基于51單片機(jī)的旋轉(zhuǎn)LED點(diǎn)陣顯示屏設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、 基于51單片機(jī)的旋轉(zhuǎn)led點(diǎn)陣顯示屏設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘 要本設(shè)計(jì)是一個(gè)旋轉(zhuǎn)式led顯示屏，它利用了視覺(jué)暫留原理，以51單片機(jī)為核心控制器件。led模塊安裝在穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)地載體上，靜止時(shí)，各列發(fā)光二極管等間距排列。當(dāng)顯示模塊隨著旋轉(zhuǎn)體速度的加快并最終穩(wěn)定下來(lái)后，在程序精確的控制下，由于視覺(jué)暫留效應(yīng)，人眼就能夠看到顯現(xiàn)出預(yù)設(shè)的文字，字符等。紅外收發(fā)二極管的作用是，當(dāng)接收二極管隨旋轉(zhuǎn)顯示屏轉(zhuǎn)到發(fā)射二極管，兩者對(duì)接時(shí)完成信號(hào)收發(fā)，引起單片機(jī)外部中斷，單片機(jī)控制程序初始化。因裝在電機(jī)上的控制電路始終在高速旋轉(zhuǎn)，所以不方便使用電刷供電方法來(lái)給控制系統(tǒng)和顯示模塊供電。這里采用通過(guò)高頻線圈耦合（等同于變壓器初次線圈耦

2、合）供電。次級(jí)線圈耦合得到的是交流電，還需通過(guò)整流二極管整流成直流電，供旋轉(zhuǎn)模塊使用。關(guān)鍵詞：視覺(jué)暫留，直流電機(jī)，無(wú)線耦合輸電，紅外觸發(fā) the design and implementation of rotation led dot matrix display screen based on 51 mcuabstractthe design is a rotating led screen based on the c51 mcu controlling and the visual persistence principle. installing 16 led (light-emit

3、ting device) on a rotating steadily device, each row of light-emitting devices spacing are lined up, along with the rotation speed and finally stabilized in the control of the microcontroller program, accurate, continuous rotation shows the text, characters , etc ,which is designed in advance.the fu

4、nction of a infrared diode is that when the receiving diode with the display screen rotating to the emitting diode, the process of signals receiving and transmitting is completed. there will be a interrupt leading to scm controllable display program being restored to its original state. though the m

5、ain controlling circuit on the motor is rotating at a high speed, its not convenient with the brush contact to supply power to control system and display module. it can be done by high-frequency coil coupling (just like the transformer primary coil coupling) to supply power. though the current got b

6、y secondary coupling coil is alternating current, it need to be rectifier to be dc by a rectifier diode, used by rotary module.key words: persistence of vision, dc motor, wireless transmission, infrared trigger畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的

7、地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 使用授權(quán)說(shuō)明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。作者簽名： 日 期： 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲

8、明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按

9、學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名：日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日目錄前言1第1章 方案論證與選擇31.1系統(tǒng)總方案31.1.1 主控制部分31.1.2 通信模塊31.1.3 led顯示屏方案41.2系統(tǒng)硬件方案61.3系統(tǒng)軟件方案61.3.1 單片機(jī)編程語(yǔ)言71.3.2 系統(tǒng)軟件編譯器選擇7第2章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)92.1 硬件整體設(shè)計(jì)概述及功能分析92.2 控制單元設(shè)計(jì)102.2.1 c51芯片的選擇102.2.2 stc89c51rc簡(jiǎn)介112.2.3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)142.3 模塊供電設(shè)計(jì)方案152.3.1 高頻振蕩電路152.3.2 穩(wěn)壓整流電路162.3.3 驅(qū)動(dòng)電路172.4 通

10、信系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)17第3章 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)193.1 系統(tǒng)程序方案193.1.1 程序整體規(guī)劃193.1.2 定時(shí)中斷控制流程203.1.3 顯示子程序介紹213.2 開(kāi)發(fā)編譯環(huán)境keil vision4 介紹213.3 字符代碼生成器213.4 proteus仿真233.4.1 軟件介紹233.4.2 電路仿真243.4.3 借助仿真初步完善軟件程序25第4章 電路焊接及調(diào)試264.1 焊接264.2 調(diào)試264.2.1 加電初步檢測(cè)264.2.2 載入程序驗(yàn)證274.3 程序完善284.3.1 顯示多樣化284.3.2 程序編寫(xiě)設(shè)計(jì)284.4 硬件優(yōu)化284.4.1 轉(zhuǎn)速改善284.4.2 線

11、圈耦合294.4.3 次級(jí)線圈電壓電流29結(jié)論30謝 辭31參考文獻(xiàn)32附錄33外文資料翻譯42前言該設(shè)計(jì)課題使我們能夠掌握l(shuí)ed顯示屏的基本顯示原理和設(shè)計(jì)方法，對(duì)led顯示屏這個(gè)行業(yè)能有較為深刻的了解和認(rèn)識(shí)。并且對(duì)大學(xué)期間所學(xué)習(xí)的一些理論進(jìn)行了實(shí)踐，使我們對(duì)所學(xué)過(guò)的理論知識(shí)有了新的認(rèn)識(shí)。在本文所設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)led顯示屏以stc89c51單片機(jī)為核心，最大限度的利用單片機(jī)的資源，實(shí)現(xiàn)顯示功能。利用視覺(jué)暫留效應(yīng)，設(shè)計(jì)一種旋轉(zhuǎn)式led顯示屏在穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)的載體上安裝多個(gè)發(fā)光二極管。靜止時(shí)，各個(gè)發(fā)光二極管等間距排布。當(dāng)紅外二極管收發(fā)器旋轉(zhuǎn)到相對(duì)應(yīng)位置，接收二極管電平變化，初始化顯示。通過(guò)低壓直流電來(lái)驅(qū)動(dòng)電

