16×64點(diǎn)陣設(shè)計(jì)畢業(yè)論文說明書

1、<p>　　華北理工大學(xué)輕工學(xué)院</p><p>　　QINGGONG COLLEGE, NORTH CHINA UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY</p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書</b></p><p>　　設(shè)計(jì)（論文）題目：基于51單片機(jī)的LED點(diǎn)陣屏電子鐘的設(shè)計(jì)</p

2、><p><b>　　學(xué)生姓名： </b></p><p><b>　　學(xué) 號(hào)：</b></p><p><b>　　專業(yè)班級(jí)： </b></p><p><b>　　學(xué) 部：</b></p><p><b&

3、gt;　　指導(dǎo)教師： </b></p><p>　　2015年06月6日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　在日常生活中，大家見到的都是數(shù)碼管制作的電子鐘，LED點(diǎn)陣時(shí)鐘則不多見。用單片機(jī)控制的LED點(diǎn)陣顯示電子鐘具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠、成本低廉、價(jià)格便宜和顯示靈活等優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用前景廣闊。之所以使

4、用LED點(diǎn)陣電子屏顯示，是與它本身所具有的優(yōu)點(diǎn)分不開的。這些優(yōu)點(diǎn)概括起來就是：亮度高、工作電壓低、功耗小、小型化、壽命長(zhǎng)、耐沖擊和性能穩(wěn)定。</p><p>　　本次的設(shè)計(jì)就是采用單片機(jī)作為主要控制單元核心，來實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的LED點(diǎn)陣時(shí)鐘顯示系統(tǒng)。通過單片機(jī)對(duì)行列掃描的控制，配合程序的運(yùn)用，來實(shí)現(xiàn)顯示、滾動(dòng)。數(shù)字的顯示就是字模以極快的速度在屏幕上循環(huán)，超過一定的速度，由于人眼的暫留效應(yīng)，就會(huì)認(rèn)為是完整地顯示了數(shù)字

5、。把數(shù)字按一定的速度依次調(diào)用顯示，在我們視線中就好像字體在滾動(dòng)。</p><p>　　關(guān)鍵詞LED；電子鐘；單片機(jī)；點(diǎn)陣 </p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In daily life, we see is the production of electronic digital clock, LED d

6、ot clock is rare. MCU control the LED dot matrix display electronic clock with a simple structure, reliable performance, low cost, low price and show the advantages of flexible, its broad application prospects. The reaso

7、n for using electronic screen LED dot matrix display, is that it itself has the advantage inseparable. These advantages can be summed up: high brightness, low voltage, low power consumption, small size, lon</p>&l

8、t;p>　　The design is to use as the main control unit MCU core, to achieve a simple LED dot matrix display system clock. By scanning the ranks of single-chip control, with the use of the program to achieve the display,

9、scroll. Digital display is a matrix at breakneck speed on a screen cycle, more than a certain speed, due to the persistence of the human eye, it will be considered a complete display of numbers. The breakdown by a certai

10、n speed in turn call display, in our sight like fonts scrolling.</p><p>　　Keywords electronic clock; Single chip microcomputer;lattice </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>&

11、lt;b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p>　　第1章 論文研究的現(xiàn)狀及意義1</p><p>　　1.1 LED發(fā)展過程及前景1</p><p>　　1.1.1 LED顯示屏的發(fā)展趨勢(shì)2</p><p>　　1.2 LED的分類3</

12、p><p>　　1.3 發(fā)光二極管的特性3</p><p>　　1.4 本章小結(jié)5</p><p>　　第2章 總體方案的設(shè)計(jì)及論證6</p><p>　　2.1系統(tǒng)硬件方案6</p><p>　　2.2顯示屏主控制器6</p><p>　　2.3 通信系統(tǒng)7</p>&l

13、t;p>　　2.4 硬件設(shè)計(jì)方案8</p><p>　　2.5 系統(tǒng)軟件方案8</p><p>　　2.6 單片機(jī)編程語言9</p><p>　　2.7 STC89C52簡(jiǎn)介10</p><p>　　2.8 本章小結(jié)10</p><p>　　第3章 硬件電路的設(shè)計(jì)11</p><p

14、>　　3.1 硬件系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)11</p><p>　　3.1.1 復(fù)位電路11</p><p>　　3.1.2 時(shí)鐘電路12</p><p>　　3.1.3 電源電路13</p><p>　　3.1.4 驅(qū)動(dòng)電路13</p><p>　　3.2 譯碼器15</p><p>

15、　　3.3 控制單元設(shè)計(jì)16</p><p>　　3.4 點(diǎn)陣工作原理17</p><p>　　3.5 本章小結(jié)19</p><p>　　第4章 軟件部分設(shè)計(jì)20</p><p>　　4.1 計(jì)時(shí)程序的設(shè)計(jì)20</p><p>　　4.2 顯示驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)21</p><p>　　4

16、.3 顯示程序設(shè)計(jì)23</p><p>　　4.4 本章小結(jié)25</p><p><b>　　總結(jié)26</b></p><p>　　參 考 文 獻(xiàn)27</p><p><b>　　致謝29</b></p><p><b>　　附錄30</b>

17、</p><p>　　第1章 論文研究的現(xiàn)狀及意義</p><p>　　1.1 LED發(fā)展過程及前景</p><p>　　根據(jù)LED顯示屏的發(fā)展?fàn)顩r可以將 LED顯示屏的發(fā)展過程分成三個(gè)階段：發(fā)展初期、快速發(fā)展時(shí)期和穩(wěn)步發(fā)展時(shí)期。 LED顯示屏的發(fā)展初期是在1990年以前。那個(gè)時(shí)期，LED顯示屏所用的材料受到限制，使得LED顯示屏沒能得到廣泛的應(yīng)用，LED顯示屏主要

18、靠通訊控制方式來控制，在客觀上影響了顯示效果。雖然LED顯示屏在其它國(guó)家應(yīng)用較廣,但在國(guó)內(nèi)應(yīng)用的卻很少，產(chǎn)品主要以雙基色紅和綠為主，灰度等級(jí)只能做到單點(diǎn)4級(jí)，具有較高的產(chǎn)品成本。</p><p>　　1990到1995年期間，這是LED顯示屏的快速發(fā)展時(shí)期。LED顯示屏不管是在制造材料方面還是控制技術(shù)方面都取得了突破性的發(fā)展，視頻控制技術(shù)也隨之誕生，灰度等級(jí)通常為16級(jí)和64級(jí)。LED顯示屏的穩(wěn)步發(fā)展時(shí)期為199

19、5年以后，出現(xiàn)了雙基色灰度級(jí)為256的視頻顯示屏，之后又出現(xiàn)了由紅、綠、藍(lán)三原色LED所生產(chǎn)的全彩色LED顯示屏，它的顏色非常豐富，圖像清晰，畫面逼真，這使得LED顯示屏的應(yīng)用領(lǐng)域越來越為廣泛。隨著人們生活水平的提高和生活節(jié)奏的加快，對(duì)時(shí)間的要求越來越高，精準(zhǔn)數(shù)字計(jì)時(shí)的消費(fèi)需求也是越來越多。</p><p>　　二十一世紀(jì)的今天，最具代表性的計(jì)時(shí)產(chǎn)品就是電子時(shí)鐘，它是近代世界鐘表業(yè)界的第三次革命。第一次是擺和擺輪

