南邮单片机自动滚动广告牌设计.doc

通信与信息工程学院

20 /20 学年 第 学期

课程设计报告

模 块 名 称 MSP430单片机应用
专 业
学 生 班 级
学 生 学 号
学 生 姓 名
指 导 教 师

设计题目

自动滚动广告牌的设计
任务规定
事先存储多串字符串（5组）
用LCD显示器定期滚动显示；每串应在停留3秒，再滚动输出下一串。
按键控制播放效果（播放、暂停、停止、下一个、上一个、滚动加速、滚动减速）。
增长字符串运动方式：
左移输出
右移输出
由上向下
由下向上
闪动
左右同时移入
淡入（由暗变亮）
淡出（由亮变暗）
其它
发挥部分：
自动编成实现顺序、循环、随机播放功能，调换内容顺序等。

设备及软件
硬件：微机一台（Windows 8）
MSP430单片机实验板
串口线一根

软件： 单片机程序编译软件：CCS

目 录

一 设计任务及规定 ----------------------------------------------------1
1.1目的与任务---------------------------------------------------------------------------------------------1
1.2 报告规定------------------------------------------------------------------------------------------------1
1.3 任务规定------------------------------------------------------------------------------------------------1

二 相关原理简介--------------------------------------------------------1
2.1 CCS6.0软件介绍-------------------------------------------------------------------------------------1
2.2 MSP430F6638硬件介绍----------------------------------------------------------------------------2
2.3 应用模块介绍-----------------------------------------------------------------------------------------2
2.3.1 TFT LCD液晶显示模块------------------------------------------------------------------2
2.3.2 矩阵键盘模块-------------------------------------------------------------------------------2

三 设计方案与实现-----------------------------------------------------3
3.1 设计分析与方案-----------------------------------------------------------------------------------3
3.2 具体功能实现----------------------------------------------------------------------------------------6
3.3 拓展显示----------------------------------------------------------------------------------------------10

四 调试过程及结果分析-----------------------------------------------10
4.1问题一：烧入代码后显示屏不----------------------------------------------------------------11
4.2问题二：软件编程问题--------------------------------------------------------------------------11

五 体会与建议---------------------------------------------------------12

参考文献 ----------------------------------------------------------------13
MSP430单片机应用课程设计报告
一、设计任务及规定
1.1目的与任务
目的：了解MSP430单片机的的特点，学会应用相关的开发软件，把理论学习的知识应用于实际，解决实际的工程问题，培养学生的科研动手能力。
任务：通过实验加深对理论课的理解，掌握理论应用于实际的方法；学习撰写规范的设计文档；提交实验报告。

1.2 报告规定
(1)验收后提交设计报告，电子档及纸质设计报告各一份。
(2)课程设计报告内容涉及：班级、学号、姓名、实验时间；所选课题名称；对
选课题的理解：课题内容、目的、任务；设计描述：设计方案、设计要点及
关键代码；调试过程：碰到的问题及解决办法、课题结果分析、难点和特色；
体会和建议；参考文献。

1.3 任务规定
（1） 基本规定：
a.事先存储多串字符串（5组）
b.用LCD显示器定期滚动显示；每串应在停留3秒，再滚动输出下一串。
c.按键控制播放效果（播放、暂停、停止、下一个、上一个、滚动加速、
滚动减速）。
d.增长字符串运动方式：左移输出、右移输出、由上向下、由下向上、闪
动、 左右同时移入、淡入淡出等
（2）发挥部分：
自动编成实现顺序、循环、随机播放功能，调换内容顺序等。

二、相关原理简介
2.1 CCS6.0软件介绍
CCS是一种针对TMS320系列DSP的集成开发环境,在Windows操作系统下，采用图形接口界面，提供有环境配置、源文献编辑、程序调试、跟踪和分析等工具。CCS有两种工作模式，即软件仿真器模式：可以脱离DSP芯片，在PC机上模拟DSP的指令集和工作机制，重要用于前期算法实现和调试。硬件在线编程模式：可以实时运营在DSP芯片上,与硬件开发板相结合在线编程和调试应用程序。
CCS的功能十分强大，它集成了代码的编辑、编译、链接和调试等诸多功能，并且支持C/C++和汇编的混合编程。本课题中，CCS6.0被用来设计供MSP430F6638使用的满足题设规定的相关程序。

2.2 MSP430F6638硬件介绍
MSP430F663x 是微控制器系列产品，配置有一个高性能12位模数 （A/D ）转换器，比较器，2个通用串行通信接口 （USCI），USB 2.0，硬件乘法器，DMA，4个16位定期器，具有报警功能的实时时钟模块，LCD驱动器和多达74 I/O引脚。 这款设备的典型应用涉及模拟和数字传感器系统，数字电机控制，遥控，恒温器，数字时钟，手持仪表等。在了解MSP430F6638的功能设备之后，我们才干清楚思绪，巧妙运用老师提供的demo完毕我们最终的设计课题。

