ns高电平，1360

6、ns低电平；1码为1360ns高电平，680ns低电平；RESET码为24us低电平；0码、l码的时序容许误差为区±150ns)。TMl803接在单片机Pl口的任意一个I／O口即可，如图3示。3．3串口通信模块硬件电路MAX232是常用的串口通信电平转换芯片，本文串口通信电路是采用MAX232芯片进行电平转换。图3TMl803级联应用与MCU硬件接口3．4硬件设计注意事项硬件设计时的抗干扰对电路板的稳定运行相当重要，在PCB的设计和调试的过程中，主要在CH375模块，要注意一下几个方面：(1)选取容量为0．IuF的独石或者高频瓷片电容用于外部

7、电源退耦：(2)D+和D一信号线接近平行布线，两侧尽量覆铜；(3)USB主机接口出要接上100uF的电解电容，电阻不要太大，否则会造成U盘供电不足而无法读U盘数据；(4)USB设备接口上的两个电阻最后不要超过lK，否则会造成判断P33电平不够灵敏；这是本文在调试过程中·———64··——碰到的一些问题的总结。4．软件设计4．1上位机软件设计上位机软件包括串口通信和USB通信两部分。串口通信用MSCOMM控件来实现，方便简单，能够在PC机上显示CH375常见的错误。USB通信部分采用CH375动态链接库DLL提供的面向功能的API，所有的API

8、在调用后都有操作返回状态。CH375动态链接库提供的API包括：设备管理API、数据传送API、中断处理API。编写程序时在计算机上安装好CH375的通用驱动程序、