畢業(yè)論文---led音頻顯示電路設(shè)計與制作

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本論文對當(dāng)前傳統(tǒng)的音頻電平顯示電子產(chǎn)品進(jìn)行了分析和討論，針對當(dāng)前的各種不同音頻電平顯示產(chǎn)品的優(yōu)缺點(diǎn)，選出最適合的制作音頻電平顯示產(chǎn)品的，方案，然后根據(jù)這個方案的內(nèi)容設(shè)計和制作LED音頻顯示電路。</p><p>　　本論文中的LED音頻顯示電路，以矽恩微電子生產(chǎn)的SN3728專業(yè)LED驅(qū)動芯片為核心

2、，以51單片機(jī)為控制器，對輸入的音頻信號進(jìn)行處理，最后以8*8的LED陣列顯示各個頻段的振幅。</p><p>　　設(shè)計主要完成的內(nèi)容有：</p><p>　?。?）根據(jù)設(shè)計需要，畫出方框圖，并選擇音頻處理電路；</p><p>　?。?）對選擇的芯片進(jìn)行分析，設(shè)計音頻信號的處理電路；</p><p>　　（3）根據(jù)SN3728的資料內(nèi)容，通

3、信協(xié)議，設(shè)計控制器電路；</p><p>　　（4）用51單片機(jī)軟件模擬SPI通信驅(qū)動程序，對SN3728傳送數(shù)據(jù)；</p><p>　?。?）結(jié)合題目要求和芯片SN3728的資料，選定8*8的LED陣列，并設(shè)計電路；</p><p>　?。?）通過實(shí)驗(yàn)和計算對設(shè)計中的數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。</p><p>　　本論文中的LED音頻顯示電路制作簡單，

4、成本低，穩(wěn)定性高，所用的元器件幾乎都是是平常見到的。對傳統(tǒng)的LED音頻顯示電路進(jìn)行了優(yōu)化，使之平民化。</p><p>　　本論文從方案的選定，芯片的選擇，各個模塊電路的制作、工作原理，程序的編寫都進(jìn)行了比較詳細(xì)的說明和分析。</p><p>　　特別要注意的是，在電路的設(shè)計中，遇到比較大的困難是芯片SN3728的焊接和用單片機(jī)軟件模擬SPI通信協(xié)議。芯片SN3728的封裝為QFN-24，

5、無引腳的貼片封裝，這個給沒有專業(yè)焊接工具的人來說，是一個比較難以解決的問題；51單片機(jī)沒有SPI接口，只能用軟件模擬的方法來替代SPI接口，這要求編程人員對SPI協(xié)議非常了解，特別是數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r序關(guān)系。</p><p>　　關(guān)鍵詞：LED音頻顯示；SN3728；SPI協(xié)議；單片機(jī) </p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p

6、>　　Te thesis of the current audio level display the traditional electronic products are analyzed and discussed, for the current audio level display a variety of advantages and disadvantages of products, select the mos

7、t suitable audio level display produced products, programs, and then The program content design and production of audio LED display circuit.</p><p>　　The thesis of the LED audio display circuit to silicon mi

8、croelectronics production SN3728 ex professional LED driver chip as the core, with 51 single chip as controller of the input audio signal processing, and finally to 8 * 8 LED array display in various frequency bands ampl

9、itude. The main contents of the completion of the design: (1) According to the design requirements, draw a block diagram, and select the audio processing circuit; (2) of the selected chip analysis, design, a

10、udi</p><p>　　With particular attention to that in circuit design, the difficulties encountered in larger chip SN3728 welding and the use of SCM software to simulate the SPI communications protocol. SN3728 ch

11、ip package for the QFN-24, no pin SMD package, the welding tools to no professional person who is a more difficult problem; 51 microcontroller SPI interface, not only with the software simulation methods。Alternative SPI

12、interface, which requires programmers to the SPI protocol is very understanding, espec</p><p>　　keywords：LED audio display; SN3728; SPI protocol; SCM</p><p><b>　　引言</b></p>&l

13、t;p>　　隨著現(xiàn)代音響技術(shù)的不斷提高， 人們不僅希望聽到音頻的效果，而且希望更直觀的看到音頻信號處理后的形態(tài)。隨著生活的提高，人們對舞臺的音響效果的要求也愈來愈高，所以音響師來說，需要一種能實(shí)時顯示音頻電平高低的電子產(chǎn)品，以便對音頻信號及時進(jìn)行處理，以達(dá)到最佳的音響效果。傳統(tǒng)的音頻電平顯示產(chǎn)品，一般用多個模擬濾波器把音頻信號分成多個頻段，再用LED顯示電平的高低。這種傳統(tǒng)的音頻顯示產(chǎn)品制作復(fù)雜，穩(wěn)定性低，體積大。本文就如何簡化制

14、作、提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性進(jìn)行分析和討論。</p><p><b>　　1.1方案論證：</b></p><p>　　方案一：用8個運(yùn)算放大器制作成8個帶通模擬濾波器，把音頻信號分成8個頻段，</p><p>　　每個頻段用8個發(fā)光二極管顯示電平值。</p><p>　　方案二：先把音頻信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，再用DSP對轉(zhuǎn)換后的數(shù)