12、機(jī)，使加載在直流電機(jī)上的設(shè)計(jì)電路達(dá)到勻速穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)的效果，通過(guò)c語(yǔ)言程序在高速旋轉(zhuǎn)中控制單片機(jī)相應(yīng)引腳電平高低，來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)光二極管在旋轉(zhuǎn)中顯示文字字符的效果。其目前社會(huì)生活中應(yīng)用領(lǐng)域主要在證券交易、銀行等金融營(yíng)業(yè)點(diǎn)信息顯示，工業(yè)、道路交通安全信息顯示和導(dǎo)引標(biāo)志、舞臺(tái)場(chǎng)景燈光的營(yíng)造，機(jī)場(chǎng)航班、港口、車站旅客引動(dòng)態(tài)信息顯示、體育賽事場(chǎng)館信息顯示、指揮調(diào)度中心信息顯示，餐飲業(yè)、商場(chǎng)購(gòu)物中心等服務(wù)領(lǐng)域的業(yè)務(wù)宣傳及信息顯示、廣告媒體宣傳產(chǎn)品、大型戶外led屏展覽、租賃、集會(huì)等各種場(chǎng)合。而現(xiàn)如今， led產(chǎn)業(yè)從全球分工來(lái)看，中國(guó)臺(tái)灣已成為全球led重要的生產(chǎn)基地，而美國(guó)、日本、歐盟在led上游外延片、芯片生產(chǎn)

13、上仍擁有巨大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，。全球已形成了以日、美、德為龍頭產(chǎn)業(yè)，中國(guó)臺(tái)灣、韓國(guó)緊跟其后，中國(guó)大陸、馬來(lái)西亞等國(guó)家和地區(qū)積極跟進(jìn)的態(tài)勢(shì)。目前中國(guó)國(guó)內(nèi)龐大的需求應(yīng)用給led下游廠商創(chuàng)造了巨大的發(fā)展機(jī)會(huì)，這為我國(guó)led產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了良好的機(jī)遇1。未來(lái)led產(chǎn)業(yè)會(huì)向著標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)多樣化的方向發(fā)展2。所以，通過(guò)該課題設(shè)計(jì)，學(xué)習(xí)和熟悉51單片機(jī)的的軟硬件開(kāi)發(fā)工具的使用方法和實(shí)際問(wèn)題的解決能力，激發(fā)創(chuàng)新意識(shí)，活躍思維能力，為以后從事相關(guān)行業(yè)的工作積累了實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)。其中所需要學(xué)習(xí)和研究的主要內(nèi)容如下：(1)以單片機(jī)為控制核心的控制應(yīng)用，以及外圍軟硬件擴(kuò)展兼容要求；(2)紅外收發(fā)器模塊的觸發(fā)工作原

14、理；(3)無(wú)線供電模塊原理，旋轉(zhuǎn)模塊的控制；(4)人眼視覺(jué)停留的參數(shù)；(5)各模塊電路功能結(jié)果的仿真；本文分為四章，詳細(xì)說(shuō)明了led旋轉(zhuǎn)屏的原理、設(shè)計(jì)方法、以及設(shè)計(jì)流程。第1章主要介紹系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案及可行性論證。第2章對(duì)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案作了論證，介紹了對(duì)主控芯片和各塊電路基本設(shè)計(jì)思路。第3章詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的主要功能，軟件仿真程序設(shè)計(jì)及結(jié)果。第4章對(duì)硬件焊接檢查，程序下載實(shí)物演示，硬件和軟件程序調(diào)試中遇到的問(wèn)題作了說(shuō)明，并對(duì)各功能進(jìn)行了測(cè)試和分析。 第1章 方案論證與選擇1.1系統(tǒng)總方案由于旋轉(zhuǎn)led顯示屏高速旋轉(zhuǎn)，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)，在硬件電

15、路設(shè)計(jì)時(shí)通常采用模塊化的設(shè)計(jì)方法。硬件的設(shè)計(jì)這里采用模塊化設(shè)計(jì)，要同時(shí)兼滿足模塊本身功能和系統(tǒng)兼容。如圖1-1所示，根據(jù)設(shè)計(jì)要求的功能特點(diǎn)確定系統(tǒng)總體要由通信系統(tǒng)，控制部分，顯示部分三部分組成。單片機(jī)通過(guò)通信模塊下載得到的控制指令和顯示內(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3。控制部分通信部分顯示部分圖1-1 系統(tǒng)硬件組成框圖1.1.1 主控制部分控制部分是整個(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。這里用的電子設(shè)計(jì)方法是采用單片機(jī)。單片機(jī)總體概括性的說(shuō)是集成了cpu，rom，ram和i/ o口的微型計(jì)算機(jī)。它有很強(qiáng)的接口性能，非

16、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，多數(shù)采用精簡(jiǎn)指令集(risc)技術(shù)，有非常豐富片上i/o；有的單片機(jī)還集成有a/ d，what dog，顯示驅(qū)動(dòng)，函數(shù)發(fā)生器，鍵盤(pán)控制等。它們的價(jià)格也高低不等，這樣極大地滿足了開(kāi)發(fā)者的選擇自由。這在便攜式產(chǎn)品中大有用武之地4。1.1.2 通信模塊通信部分的最重要的設(shè)計(jì)要求就是要滿足快速簡(jiǎn)單、穩(wěn)定、易實(shí)現(xiàn)。pc機(jī)數(shù)據(jù)傳輸一般采用的方式是串行通信和并行通信。1.串行通信串行通信數(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

17、。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)的傳遞和處理是并行的。因此，當(dāng)計(jì)算機(jī)接受數(shù)據(jù)時(shí)，必須將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)。反之，又必須將計(jì)算機(jī)中并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)輸出。這種轉(zhuǎn)換可以用軟硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)。但由軟件實(shí)現(xiàn)會(huì)增加cpu負(fù)擔(dān)，會(huì)降低其利用率，故目前常采用硬件實(shí)現(xiàn)。通用異步接收/發(fā)送器，簡(jiǎn)稱uart（universal asynchromous receeiver/trabsnitter），是一種硬件電路。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5。2.并行通信并行通信，數(shù)據(jù)的各個(gè)位可以字或字節(jié)為單位并行同時(shí)進(jìn)行傳送。并行通信最大特點(diǎn)是速度快，