20、游絲的發(fā)明，相對(duì)穩(wěn)定的機(jī)械振蕩頻率源使鐘表的走時(shí)差從分級(jí)縮小到秒級(jí)，代表性的產(chǎn)品就是帶有擺或擺輪游絲的機(jī)械鐘或表。第二次革命是石英晶體振蕩器的應(yīng)用，發(fā)明了走時(shí)精度更高的石英電子鐘表，使鐘表的走時(shí)月差從分級(jí)縮小到秒級(jí)。第三次革命就是單片機(jī)數(shù)碼計(jì)時(shí)技術(shù)的應(yīng)用，使計(jì)時(shí)產(chǎn)品的走時(shí)日差從分級(jí)縮小到1/600萬秒，從原有傳統(tǒng)指針計(jì)時(shí)的方式發(fā)展為人們?nèi)粘８鼮槭煜さ囊构鈹?shù)字顯示方式，直觀明了，并增加了全自動(dòng)日期、星期的顯示功能，它更符合消費(fèi)者的生活需求

21、！因此，電子時(shí)鐘的出現(xiàn)帶來了鐘表計(jì)時(shí)業(yè)界跨躍性的進(jìn)步…… </p><p>　　我國(guó)生產(chǎn)的電子時(shí)鐘有很多種，總體上來說以研究多功能電子時(shí)鐘為主，使萬年歷除了原有的顯示時(shí)間，日期等基本功能外，還具有鬧鈴，報(bào)警等功能。商家生產(chǎn)的電子萬年歷更從質(zhì)量，價(jià)格，實(shí)用上考慮，不斷的改進(jìn)電子時(shí)鐘的設(shè)計(jì)，使其更加的具有市場(chǎng)。 </p><p>　　本設(shè)計(jì)為軟件，硬件相結(jié)合的一組設(shè)計(jì)。在軟件設(shè)計(jì)過程中

22、，應(yīng)對(duì)硬件部分有相關(guān)了解，這樣有助于對(duì)設(shè)計(jì)題目的更深了解，有助于軟件設(shè)計(jì)。基本的要了解一些主要器件的基本功能和作用。除了采用集成化的時(shí)鐘芯片外，還有采用MCU的方案，利用STC89系列單片微機(jī)制成電子電路，采用軟件和硬件結(jié)合的方法，控制LED數(shù)碼管輸出，分別用來顯示年、月、日、時(shí)、分、秒，其最大特點(diǎn)是:硬件電路簡(jiǎn)單，安裝方便易于實(shí)現(xiàn)，軟件設(shè)計(jì)獨(dú)特,可靠。STC89C52是由ATMEL公司推出的一種小型單片機(jī)。95年出現(xiàn)在中國(guó)市場(chǎng)。其主要

23、特點(diǎn)為采用Flash存貯器技術(shù)，降低了制造成本，其軟件、硬件與MCS-51完全兼容，可以很快被中國(guó)廣大用戶接受。 本文介紹了基于STC89C52單片機(jī)設(shè)計(jì)的電子時(shí)鐘。首先我們?cè)诰w論中簡(jiǎn)單介紹了單片機(jī)的發(fā)展與其在中低端領(lǐng)域中的優(yōu)勢(shì)以及課題的開發(fā)意義；接著介紹了STC89C52單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)和本畢業(yè)設(shè)計(jì)所要外擴(kuò)的LED顯示及其驅(qū)動(dòng)方法，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了時(shí)鐘基本電路的設(shè)計(jì)；然后使用單片機(jī)C語言進(jìn)行時(shí)鐘程序的設(shè)計(jì)，程序采用模塊化結(jié)構(gòu)，使得邏

24、輯關(guān)系簡(jiǎn)單明了，維護(hù)方便。</p><p>　　1.1.1 LED顯示屏的發(fā)展趨勢(shì) </p><p>　　自從上世紀(jì)90年代以來，我國(guó)LED顯示屏的產(chǎn)品工藝及設(shè)計(jì)技術(shù)都在穩(wěn)步地發(fā)展。自從高亮度、全彩化藍(lán)色及純綠色LED產(chǎn)品出現(xiàn)以來，LED顯示屏的基礎(chǔ)材料產(chǎn)業(yè)化，LED 顯示屏的制造成本也隨之降低，這使 LED 顯示屏的應(yīng)用領(lǐng)域更為廣泛。 隨著LED產(chǎn)品各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的提高，其亮度、色彩、白平

25、衡也呈現(xiàn)了比較完美的效果完全可以滿足戶外全天候環(huán)境條件的要求，加上LED 彩色顯示屏性價(jià)比高這樣的特點(diǎn)，傳統(tǒng)戶外所用的燈箱、霓紅燈、磁翻板等產(chǎn)品會(huì)被逐漸被LED彩色顯示屏所取代。在交通路口、繁華商業(yè)街等，都能看到用來做廣告載體LED顯示屏，輪流播放著商業(yè)廣告和部分公益廣告，廣告形式層出不窮，變化多端，內(nèi)容極其豐富。如今各省市體育場(chǎng)館也大量采用了LED彩色的顯示產(chǎn)品，在四十三屆世乒賽主場(chǎng)地天津體育中心就采用了國(guó)產(chǎn)的LED顯示屏，隨后一些其

26、它的國(guó)內(nèi)重要體育場(chǎng)館如上海體育中心、大連體育場(chǎng)等都采用了 LED 顯示屏作為信息發(fā)布的主要途徑。 LED 顯示屏產(chǎn)品正在走向規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化。我國(guó)LED顯示屏產(chǎn)業(yè)通過十余年的發(fā)展，已經(jīng)形成了一批具有較大規(guī)模且具有核心設(shè)計(jì)技術(shù)的企業(yè)，它們已經(jīng)在開始實(shí)施ISO9001質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系</p><p>　　據(jù)統(tǒng)計(jì)，2010 年中國(guó)LED芯片行業(yè)總產(chǎn)值達(dá) 1500 億元人民幣，同比增長(zhǎng)100%。特別在體育、戶外廣告、交通等諸多

27、領(lǐng)域的市場(chǎng)將有進(jìn)一步的增加。專家預(yù)測(cè)認(rèn)為：在國(guó)內(nèi)，全彩色LED顯示屏的市場(chǎng)需求量的增長(zhǎng)率將超過50%。 </p><p>　　我國(guó)全彩色LED顯示屏的技術(shù)水平相對(duì)來說還是比較先進(jìn)的，主要的LED平板顯示產(chǎn)品的技術(shù)水平與國(guó)際同行業(yè)的先進(jìn)水平相差不大，但在LED顯示屏的制造工藝以及LED屏的檢測(cè)方面與其它國(guó)家還存在一定差距。</p><p>　　1.2 LED的分類</p>&l

28、t;p>　　LED 顯示屏按顯示顏色可分為三類： </p><p>　　1)單色顯示屏系統(tǒng) </p><p>　　該系統(tǒng)是指LED點(diǎn)陣只顯示一種顏色，LED器件只有亮和滅兩種狀態(tài)，不存在灰度控制，故不能控制亮度。這種顯示屏通常用于顯示純文字信息。 </p><p>　　2)雙基色顯示屏系統(tǒng) </p><p>　　該系統(tǒng)顯示紅綠兩種顏色，

29、能夠進(jìn)行灰度控制，畫面顯示較生動(dòng)。 </p><p>　　3)全彩色顯示屏系統(tǒng) </p><p>　　該系統(tǒng)是由紅、綠、藍(lán)三種顏色的LED點(diǎn)陣組成，它的顯示顏色非常豐富，</p><p>　　畫面生動(dòng)而逼真，顯示屏能接收視頻信號(hào)并且可以顯示出全彩色的運(yùn)動(dòng)圖像。 </p><p>　　1.3 發(fā)光二極管的特性</p><p&