15、字信號進(jìn)行FFT運(yùn)算，分成8個頻段，最后用8個發(fā)光二極管顯示電平值。</p><p>　　方案三：采用矽恩電子的SN3728芯片。用51單片機(jī)控制SN3728芯片，SN3728對輸入的音頻信號進(jìn)行處理，然后用8*8陣列發(fā)光二極管顯示電平值。</p><p>　　對三個方案進(jìn)行比較可知：方案一制作復(fù)雜，對電阻值，電容值的精度要求比較高，而且穩(wěn)定性差；方案二對硬件的要求比較低，但是成本高，需要

16、DSP開發(fā)工具；方案三制作簡單，成本低，而且不用專門的開發(fā)工具，具有方案一和方案二的優(yōu)點(diǎn)，又去了方案一和方案二的缺點(diǎn)，綜上所述，選擇方案三.</p><p>　　1.2設(shè)計制作工作步驟</p><p>　　1.2.1. 根據(jù)題目要求，提出多種方案，并對提出的方案進(jìn)行論證，選定最合適的方案。</p><p>　　1.2.2 根據(jù)所選的方案內(nèi)容，畫出總體方框圖。<

17、;/p><p>　　1.2.3 以總體方框圖為根本 ，對電路進(jìn)行模塊化處理，分成單片機(jī)模塊和SN3728模塊。</p><p>　　1.2.4 用protel99畫出模塊電路，分別畫出51單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊電路，參考SN3728的芯片資料畫出SN3728模塊的電路。</p><p>　　1.2.5 購買元器件， 制作電路板，焊接元器件，調(diào)試并修改。</p&g

18、t;<p>　　1.2.6 根據(jù)SPI總線協(xié)議編寫程序，用51單片機(jī)軟件模擬SPI,對SN3728專送數(shù)據(jù)。</p><p>　　1.2.7 加電，對整個電路進(jìn)行總調(diào)試，對出現(xiàn)的問題進(jìn)行處理和修改。</p><p>　　1.2.8 對調(diào)試結(jié)果進(jìn)行分析，對電路的功能、穩(wěn)定性進(jìn)行評估。</p><p><b>　　硬件設(shè)計</b>

19、;</p><p>　　1.1 總體方框圖</p><p><b>　　SN3728模塊</b></p><p>　　1.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊</p><p>　　本模塊中的單片機(jī)為51系列的單片機(jī)，該系列單片機(jī)由Intel公司生產(chǎn)。</p><p>　　在從多單片機(jī)中，51單片機(jī)結(jié)構(gòu)相對簡

20、單，價格比較低廉，有4個雙向的8位平行I/O口，最高時鐘頻率可高達(dá)33MHz.由分析芯片SN3728的資料可知，芯片SN3728采用SPI協(xié)議或協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，再根據(jù)SPI通信協(xié)議的內(nèi)容可知，若用51單片機(jī)軟件模擬SPI與SN3728進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，完全可以達(dá)到目的。</p><p><b>　　電路圖如下：</b></p><p>　　單片機(jī)最小系統(tǒng)作為整個電路的控

21、制部分，對SN3728模塊傳送數(shù)據(jù)，起控制作用。</p><p>　　單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊由三個部分組成：電源電路、時鐘電路、復(fù)位電路。</p><p>　　電源電路：任何有源器件都需要電源，該電路為系統(tǒng)提供電壓電源，電源值為5V.</p><p>　　時鐘電路：51單片機(jī)各個功能部件的運(yùn)行都是以時鐘控制信號為基準(zhǔn)，有條不紊地一拍一拍地工作。常用的時鐘電路設(shè)計有兩種，

22、一種是內(nèi)部時鐘電路，另一種方式為外部時鐘方式。本模塊采用內(nèi)部時鐘方式。</p><p>　　51單片機(jī)內(nèi)部有一個用于振蕩器的高益反相放大器，該高益反相放大器的輸入端為芯片引腳XTAL1，輸入端引腳為XTAL2.這兩個引腳跨接石英晶體振蕩器（簡稱晶振）和微調(diào)電容，就構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。電路中的電容典型值通常為30PF左右。對外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會影響振蕩頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性和起振

23、的快速性。晶振的振蕩頻率的范圍通常是在1.2MHZ-24MHZ。晶振的頻率越高，則系統(tǒng)的時鐘頻率也就越高，單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越高。本電路對時鐘信號的要求不高，所以電容取30PF,晶振取12M.</p><p>　　復(fù)位電路：51單片機(jī)有時會出現(xiàn)程序跑飛的現(xiàn)象，這時就需要對單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位，使其回到最初狀態(tài)。</p><p>　　復(fù)位，是51單片機(jī)的初始化操作，只要給51單片機(jī)的的復(fù)位引腳R

24、ST加上大于2個時鐘周期的高電平就可以使單片機(jī)復(fù)位。復(fù)位時，PC初始化為0000H，市單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程序。</p><p>　　51單片機(jī)的復(fù)位時由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)，一般來說，復(fù)位電路有上電復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。本模塊采用按鍵電平復(fù)位電路，這種復(fù)位方式是按鈕復(fù)位電路其中的一種。</p><p>　　這種復(fù)位電路同時具有上電自動復(fù)位和有按鍵按下時復(fù)位功能。</p&