18、但其需要的通信線多、各位收發(fā)同步協(xié)調(diào)要求高，成本高，故適合遠(yuǎn)距離通信。由于課題任務(wù)要求是基于51單片機(jī)的開(kāi)發(fā)方式，單片機(jī)內(nèi)已經(jīng)集成uart，在此選擇串行通信方式。1.1.3 led顯示屏方案由于人眼具有視覺(jué)暫留的特性，當(dāng)以一定速率刷新平面畫(huà)面時(shí)，我們就可以看到連續(xù)的圖像，陰極管顯示屏采用的就是逐點(diǎn)掃射方式，每秒鐘至少要刷新畫(huà)面25 幀的情況下,在人眼中才是一幅流暢的圖像了。傳統(tǒng)的 led點(diǎn)陣顯示屏逐行掃描循環(huán)點(diǎn)亮，當(dāng)刷新速率足夠大時(shí)，看到的即是一整幅穩(wěn)定的畫(huà)面。它的原理示意如圖1-2 所示，其中 (f)為人眼看到的由(a) (b) (c) (d) (e) 不同時(shí)間的顯示狀況拼接組成的的完整畫(huà)面

19、“3”。在這種led顯示屏中，采用的是逐行下移掃描點(diǎn)亮器件的方式，整個(gè)顯示屏不論有沒(méi)有點(diǎn)亮的led，每一行都必須要有足夠多的led顯示器件，這就增加了顯示屏的制作成本。圖1-2 傳統(tǒng)led顯示原理旋轉(zhuǎn)顯示掃描，同樣也是是利用人眼視覺(jué)暫留原理來(lái)實(shí)現(xiàn)顯示效果的。顯示部分包括兩列l(wèi)ed顯示排列（每列十六組led發(fā)光二極管即每列占用兩組i/o口），驅(qū)動(dòng)電路。該led顯示屏是由一個(gè)一個(gè)的發(fā)光二極管縱向排列構(gòu)成的，要顯示字符就要使其旋轉(zhuǎn)起來(lái)，并使發(fā)光二極管列結(jié)合程序定時(shí)的亮滅。這里直接通過(guò)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)帶動(dòng)led列的旋轉(zhuǎn)，運(yùn)行到某一位置時(shí)就初始化該位置的狀態(tài)，到一定時(shí)間后又顯示下一狀態(tài)的圖像，即一列顯示

20、器件要由電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)更換位置實(shí)現(xiàn)完成全部圖像的顯示。其顯示原理如圖1-3所示。圖1-3 旋轉(zhuǎn)led顯示屏原理a),b),c)是在不同時(shí)間的顯示效果，d)是我們?nèi)搜劭吹降恼w畫(huà)面“3”。其旋轉(zhuǎn)成像是一個(gè)柱面顯示屏，并且觀看視角可達(dá)360。需要32個(gè)led，可以充分利用i/o口，通過(guò)程序進(jìn)行位操作實(shí)現(xiàn)。較平面點(diǎn)陣顯示屏，led用量少，易檢修。所以，在此我選擇旋轉(zhuǎn)led顯示屏。1.2系統(tǒng)硬件方案 系統(tǒng)最終方案框圖如圖1-4所示，以51單片機(jī)機(jī)作為控制顯示效果主控制器件，用串行通信isp下載線將顯示內(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)下載來(lái)的內(nèi)容和指令通過(guò)端口電平輸出來(lái)驅(qū)動(dòng)2塊各有16個(gè)led燈組

21、成的顯示模塊構(gòu)成的216的led縱列顯示模塊。此設(shè)計(jì)題目以此方案為總體指導(dǎo)展開(kāi)具體的硬件電路設(shè)計(jì)。串行通信單片機(jī)驅(qū)動(dòng)電路216led顯示排供電模塊旋轉(zhuǎn)電路圖1-4 硬件設(shè)計(jì)方案1.3系統(tǒng)軟件方案中斷程序主程序字符數(shù)組顯示程序初始化程序軟件的設(shè)計(jì)除了滿足基本的顯示功能外還必須要滿足易讀寫(xiě)，易檢錯(cuò)，程序精簡(jiǎn)提高下載和編譯效率。在顯示目標(biāo)和硬件總體構(gòu)架確定的情況下，軟件可以大致分為主程序，顯示子程序等子程序，通信程序三個(gè)主要程序模塊部分組成。具體結(jié)構(gòu)如圖1-5所示。圖1-5 軟件功能結(jié)構(gòu)框圖軟件的編譯過(guò)程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(xiě)軟件之前得需要選擇一種合適

22、的編寫(xiě)語(yǔ)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(lái)把編寫(xiě)的程序下載到單片機(jī)中執(zhí)行。1.3.1 單片機(jī)編程語(yǔ)言目前單片機(jī)編程語(yǔ)言有匯編語(yǔ)言和c語(yǔ)言兩種。匯編語(yǔ)言(assembly language)是面向機(jī)器的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，功能強(qiáng)大，可以利用計(jì)算機(jī)所有硬件特性并直接控制硬件。它的執(zhí)行速度快，內(nèi)存空間占用量少，但在編寫(xiě)復(fù)雜程序時(shí)具有明顯的局限性，可讀性差，匯編語(yǔ)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6。c語(yǔ)言是一種源于編寫(xiě)unix操作系統(tǒng)的語(yǔ)言，它是一種結(jié)構(gòu)化語(yǔ)言，可產(chǎn)生壓縮代碼。c語(yǔ)言可以進(jìn)行許多機(jī)器級(jí)函數(shù)控制。對(duì)單片機(jī)的指令系統(tǒng)不要求了解，僅

23、要求對(duì)51的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)有基本了解；可由編譯器管理寄存器的分配、不同存儲(chǔ)器的尋址及數(shù)據(jù)類型等細(xì)節(jié)；用c語(yǔ)言編寫(xiě)的程序有規(guī)范的結(jié)構(gòu)。這種程序結(jié)構(gòu)化方式，改善了程序的可讀性；程序編譯和調(diào)試時(shí)間短，效率從而提高；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；可移植性好，因?yàn)樗哂蟹奖愕哪K化編程技術(shù)。c語(yǔ)言作為一種非常方便的語(yǔ)言而得到廣泛的支持，c語(yǔ)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(guò)來(lái)7。我在剛?cè)雽W(xué)時(shí)學(xué)過(guò)c語(yǔ)言課程，對(duì)匯編語(yǔ)言不了解，以及后來(lái)在51單片機(jī)的學(xué)習(xí)中我一直使用的是c語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)程序的?；谝陨侠碛蓻Q定采用c語(yǔ)言為該顯示系統(tǒng)的編程語(yǔ)言。1.3