30、gt;　　發(fā)光二極管，英文全稱是Light Emitting Diode，簡(jiǎn)稱LED，是一種能將電能</p><p>　　轉(zhuǎn)化成光能的器件，當(dāng)有正向電流通過時(shí)，會(huì)產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象，如圖1.1所示。</p><p>　　圖1.1 發(fā)光二極管</p><p>　　用于描述 LED 特性的參數(shù)有許多，這些參數(shù)之間為非線性關(guān)系。因此，可用</p><p>

31、;　　特性曲線來描述這種關(guān)系。下面就針對(duì)其主要的特性曲線作簡(jiǎn)單的介紹： </p><p>　　發(fā)光強(qiáng)度 I 與正向電流 If 的關(guān)系曲線 </p><p>　　圖1.2 LED發(fā)光強(qiáng)度與正向電流的關(guān)系</p><p>　　圖1.2中描述了由三種不同半導(dǎo)體材料制成的黃、綠、紅 LED 器件的 Iv</p><p>　　和If的關(guān)系曲線，這三種

32、材料分別是：A-GaAsP(N)、B-GaP（N)和 C-GaP(Zn-O)。從圖中可知看，Iv是隨著 If的增加而增加的，但變化的規(guī)律有所不同。 </p><p>　　(2)LED 器件的伏安特性 </p><p>　　流過 LED 器件的電流和加在LED上的電壓之間的關(guān)系稱為伏安特性，如圖1.3所示，圖中描述了 A、B 兩個(gè)器件的正向伏安特性曲線，LED器件與普通二極管在伏安特性上基本

33、上相似，略微不同的是LED器件開始導(dǎo)通的正向電壓較大，大概在 1.6V~3.0V 之間，這是由不同的半導(dǎo)體材料來決定的。 </p><p>　　圖1.3 發(fā)光二極管正向伏安特性</p><p><b>　　1.4 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章簡(jiǎn)單介紹了LED顯示屏的發(fā)展趨勢(shì)、發(fā)光二極管的分類及特性、LED器件的驅(qū)動(dòng)方式，闡釋了LE

34、D點(diǎn)陣屏存在的現(xiàn)實(shí)意義，為制作點(diǎn)陣屏電子鐘奠定理論基礎(chǔ)。</p><p><b>　　.</b></p><p>　　第2章 總體方案的設(shè)計(jì)及論證</p><p><b>　　2.1系統(tǒng)硬件方案</b></p><p>　　大多數(shù)的LED顯示屏都在戶外，所以對(duì)硬件的質(zhì)量要求非常的高。為方便檢修和維護(hù)

35、硬件電路設(shè)計(jì)時(shí)常常采用模塊化的設(shè)計(jì)方法。硬件的設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)，既要滿足模塊本身功能又要能夠和整個(gè)系統(tǒng)兼容。如圖2.1所示，根據(jù)顯示系統(tǒng)的功能特點(diǎn)確定系統(tǒng)硬件由顯示屏部分，控制部分，通信系統(tǒng)三部分組成。單片機(jī)通過通信部分發(fā)送控制指令和顯示內(nèi)容代碼，執(zhí)行顯示指令并將顯示代碼處理后控制顯示部分的顯示內(nèi)容和顯示方式。 </p><p>　　圖2.1 系統(tǒng)硬件組成框圖</p><p>　　2.

36、2顯示屏主控制器</p><p>　　控制部分是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，其功能為發(fā)送數(shù)據(jù)和控制指令處理后控制顯示部分顯示內(nèi)容。其常用的電設(shè)計(jì)方法有單片機(jī)、DSP、及EDA技術(shù)。幾種設(shè)計(jì)方法比較各有其特點(diǎn)：</p><p><b>　　1. 單片機(jī)</b></p><p>　　單片機(jī)是集成了CPU，ROM，RAM和I/ O口的微型計(jì)算機(jī)。它有很強(qiáng)的接

37、口性能，非常適合于工業(yè)控制，因此又叫微控制器(MCU)。單片機(jī)品種齊全,型號(hào)多樣 CPU 從8，16，32到64位，多采用RISC 技術(shù)，片上I/O非常豐富，有的單片機(jī)集成有A/ D，“ 看門狗”，PWM，顯示驅(qū)動(dòng)，函數(shù)發(fā)生器，鍵盤控制等。它們的價(jià)格也高低不等，這樣極大地滿足了開發(fā)者的選擇自由。除此之外單片機(jī)還具有低電壓和低功耗的特點(diǎn)。隨著超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，NMOS工藝單片機(jī)被CMOS代替，并開始向HMOS 過渡。供電電壓由5V

38、降到3V，2V甚至到1V，工作電流由mA降至μA ，這在便攜式產(chǎn)品中大有用武之地。</p><p><b>　　2.DSP 芯片</b></p><p>　　DSP 又叫數(shù)字信號(hào)處理器。顧名思義，DSP主要用于數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域，非常適合高密度，重復(fù)運(yùn)算及大數(shù)據(jù)容量的信號(hào)處理。現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用于通信、便攜式計(jì)算機(jī)和便攜式儀表、雷達(dá)、圖像、航空、家用電器、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域，

39、DSP具有修正的哈佛結(jié)構(gòu)，多總線技術(shù)以及流水線結(jié)構(gòu)。將程序與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開，使用多總線，取指令和取數(shù)據(jù)同時(shí)進(jìn)行，以及流水線技術(shù)，這使得速度有了較大的提高。DSP區(qū)別于一般微處理器的另一重要標(biāo)志是硬件乘法器以及特殊指令，一般微處理器用軟件實(shí)現(xiàn)乘法，逐條執(zhí)行指令，速度慢。而DSP 依靠硬件乘法器單周期完成乘法運(yùn)算，而且還具有專門的信號(hào)處理指令，如TM320 系列的FIRS ，LMS，MACD指令等。</p><p>

40、<b>　　3. EDA</b></p><p>　　EDA(即Electronic Design Automation) 即電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化，它是以計(jì)算機(jī)為工具，在EDA 軟件平臺(tái)上，對(duì)用硬件描述語言HDL 完成的設(shè)計(jì)文件自動(dòng)地邏輯編譯、邏輯化簡(jiǎn)、邏輯分割、邏輯綜合及優(yōu)化、邏輯布局布線、邏輯仿真，直至對(duì)于特定目標(biāo)芯片進(jìn)行適配編譯、邏輯影射和編程下載等。設(shè)計(jì)者只需用HDL 語言完成系統(tǒng)功能的描

41、述，借助EDA工具就可得到設(shè)計(jì)結(jié)果，將編譯后的代碼下載到目標(biāo)芯片就可在硬件上實(shí)現(xiàn)。由于FPGA/CPLD可以通過軟件編程對(duì)該硬件的結(jié)構(gòu)和工作方式進(jìn)行重構(gòu)，修改軟件程序就相當(dāng)于改變了硬件，軟件編寫可以采用自頂向下的設(shè)計(jì)方案，而且可以多個(gè)人分工并行工作這樣便縮短了開發(fā)周期和上市時(shí)間，有利于在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中搶占先機(jī)。而且MCU和DSP都是通過串行執(zhí)行指令來實(shí)現(xiàn)特定功能，不可避免低速，而FPGA/CPLD則可實(shí)現(xiàn)硬件上的并行工作，在實(shí)時(shí)測(cè)控和