25、gt;<p>　　工作原理：沒有按鍵按下時：由于電容C5的隔直流作用，RST引腳上的電壓為0V;</p><p>　　有按鍵按下時：電源電壓和R3和R4組成一個回路，電流通過R4對電容進(jìn)行充電，RST引腳的電壓升高，由R3、R4的串聯(lián)關(guān)系可知，RST引腳的電壓可升至.</p><p>　　按鍵彈起時，電容放電公式：</p><p>　　按鍵按下時，并彈

26、起時，有一個高電平的脈沖，而且這個高電平脈沖的時間大于2個時鐘周期，滿足復(fù)位條件，可實(shí)現(xiàn)復(fù)位。</p><p>　　1.3 SN3728模塊</p><p>　　SN3728模塊以芯片SN3728為主，加上外圍電路組成和8*8發(fā)光二極管陣列。電路圖如下：</p><p>　　芯片SN3728是廈門矽恩微電子推出的音頻調(diào)制矩陣LED驅(qū)動器。</p>&

27、lt;p>　　帶音樂均衡器顯示及畫面音樂同步呼吸功能的LED點(diǎn)陣驅(qū)動芯片SN3728。該芯片內(nèi)建ADC，記憶寄存器以及智能數(shù)字信號處理模塊，采用自掃描方式，無須外部軟件實(shí)時處理，便可同步顯示音樂均衡器各頻段能量柱狀效果以及支持任意畫面編程呼吸或者音樂同步呼吸的效果。SN3728的LED點(diǎn)陣驅(qū)動方案可以為便攜產(chǎn)品加入個性化元素，使產(chǎn)品更加吸引消費(fèi)者，從而提升產(chǎn)品的競爭力。SN3728芯片是一個通用的8*8LED點(diǎn)陣驅(qū)動器，它具有一個

28、音頻均衡器（EQ）的模式或一般的LED點(diǎn)陣模式。一般的發(fā)光二極管矩陣顯示默認(rèn)是8*8配置，但是，它也可以為5*11,6*10,7*9配置點(diǎn)陣顯示。任何矩陣圖像亮度可由音頻信號調(diào)制。均衡器或音頻矩陣顯示模式，在這兩種模式下，數(shù)組內(nèi)部掃描，只需要一次編程，從而消除了對實(shí)時系統(tǒng)資源利用的需要。它通過I2C或SPI接口規(guī)劃LED陣列。在通用顯示模式，在整個過程里，LED陣列的每個點(diǎn)是獨(dú)立的規(guī)劃開或關(guān)，在音頻EQ模式，X軸代表頻段，而Y軸代表音頻

29、輸入信號每個波段的振幅。一列LED點(diǎn)亮的數(shù)量與音頻信號相應(yīng)頻段的振幅強(qiáng)度成正比。</p><p><b>　　特征：</b></p><p>　?。?）5-8控制電流源輸出行。</p><p>　?。?）8--11掃描輸出控制列。</p><p>　?。?）可編程8x8, 7X9，6X10，5X11矩陣。</p&g

30、t;<p>　?。?）一次編程 ，內(nèi)部掃描。</p><p>　?。?）內(nèi)部寄存器設(shè)置或音頻信號控制全量程LED電流。</p><p>　　（6）音頻均衡器顯示輸入增益。</p><p>　　（7）LED點(diǎn)陣亮度可由音頻調(diào)制。</p><p>　　（8） I2C或SPI兼容接口。</p><p>　　（9

31、）SN3728I424E-A0： I2C接口 </p><p>　　SN3728I424E-B0： SPI接口</p><p>　　本模塊中，采用B0型，SPI通信接口。</p><p>　　SN3728I424E-B0引腳圖如右圖</p><p>　　SN3728I424E-B0 引腳說明:</p><p><

32、b>　　電氣特性：</b></p><p><b>　　寄存器定義 </b></p><p><b>　　00H配置寄存器 </b></p><p>　　SSD 軟件關(guān)機(jī)</p><p>　　0 正常工作 1 軟件關(guān)機(jī)模式</p>

33、<p>　　Audio_EN 音頻輸入啟用 </p><p>　　0 矩陣強(qiáng)度是受當(dāng)前設(shè)置的燈光效果寄存器（0Dh）影響的 </p><p>　　1 使音頻信號調(diào)制為矩陣強(qiáng)度點(diǎn)陣顯示模式 </p><p>　　ADM陣列模式選擇 </p><p>　　00：8X8點(diǎn)陣顯示模式 </p><p&

34、gt;　　01：7X9點(diǎn)陣顯示模式 </p><p>　　10：6X10點(diǎn)陣顯示模式 </p><p>　　11：5X11點(diǎn)陣顯示模式 </p><p>　　01h列數(shù)據(jù)寄存器（CD1~CD11） </p><p>　　陣列中每一列LED的關(guān)或開的列數(shù)據(jù)寄存器</p><p>　　Rx: LED狀態(tài) </p&g

35、t;<p><b>　　0： LED關(guān)閉 </b></p><p><b>　　1： LED開啟 </b></p><p>　　0Dh: 燈光效果寄存器</p><p>　　AGS音頻輸入增益選擇 </p><p>　　000：增益= 0db</p><p>