24、.2 系統(tǒng)軟件編譯器選擇我們采用c語(yǔ)言編寫(xiě)的程序并不能被單片機(jī)直接執(zhí)行還需要編譯為單片機(jī)可執(zhí)行的機(jī)器語(yǔ)言。因此在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中，需要編譯器。支持用c語(yǔ)言編程的c51編譯器主要有兩種：franklin c51編譯器和keil c編譯器8。我大二學(xué)習(xí)51單片機(jī)時(shí)，我熟悉并熟練操作的也是keil c編譯開(kāi)發(fā)環(huán)境，目前在單片機(jī)開(kāi)發(fā)中普遍都是使用keil c來(lái)進(jìn)行編譯，圖書(shū)館和網(wǎng)絡(luò)上關(guān)于51單片機(jī)學(xué)習(xí)開(kāi)發(fā)資源上絕大多數(shù)講解教授的是keil c編譯器，所以這里我采用了keil c編譯開(kāi)發(fā)環(huán)境。第2章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 硬件整體設(shè)計(jì)概述及功能分析 顯示系統(tǒng)具體設(shè)計(jì)主要由通信系統(tǒng)，單片機(jī)系統(tǒng)，顯示驅(qū)動(dòng)電路和

25、216 點(diǎn)陣排列屏五部分組成。具體操作和工作流程為：用串行下載下借助pc機(jī)上的下載軟件向單片機(jī)載入控制指令和顯示代碼內(nèi)容；下載完畢后，給系統(tǒng)上電，執(zhí)行控制指令，處理顯示代碼將顯示內(nèi)容通過(guò)i/o口輸出并且控制各個(gè)i/o端口電平變化，最后由顯示驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行電壓和電流的處理，以達(dá)到led顯示屏所需大小的顯示電壓電流要求，進(jìn)而使顯示屏顯示出內(nèi)容。根據(jù)硬件的功能結(jié)構(gòu)圖選取合適器件，器件不但要求能實(shí)現(xiàn)所要求的功能還要能兼容至整個(gè)系統(tǒng)之中。通過(guò)查閱資料和對(duì)比最終的硬件原理圖如圖2-1所示。 圖2-1 功能結(jié)構(gòu)框圖該系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能和要求有以下幾點(diǎn)：(1) led顯示屏的面積必須滿足至少顯示一個(gè)漢字的標(biāo)準(zhǔn)。

26、并且顯示要清晰。(2) 驅(qū)動(dòng)電路要能提供led顯示正常工作范圍內(nèi)的電壓和電流要求。(3) i/o口高低電平的區(qū)分能力以及其輸入輸出頻率必須滿足單片機(jī)以及驅(qū)動(dòng)電路響應(yīng)的要求。(4) 單片機(jī)要能夠控制led顯示屏的顯示，并且端口驅(qū)動(dòng)能力要足以驅(qū)動(dòng)顯示電路，執(zhí)行頻率要能達(dá)到掃描顯示的最低要求。(5) 單片機(jī)由isp下載線下載程序，由無(wú)線振動(dòng)電路以及耦合線圈給顯示和控制系統(tǒng)供電，需外接5v直流電源給振蕩模塊和旋轉(zhuǎn)電機(jī)供電。2.2 控制單元設(shè)計(jì)2.2.1 c51芯片的選擇 控制系統(tǒng)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(lái)處理控制指令和顯示內(nèi)容，并且直接通過(guò)i/o口輸出電平通過(guò)

27、驅(qū)動(dòng)電路來(lái)控制led顯示屏的顯示內(nèi)容和顯示狀態(tài)。在51系列單片機(jī)中選定一款合適的型號(hào)來(lái)作為控制單元的主控芯片。常見(jiàn)的51系列單片機(jī)有以下幾種，如表2-1所示。表2-1 51單片機(jī)芯片廠商產(chǎn)品公司名稱產(chǎn)品at(atmel)at89c51，at89c52，at89c53，at89s51等philipsp80c54，p80c58，p87c54，p87c58，p87c524等inteli87c54，i87c58，i87l54，i87l54等stcstc89c51rc，stc89c52rc，stc89le51rc等根據(jù)題目的設(shè)計(jì)要求，所選芯片必須要具有的就是方便的編程下載能力，足夠的i/o端口和中斷引腳

28、，足夠高低運(yùn)行速度。stc89系列單片機(jī)還具備除滿足以上基本條件以外的超強(qiáng)抗干擾、高速、低功耗、指令代碼與傳統(tǒng)8051單片機(jī)完全兼容的增強(qiáng)型8051單片機(jī)等諸多優(yōu)點(diǎn)。加之在大三時(shí)，我學(xué)習(xí)的課程就是以stc89c51架構(gòu)來(lái)開(kāi)展的，因此這里我就選擇國(guó)產(chǎn)宏晶科技生產(chǎn)的stc89c51rc為控制單元的主控芯片，采用的是pqfp-44封裝類型。2.2.2 stc89c51rc簡(jiǎn)介1.性能特點(diǎn)：stc89c51rc是國(guó)內(nèi)宏晶科技有限公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)具備超強(qiáng)抗干擾、高速、低功耗、指令代碼與傳統(tǒng)8051單片機(jī)完全兼容的增強(qiáng)型8051單片機(jī)。6時(shí)鐘/機(jī)器周期和12時(shí)鐘/機(jī)器周期可任意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)805

29、1；工作電壓：5.5v-3.3v（5v單片機(jī)）/3.8v-2.0v（3v單片機(jī)）；工作頻率范圍：040mhz，實(shí)際工作頻率可達(dá)48mhz；用戶可應(yīng)用程序存儲(chǔ)空間分為：4k/8k/13k/16k/32k/64k字節(jié)；片上集成1280字節(jié)或512字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間ram；通用i/o口（35/39個(gè)）；復(fù)位后為：p1/p2/p3/p4是準(zhǔn)雙向口/弱上拉（普通8051傳統(tǒng)i/o口）；p0口作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上電阻，作為i/o口用時(shí)，需要加上拉電阻；最具特點(diǎn)是支持在系統(tǒng)可編程isp（in-system programming），無(wú)需專用編程器，無(wú)需專用仿真器，可通過(guò)串口（rxd/p3.0，txd/p