42、高速應(yīng)用領(lǐng)域前景廣闊；另一方面，F(xiàn)PGA/CPLP器件在功能開發(fā)上是軟件實(shí)現(xiàn)的，但物理機(jī)制卻和純硬件電路一樣，十分可靠。</p><p>　　三種設(shè)計(jì)方式相比較各有優(yōu)點(diǎn)且都能夠?qū)崿F(xiàn)控制功能，但單片機(jī)的技術(shù)門檻較低開發(fā)成本也較低非常適合初學(xué)者進(jìn)行學(xué)習(xí)和鍛煉使用。現(xiàn)在市場(chǎng)上常用的單片機(jī)主要有MCS-51、AVR、ARM、PIC等。其中應(yīng)用最廣泛的單片機(jī)首推Intel的51系列，由于產(chǎn)品硬件結(jié)構(gòu)合理，指令系統(tǒng)規(guī)范，加之

43、生產(chǎn)歷史“悠久”，有先入為主的優(yōu)勢(shì)常作為單片機(jī)學(xué)習(xí)的教材。且51系列的I/O腳的設(shè)置和使用非常簡(jiǎn)單，當(dāng)該腳作輸入腳使用時(shí)，只須將該腳設(shè)置為高電平（復(fù)位時(shí)，各I/O口均置高電平）。當(dāng)該腳作輸出腳使用時(shí)，則為高電平或低電平均可。所以在控制部分方案的選擇中選定51系列單片機(jī)作為控制部分的核心器件。</p><p><b>　　2.3 通信系統(tǒng)</b></p><p>　　通

44、信部分要滿足的設(shè)計(jì)要求就是穩(wěn)定、快速、簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)。計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通信主要采用并行通信和串行通信兩種方式。</p><p><b>　　1. 并行通信</b></p><p>　　并行通信時(shí)數(shù)據(jù)的各個(gè)位同時(shí)傳送，可以字或字節(jié)為單位并行進(jìn)行。并行通信速度快，但用的通信線多、成本高，故不宜進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信。</p><p><b>　　2. 串行

45、通信</b></p><p>　　串行通信數(shù)據(jù)是一位一位順序傳送，只用很少幾根通信線，串行傳送的速度低，但傳送的距離長(zhǎng)，因此串行適用于長(zhǎng)距離而速度要求不高的場(chǎng)合。在串行發(fā)送時(shí)，數(shù)據(jù)是一位一位按順序進(jìn)行的，而計(jì)算機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)是并行的。因此，當(dāng)計(jì)算機(jī)向外發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，必須將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)再發(fā)送。反之，又必須將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)中。這種轉(zhuǎn)換即可以用硬件實(shí)現(xiàn)也可以用軟件實(shí)現(xiàn)。單由軟件實(shí)現(xiàn)會(huì)

46、增加CPU負(fù)擔(dān)，降低其利用率，故目前常采用硬件實(shí)現(xiàn)。通用的通用異步接收/發(fā)送器，簡(jiǎn)稱UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）是完成這一功能的硬件電路。在單片機(jī)芯片中，UART已經(jīng)集成在其中，作為其組成部分，構(gòu)成一個(gè)串行口。</p><p>　　綜上所述，題目設(shè)計(jì)已經(jīng)選定了單片機(jī)為開發(fā)方式而單片機(jī)的UART已經(jīng)集成在單片機(jī)內(nèi)，為了硬件焊接上的方便所以通信系統(tǒng)

47、選擇模擬串行通信為通信方式。</p><p>　　2.4 硬件設(shè)計(jì)方案</p><p>　　最終方案如圖2.2所示，以單片機(jī)作為核心控制器件存儲(chǔ)和處理顯示內(nèi)容，用串行通信的方式將顯示內(nèi)容和控制指令傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)系統(tǒng)，單片機(jī)根據(jù)傳輸來的內(nèi)容和指令通過端口譯碼擴(kuò)展后驅(qū)動(dòng)16塊8×8LED點(diǎn)陣模塊構(gòu)成的16×64的LED點(diǎn)陣顯示屏。題目將以此方案為指導(dǎo)思想展開具體的硬件電路設(shè)計(jì)

48、。</p><p>　　圖2.2 硬件設(shè)計(jì)方案</p><p>　　2.5 系統(tǒng)軟件方案 </p><p>　　軟件的設(shè)計(jì)除了滿足設(shè)計(jì)功能外還必須要滿足易讀寫，方便下載和編譯。設(shè)計(jì)目標(biāo)和硬件總體結(jié)構(gòu)確定的情況下，軟件可以分為主程序，顯示子程序，各種特效顯示子程序，通信程序三個(gè)主要部分組成。具體結(jié)構(gòu)如圖2.3所示。</p><p>　　圖2.

49、3 軟件功能結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　軟件的編寫需要借助軟件編輯器和編譯軟件，編譯完成后還需要下載到單片機(jī)中執(zhí)行。編寫軟件之前得首先選擇一種合適的語言以及配套的編輯器和編譯軟件。最后還要選擇一款與所選單片機(jī)的下載器或下載軟件來把編寫的程序下載到單片機(jī)中執(zhí)行。</p><p>　　2.6 單片機(jī)編程語言</p><p>　　現(xiàn)在主要運(yùn)用的單片機(jī)編程語言為匯編語言

50、和C語言。兩種語言相比較各有優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　匯編語言(Assembly Language)是面向機(jī)器的程序設(shè)計(jì)語言，是一種功能很強(qiáng)的程序設(shè)計(jì)語言，也是利用計(jì)算機(jī)所有硬件特性并能直接控制硬件的語言。其具有執(zhí)行速度快，占內(nèi)存空間少等優(yōu)點(diǎn)，但在編寫復(fù)雜程序時(shí)具有明顯的局限性，匯編語言依賴于具體的機(jī)型，不能通用，也不能在不同機(jī)型之間移植。</p><p>　　C語言是一種源于編寫UNI

51、X操作系統(tǒng)的語言，它是一種結(jié)構(gòu)化語言，可產(chǎn)生壓縮代碼。C語言結(jié)構(gòu)是以括號(hào){ }而不是子和特殊符號(hào)的語言。C可以進(jìn)行許多機(jī)器級(jí)函數(shù)控制而不用匯編語言。與匯編相比，有如下優(yōu)點(diǎn)：對(duì)單片機(jī)的指令系統(tǒng)不要求了解，僅要求對(duì)51的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)有初步了解；寄存器分配、不同存儲(chǔ)器的尋址及數(shù)據(jù)類型等細(xì)節(jié)可由編譯器管理；程序有規(guī)范的結(jié)構(gòu)，可分為不同的函數(shù)。這種方式可使程序結(jié)構(gòu)化；將可變的選擇與特殊操作組合在一起的能力，改善了程序的可讀性；編程及程序調(diào)試時(shí)間顯著

52、縮短，從而提高效率；提供的庫(kù)包含許多標(biāo)準(zhǔn)子程序，具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力；已編好程序可容易的植入新程序，因?yàn)樗哂蟹奖愕哪K化編程技術(shù)。C語言作為一種非常方便的語言而得到廣泛的支持，C語言程序本身并不依賴于機(jī)器硬件系統(tǒng)，基本上不做修改就可根據(jù)單片機(jī)的不同較快地移植過來。</p><p>　　2.7 STC89C52簡(jiǎn)介</p><p>　　STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能

53、CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 </p><p>　　具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時(shí)

54、器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，3個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，4個(gè)外部中斷，一個(gè)7向量4級(jí)中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。另外,STC89X52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率35M

55、Hz，6T/12T可選。</p><p><b>　　2.8 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要論證點(diǎn)陣屏實(shí)現(xiàn)的可行性，通過對(duì)顯示屏主控制器、通信系統(tǒng)、硬件設(shè)計(jì)方案、系統(tǒng)軟件方案、單片機(jī)編程語言的論證，說明了電子鐘軟件及硬件方面的設(shè)計(jì)，從而證明了其可行性。</p><p>　　第3章 硬件電路的設(shè)計(jì)</p><p