2.3 应用模块介绍
我们小组的自动滚动广告牌的设计实验，重要运用的是TFT LCD液晶显示模块以及矩阵键盘。

2.3.1 TFT LCD液晶显示模块
本次编写的程序所用的重要模块为LCD模块。硬件电路设计如下所示。其中 U21 （TPS75105DSKR）是 LCD 屏背光控制芯片，由 LCD_BL_EN 引脚控制使能端。

图1 MSP430F6638LCD硬件设计电路
2.3.2 矩阵键盘模块
在我们设计的内容中，可以完全运用矩阵键盘的16个按键来控制广告的呈现方式。矩阵键盘从属于TM1638电路，TM1638是带键盘扫描接口的LED（发光二极管显示器）驱动控制专用电路，内部集成有MCU 数字接口、数据锁存器、LED 高压驱动、键盘扫描等电路。其对于矩阵键盘的读取如图2所示。

图2 TM1638键盘读取电路

其中A-F分别相应KS1-KS6。一旦有按键按下，TM1638中相关的寄存器的值就会改变（按键按下时相应字节由0变1）。

三、设计方案与实现
3.1 设计分析与方案
根据实验规定，为了实现按键控制播放显示，我们将TFT LCD显示屏的不同播放效果与不同的按键结合起来。这就规定播放效果与按键之间是一一相应的。基于此，为了更好地设计出更优的播放效果，我们先对于实验中规定实现的TFT LCD显示屏的功能进行了分析。

3.1.1 分析所需实现功能
通过仔细阅读题目的相关规定，我们基于实现的现象之间的不同对实现功能重要提成了三个部分：
1. 基本运营功能：即完毕程序的基础实现功能，涉及：播放，暂停，退出
的功能。
2. 播放顺序功能：对于字符串的播放，我们采用可以从不同方向进行的播
放效果展示。涉及：右移输出播放，左移输出播放，从上向下播放，从
下向上播放，左右同时移入。
3. 播放效果功能： 在上述两种功能的基础上，我们还从改变播放的速度，
播放的内容，播放的色彩等方面进行了效果的优化实现。其中涉及：加
速播放，减速播放，播放上一个字符串，播放下一个字符串，闪动等效
果。
其功能模块分类图如图3所示。

图3 功能模块分类图

我们对于功能之间的关系进行了进一步的分析。我们可以发现，虽然每个模块之间的实现功能大体都是相对独立的，但是不同模块之间的功能却是交互影响的。
在此，我们先对功能之间的交互影响现象进行进一步的阐明。举个例子：在实验中，我们设立了初始的播放效果为右移输出播放，在这里我们按键“下一个字符串播放”，则显示右移播放该字符串。但假如在此之前我们点击了“从上向下播放”按键，则在显示下一字符串时，该字符串播放顺序遵从从上向下播放。
由此，我们可以看出，各个功能模块基本自身互相独立（播放效果模块除外），模块之间表现为明显的交互影响。

3.1.2 建立设计方案
通过对于实现功能的分析，我们可以初步建立相应的设计方案。我们先拟定了实现流程图，具体流程如图4所示。

图4 程序流程图

之后，根据流程图和实验内容规定，我们对于不同按键进行功能划分，具体安排如图5所示。

图5 按键功能安排
3.2 具体功能实现
在打开单片机时，我们先制作了开机显示页面，显示了我们的实验题目，学号和功能。LCD显示屏上的显示如图6。

图6 LCD屏幕显示初始界面
根据功能模块的划分，我们对于具体的实现分部分进行介绍。

3.2.1 基本运营功能
这一部分重要涉及播放，暂停和停止三个功能。由于暂停与停止两者的实现原理基本相同，我将选择性的对播放和停止功能进行具体描述。

1.播放功能
我们通过调用void ShowString( )和void LCD_TFT_Clear( )函数并结合循环进行实现。部分代码如下所示：
for(i=0;i<12-k*2;i++){
LCD_TFT_SetWindow(0,0, 135,360);
LCD_TFT_Clear(WHITE); LCD_TFT_ShowString(120,(30+k*10)*i,t[j],FONT1608,BLACK,WHITE);
}
实验中，我们对于播放模块结合了switch函数进行了具体选择划分，从而在之后的功能实现中多次调用自定义的bofang(k,v,h) 函数，实现模块之间的交互影响。具体内容会在之后的功能实现中阐述清楚，在此，我们暂不进行细致的介绍了。