30、3.1）直接下載所編程序，即可就能完成；有e2prom功能（electrically erasable programmable read only memory電可擦寫(xiě)可編程只讀存儲(chǔ)器），是用戶可更改的只讀存儲(chǔ)器（rom）；內(nèi)部看門(mén)狗（wdt）定時(shí)器；共有三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，其中定時(shí)器0還可以當(dāng)成2個(gè)8位定時(shí)器使用；有四路路外部中斷，下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷，power down模式可由中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒；通用異步串行收發(fā)口（uart），還可結(jié)合定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè)uart；工作溫度范圍：-40+85c（工業(yè)級(jí)）/175c（商業(yè)級(jí)）；封裝形式： pdip-40，plcc-44，

31、pqfp-449。2. stc89c51rc的pqfp-44封裝芯片管腳圖如圖2-2所示。圖2-2 芯片管腳圖3.主要涉及引腳功能說(shuō)明：vcc電源電壓gnd地p0口p0口是一組雙向8位三態(tài)i/o口，可向其寫(xiě)入1使其狀態(tài)為懸浮，用作高阻輸入。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)ttl邏輯門(mén)電路，對(duì)端口p0寫(xiě)“1”時(shí)，可作為高阻抗輸入端用。p0口也可以在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，作地址的低字節(jié)；訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器作數(shù)據(jù)總線，此時(shí)通過(guò)內(nèi)部強(qiáng)上拉傳送1。在flash編程時(shí)，p0口輸出指令字節(jié)，要求外接“上拉電阻”。p1口p1口是一組內(nèi)部帶上拉電阻的8位雙向i/o口，p1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸

32、出電流）4個(gè)ttl邏輯門(mén)電路。對(duì)端口寫(xiě)“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流10。p1.0和p1.1的第二功能：(1)p1.0 t2（定時(shí)/計(jì)數(shù)器2外部計(jì)數(shù)脈沖輸入），時(shí)鐘輸出；(2)p1.1 t2ex（定時(shí)/計(jì)數(shù)2捕獲/重裝載觸發(fā)和方向控制）；p2口p2是一組內(nèi)部帶上拉電阻的8位雙向i/o口，p2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)ttl邏輯門(mén)電路。對(duì)于端口p2作輸入口時(shí)寫(xiě)“1”，原理同p1口。p3口p3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口。p3口第一功能同p1、 p2口。p3口除作為

33、一般的i/o口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表2-2所示。rst復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，rst引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將是單片機(jī)復(fù)位。ea/vpp外部尋址使能/編程電壓，在訪問(wèn)整個(gè)外部程序存儲(chǔ)器（地址0000h-ffffh），ea端必需保持低電平（接地）。如果ea為高時(shí)，將執(zhí)行內(nèi)部程序。當(dāng)rst釋放后ea腳的值被鎖存，任何時(shí)序的改變都將無(wú)效11。表2-2 p3口的第二功能口線第二功能類型名稱p3.0rxdi串行輸入口p 3.1txdo串行輸出口p3.2intoi外中斷0p3.3int1i外中斷1p3.4toi定時(shí)/計(jì)數(shù)器0p3.5t1i定時(shí)/計(jì)數(shù)器1p3.6wro外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)

34、選通信號(hào)p3.7rdo外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)2.2.3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制電路設(shè)計(jì)中采用的是單片機(jī)系統(tǒng)，該系統(tǒng)必須要是工作在一個(gè)最小系統(tǒng)。stc89c51rc的最小系統(tǒng)包括了外部時(shí)鐘電路和復(fù)位電路，選定一定數(shù)量的io口作為控制口控制外部的各個(gè)器件和數(shù)據(jù)的輸出。根據(jù)實(shí)現(xiàn)功能選擇一定的單片機(jī)端口添加外圍器件，具體電路如圖2-3所示圖2-3 控制系統(tǒng)電路圖在該控制系統(tǒng)中，p0、p1、p2、p3口主要用作led顯示數(shù)據(jù)的控制輸出。由于端口的驅(qū)動(dòng)電壓電流有限，所以在這些端口都外接了560的上拉電阻來(lái)提高驅(qū)動(dòng)能力。其中p3.0、p3.1還被復(fù)用為isp下載功能口。具體做法是：將p3.0、p3.1兩位端口和

35、電源正負(fù)極接在4針彎針的同一側(cè)即可。端口p4.3接到紅外接收管的正極用于外部中斷初始化程序。29號(hào)引腳ea/vpp要執(zhí)行內(nèi)部程序不需訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器，所以其直接和38號(hào)引腳（vcc）同時(shí)接在整流二極管負(fù)極，即電源正極。14號(hào)和15號(hào)引腳（xtal2和xtal1）外接11.0592mhz晶振，與兩個(gè)20p電容組成時(shí)鐘電路。2.3 模塊供電設(shè)計(jì)方案主控供電方案：(1)通過(guò)線圈耦合（相當(dāng)于變壓器原理）無(wú)線輸電的方法，無(wú)觸點(diǎn)。(2)用電動(dòng)機(jī)電刷的方法，簡(jiǎn)單有效，但這樣如果電刷與觸點(diǎn)接觸不充分或壓力不足，影響供電效果。而若接觸壓力大，電刷磨損快，壽命短，并且由于阻力的因素，容易造成電機(jī)發(fā)熱量多，功耗大。(

36、3)直接用電池給主板供電，成本高，電池裝在主板上隨主板轉(zhuǎn)動(dòng)，影響轉(zhuǎn)速。綜上比較，結(jié)合本題目實(shí)際特點(diǎn)，選擇第一種方案。其供電系統(tǒng)整體框架如圖2-4所示：高頻振蕩供電驅(qū)動(dòng)穩(wěn)壓整流初次級(jí)線圈5v圖2-4 供電系統(tǒng)框圖2.3.1 高頻振蕩電路高頻振蕩電路模塊原理圖，該電路由5v 1000ma直流電源放大電路、lc振蕩電路、穩(wěn)頻選頻電路組成，如下2-5所示：圖2-5 供電系統(tǒng)框圖其中三極管q1是pnp型b772，如圖2-6所示：圖2-6 b772外形引腳圖q2是s9014，相關(guān)介紹如下：三極管s9014 的結(jié)構(gòu)是npn，集電極-發(fā)射極電壓 45v，集電極-基電壓 50v，射極-基極電壓 5v，集電極電流