56、>　　3.1 硬件系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用STC89C52單片機(jī)為核心控制器件，用16塊8*8點(diǎn)陣相連組成16*64點(diǎn)陣屏，作為顯示部分。用74LS154作為行驅(qū)動(dòng)控制，控制點(diǎn)陣屏的行控制信號(hào)，兩個(gè)154芯片有十六根數(shù)據(jù)線接在點(diǎn)陣屏的十六個(gè)行控制信號(hào)端上，用74HC595作為列驅(qū)動(dòng)控制，控制點(diǎn)陣屏的列控制信號(hào)，同樣有三根數(shù)據(jù)線接在點(diǎn)陣屏的十六個(gè)列控制信號(hào)端。系統(tǒng)方框圖如圖3.1所示。&

57、lt;/p><p>　　圖 3.1 系統(tǒng)方框圖</p><p>　　3.1.1 復(fù)位電路</p><p>　　為確保單片機(jī)系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠工作，復(fù)位電路是必不可少的一部分，復(fù)位電路的第一功能是上電復(fù)位。一般單片機(jī)正常工作所需要的供電電壓為+5V，由于單片機(jī)電路是時(shí)序數(shù)字電路，它需要穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)，因此在電源上電時(shí)，只有當(dāng)VCC在特定的工作電壓范圍內(nèi)以及晶體振蕩器穩(wěn)定

58、工作時(shí)，復(fù)位信號(hào)才被撤除，單片機(jī)開始正常工作。</p><p>　　目前為止，單片機(jī)復(fù)位電路主要有四種類型：</p><p><b>　　微分型復(fù)位電路；</b></p><p><b>　　積分型復(fù)位電路；</b></p><p><b>　　比較器型復(fù)位電路；</b><

59、;/p><p><b>　　看門狗型復(fù)位電路。</b></p><p>　　復(fù)位電路工作原理如圖3.2所示，VCC上電時(shí)，C充電，在10k電阻上出現(xiàn)電壓，使得單片機(jī)復(fù)位；幾個(gè)毫秒后，C充滿，10k電阻上電流降為零，電壓也為零，使得單片機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)。工作期間，按下S、C放電。S松手，C又充電，在10k電阻上出現(xiàn)電壓，使得單片機(jī)復(fù)位。幾個(gè)毫秒后，單片機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)。<

60、/p><p>　　圖3.2 復(fù)位電路</p><p>　　3.1.2 時(shí)鐘電路 </p><p>　　內(nèi)部時(shí)鐘，是用芯片內(nèi)部振蕩電路，精度不高，溫飄也較大，不需要外部振蕩器件。</p><p>　　外部時(shí)鐘，分RC振蕩和石英晶振，RC精度不高，成本低，石英晶振，精度高，穩(wěn)定性好，根據(jù)使用場(chǎng)合選擇，適合的時(shí)鐘方式。</p><

61、p>　　STC89C52內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是反相放大器的輸入端和輸出端，由這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外晶體或搪瓷諧振器一起構(gòu)成了一個(gè)自激振蕩器，這種方式形成的時(shí)鐘信號(hào)稱為內(nèi)部時(shí)鐘方式。利用芯片內(nèi)部的振蕩電路，在XTAL1和XTAL2兩端跨接晶體（或陶瓷）振蕩器和兩個(gè)電容就構(gòu)成了一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。晶體振蕩頻率可在1.2MHz～12MHz之間選擇。電容值無嚴(yán)格要求，但其取值

62、對(duì)振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小、振蕩電路起振速度稍有影響，C1、C2可在20pF～100pF之間取值。一般當(dāng)外接晶體時(shí)，電容選為30pF。本設(shè)計(jì)采用外部時(shí)鐘電路，電路圖如圖3.3所示。</p><p>　　圖3.3 時(shí)鐘電路</p><p>　　3.1.3 電源電路</p><p>　　電源電路不單單是為單片機(jī)運(yùn)行提供工作電壓，還需要對(duì)單片機(jī)的外圍電路提供工作電源。

63、這里我們用的是U口接入相應(yīng)電源，由于接入的電源是5V，在日常生活中非常常見，使用起來非常方便。</p><p>　　3.1.4 驅(qū)動(dòng)電路</p><p><b>　　1.列驅(qū)動(dòng)</b></p><p>　　列驅(qū)動(dòng)電路由集成電路74HC595構(gòu)成。它具有一個(gè)8位串入并出的移位寄存器和一個(gè)8位輸出鎖存器的結(jié)構(gòu)，而且移位寄存器和輸出鎖存器的控制是各自

64、獨(dú)立的，可以實(shí)現(xiàn)在顯示本行列數(shù)據(jù)的同時(shí)，傳送下一行的列數(shù)據(jù)，既達(dá)到重疊處理的目的。</p><p>　　圖3.7 74HC595結(jié)構(gòu)圖表</p><p>　　74HC595的外形如圖3.7所示。它的輸入側(cè)有8個(gè)串行移位寄存器，每個(gè)移位寄存器的輸出都連接一個(gè)輸出鎖存器。引腳DS是串行數(shù)據(jù)的輸入端。引腳ST是移位寄存器的移位時(shí)鐘脈沖，在其上升沿發(fā)生移位，并將SI的下一個(gè)數(shù)據(jù)打入最低位。74H

65、C595引腳說明見表3-1。列驅(qū)動(dòng)電路見圖3.8。</p><p>　　表3-1 74HC595引腳說明</p><p>　　移位后的各位信號(hào)出現(xiàn)在各移位寄存器的輸出端，也就是輸出鎖存器的輸入端。RCK是輸出鎖存器的打入信號(hào)，其上升沿將移位寄存器的輸出打入輸出鎖存器。引腳G是輸出三態(tài)門的開放信號(hào)，只有當(dāng)其為低時(shí)鎖存器的輸出才開放，否則為高組態(tài)。SCLR信號(hào)是移位寄存器清零輸入端，當(dāng)其為低時(shí)

66、移位寄存器的輸出全部為零。由于SCK和RCK兩個(gè)信號(hào)是互相獨(dú)立的，所以能夠做到輸入串行移位與輸出鎖存互不干擾。芯片的輸出端為QA～QH，最高位QH可作為多片74HC595級(jí)聯(lián)應(yīng)用時(shí)，向上一級(jí)的級(jí)聯(lián)輸出。但因?yàn)镼H受輸出鎖存器的打入控制，所以還從輸出鎖存器前引出QH，作為與移位寄存器完全同步的級(jí)聯(lián)輸出。</p><p>　　圖3.8 列驅(qū)動(dòng)電路 </p><p>　　將8片74HC595進(jìn)

67、行級(jí)連，可共用一個(gè)移位時(shí)鐘SCK及數(shù)據(jù)鎖存信號(hào)RCK。這樣，當(dāng)?shù)谝恍行枰@示的數(shù)據(jù)經(jīng)過8x8=64個(gè)SCK時(shí)鐘后便可將其全部移入74HC595中，此時(shí)還將產(chǎn)生一個(gè)數(shù)據(jù)鎖存信號(hào)RCK將數(shù)據(jù)鎖存在74HC595中，并在使能信號(hào)G的作用下，使串入數(shù)據(jù)并行輸出，從而使與各輸 出位對(duì)應(yīng)的場(chǎng)驅(qū)動(dòng)管處于放大或截止?fàn)顟B(tài)；同時(shí)由行掃描控制電路產(chǎn)生信號(hào)使第一行掃描管導(dǎo)通，相當(dāng)于第一行LED的正端都接高，顯然，第一行LED管的亮滅 就取決于74HC595中的