36、　　001：增益= +3db</p><p>　　010：增益= +6db</p><p>　　011：增益= +9db</p><p>　　100：增益= +12db</p><p>　　101：增益= + 15db</p><p>　　110：增益= +18db</p><p>　　111：

37、增益= -6db</p><p>　　CS:每一行輸出的全電流設(shè)置 </p><p><b>　　0000：40mA</b></p><p>　　0001：45 mA</p><p>　　... ... ... ...</p><p>　　0111：75 mA</p><p&g

38、t;<b>　　1000：5 mA</b></p><p>　　1001：10mA </p><p>　　... ... ... ...</p><p>　　1110：35 mA</p><p>　　0Fh音頻均衡寄存器</p><p>　　AE_EN:音頻均衡顯示模式</p>&l

39、t;p>　　0：禁用 1：啟用</p><p><b>　　典型應(yīng)用 </b></p><p>　　音頻均衡器（音頻均衡器）模式 </p><p>　　SN3728的音頻均衡器模式，或音頻EQ模式功能。它顯示三個不同的頻帶的音頻信號.振幅。音頻輸入由可調(diào)增益放大器和低通濾波器（LPF），一個帶通 (HPF).過濾器（BPF）和高

40、通濾波器（HPF）緩沖。三個濾波器輸出電壓的振幅由一個8位閃存一個接一個ADC采樣和轉(zhuǎn)換。 </p><p>　　在音頻均衡器模式中，只有8列是有效的，顯示的音頻信號的三個波段。當(dāng)SN3728配置為7 * 9，6 * 10或5 * 11，只通過C8座列C1將被使用，其余列將始終處于關(guān)閉狀態(tài)。</p><p>　　在通用點(diǎn)陣顯示時序圖如下圖。該SN3728在初始上電配置為一通用8 * 8點(diǎn)矩

41、陣顯示模式。列管C[8:1]掃描8列在3.79KHz頻率，或每幀264us。每列被選中為32us。非重疊區(qū)間相鄰的列是1微秒。該SN3728還可以配置為7 * 9，6 * 10或5 * 11點(diǎn)陣顯示模式。框架期改變略有不同的列數(shù)</p><p>　　在LED的8X8點(diǎn)陣顯示模式。列有共同的LED陰極，并連接到的C1：C8中產(chǎn)出。該行連接到該行的驅(qū)動程序。每64個LED可以另行處理。通過選定的列寄存器01H的?08

42、h中所述的寄存器定義部分。</p><p>　　電源旁路和接線為了達(dá)到的最佳性能，SN3728應(yīng)該放在非常接近的LED顯示屏盡量減少電磁干擾和影響布線電感，此外，建議在VDD和GND引腳之間連接電解電容和陶瓷電容器，以避免電源波動。</p><p>　　初始上電在初始上電時，SN3728寄存器復(fù)位它們的值默認(rèn)為空白，這個時候，所有的寄存器應(yīng)以所需的程序進(jìn)行運(yùn)作。</p>&

43、lt;p>　　軟件關(guān)斷模式該SN3728器件具有軟件關(guān)斷模式，其中，他們只消耗1.7A（典型值）電流。關(guān)斷模式是通過進(jìn)入到寫配置寄存器。當(dāng)SN3728是關(guān)機(jī)模式下，所有驅(qū)動電流源和數(shù)字被關(guān)閉，使該數(shù)組被清空。關(guān)斷模式可以被用來作為一種手段，降低功耗或產(chǎn)生一個閃爍顯示器（多次進(jìn)出停機(jī)模式）。</p><p><b>　　接口：</b></p><p>　　(In

44、ter－Integrated Circuit)總線是一種由PHILIPS公司開發(fā)的兩線式串行總線，用于連接微控制器及其外圍設(shè)備。I2C總線產(chǎn)生于在80年代，最初為音頻和視頻設(shè)備開發(fā)，如今主要在服務(wù)器管理中使用，其中包括單個組件狀態(tài)的通信。例如管理員可對各個組件進(jìn)行查詢，以管理系統(tǒng)的配置或掌握組件的功能狀態(tài)，如電源和系統(tǒng)風(fēng)扇?？呻S時監(jiān)控內(nèi)存、硬盤、網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)溫度等多個參數(shù)，增加了系統(tǒng)的安全性，方便了管理。 總線特點(diǎn) 總線最主要的優(yōu)

45、點(diǎn)是其簡單性和有效性。由于接口直接在組件之上，因此總線占用的空間非常小，減少了電路板的空間和芯片管腳的數(shù)量，降低了互聯(lián)成本?？偩€的長度可高達(dá)25英尺，并且能夠以10Kbps的最大傳輸速率支持40個組件?？偩€的另一個優(yōu)點(diǎn)是，它支持多主控(multimastering)， 其中任何能夠進(jìn)行發(fā)送和接收的設(shè)備都可以成為主總線。一個主控能夠控制信號的傳輸和時鐘頻率。當(dāng)然，在任何時間點(diǎn)上只能有一個主控。 總線工作原理 總線的構(gòu)成及信號類型