37、0.1a，耗散功率 0.4w，結(jié)溫150，最小特征頻率150mhz，放大倍數(shù)：20-90。 其引腳從左向右依次為e發(fā)射極 b基極 c集電極；對(duì)于中小功率塑料三極管按圖使其平面朝向自己，三個(gè)引腳朝下放置，則從左到右依次為e b c，如圖2-7所示：圖2-7 s9014外形引腳圖2.3.2 穩(wěn)壓整流電路安裝在旋轉(zhuǎn)模塊上的次級(jí)線圈因耦合得到的電動(dòng)勢(shì)是同初級(jí)線圈同頻率交流振蕩電壓，經(jīng)整流二極管d1變成單向電流，220uf電解電容做一次濾波，穩(wěn)壓管d2確保輸出5.0v系統(tǒng)電壓，104電容為二次率波。原理電路如圖2-8所示圖2-8 穩(wěn)壓整流電路圖2.3.3 驅(qū)動(dòng)電路先用上拉電阻把各個(gè)i/o口和led燈依次

38、連接起來(lái)，并把所有二極管的正極連接在5v穩(wěn)壓整流電源的正端，確保穩(wěn)定的+5v驅(qū)動(dòng)電壓，構(gòu)成完整的驅(qū)動(dòng)電路，電路如圖2-9所示。這里發(fā)光二極管一律采用共陽(yáng)接法。圖2-9 驅(qū)動(dòng)連接電路圖2.4 通信系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)stc89c51rc單片機(jī)具有通用異步串行口（uart），支持單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的串行傳輸。單片機(jī)與計(jì)算機(jī)不能直接相連進(jìn)行通信必須將rs-232c與ttl電平進(jìn)行轉(zhuǎn)換12。在通用的電平轉(zhuǎn)換芯片中max232系列的芯片以集成度高，單5v電源工作，只需外接5個(gè)小電容即可完成rs-232c與ttl電平之間的轉(zhuǎn)換而成為單片機(jī)系統(tǒng)中的常用芯片。芯片max232為下載模塊中最重要的組成部分。電路如圖2-10

39、所示：圖2-10 串口下載線電路圖第3章 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)3.1 系統(tǒng)程序方案 3.1.1 程序整體規(guī)劃系統(tǒng)程序按照模塊化的設(shè)計(jì)思路采用c語(yǔ)言編寫(xiě)。程序要實(shí)現(xiàn)串口通信，靜態(tài)顯示，畫(huà)面切換顯示三大功能。其功能結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。通信程序接收數(shù)據(jù)，交給主程序處理再通過(guò)控制程序選擇不同的顯示程序進(jìn)行顯示。程序的總體流程如圖3-1所示：定時(shí)器t0中斷定時(shí)器t1中斷電源開(kāi)始系統(tǒng)初始從顯示數(shù)組讀取顯示數(shù)據(jù)到寄存讀取控制命令，調(diào)用相應(yīng)子程序選擇顯示內(nèi)容外部中斷int2圖3-1 主程序流程圖程序開(kāi)始時(shí)首先必須對(duì)單片機(jī)進(jìn)行初始化，其中初始化的內(nèi)容包括：定時(shí)器中斷的開(kāi)啟和偏差量初值的設(shè)定，i/o端口電平重新置高初始，

40、顯示起始位置。初始化完成后，中斷源有外部中斷int2、定時(shí)器t0、定時(shí)器t0組成。外部中斷由紅外接收管的電平變化引起int2的觸發(fā)，外部中斷主要功能是不斷初始化程序設(shè)置。定時(shí)中斷程序設(shè)定了led點(diǎn)陣顯示屏所要顯示的內(nèi)容和顯示的方式，最后執(zhí)行的是各種顯示程序。3.1.2 定時(shí)中斷控制流程兩個(gè)定時(shí)中斷控制流程如圖3-2所示.定時(shí)t0中斷初值重賦變量過(guò)？接收顯示數(shù)據(jù)及控制命令，檢查接收是否完畢將顯示數(shù)據(jù)移入顯示數(shù)組并賦值給對(duì)應(yīng)io口定時(shí)返回定時(shí)t1中斷初值重賦計(jì)時(shí)，計(jì)數(shù)判斷設(shè)置時(shí)間和累計(jì)數(shù)值是否到達(dá)，到達(dá)時(shí)，重置變量歸零定時(shí)返回圖3-2 定時(shí)中斷流程圖3.1.3 顯示子程序介紹 在主函數(shù)中，根據(jù)定時(shí)

41、器計(jì)數(shù)，來(lái)控制顯示狀態(tài)變量的值來(lái)判斷下一步顯示內(nèi)容，即要調(diào)用那一個(gè)顯示子函數(shù)。子函數(shù)中，主要是有一個(gè)while循環(huán)構(gòu)成的一個(gè)有限循環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)字符數(shù)組中的元素值向緩沖數(shù)組的轉(zhuǎn)移。當(dāng)轉(zhuǎn)移完全后，以后顯示，端口賦值直接從緩沖數(shù)組里取值。以后的顯示直接從緩沖數(shù)組中取值，顯示內(nèi)容的更新與顯示時(shí)刻不沖突，避免了彼此的干擾沖突。3.2 開(kāi)發(fā)編譯環(huán)境keil vision4 介紹目前，單片機(jī)c語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)環(huán)境主要是keil vision，該軟件用于mcs-51單片機(jī)開(kāi)發(fā)工具，可以支持匯編和c語(yǔ)言；vision這一開(kāi)發(fā)環(huán)境集成了項(xiàng)目管理器、擁有完善功能的編輯器、仿真器、選項(xiàng)設(shè)置工具以及在線幫助，其是目前51系列單片

42、機(jī)最佳的軟件開(kāi)發(fā)工具13。其基本操作有：(1)打開(kāi)keil c窗口界面；(2)新建工程文件夾（project-new project），選擇路徑，輸入工程名稱，選擇對(duì)應(yīng)單片機(jī)型號(hào)；(3)新建編輯區(qū)，輸入所需代碼，保存為擴(kuò)展名為“.c”的文件格式；(4)再在source group 1中添加上步保存的“.c”文件；(5)選擇target，勾選create hex file選項(xiàng)框，點(diǎn)擊“ok”；(6)然后依次點(diǎn)擊translate current file、build target、rebuilt all target file圖標(biāo)。3.3 字符代碼生成器打開(kāi)通用led點(diǎn)陣代碼生成器，如圖3-3所

