基于USB的LED灯光造型控制器的研究与开发

摘要

近年来，随着照明技术的发展，新型灯具的景观照明效果从简单可变演化为动态可变。绿色节能环保世纪的到来，LED半导体作为一种新的光源形式开始越来越广泛虑用于照明领域。数字化技术在LED领域的应用，使得LED灯光景观更加多姿多彩，也为智能控制提供了技术条件。 USB总线作为一种新型计算机总线以其即插即用、热插拔、接口体积小巧等优点给计算机外设连接技术带来了重大变革。USB技术在数据传输和数据存储等领域均具有很好的应用前景，嵌入式USB系统的研究和开发将进一步拓宽USB技术的应用领域，也为嵌入式系统的应用开发带来全新的天地。现代计算机技术在LED灯光照明领域的应用，不但可以合理规划和管理景观照明，而且能发挥LED灯光容易控制的优势，使得LED灯光造型与自然、环境、人相适应，这对于推进LED灯光控制系统的智能化，同样具有深刻的现实意义。针对上述情况，本文在分析了国内外LED灯光造型控制器优劣的基础上，提出了一种基于USB的LED灯光造型控制器的设计方法。该控制器以COLORPIXEL智能灯光控制系统为技术背景，采用基于ARM7内核的MCU--LPC2148，配合精确曼彻斯特编码生成器--CPLD和大容量数据存储器--NAND FLASH构成系统主要控制电路，并在功能上实现了同步、同放和存储三种工作方式。本文共六章，可分为四个部分。第一部为第1～2章，主要内容是调查LED景观灯光控制技术的发展状况，分析国内外主流产品的优劣，对本设计方案进行可行性分析，细化硬件配置和软件功能。第二部为第3～4章，分析了控制器的硬件电路设计和软件设计。第三部为第5章，在对开发和调试工具作了简要介绍的基础上，测试了代码的软件功能，并进行了系统联调。第6章是第四部分，总结了控制器设计过程中的成果和对后续工作的展望。文章不仅详细论述了基于USB的LED灯光造型控制器的整个开发过程，也从硬件设计、软件编写、USB协议与固件驱动开发等多方面进行了具体的研究分析与论证。测试结果表明，本LED控制器通过USB总线通信，在同步工作方式时传输速率达8Mbps；在功能上，实现了同步、回放和存储三种工作方式的解决方案；经过反复测试，具有良好的可靠性和稳定性；在控制技术上，有一定的创新性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题的背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3 USB技术概要

1.4本课题的主要研究任务

第二章系统总体方案分析

2.1设计目的与性能指标

2.1.1设计目的

2.1.2性能指标

2.2系统方案

2.2.1总体方案分析

2.2.2控制器工作方式分析

2.3本章小节

第三章系统硬件设计

3.1硬件模块划分

3.2系统的器件选择

3.3硬件电路设计

3.3.1电源设计

3.3.2主控电路设计

3.3.3接口电路设计

3.3.4其它电路设计

3.4 PCB电路板设计

3.5本章小结

第四章系统软件设计

4.1系统软件任务划分

4.1.1系统初始化

4.1.2主控任务

4.2 USB协议程序设计

4.2.1同步方式下USB协议实现

4.2.2 USB Bulk-Only协议实现

4.3存储器驱动程序设计

4.3.1 NAND FLASH驱动设计

4.3.2 SD驱动程序设计

4.4 CPLD程序设计

4.5本章小节

第五章系统调试

5.1 USB协议调试

5.1.1 Bus Hound简介

5.1.2调试方法与结果分析

5.2主控程序调试

5.2.1 ADS简介

5.2.2调试方法与结果分析

5.3 CPLD程序调试

5.3.1调试工具简介

5.3.2调试方法与结果分析

5.4系统调试

5.5本章小节

第六章总结与展望

6.1总结

6.2展望

致谢

参考文献

附录