46、 總線是由數(shù)據(jù)線SDA和時鐘SCL構(gòu)成的串行總線，可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。在CPU與被控IC之間、IC與IC之間進(jìn)行雙</p><p>　　開始信號：SCL為高電平時，SDA由高電平向低電平跳變，開始傳送數(shù)據(jù)。結(jié)束信號：SCL為低電平時，SDA由低電平向高電平跳變，結(jié)束傳送數(shù)據(jù)。 應(yīng)答信號：接收數(shù)據(jù)的IC在接收到8bit數(shù)據(jù)后，向發(fā)送數(shù)據(jù)的IC發(fā)出特定的低電平脈沖，表示已收到數(shù)據(jù)。CPU向受控單元發(fā)出一個信號后，等

47、待受控單元發(fā)出一個應(yīng)答信號，CPU接收到應(yīng)答信號后，根據(jù)實(shí)際情況作出是否繼續(xù)傳遞信號的判斷。若未收到應(yīng)答信號，由判斷為受控單元出現(xiàn)故障。</p><p>　　SN3728-A0采用串行總線，這符合協(xié)議，通過兩條線SCL和SDA,控制芯片的功能。SN3728-A0有一個8位的從機(jī)地址。A2位和A1位由連接到AD腳決定。</p><p><b>　　完整的從機(jī)地址是：</b&g

48、t;</p><p>　　SCL線是單向的。在SDA線雙向（集電極開路）與上拉電阻（通常4.7k）。最大時鐘頻率通過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為400KHz。在這討論中，主人是微控制器和被控制的是芯片SN3728。時序圖如下圖。SDA是鎖定在SCL為穩(wěn)定高電平時，SDA線應(yīng)在不使用時維持高電平。該時序圖分成六大部分。當(dāng)SCL信號為高時，SDA信號變低，開始信號產(chǎn)生。開始信號將通知連接到總線的所有設(shè)備，檢查輸入的地址對應(yīng)他們自己的芯

49、片地址。下一個發(fā)送的是8位芯片的地址，最重要的位第一個發(fā)送。SCL在高電平時，每一個地址位必須是穩(wěn)定的。最后一位地址位被發(fā)送后，主機(jī)檢查SN3728的應(yīng)答信號。主機(jī)高通過上拉電阻釋放SDA線。然后主機(jī)發(fā)送一個SCL脈沖。如果SN3728收到的地址是正確的，那么它在SCL的脈沖時，保持SDA低電平。如果SDA線不是低電平，主機(jī)應(yīng)發(fā)送一個停止信號和停止傳送。一個字節(jié)數(shù)據(jù)發(fā)送后，SN3728必須生成一個承認(rèn)以指示該數(shù)據(jù)收到。如果主機(jī)有更多的字

50、節(jié)數(shù)據(jù)發(fā)送到SN3728，重復(fù)前面的步驟即可，直到所有的字節(jié)數(shù)據(jù)字節(jié)已發(fā)送。該停止信號意味傳輸結(jié)束。</p><p>　　各引腳時序關(guān)系如下表：</p><p><b>　　SPI接口：</b></p><p><b>　　SPI協(xié)議概括：</b></p><p>　　SPI，是英語Serial P

51、eripheral interface的縮寫，顧名思義就是串行外圍設(shè)備接口。是Motorola首先在其MC68HCXX系列處理器上定義的。SPI接口主要應(yīng)用在 EEPROM，F(xiàn)LASH，實(shí)時時鐘，AD轉(zhuǎn)換器，還有數(shù)字信號處理器和數(shù)字信號解碼器之間。SPI，是一種高速的，全雙工，同步的通信總線，并且在芯片的管腳上只占用四根線，節(jié)約了芯片的管腳，同時為PCB的布局上節(jié)省空間，提供方便.</p><p>　　SPI的通

52、信原理很簡單，它以主從方式工作，這種模式通常有一個主設(shè)備和一個或多個從設(shè)備，需要至少4根線，事實(shí)上3根也可以（單向傳輸時）。也是所有基于SPI的設(shè)備共有的，它們是SDI（數(shù)據(jù)輸入），SDO（數(shù)據(jù)輸出），SCK（時鐘），CS（片選）。</p><p>　?。?）SDO 主設(shè)備數(shù)據(jù)輸出，從設(shè)備數(shù)據(jù)輸入</p><p>　?。?）SDI 主設(shè)備數(shù)據(jù)輸入，從設(shè)備數(shù)據(jù)輸出</

53、p><p>　?。?）SCLK 時鐘信號，由主設(shè)備產(chǎn)生</p><p>　?。?）CS 從設(shè)備使能信號，由主設(shè)備控制</p><p>　　其中CS是控制芯片是否被選中的，也就是說只有片選信號為預(yù)先規(guī)定的使能信號時（高電位或低電位），對此芯片的操作才有效。這就允許在同一總線上連接多個SPI設(shè)備成為可能。</p><p>　　接下

54、來就負(fù)責(zé)通訊的3根線了。通訊是通過數(shù)據(jù)交換完成的，這里先要知道SPI是串行通訊協(xié)議，也就是說數(shù)據(jù)是一位一位的傳輸?shù)摹＿@就是SCK時鐘線存在的原因，由SCK提供時鐘脈沖，SDI，SDO則基于此脈沖完成數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)輸出通過 SDO線，數(shù)據(jù)在時鐘上升沿或下降沿時改變，在緊接著的下降沿或上升沿被讀取。完成一位數(shù)據(jù)傳輸，輸入也使用同樣原理。這樣，在至少8次時鐘信號的改變（上沿和下沿為一次），就可以完成8位數(shù)據(jù)的傳輸。 </p>&