43、示。該生成器，只需在文字預(yù)覽框里輸入要顯示的字符，點(diǎn)擊“旋轉(zhuǎn)點(diǎn)陣”并選擇“c51”或“匯編”來(lái)生成相應(yīng)的顯示字符代碼。復(fù)制生成的代碼放入所編程序中，下載到硬件電路中運(yùn)行顯示即可。此軟件無(wú)需安裝及驅(qū)動(dòng)，直接運(yùn)行即可使用，操作簡(jiǎn)單，字符代碼生成質(zhì)量高，速度快。圖3-3 字符代碼生成窗口3.4 proteus仿真3.4.1 軟件介紹proteus軟件是英國(guó)labcenter electronics公司出版的eda工具軟件（該軟件中國(guó)總代理為廣州風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司）。它不僅具有其它eda工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。該軟件具有其它eda工具軟

44、件（如multisim）的功能。用戶可以實(shí)時(shí)采用諸如ram，rom，鍵盤(pán)，馬達(dá)，led，lcd，ad/da，部分spi器件，部分i2c（inter ic bus）器件?？梢苑抡鎚cs-51系列、avr、pic、arm等常用主流單片機(jī)。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，再配合顯示及輸出，能看到運(yùn)行后輸入輸出的效果。配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等，proteus建立了完備的電子設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)環(huán)境14。它擁有超過(guò)27000個(gè)仿真器件：可以通過(guò)內(nèi)部原型或使用廠家的spice文件自行設(shè)計(jì)仿真器件，labcenter也在不斷地發(fā)布新的仿真器件，還可導(dǎo)入第三方發(fā)布的仿真器件；支持主流的cpu類型：如

45、arm7、8051/52、avr、8086、pic10/12、pic16、pic18、pic24、等；支持通用外設(shè)模型：如直流/步進(jìn)/伺服電機(jī)、lcd點(diǎn)陣和圖形模塊、led顯示模塊、電子溫度計(jì)、按鍵、rs232虛擬終端等等，其compim（com口物理接口模型）還能夠?qū)崿F(xiàn)通過(guò)pc機(jī)串口使仿真電路和外部電路實(shí)現(xiàn)雙向異步串行通信；可以與第三方集成編譯環(huán)境（如keil c、iar和hitech）結(jié)合，進(jìn)行高級(jí)語(yǔ)言的源碼級(jí)仿真與調(diào)試；從原理圖到pcb的快捷轉(zhuǎn)換：即原理圖設(shè)計(jì)完成后，可一鍵進(jìn)入ares的pcb設(shè)計(jì)環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)從原理概念圖到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)；先進(jìn)的自動(dòng)布局/布線功能：支持器件的人工/自動(dòng)布

46、局；支持無(wú)網(wǎng)格自動(dòng)布線或人工線；支持門(mén)交換與引腳交換功能，使pcb設(shè)計(jì)更具合理性15。 打開(kāi)軟件窗口，點(diǎn)擊打開(kāi)元器件庫(kù)（pick parks from libraries）窗口界面，在元件查找欄輸入要查找的單片機(jī)和其他元器件,雙擊元器件名稱添加，如圖3-4所示。在操作編輯窗口，雙擊每個(gè)元件編輯相應(yīng)參數(shù)，按照原理電路圖布線連接，仿真電路如圖3-5所示。圖3-4 元器件添加窗口圖3-5 仿真電路3.4.2 電路仿真完成電路原理圖連線后，雙擊單片機(jī)，在彈出的界面中的program file一欄中選擇keil c編譯過(guò)生成的“.hex文件”，點(diǎn)擊“ok”，并開(kāi)始仿真。仿真結(jié)果如圖3-6所示。圖3-6

47、仿真結(jié)果顯示3.4.3 借助仿真初步完善軟件程序由于編程時(shí)忽略發(fā)光二極管共陰、共陽(yáng)問(wèn)題。原理圖中二極管是共陽(yáng)連接。焊接完成后，芯片引腳出來(lái)的是高電平控制，二極管又共陽(yáng)連接，導(dǎo)致二極管與預(yù)期控制亮滅反向，所以把程序中的端口賦值按位取反。如下：p0=v12*j;/取出的數(shù)據(jù)到p0輸出口p2=v12*j+1;/取出的數(shù)據(jù)到p2輸出口第4章 電路焊接及調(diào)試4.1 焊接為了做到統(tǒng)一規(guī)劃，盡可能少出錯(cuò)，避免將來(lái)后期硬件焊接完畢后或者出錯(cuò)檢查相當(dāng)困難，這里做了如下安排：(1)認(rèn)真檢查電路原理圖，確保電路原理正確可行；(2)針對(duì)原理圖中所涉及到的所有元器件，一一確認(rèn)型號(hào)、參數(shù)、數(shù)目；(3)借助萬(wàn)用表一一檢測(cè)電

48、阻，二極管，三極管，電容等元件，確保完好無(wú)損，參數(shù)正確；(4)電路焊接遵循“注意正負(fù)，認(rèn)準(zhǔn)型號(hào)，一個(gè)模塊一個(gè)模塊依次焊接，先小件后大件，焊一件測(cè)一件，測(cè)通路檢短路”的原則；(5)焊接完畢后，再次與原理圖一一對(duì)照，確認(rèn)無(wú)誤，并檢測(cè)焊接在電路板上的元件好壞。4.2 調(diào)試按照上述步驟，硬件焊接完畢，認(rèn)真比對(duì)檢查，初步確認(rèn)焊接與原理圖一致后。4.2.1 加電初步檢測(cè)連接電源，打開(kāi)開(kāi)關(guān)，旋轉(zhuǎn)顯示屏不轉(zhuǎn)動(dòng)，且沒(méi)有一盞led燈點(diǎn)亮。發(fā)現(xiàn)電源指示燈不亮，用萬(wàn)用表測(cè)電源接頭電壓值為0v，即電源損壞。換了一個(gè)5v直流電源后，led屏旋轉(zhuǎn)；但led燈不亮，使用萬(wàn)用表檢查led燈及相關(guān)電路沒(méi)有問(wèn)題，但通過(guò)比較前后使用