68、鎖存信號(hào)；此外，在第一行LED管點(diǎn)亮的同時(shí)，再在74HC595中移入第二行需要顯示的數(shù)據(jù)，隨后將其鎖存，同時(shí)由行掃描控 制電路將第一行掃描管關(guān)閉而接通第二行，使第二行LED管點(diǎn)亮，以此類推，當(dāng)?shù)谑袙呙柽^后再回到第一行，這樣，只要掃描速度足夠高，就可形成一幅完整的文字或圖像。</p><p><b>　　2.行驅(qū)動(dòng)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)采用74LS15

69、4作為點(diǎn)陣屏列控制信號(hào)，因?yàn)?54可以輸出16位的控制信號(hào)，所以只要掃描頻率可以，點(diǎn)陣屏就可以看成是穩(wěn)定平滑過渡，沒有閃爍的感覺，給人以正常的視覺效果。74LS154引腳圖3.9如圖所示。</p><p>　　圖3.9 74LS154</p><p><b>　　3.2 譯碼器</b></p><p>　　74LS138可以將3 個(gè)二進(jìn)制編碼

70、輸入譯成8 個(gè)彼獨(dú)立的輸出之一，還可以將數(shù)據(jù)從一個(gè)輸入線分配到8 個(gè)輸出的任意一個(gè)而實(shí)現(xiàn)解調(diào)功能。74LS138為4線——8線譯碼器，可以實(shí)現(xiàn)地址的擴(kuò)展。</p><p>　　該譯碼器采用先進(jìn)的硅結(jié)構(gòu)CMOS技術(shù)，并適合內(nèi)存地址譯碼和數(shù)據(jù)路由應(yīng)用。它抗噪聲能力強(qiáng)，低功耗，并與低電壓TTL電路兼容。</p><p>　　功能特性：傳輸延遲：12ns</p><p>　

71、　電源提供靜態(tài)電流：+-5.2mA</p><p>　　電源電壓范圍：2―6V</p><p>　　低電平輸入電流：最大1µA</p><p><b>　　引腳功能說明：</b></p><p>　　1、7、 9-15：輸出端。（outputs (active LOW)）</p><p>

72、;　　8：Gnd電源地 （ground (0 V)）</p><p>　　4-6：使能輸入端 (enable inputs (active LOW))</p><p>　　1-3：地址輸入端 (address inputs)</p><p>　　24：VCC電源正 (positive supply voltage)</p><p>　　地址/

73、全能輸入對(duì)應(yīng)輸出表</p><p><b>　　功能真值表注意：</b></p><p>　　H = 高電平（HIGH voltage level）</p><p>　　L = 低電平（LOW voltage level）</p><p>　　X = 任意電平（don’t care）</p><p&g

74、t;　　只要控制端G1、G2任意一個(gè)為高電平，A、B、C任意電平輸入都無效。</p><p>　　74HC138是此集成電路的COMS版本，其功耗更小，功能一樣。譯碼器在單片機(jī)系統(tǒng)中一般起擴(kuò)展I/O的作用，當(dāng)外設(shè)比較多，單片機(jī)的引腳不夠用的時(shí)候，就可以由74LS138把3個(gè)單片機(jī)I/O口擴(kuò)展為8個(gè)。增強(qiáng)了單片機(jī)控制外設(shè)的能力。這種單片 3 線—8 線譯碼器非常適合用于高性能存儲(chǔ)器的譯碼器。當(dāng)兩個(gè)選通輸入E1 和E

75、2 為低時(shí), 它可將3 個(gè)二進(jìn)制編碼的輸入譯成8 個(gè)互相獨(dú)立的輸出之一。實(shí)現(xiàn)解調(diào)功能的辦法是：用3 個(gè)輸入線(A、B、C)寫出輸出線的地址，使得在一個(gè)選通輸入為低時(shí)數(shù)據(jù)通過另一個(gè)選通輸入。當(dāng)任何一個(gè)選通輸入是高時(shí)，所有輸出都為高。</p><p>　　3.3 控制單元設(shè)計(jì)</p><p>　　控制單元是整個(gè)顯示系統(tǒng)的核心，該系統(tǒng)中采用51系列單片機(jī)為核心器件，用來發(fā)送控制指令和顯示內(nèi)容，并

76、且直接輸出數(shù)據(jù)通過譯碼電路控制LED顯示屏的顯示內(nèi)容和顯示狀態(tài)。</p><p>　　在51系列單片機(jī)中選定一款合適的機(jī)型來作為控制單元的主控芯片。根據(jù)題目的要求該芯片必須要具有的就是方便的編程能力，因?yàn)樵谲浖O(shè)計(jì)時(shí)方便的程序下載對(duì)程序的驗(yàn)證和編寫非常有用。還有就是為了提高LED顯示屏的掃描速度，單片機(jī)的執(zhí)行速度要盡可能的快。根據(jù)這兩點(diǎn)要求，選擇STC89C52為控制單元的主控芯片。</p><

77、;p>　　STC89C52的最小系統(tǒng)包括了外界時(shí)鐘電路和復(fù)位電路，選定一定數(shù)量的I\O口作為控制口控制外部的各種器件和數(shù)據(jù)的輸出。根據(jù)功能選擇一定的單片機(jī)端口添加外圍的器件，具體電路如圖3-5所示。</p><p>　　在該系統(tǒng)中，P0各口主要用作鍵盤的輸入。由于端口的驅(qū)動(dòng)能力有限所以該端口外接了10K的上拉電阻來提高驅(qū)動(dòng)能力。具體接法為：P0.6，P0.7，P0.3，P0.0分別接k1、k2、k3、k4，

78、P2.0接74HC138的數(shù)據(jù)線，P2.1~P2.4接兩個(gè)138芯片組成的（類似于74HC154）16線的ABCD端。向74HC138送入串行數(shù)據(jù)經(jīng)過其轉(zhuǎn)換后并行輸出； P1.2接 74HC595的SCK，上升沿時(shí)移位寄存器的數(shù)據(jù)進(jìn)入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)寄存器，下降沿時(shí)存儲(chǔ)寄存器數(shù)據(jù)不變。P1.3接74HC595的RCK端，上升沿時(shí)數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)移位，QA-->QB-->QC-->-->QH；下降沿移位寄存器數(shù)據(jù)不變。引腳

79、29，EA/VPP：外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000H－FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。因?yàn)闆]有擴(kuò)展外部程序存儲(chǔ)器所以將EA置為高電平。</p><p>　　圖3.5 控制部分電路圖</p><p>　　3.4 點(diǎn)陣工作原理</p><p>　　圖3.12為8*8點(diǎn)陣LED等效電路，只要其對(duì)應(yīng)的X、Y軸順向偏壓，即可使LED

80、發(fā)亮。例如如果想使左上角LED點(diǎn)亮，則Y0=1，X0=0即可。應(yīng)用時(shí)限流電阻可以放在X軸或Y軸。</p><p>　　一般我們使用點(diǎn)陣顯示漢字是用的16*16的點(diǎn)陣宋體字庫(kù)，所謂16*16，是每一個(gè)漢字在縱、橫各16點(diǎn)的區(qū)域內(nèi)顯示的。也就是說得用四個(gè)8*8點(diǎn)陣組合成一個(gè)16*16的點(diǎn)陣。</p><p>　　LED顯示屏是由一個(gè)一個(gè)的發(fā)光二極管點(diǎn)陣構(gòu)成的，要構(gòu)成大屏幕的LED顯示屏就需要多