2.停止功能
在实验中，我们将键“0”定义为停止键。 我们结合了Read_key()的函数功能，在播放进行中，定期检查有无按键反映。当系统发现读键时显示为0，则跳出循环，显示结束。在这里，我们的停止键仅为当前内容停止，可选择按任意键继续其他显示。部分代码如下：
if(key==0)
{
LCD_TFT_Clear(WHITE);
LCD_TFT_SetWindow(0,0, 240,360); LCD_TFT_ShowString(80,20,"********************************** ",FONT1608,RED,WHITE);
LCD_TFT_ShowString(120,100,"END PLAY",FONT1608,RED,WHITE); LCD_TFT_ShowString(160,20,"********************************** ",FONT1608,RED,WHITE);
LCD_TFT_ShowString(220,110,"press any key to continue",FONT1608,RED,WHITE);
break;}
LCD显示屏上的显示效果如图7。

图7 停止功能界面

3.2.2 播放顺序功能
在实验中，我们有五种播放顺序：右移输出播放，左移输出播放，从上向下播放，从下向上播放，左右同时移入。其基本实现的原理大体都是相同的。在此我将以由下向上播放为例，介绍这部分模块的播放实现。
我们在主函数中定义了一个全局变量，并对于不同的播放顺序，给该变量赋予不同的值，带入到bofang( )函数中。如由下向上播放时，该变量赋值为3。之后，我们采用for循环，对于固定字符串列，改变字符串首部行指针，从而实现由下向上播放。该部分代码如下：
for(i=0;i<14-k*2;i++){
LCD_TFT_SetWindow(0,100, 240,360);
LCD_TFT_Clear(WHITE); LCD_TFT_ShowString(220-(22+k*11)*i,100,t[j],FONT1608,BLACK,WHITE);

LCD显示屏上的显示效果如图8-10所示。

图8-10 由下向上显示组图

3.2.3 播放效果功能
这一模块中，功能实现最为简朴也最为复杂。由于该模块下，虽然每个功能都为单一的显示操作，但是各个功能的显示原理都完全不相同且各个功能之间存在交互影响。如：字符串选择和速度改变都是互相影响的。在这里，我将以“下一个字符串”和“减速”为代表介绍该模块。
1.下一个字符串：
这部分的操作十分简朴，只要在函数中选择字符串组的字符串首坐标，就可以拟定当前字符串。然后进行对于t[j]中的j进行++j。就可以实现上一个字符串的显示。这一部分关键代码如下图所示：
void next(u16 geshu,u16 vcount,u16 fcount){
volatile unsigned int i = 0;
u16 wbuf= geshu % 5;
LCD_TFT_Clear(WHITE);
LCD_TFT_SetWindow(0,0, 240,360);
for(i=0;i<2;i++){
LCD_TFT_ShowString(80,20,"********************************** ",FONT1608,RED,WHITE);
LCD_TFT_ShowString(120,30,"SHOW THE NEXT STRING",FONT1608,RED,WHITE);
LCD_TFT_ShowString(160,20,"********************************** ",FONT1608,RED,WHITE);}
bofang(wbuf,vcount,fcount);
}
LCD显示屏上的显示效果如图11-13所示。

【上一张】

【下一张】
图11-13 显示下一个字符串组图

2. 减速：
这一部分的重要内容就是给函数添加一个速度参数v，并进行赋值，从而改变播放速度。值得注意的是，由于v的选择范围有限，所以当v的值不在选择范围内，要进行数据解决。这一部分关键代码如下：
for(j=0;j<5;j++){
for(i=0;i<10-k*2;i++){
LCD_TFT_Clear(WHITE);
LCD_TFT_ShowString(220,160,"press key 0 to stop",FONT1608,RED,WHITE);
LCD_TFT_DrawRectangle(218,238,235,250,RED); LCD_TFT_ShowString(120,220-(24+k*10)*i,t[j],FONT1608,BLACK,WHITE);由于速度显示不易于在报告中表现出，在此就不显示效果图了。

3.3 拓展显示
在实验中，我们还增添了拓展功能，循环播放。这一部分中，我们将预先存入的字符串进行循环顺序播放，在该组播放结束时，再次从头开始播放，从而达成了循环的效果。
这一部分的函数内容与之前的播放函数内容大体相似，只是在循环外增添了while函数。
main函数中相关函数如下：
case 1:Sequence(k,v,h);break;
关键代码如下：
case 1:
while(1){
for(j=0;j<5;j++){
for(i=0;i<10-k*2;i++){
LCD_TFT_Clear(WHITE);
LCD_TFT_ShowString(220,160,"press key 0 to stop",FONT1608,RED,WHITE);
LCD_TFT_DrawRectangle(218,238,235,250,RED); LCD_TFT_ShowString(120,(24+k*10)*i,t[j],FONT1608,BLACK,WHITE);
显示屏显示效果如图14。