49、的兩個(gè)電源發(fā)現(xiàn)第二個(gè)電源輸出額定電流值只有800ma,又更換一個(gè)5v1a電源，上述問(wèn)題解決。4.2.2 載入程序驗(yàn)證利用串口線，通過(guò)stc網(wǎng)站提供的isp下載軟件向單片機(jī)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中載入一個(gè)基本的驗(yàn)證性程序。此次目的在于根據(jù)顯示效果和出現(xiàn)的問(wèn)題，來(lái)確定硬件是否有未發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤或設(shè)計(jì)不合理的地方，進(jìn)而修改完善硬件電路。若經(jīng)過(guò)多次修改完善下載程序，并確定程序正確無(wú)誤，則要重新檢查審視電路原理和硬件電路焊接的正確性與合理性。這里，程序是一個(gè)最基本的引腳控制顯示程序，僅有頭文件,字符代碼數(shù)組，main()函數(shù)，總線賦值，定時(shí)器中斷，while循環(huán)。此程序旨在對(duì)硬件實(shí)物電路基本功能的測(cè)試（led的焊接

50、情況，電路電氣正確性，功能基本實(shí)現(xiàn)情況等）。isp下載操作界面如圖4-1所示。圖4-1 isp程序下載窗口這里，經(jīng)反復(fù)核對(duì)修繕驗(yàn)證程序，觀察硬件顯示效果。在借助萬(wàn)用表確認(rèn)焊接元器件無(wú)短路、斷路、遺漏情況，與原理圖相一致，元器件并無(wú)損壞，電路電氣特性良好，但顯示效果混亂。多次比對(duì)i/o口賦值與原理圖發(fā)現(xiàn)，電路設(shè)計(jì)初衷沒(méi)有考慮到的合理性。問(wèn)題在于：原理圖上，發(fā)現(xiàn)其上p0、p1、p2 、p3、口從上到下順序?yàn)?7，而由通用led字符代碼生成器生成的字符代碼放在程序數(shù)組中賦給各個(gè)io口是上到下的順序?yàn)?0。在設(shè)計(jì)時(shí)只是簡(jiǎn)單亦步亦趨的按照原理圖上的芯片引腳連接的led排列，沒(méi)有注意到在實(shí)際的軟件程序編寫(xiě)

51、過(guò)程中可能出現(xiàn)的不便操作，甚至是出現(xiàn)不可能實(shí)現(xiàn)的效果。找到問(wèn)題所在處后，重新調(diào)整焊接了各io口led燈位排列次序，使其從高到低排序是從px7到px0（x=0,1,2,3）。重新載入程序，加電實(shí)驗(yàn)，可以顯示預(yù)期的簡(jiǎn)單字符。4.3 程序完善 4.3.1 顯示多樣化由于第4章的所載程序只是一個(gè)基本的驗(yàn)證程序，他的功能只是檢驗(yàn)硬件電路的正確性和合理完善性。要實(shí)現(xiàn)多樣化顯示，需要結(jié)合51單片機(jī)特點(diǎn)和硬件電路，在程序中要進(jìn)行相應(yīng)的中斷、子函數(shù)調(diào)用、數(shù)組等操作。這就增加了程序的復(fù)雜性，同時(shí)也增加了程序和硬件顯示的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)難度。stc89c51rc 單片機(jī)pqfp-44封裝，它有足夠的i/o端口，并且擁有四個(gè)

52、外部中斷（int0、int1、int2、int3）和三個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中斷（t0、t1、t2），這就方便了在不使用鎖存器呵占用i/o口的情況下，可以用多余的外部中斷和內(nèi)部定時(shí)計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)初始化、函數(shù)調(diào)用、顯示內(nèi)容變換。4.3.2 程序編寫(xiě)設(shè)計(jì)依照軟件整體設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行程序多樣化的編寫(xiě)。在此前驗(yàn)證程序的基礎(chǔ)上，加入中斷、子函數(shù)、多個(gè)字符顯示代碼數(shù)組。難點(diǎn)在于如何是顯示同轉(zhuǎn)速更加順暢協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)程序和代碼高效率的顯示。 4.4 硬件優(yōu)化影響硬件顯示效果和程序設(shè)計(jì)中的時(shí)間協(xié)調(diào)性的主要因素有：旋轉(zhuǎn)屏的旋轉(zhuǎn)速度，線圈耦合系數(shù)，次級(jí)線圈得到的電壓電流值。4.4.1 轉(zhuǎn)速改善這里是增加轉(zhuǎn)速，措施是將電機(jī)原來(lái)的

53、負(fù)極從pnp三極管b772的發(fā)射極直接接地，減少電機(jī)電路后續(xù)串聯(lián)電路阻抗的分壓。如圖5-1所示。圖4-2 電機(jī)負(fù)極接線前后對(duì)比4.4.2 線圈耦合載流線圈與其他線圈之間通過(guò)磁場(chǎng)相互聯(lián)系的物理現(xiàn)象稱為磁耦合。一對(duì)有磁耦合的線圈，若流過(guò)其中一個(gè)線圈的電流隨時(shí)間變化，則在另一線圈兩端將出現(xiàn)感應(yīng)電壓，反之亦然。這在電磁學(xué)中稱為互感效應(yīng)。直流激勵(lì)下電路的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)中沒(méi)有互感現(xiàn)象。變壓器是利用互感原理工作的最典型的電氣元件16。無(wú)線供電模塊中的線圈耦合原理，就等同于變壓器耦合原理，都是利用了麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的基本觀點(diǎn)：變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)；變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)，也即磁耦合。4.4.3 次級(jí)線圈電壓電流要想增加次級(jí)線圈的電壓與電流，就需要提高次級(jí)線圈的磁通量，可以增加次級(jí)線圈匝數(shù)，增加磁芯。這里采用了直徑小于初級(jí)線圈直徑的增加了匝數(shù)的漆包線線圈做次級(jí)線圈，并在次級(jí)線圈內(nèi)部加裝一個(gè)磁導(dǎo)體曾加磁通量，來(lái)有效增加磁耦合。如圖5-2所示圖4-3 加裝磁導(dǎo)體的次級(jí)線圈 結(jié)論此次設(shè)計(jì)并不是一項(xiàng)創(chuàng)新性課題。旋轉(zhuǎn)的led點(diǎn)陣顯示屏此前也早已有之。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)在參考前期的參考類似設(shè)計(jì)后，了解其課題的基本原理后，擬定整體設(shè)計(jì)方案，并對(duì)各個(gè)模塊的多種實(shí)現(xiàn)方式對(duì)比選擇，通過(guò)軟硬件的實(shí)際效果驗(yàn)