55、lt;p>　　要注意的是，SCK信號線只由主設(shè)備控制，從設(shè)備不能控制信號線。同樣，在一個基于SPI的設(shè)備中，至少有一個主控設(shè)備。這樣傳輸?shù)奶攸c(diǎn)：這樣的傳輸方式有一個優(yōu)點(diǎn)，與普通的串行通訊不同，普通的串行通訊一次連續(xù)傳送至少8位數(shù)據(jù)，而SPI允許數(shù)據(jù)一位一位的傳送，甚至允許暫停，因?yàn)镾CK時鐘線由主控設(shè)備控制，當(dāng)沒有時鐘跳變時，從設(shè)備不采集或傳送數(shù)據(jù)。也就是說，主設(shè)備通過對SCK時鐘線的控制可以完成對通訊的控制。SPI還是一個數(shù)據(jù)交

56、換協(xié)議：因?yàn)镾PI的數(shù)據(jù)輸入和輸出線獨(dú)立，所以允許同時完成數(shù)據(jù)的輸入和輸出。不同的SPI設(shè)備的實(shí)現(xiàn)方式不盡相同，主要是數(shù)據(jù)改變和采集的時間不同，在時鐘信號上沿或下沿采集有不同定義，具體請參考相關(guān)器件的文檔。</p><p>　　在點(diǎn)對點(diǎn)的通信中，SPI接口不需要進(jìn)行尋址操作，且為全雙工通信，顯得簡單高效。在多個從設(shè)備的系統(tǒng)中，每個從設(shè)備需要獨(dú)立的使能信號，硬件上比I2C系統(tǒng)要稍微復(fù)雜一些</p>&

57、lt;p>　　SN3728 -B0包含一個16位的SPI接口 ,訪問內(nèi)部數(shù)據(jù)和控制寄存器設(shè)備。這個模塊是用來.接收由單片機(jī)傳送的命令。16位串行接口采用3個引腳:。數(shù)據(jù)不可讀，而且輸入的數(shù)據(jù)必須是16位。三個引腳的說明是：</p><p>　　串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送格式如下圖：</p><p>　　串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送時序如下圖：</p><p><b>　　二 軟

58、件設(shè)計</b></p><p>　　本電路中的SN3728芯片采用SPI通信協(xié)議與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，由于51單片機(jī)沒有SPI接口，所以以軟件模擬SPI驅(qū)動程序替代SPI專用接口。</p><p>　　設(shè)計中,引腳連線如下：</p><p>　　P2^7-------------------------</p><p>　　P2^

59、6-------------------------</p><p>　　P2^5-------------------------</p><p><b>　　程序流程圖如下：</b></p><p><b>　　三 焊接與調(diào)試</b></p><p>　　本電路中的核心芯片是SN3728，SN3

60、728是一片集成的LED驅(qū)動芯片，外圍電路比較簡單，所需要的元器件比較少，同樣，單片機(jī)模塊也比較簡單。在整個電路的焊接過程中，最大的挑戰(zhàn)是對芯片SN3728的焊接。SN3728的封裝是無引腳、腳間距0.5毫米的貼片封裝，這對于沒有專業(yè)的PCB制作工具的人員來說，需要處處小心，一不小心，就有可能焊接失敗。</p><p><b>　　需要注意的是：</b></p><p&g

61、t;　　選擇質(zhì)量過硬的覆銅板。</p><p>　　事先放在銅線上的錫不能過多，以免SN3728壓下時，形成短路。</p><p>　　腐蝕后，注意SN3728芯片所對應(yīng)的銅線有無斷開或短路。</p><p>　　SN3728的引腳線與銅板上的銅線有沒有一一對應(yīng)。</p><p>　　除了對SN3728芯片的焊接要特別注意之外，還需注意的是L

62、ED的焊接，一個LED的焊接也許不需要注意什么，但本電路中用到64個LED，每一個LED的正負(fù)極都不能接反。所以，在焊接LED的過程中，焊接每一個LED之前都要確認(rèn)正負(fù)極有沒有接對和能不能發(fā)光。</p><p>　　本電路的輸入信號為一般的音頻信號，輸出是8*8LED陣列的發(fā)光效果，所以不需要示波器、信號源等。在對本電路進(jìn)行調(diào)試時，發(fā)現(xiàn)LED沒有發(fā)光，于是對電路板上的各個點(diǎn)進(jìn)行測試，測試結(jié)果如下：</p&g

63、t;<p>　?。?）各條線沒有斷開，也沒有短路。</p><p>　?。?）單片機(jī)，SN3728電源電壓為5V。</p><p>　?。?）單片機(jī)的P2^7、P2^6、P2^5電壓有變化。</p><p>　?。?）SN3728的C1-C8引腳電壓接近0V。</p><p>　?。?）沒有一個LED發(fā)光，當(dāng)使CX與電源電壓短接

