【分享】2023级 陈旭 颜涛 RGB LED和点阵显示控制装置

xds

一、作品简介

本项目利用迪文EKT043E开发板完成软硬件联合开发，使用 DGUS 软件完成人机交互UI界面绘制，配合 Keil 编写底层C代码，实现屏幕交互、RGB 彩灯控制、MAX7219点阵屏动态显示整套功能。

屏幕UI与RGB控制：

1. 包含开机启动画面，可展示学校 LOGO、标志性建筑、迪文 LOGO、项目题目以及队员信息；

2. 交互界面实现 RGB 三色灯光完整控制，支持滑块拖动调节、键盘数值输入、调色板快捷选色三种方式，实时修改 R/G/B (0255) 分量，驱动外部 RGB LED 输出对应色彩。

外接 4 片级联 MAX7219 点阵模块，实现丰富的点阵显示功能：

1. 数字字母滚动、时钟输入与滚动显示、预设爱心 / 笑脸等图案轮播；

2. 支持屏幕键盘录入数字、字母，将自定义字符串在点阵上流水滚动输出；

3. 滚动动画速度可直接通过迪文触摸屏按键切换慢 / 中 / 快三档。

二、工作原理2.1 整体架构

通过sys_read_vp()、sys_write_vp()读写 VP 变量，完成 GUI 界面和底层外设之间的数据交换，OS 内核直接驱动 IO 口控制 RGB LED 与 MAX7219 点阵模块。

2.2 RGB 灯光控制原理

1. DGUS 界面：滑动条、键盘输入、调色板触摸操作，会把 R、G、B 的 0255 数值写入对应的 VP 地址0x4100、0x4200、0x4300；调色板触摸则直接向0x4400写入预设颜色编号。

2. OS8051 主循环中调用sys_read_vp读取上述 VP 变量，获取 R/G/B 颜色值；当选择调色板预设颜色时，代码内部 case 分支直接覆盖 RGB 分量。

3. Timer0 产生 10us 定时中断，全局count计数器持续累加；RGB()函数使用计数器做简易软件 PWM：当计数值小于对应颜色分量时 IO 输出高电平，实现占空比调节，从而实现 RGB 混色输出不同色彩。P2.0/P2.1/P2.2 分别对应红、绿、蓝 LED 引脚。

2.3 MAX7219 点阵驱动原理

硬件上 4 片 MAX7219 级联，由 P1 口 P1^7 (DIN)、P1^6 (CS)、P1^5 (CLK) 模拟 SPI 时序通信。

1. 字模预先存储在 code 数组disp1[]、disp2[]，包含数字、大小写字母、中文、爱心笑脸、烟花动画点阵数据；

2. Write_Max7219_byte()发送单字节，Write_Max7219()一次性对 4 个 MAX7219 写入寄存器与显示点阵数据，完成点阵刷新；初始化函数配置 MAX7219 扫描界限、亮度、关闭 BCD 译码，使用直接点阵模式输出图形。

3. DGUS 界面选择显示模式，将模式编号写入 VP 地址0x5000；OS 内核循环读取该变量，通过 switch 分支调用对应显示函数：

· 模式 1：数字字母滚动；模式 2：时钟滚动；模式 3：预设图案轮播；模式 4：自定义输入字符串滚动；默认执行清屏。

4. 动画速度：触摸屏按钮向 0x4500写入 1/2/3 代表慢中快；Handle_Touch_Input()读取变量更新全局 delay 延时参数，改变滚动帧延时，实现速度调节。

5. 自定义文字录入：DGUS 键盘录入的字符存放在 0x1200，程序读取字符串，将 ASCII 字符映射到 disp1 字模索引，再执行点阵流水滚动输出。

6. 完整演示动画触发：屏幕设置标志位 0x4220， 检测标志位后顺序执行整套动画序列。

2.4 程序运行流程

1. 上电执行系统初始化：系统寄存器配置、IO 初始化、Timer0 初始化、MAX7219 硬件初始化；

2. 进入while(1)死循环： ①读取VP 变量：RGB 分量、调色板颜色模式、点阵显示模式、速度档位； ②调色板颜色模式case处理，更新 R/G/B； ③调用 RGB 函数输出灯光； ④处理触摸输入，更新滚动速度；⑤根据 max 模式调用对应 MAX7219 显示函数，驱动点阵输出画面。

3. Timer0 中断持续计数，为软件 PWM、动画节拍计时提供时间基准。

三、设计思路3.1 DGUS 界面设计思路

界面设计：

1. 开机启动页：放置学校 LOGO、迪文 LOGO、项目标题、队员信息，上电自动展示。

2. RGB 调色页面：提供三套控制途径。滑块组件实时输出 R/G/B 数值；数字键盘允许直接输入 0255 精确值；调色板按钮预设 7 种常用颜色，点击快速切换色彩；所有组件数据映射到独立 VP 变量地址。

3. 点阵功能页面：模式选择控件选择点阵显示类型；慢 / 中 / 快触摸按键控制动画速度；虚拟键盘实现字母数字录入。

3.2 软件代码架构设计

1. 时间系统设计：使用 Timer0 定时中断产生全局 count 计数器，承担两个任务：①RGB 软件 PWM 调光；②作为动画节拍计数器，滚动函数通过 count 差值判断是否刷新下一帧，避免单纯依赖阻塞延时导致的交互卡顿。

2. RGB LED功能设计

l 交互层设计（DGUS 界面侧） 界面提供三种独立的控制方式：滑动滑块调节，键盘输入调节，调色板快捷选色：预设 7 组常用色彩，

l 数据交互设计 OS8051 内核在主循环内通过sys_read_vp周期性读取 VP 地址中 R/G/B 数值与调色板编号。当检测到调色板非 0 时，会覆盖原有 R、G、B 变量，实现调色板优先级；滑块或键盘输入时则直接读取 VP 内的原始分量值。做到 UI 多种操作源最终统一汇总到一组 R、G、B 变量，避免多输入源状态冲突。

l PWM 调光底层实现 采用 Timer0 定时器中断构建软件 PWM 输出。中断服务函数维护全局count计数器循环 0~255 往复计数。RGB()函数做阈值判断：当count小于 R/G/B 设定值时，对应 IO 口输出高电平，否则输出低电平。通过改变阈值（R、G、B 数值），改变 IO 口输出高电平占空比，从而实现 LED 亮度 0255 无级调节。P2.0、P2.1、P2.2 分别驱动红、绿、蓝三路 LED。

3. MAX7219 点阵功能设计

· 预先把数字、字母、符号、爱心、烟花动画全部转为 8×8 字模，存放在 code 存储区；

· 封装清屏、单帧写入底层函数，在此之上实现：数字字母滚动、时钟循环滚动、预设图案轮播、自定义输入文字流水；

· 滚动算法：通过位的移位拼接，实现字符横向滚动移出移入的动画；支持速度档位参数，通过 delay 变量统一控制所有动画的帧延时；

· 自定义录入功能：读取输入的字符串，做 ASCII 码到字模表索引映射，过滤非法字符，空输入时自动清屏。

· 增加完整演示模式：检测屏幕触发标志，依次播放动画同时支持随时接收标志位中断跳出演示回到正常模式。

【演示视频】

【RGB LED和点阵显示控制装置】 https://www.bilibili.com/video/B ... b5daccec1b3194510b1