81、個(gè)發(fā)光二極管。構(gòu)成LED屏幕的方法有兩種，一是由單個(gè)的發(fā)光二極管逐點(diǎn)連接起來，如圖3-12所示；二是選用一些由單個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成的LED點(diǎn)陣子模塊構(gòu)成大的LED點(diǎn)陣模塊。目前市場(chǎng)上普遍采用的點(diǎn)陣模塊有8×8、16×16幾種；這兩種屏幕構(gòu)成方法各有有缺點(diǎn)，單個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成顯示屏優(yōu)點(diǎn)在于當(dāng)單個(gè)的發(fā)光二極管出現(xiàn)問題時(shí)只需更換一個(gè)二極管即可，檢修的成本較低，缺點(diǎn)在于連接線路復(fù)雜；而點(diǎn)陣模塊構(gòu)成的方法卻正好與之相反，模塊構(gòu)成

82、省約了大量的連線，不過當(dāng)一個(gè)LED出現(xiàn)問題時(shí)同在一個(gè)模塊的所有LED都必須被更換。這就加大了維修的成本。</p><p>　　圖3.12 點(diǎn)陣原理圖</p><p>　　兩種方法相比較，決定采取模塊構(gòu)成的方法來制作一個(gè)LED點(diǎn)陣顯示屏。為了避免模塊的缺點(diǎn)，選擇點(diǎn)陣數(shù)較小的模塊來減小出現(xiàn)這一問題的風(fēng)險(xiǎn)。所以構(gòu)建一個(gè)16×64的LED點(diǎn)陣屏選用塊8×8點(diǎn)陣模塊。</

83、p><p>　　如圖3-13所示，本設(shè)計(jì)采用了16個(gè)8*8的點(diǎn)陣發(fā)光二級(jí)管模塊，組成了16*64的LED點(diǎn)陣顯示屏。LED驅(qū)動(dòng)顯示采用的動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)掃描方法，動(dòng)態(tài)掃描方式是逐行輪流點(diǎn)亮，把所有同一行的發(fā)光管的陽極連在一起，把所有同一列的發(fā)光管的陰極連在一起，先送出對(duì)應(yīng)第一行發(fā)光管亮滅的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第一行使其點(diǎn)亮一定的時(shí)間，然后熄滅；再送出第二行的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第二行使其點(diǎn)亮相同的時(shí)間，然后熄滅；…第十六行之

84、后，又重新點(diǎn)亮第一行，反復(fù)輪回。當(dāng)這樣的輪回速度足夠快（每秒24次以上），由于人眼的視覺暫留現(xiàn)象，就能看到顯示屏上穩(wěn)定的圖形。該方法能驅(qū)動(dòng)較多的LED，控制方式較靈活，而且節(jié)省單片機(jī)的資源。</p><p>　　圖3-13點(diǎn)陣顯示電路</p><p><b>　　3.5 本章小結(jié)</b></p><p>　　根據(jù)項(xiàng)目的功能和要求，本章主要介紹實(shí)

85、現(xiàn)點(diǎn)陣的硬件電路的設(shè)計(jì)，主要有復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、電源電路、驅(qū)動(dòng)電路等，并說明各個(gè)電路模塊之間的聯(lián)系及作用，且簡(jiǎn)單說明了LED點(diǎn)陣屏的動(dòng)作原理。</p><p>　　第4章 軟件部分設(shè)計(jì)</p><p>　　LED點(diǎn)陣電子鐘程序主要功能是屏幕顯示時(shí)間穩(wěn)定，精確。所以按照分塊設(shè)計(jì)的方法可以把程序設(shè)計(jì)為主程序、顯示程序、計(jì)時(shí)程序。主程序主要是用來初始化系統(tǒng)和控制各個(gè)子程序之間執(zhí)行的順序。顯示程

86、序用來完成數(shù)字在LED點(diǎn)陣上的顯示，時(shí)鐘的顯示是使用5塊8×8點(diǎn)陣顯示屏，其軟件設(shè)計(jì)原理是：由中斷產(chǎn)生的秒、分、小時(shí)數(shù)據(jù)，經(jīng)轉(zhuǎn)換子程序轉(zhuǎn)換成適應(yīng)LED點(diǎn)陣顯示屏顯示的數(shù)據(jù)，并通過單片機(jī)的輸出功能輸入到LED點(diǎn)陣顯示屏，再通過顯示掃描程序，顯示出時(shí)鐘的走時(shí)時(shí)間。計(jì)時(shí)程序用來完成計(jì)時(shí)，數(shù)時(shí)功能。圖4.1為主程序框圖。</p><p>　　圖4.1 主程序流程圖</p><p>　　

87、圖4.1中初始化主要是對(duì)定時(shí)器的初始化，設(shè)置定時(shí)器T0工作方式為1，設(shè)置T0初值，開啟T0中斷。</p><p>　　4.1 計(jì)時(shí)程序的設(shè)計(jì)</p><p>　　計(jì)時(shí)程序如圖4.2所示：T0計(jì)時(shí)器產(chǎn)生一個(gè)20毫秒的中斷程序，在計(jì)時(shí)程序中完成對(duì)時(shí)、分、秒的調(diào)整。本設(shè)計(jì)定時(shí)器方式1，方式1是一種16位計(jì)數(shù)的工作方式，由THX和TLX組成的16位計(jì)數(shù)器。圖4.2為計(jì)時(shí)程序框圖。</p>

88、;<p>　　計(jì)算計(jì)數(shù)初值。定時(shí)時(shí)間等于M減去T0初值后，乘以機(jī)器周期 。其中M可以根據(jù)工作方式的不同而取不同的值，M可取值為213、216和28，這里應(yīng)為216 。單片機(jī)采用12MHz晶振，機(jī)器周期為1微秒，定時(shí)器工作在方式1，定時(shí)時(shí)間為20毫秒，那么TH0和TL0的設(shè)置如下：TH0為0B1H，TL0為0E0H]。</p><p>　　如果使用以上程序進(jìn)行定時(shí)，這里總共37條程序共用了50個(gè)機(jī)器周

89、期。每個(gè)周期1微秒，50個(gè)及其周期為50微秒。中斷執(zhí)行50次為1秒，1秒后誤差2500微秒，1分鐘后誤差為0.15秒，一小時(shí)后誤差9秒。所以需對(duì)程序進(jìn)行調(diào)整。所以每次進(jìn)中斷應(yīng)留給中斷程序一定的時(shí)間，但是不是每次中斷都執(zhí)行所有命令，1秒內(nèi)進(jìn)入中斷只用了15個(gè)周期左右，只有在整點(diǎn)的時(shí)候才會(huì)用到40條以上的指令，那么可以對(duì)TH0和TL0的設(shè)置如下：TH0=0B1H，TL0=0C2H。這樣可以把誤差控制在1秒內(nèi)。程序中應(yīng)改動(dòng)的為：</p&

90、gt;<p>　　MOV TL0,#0E0H→ MOV TL0,#0C2H</p><p>　　MOV TH0,#0B1H→ MOV TH0,#0B1H</p><p>　　當(dāng)然經(jīng)過以上改動(dòng)后，誤差值在一定程度上減少有所，但誤差的存在還是不可避免，所以經(jīng)過一段時(shí)間，如果誤差較大時(shí)，可以用按鍵進(jìn)行人工調(diào)整。</p><p>　　圖4.2