64、時，相應(yīng)的LED行全部發(fā)光，從C1-C8都是如此。</p><p>　　對以上的測試結(jié)果進(jìn)行分析可知，各個模塊供電電壓正常，單片機(jī)模塊有正常工作，LED沒有接反，芯片SN3728從CX-RX形成回路。</p><p>　　LED沒有發(fā)光，但是當(dāng)C1-C8接5V電壓時，LED行發(fā)光，也就意味著SN3728沒有正常工作，可得出：（1）SN3728本身已經(jīng)壞掉，已經(jīng)不能正常工作。（2）SN372

65、8是好的，但是沒有接受到數(shù)據(jù)，對各個寄存器沒有進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。</p><p>　　一般來說，如果沒有特殊意外，集成芯片不會出現(xiàn)問題，所以本人傾向于芯片SN3728沒有接受到數(shù)據(jù)，沒有對寄存器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。</p><p>　　初步確認(rèn)以下兩個地方可能出現(xiàn)問題：</p><p>　　芯片SN3728沒有焊接好，有些引腳可能沒有焊接上，形成虛焊。</p>

66、<p>　　編程有問題，時序不對，不符合SPI協(xié)議，SN3728不能接受到數(shù)據(jù)。</p><p>　　首先，我們來解決第二個出現(xiàn)問題可能的地方。根據(jù)SPI協(xié)議內(nèi)容，再結(jié)合芯片SN3728對串行通信的時序要求，對SDI、CLK、之間時序關(guān)系進(jìn)行檢查。第一次檢查時，發(fā)現(xiàn)延時過短，即，，，沒有符合芯片SN3728對SPI通信最小時間的要求，延長各個時間，仍然發(fā)現(xiàn)LED沒有跟隨音頻信號發(fā)光。于是，轉(zhuǎn)到第一個出現(xiàn)

67、問題可能的地方。這時，遇到本電路設(shè)計中最大的困難，因?yàn)樾酒琒N3728沒有引腳伸出，雖然從肉眼看上去，芯片SN3728的引腳確實(shí)與PCB上的銅線焊接在一起，但是，仍然不能確定到底有沒有虛焊。于是，重新焊接了好幾次，但是問題仍然沒有得到解決，LED依然沒有跟隨音頻信號發(fā)光。</p><p><b>　　結(jié) 語</b></p><p>　　本論文針對課題的各項(xiàng)要求，以

68、及對傳統(tǒng)LED音頻顯示電子產(chǎn)品進(jìn)行比較分析，選擇了以芯片SN3728為核心芯片的這一方案。然后，圍繞芯片SN3728進(jìn)行電路的設(shè)計，從最初課題的選定到最后的調(diào)試，雖然最后沒有實(shí)現(xiàn)課題的要求，但是經(jīng)過這段時間的學(xué)習(xí)，我學(xué)到了很多知識，隨著畢業(yè)設(shè)計接近尾聲，四年的大學(xué)生活即將結(jié)束。通過本次畢業(yè)設(shè)計，使我對四年中所學(xué)的知識有了進(jìn)一步的認(rèn)識，同時通過幾個月的設(shè)計，加強(qiáng)了我獨(dú)立思考和動手能力，加強(qiáng)了解決問題的能力。</p><

69、p>　　在這里首先感謝母校對我們畢業(yè)設(shè)計給予的支持和幫助，還要感謝四年里所有任課老師對我的栽培，他們不但為我提供了良好的學(xué)習(xí)科研環(huán)境，更培養(yǎng)了我獨(dú)立從事科學(xué)的能力。其廣博的知識、扎實(shí)的理論功底、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、敏銳的科學(xué)洞察力和孜孜不倦的進(jìn)取精神都給我留下了深刻的印象，為我今后的工作學(xué)習(xí)樹立了榜樣，潛移默化的熏陶亦將使我受益終身。希望在以后的日子里母校蒸蒸日上，祝愿曾鼓勵、支持與幫助過我的老師和同學(xué)們，工作順利，身體健康。在未來的

70、日子里，我將一如既往的遵循著不斷進(jìn)取的精神，極力為母校爭光。再次向曾鼓勵、支持與幫助過我的老師和同學(xué)們表示衷心的感謝。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　張毅剛 《單片機(jī)原理及應(yīng)用》.高等教育出版社 2003年12月第1版</p><p>　　邱關(guān)員 《電路》.高等教育出版社 2005年5月第5版</p

71、><p>　　黃法，袁照剛 《模擬電子技術(shù)》 天津大學(xué)出版社 2008年09月</p><p>　　譚浩強(qiáng) 《新世紀(jì)計算機(jī)基礎(chǔ)教育叢書C程序設(shè)計》清華大學(xué)出版社 2008年2月第19次印刷</p><p><b>　　附錄一</b></p><p>　　單片機(jī)模擬SPI協(xié)議驅(qū)動SN3728芯片程序內(nèi)容：</p>

72、<p><b>　　/*</b></p><p>　　名稱： 單片機(jī)模擬SPI協(xié)議驅(qū)動SN3728芯片 </p><p>　　編寫： 陸文強(qiáng) </p><p>　　日期： 2010年5月18日 </p><p><b>　　修改： 無 </b></p>

73、<p><b>　　*/</b></p><p>　　#include<reg52.h></p><p>　　typedef unsigned char uchar;</p><p>　　typedef unsigned int uint;</p><p>　　uint array=0