图14 退出循环界面

四、调试过程及问题解决
在两周在实验过程中，我们小组从硬件接触零基础到最终基本完毕代码调试、实现功能，碰到了很多困难，在请教老师、查询资料、同学讨论之后都得以解决。下面按照调试过程阐述几个突出的问题解决过程：

4.1问题一：烧入代码后显示屏不亮
在实验初期，我们想通过运营小例子——TFT LCD显示开机画面来熟悉软硬件环境。在烧入代码后显示屏毫无反映。开始我们怀疑软件操作失误，之后反复多次实验板子仍然没有反映。于是我们开始进行MSP430F6638固件烧写，验证板子的好坏。
准备好烧写文献后，用USB线将实验板USB2接口与PC连接，并打开实验板电源，运营烧写文献，等待出现下图信息即烧写完毕。
并且实验板上出现如图15所示。

图15 固件烧写后实验板画面

立即重启之后实验板有显示，也许固件烧写升级，或者由于系统以及软件的不适应。

4.2问题二：软件编程问题
CCS6.0的软件编程虽然是使用C语言，但也存在很多语法上的不同，出现的error也千奇百怪。比如定义在for循环语句for(j=0;j<5;j++)条件中，不能直接定义j,写成for(int j=0;j<5;j++)，而是需要在开始就完全定义volatile unsigned int j = 0。这一点，使用IAR的同学并没有碰到，我们是在学习demo的过程中学到了一些与C语言不同的定义方法。比如事先定义好
typedef uint32_t u32; //unsigned long
typedef uint16_t u16; //unsigned int
typedef uint8_t u8; //unsigned char
接下来就直接用u32、u16、u8代表unsigned long、unsigned int、unsigned char。
功能实现的的一大难点是实现暂停再继续。键盘键入8时，滚动的广告牌要在任意位置停止，键入9后再继续。一开始我们想单独写一个暂停的子程序调用，后来发现可以直接在执行播放的函数中加入key=Read_key()函数。当键盘键入8后，程序进入循环不断key=Read_key()，键入9键就跳出死循环继续执行，键入其他按键或不按键都将继续死循环，那么屏幕显示的就是当前暂停画面。
key=Read_key();
if(key==8)
while(1){
LCD_TFT_SetWindow(0,0, 240,360);
LCD_TFT_ShowString(220,110,"press key 9 to continue",FONT1608,RED,WHITE);
key=Read_key();
if(key==9){
LCD_TFT_ShowString(220,110,"press key 9 to continue",FONT1608,WHITE,WHITE);
break;}

五、体会与建议
我们小组选择的是自动滚动广告牌的设计，我们认为用C语言实现广告坐标的变换，达成广告滚动方向不同的效果，还是不难的，由于不同的效果设计思绪都差不多。但是以前没有做过单片机实验，所以我们花费了一周的时间来熟悉硬软件。
**********
由于430单片机的成熟发展，很多函数都是现成的，我们只需要找到有那些函数并调用，运用已有的函数来达成题目需要的功能。于是我们在老师给的例子中调用了读取键盘键入函数、时钟函数、显示字符串函数，刷屏函数等。设计的难点在于暂停功能和拓展部分。暂停功能我们最终用函数嵌套和多处读取键盘键入得以实现。

参考文献
[1] 洪利，章扬，李世宝．MSP430 单片机原理与应用实例详解[M].北京：北京航空航天大学出版社, 2023:07-01．
[2] 秦龙. MSP430单片机应用系统开发典型实例[M]. 中国电力出版社, 2023.
[3] 沈建华、杨艳琴.MSP430系列超低功耗单片机原理与应用[M]．北京：清华大学出版社,2023：9．
[4] 吴平, 龚彬, 丁铁夫. 液晶显示模块和MSP430单片机在显示终端上的应用[J]. 液晶与显示, 2023, 18(6):436-440.
[5] 陈享成, 耿长青. 基于单片机的LCD显示终端设计[J]. 电力自动化设备, 2023, 27(9):110-112.
[6] 陆靓亮, 冯小龙, 钱建生,等. MSP430单片机和LCD模块在显示终端中的应用[J]. 工矿自动化, 2023(3):116-118.

设计成绩评估

评分内容
具体规定
总分
评分
上机时间
规定达成规定的上机学时，按照实际出勤情况给出成绩。
10分

设计验收结果
原理
原理清楚，能较好地理解课题任务并提出实行方案。
20分

完毕情况
独立完毕规定设计任务，论证、分析、设计、计算、结构、建模、实验对的合理，有一定的创新。
30分

操作
能纯熟操作相关工具软件，并运用工具软件完毕设计任务。
10分

报告审阅结果
报告结构严谨，文字通顺，用语符合技术规范，图表清楚，书写格式规范，不与别人雷同。
30分

总成绩（五分制）

100分

指导教师评阅意见