91、 計(jì)時(shí)程序流程圖</p><p>　　4.2 顯示驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)</p><p>　　顯示程序分為靜態(tài)顯示程序、左移顯示2種種顯示方式。其中左移動(dòng)程序調(diào)用了靜態(tài)顯示程序?yàn)樽映绦颉?lt;/p><p>　　對(duì)靜態(tài)顯示來說，每一個(gè)發(fā)光二極管都需要一套驅(qū)動(dòng)電路，一幀畫面輸入以后便可一勞永逸地顯示，除非我們改變了顯示內(nèi)容，需要重新輸出新的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)．這種方式系統(tǒng)原理相對(duì)簡(jiǎn)單一些，但

92、所需的譯碼驅(qū)動(dòng)裝量很多，引線多而繁雜，不便于大屏幕的制造，成本高，其可靠性也較低。</p><p>　　另一種動(dòng)態(tài)掃描顯示是把整個(gè)LED屏幕分成若干部分，每一幅畫面的顯示是顯示完一部分后，又顯示第二部分……直到顯示完最后一部分又重新開始顯示第一部分，重復(fù)循環(huán)進(jìn)行．在重復(fù)掃描速度足夠快的情況下，我們看到的就是一幅穩(wěn)定的畫面．也就是說采用動(dòng)態(tài)掃描顯示需要不斷進(jìn)行畫面的刷新．在這種方式下其顯示驅(qū)動(dòng)電路可重復(fù)利用，引線也

93、大大減少，從而使硬件成本降低，且屏幕上的發(fā)光二極管輪流發(fā)光，使用時(shí)的耗電量大大降低．大屏幕的制造、維護(hù)要容易許多，可靠性也增加了．</p><p>　　兩種顯示方式的比較再結(jié)合51單片機(jī)IO口數(shù)量有限的原因決定采用動(dòng)態(tài)掃描的方式進(jìn)行顯示。</p><p>　　動(dòng)態(tài)掃描分為行掃描和列掃描兩種方式區(qū)別在于選通端和數(shù)據(jù)輸入端分別是行還是列。在該顯示系統(tǒng)中掃描顯示的工作原理如圖4.2所示，先選通列

94、然后再?gòu)男兴腿雽?duì)應(yīng)列的數(shù)據(jù)，這樣從第1列到第16列循環(huán)往復(fù)，只要切換的速度足夠的快利用人眼的延時(shí)特性就可以看見一幅穩(wěn)定的畫面。</p><p>　　圖4.2 掃描顯示程序原理圖</p><p>　　顯示采用的是列掃描的顯示方式，選通一列后按照列與數(shù)據(jù)元素的對(duì)應(yīng)關(guān)系第i列對(duì)應(yīng)的行數(shù)據(jù)為數(shù)組中的第i和第i+16個(gè)元素。將對(duì)應(yīng)元素的由低至高位依次從端口輸出具體做法為將元素向右邏輯移位后再與0X0

95、1相與，所得結(jié)果通過單片機(jī)端口輸出到串并轉(zhuǎn)換器的A端，鎖存在鎖存器里完成一列數(shù)據(jù)移位后再將其輸出。如此依次循環(huán)選通各列來顯示所需畫面。</p><p>　　4.3 顯示程序設(shè)計(jì)</p><p>　　點(diǎn)陣顯示數(shù)字方式如表4-2，編碼每個(gè)數(shù)據(jù)為每行的亮滅指示，燈亮的既為“1”，燈滅的即為“0”。如果是不顯示任何符號(hào)的點(diǎn)陣狀態(tài)那么8個(gè)數(shù)據(jù)位全是00H，在這邊就不列舉了。</p>&

96、lt;p>　　以一個(gè)LED點(diǎn)陣顯示為例，首先取入要顯示的數(shù)，經(jīng)過換算后查表，將表中對(duì)應(yīng)的碼通過P0端口并行輸出，存入到外部存儲(chǔ)器74LS373，通過P1端口確定鎖存數(shù)據(jù)的位置(即選定鎖存芯片)。并通過MOV R4,#00H和MOV P2,R4指令將行掃描數(shù)據(jù)輸入74LS138芯片。這樣即完成一個(gè)位的顯示，其他位的顯示仿照這一位。</p><p>　　表4-2 8×8點(diǎn)陣顯示碼</p>

97、<p>　　根據(jù)以上的點(diǎn)陣顯示碼，和控制思想，我們可以設(shè)計(jì)出點(diǎn)陣的顯示程序。圖4.2為顯示程序流程圖。</p><p>　　圖4.2 顯示程序流程圖</p><p>　　單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，如果運(yùn)算較多，系統(tǒng)要求時(shí)實(shí)性較強(qiáng)時(shí)，本設(shè)計(jì)就是這樣，可用查表程序代替運(yùn)算。以上程序?qū)崿F(xiàn)的就是時(shí)個(gè)位的顯示。將事先計(jì)算好的數(shù)據(jù)表格存放在ROM中，然后利用查表程序快速地取得數(shù)據(jù)，即可滿足

98、設(shè)計(jì)要求。查表程序是一種常用的程序，它可以完成數(shù)據(jù)計(jì)算，轉(zhuǎn)換，補(bǔ)償?shù)雀鞣N功能，具有程序簡(jiǎn)單，執(zhí)行速度快等優(yōu)點(diǎn)。查表程序在編程時(shí)，可以通過DB偽指令將表哥的內(nèi)容存入ROM中。用于查表的指令有兩條：MOVC A,@A+DPTR和MOVC A,@A+PC。這里選擇MOVC A,@A+DPTR。因?yàn)椴捎?×8點(diǎn)陣，每個(gè)數(shù)字在點(diǎn)陣上顯示時(shí)是采用行掃描方式，每行數(shù)據(jù)使用8個(gè)位，一個(gè)顯示使用8個(gè)單元。所以在偏移量中乘以8以確定指針位置，這就

99、是指令：MOV B,#08H在程序中的作用。然后通過指令：MOV R5,#08H，進(jìn)行8次的減一跳轉(zhuǎn)指令：DJNZ R5,LOOP00，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到74LS373鎖存器內(nèi)。</p><p><b>　　4.4 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章著重介紹了軟件部分的設(shè)計(jì)。主要分為主程序、顯示驅(qū)動(dòng)程序、顯示程序、計(jì)時(shí)程序，通過主程序控制各個(gè)程序從而實(shí)現(xiàn)LED點(diǎn)陣屏

100、的顯示。</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　總結(jié)本文的研究工作，主要做了一下幾點(diǎn)工作：通過閱讀大量的相關(guān)資料，詳細(xì)了解LED發(fā)光原理和LED點(diǎn)陣顯示原理，了解LED現(xiàn)狀，清楚的了解LED與其他顯示器的區(qū)別。并且通過多單片機(jī)資料的查閱，更進(jìn)一步增加了對(duì)單片機(jī)只是的理解和運(yùn)用能力。</p><p>　　在本次設(shè)計(jì)中學(xué)會(huì)了

101、Altium Designer Summer，PROTEL和KEIL的基本使用，感到Altium Designer Summer在電子制圖，仿真上的重要性和KEIL作為編程軟件的實(shí)用性。PROTEL在制作PCB板時(shí)非常重要。</p><p>　　存在的問題：鍵盤的選擇，開始使用P2口，但發(fā)現(xiàn)P2已經(jīng)作為輸出口使用，后改為P3口后按鍵正常工作。設(shè)置了鬧鐘程序的允許位，但鬧鐘不工作，后發(fā)現(xiàn)是軟件編寫問題。</p

102、><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　王守中，聶遠(yuǎn)銘. 51單片機(jī)開發(fā)入門與典型實(shí)例[M]. 北京:人民郵電出版社，2009. </p><p>　　公相. 基于8051單片機(jī)的數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 中國(guó)知網(wǎng)，2008，31(8):69～73.</p><p>　　胡輝，王曉，待永成. 單片

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