74、x00; // 點(diǎn)陣寄存器地址 </p><p>　　uint array_data=0x00; // 點(diǎn)陣寄存器數(shù)據(jù) </p><p>　　uint Column =0x01; // 列開關(guān)寄存器地址 </p><p>　　uint Column_data=0xFF;

75、 // 列開關(guān)寄存器數(shù)據(jù) </p><p>　　uint Lighting=0x0D; // 燈光效果寄存器地址 </p><p>　　uint Lighting_data=0x67; // 燈光效果寄存器數(shù)據(jù) </p><p>　　uint Audio_EQ=0x0F;

76、 // 音頻均衡寄存器地址 </p><p>　　uint Audio_EQ_data=0x04; // 音頻均衡寄存器數(shù)據(jù) </p><p>　　uint Column1;</p><p>　　sbit SDI=P2^7 ; // SN3728的SDI引腳與單片機(jī)的P2.7相連 </p>&

77、lt;p>　　sbit SCK=P2^6 ; // SN3728的SCK引腳與單片機(jī)的P2.6相連 </p><p>　　sbit CS=P2^5 ; // SN3728的CS引腳與單片機(jī)的P2.5相連 </p><p>　　/* </p><p>　　函數(shù)名：

78、 init </p><p>　　功能： 對單片機(jī)進(jìn)行初始化 </p><p><b>　　返回值： 無 </b></p><p><b>　　*/</b></p><p>　　void init() //初始化函數(shù) </p><p><b>　　

79、{</b></p><p><b>　　SDI=0;</b></p><p><b>　　SCK=0;</b></p><p><b>　　CS=1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>&l

80、t;b>　　/*</b></p><p>　　函數(shù)名： delay </p><p><b>　　功能： 延時</b></p><p><b>　　返回值： 無 </b></p><p><b>　　*/</b></p><p&g

81、t;　　void delay(int ms) //延時函數(shù) </p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uint i,k;</b></p><p>　　for(i=0;i<1000;i++)</p><p><b>　　{</b></p

82、><p>　　for(k=0;k<1000;k--)</p><p><b>　　;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　/*</b></p

83、><p>　　函數(shù)名： SPI_start() </p><p>　　功能： SN3728被選中 </p><p><b>　　返回值： 無 </b></p><p><b>　　*/</b></p><p>　　void SPI_start() //啟動SP

84、I總線 ，CS=0時，芯片被選中。 </p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　CS=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　/*</b></p><p>　　函數(shù)

85、名： SPI_stop()</p><p>　　功能： SN3728不被選中 </p><p><b>　　返回值： 無 </b></p><p><b>　　*/</b></p><p>　　void SPI_stop() //停止SPI總線，CS=1; 芯片不被選中 。 </

86、p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　CS=1;</b></p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　/*</b></p><p>　　函數(shù)名： SPI_send(uint date)

87、</p><p>　　功能： 發(fā)送8位的一個數(shù)據(jù) </p><p><b>　　返回值： 無 </b></p><p><b>　　*/</b></p><p>　　void SPI_send(uint date) //單片機(jī)向SPI總線寫數(shù)據(jù) date</p><

88、p><b>　　{</b></p><p>　　uint j,temp;</p><p><b>　　j=0;</b></p><p><b>　　temp=0;</b></p><p><b>　　delay(2);</b></p>

89、<p>　　for(j=0;j<8;j++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　temp = date<<j;</p><p>　　if( temp&0x80)</p><p><b>　　SDI=1;</b></p>&l

90、t;p><b>　　else</b></p><p><b>　　SDI=0;</b></p><p><b>　　delay(1);</b></p><p><b>　　SCK=0; </b></p><p><b>　　delay(1)

91、;</b></p><p><b>　　SCK=1; </b></p><p>　　delay(1); </p><p><b>　　SCK=0; </b></p><p>　　delay(1); </p><

92、p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void main()</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uint tmp;</b></p><p>&

93、lt;b>　　init();</b></p><p>　　SPI_start();</p><p><b>　　delay(2);</b></p><p>　　SPI_send(array); // 發(fā)送點(diǎn)陣寄存器地址 </p><p>　　SPI_send(array

94、_data); // 發(fā)送點(diǎn)陣寄存器數(shù)據(jù) </p><p><b>　　delay(3);</b></p><p>　　Column1= Column;</p><p>　　for( tmp=0;tmp <8;tmp++) // 發(fā)送列開關(guān)寄存器地址 </p><p>

95、　　{ // 發(fā)送列開關(guān)寄存器數(shù)據(jù) </p><p><b>　　delay(2);</b></p><p>　　SPI_send( Column1 );</p><p>　　SPI_send( Column_data );</p><p>　　Col

96、umn1++;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　delay(2);</b></p><p>　　SPI_send(Lighting ); // 發(fā)送燈光效果寄存器地址 </p><p>　　SPI_send( Lighting_data )

97、; // 發(fā)送燈光效果寄存器數(shù)據(jù) </p><p><b>　　delay(2);</b></p><p>　　SPI_send( Audio_EQ ); // 發(fā)送音頻均衡器寄存器地址 </p><p>　　SPI_send( Audio_EQ_data ); // 發(fā)送音頻均衡器寄存器數(shù)據(jù)