基于單片機(jī)的LED顯示屏設(shè)計(jì)

PAGEPAGE34目錄TOC\o"1-3"\h\z第一章緒論 1第一節(jié)什么是LED顯示屏 1第二節(jié)LED顯示屏的廣泛應(yīng)用 1第三節(jié)LED顯示屏的發(fā)展 1第四節(jié)LED顯示屏的特點(diǎn) 2第五節(jié)LED顯示屏的分類 2第六節(jié)LED顯示屏發(fā)展趨勢(shì) 3第七節(jié)小結(jié) 4第二章方案論證 5第三章硬件設(shè)計(jì)部分 7第一節(jié)系統(tǒng)的工作原理 7第二節(jié)單片機(jī)外部擴(kuò)展電路 8第三節(jié)數(shù)據(jù)輸出電路 19第四節(jié)時(shí)鐘脈沖電路 21第五節(jié)移位寄存電路 22第六節(jié)顯示電路 25第四章軟件設(shè)計(jì)部分 26第一節(jié)串行通訊 26第二節(jié)串行口工作方式 26第三節(jié)波特率的設(shè)置 26第四節(jié)編程思想 27結(jié)束語(yǔ) 29致謝 30參考文獻(xiàn) 31附錄A流程圖及程序 32附錄B電路原理圖 38第一章緒論第一節(jié)什么是LED顯示屏LED電子顯示屏是由幾萬--幾十萬個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光二極管像素點(diǎn)均勻排列組成。利用不同的材料可以制造不同色彩的LED像素點(diǎn)。目前應(yīng)用最廣的是紅色、綠色、黃色。而藍(lán)色和純綠色LED的開發(fā)已經(jīng)達(dá)到了實(shí)用階段。LED顯示屏可以顯示變化的數(shù)字、文字、圖形圖像；不僅可以用于室內(nèi)環(huán)境還可以用于室外環(huán)境，具有投影儀、電視墻、液晶顯示屏無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。第二節(jié)LED顯示屏的廣泛應(yīng)用信息化社會(huì)的到來，促進(jìn)了現(xiàn)代信息顯示技術(shù)的發(fā)展，形成了CRT、LCD、PDP、LED、EL、DLP等系列的信息顯示產(chǎn)品，縱觀各類顯示產(chǎn)品，各有其所長(zhǎng)和適宜的市場(chǎng)應(yīng)用需求。隨著LED材料技術(shù)和工藝的提升，LED顯示屏（ledpanel）以突出的優(yōu)勢(shì)成為平板顯示的主流產(chǎn)品之一，是集光電子技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理技術(shù)于一體的高技術(shù)產(chǎn)品，他是通過一定的控制方式，用于顯示文字、圖形、圖像、動(dòng)畫、行情、視頻、錄像信號(hào)等各種信息的LED器件陣列組成的顯示屏幕。以其獨(dú)具一格的優(yōu)勢(shì)，成為信息傳播的重要媒體，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)的許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，主要包括：（1）證券交易、金融信息顯示（2）機(jī)場(chǎng)航班動(dòng)態(tài)信息顯示（3）港口、車站旅客引導(dǎo)信息顯示（4）體育場(chǎng)館信息顯示。（5）道路交通信息顯示（6）調(diào)度指揮中心信息顯示（7）郵政、電信、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（8）廣告媒體新產(chǎn)品（9）演出和集會(huì)（10）展覽會(huì)第三節(jié)LED顯示屏的發(fā)展隨著大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，led得到了飛速發(fā)展，從93年至今，全國(guó)LED市場(chǎng)保持持續(xù)增長(zhǎng)，國(guó)產(chǎn)LED顯示屏的市場(chǎng)占有率近100%，國(guó)外同類產(chǎn)品基本沒有市場(chǎng)。在2001年全國(guó)LED顯示屏市場(chǎng)銷售額中，LED顯示屏專業(yè)委員會(huì)成員單位占80%，有16億多。國(guó)內(nèi)LED顯示屏產(chǎn)品及市場(chǎng)發(fā)展迅速，廠家眾多，但目前主導(dǎo)骨干企業(yè)群尚在形成之中，處于群雄逐鹿的時(shí)代。隨著LED顯示產(chǎn)品行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)逐步變得有序，市場(chǎng)即將轉(zhuǎn)入規(guī)模化、品牌化競(jìng)爭(zhēng)，當(dāng)逐步形成實(shí)力占據(jù)市場(chǎng)分額50%以上的三到五家企業(yè)時(shí)，顯示屏市場(chǎng)將趨于成熟。根據(jù)LED顯示屏專業(yè)委員會(huì)的統(tǒng)計(jì)，2001年成員單位的出口額約為4億元人民幣，這是LED顯示屏走向國(guó)際市場(chǎng)的良好跡象。國(guó)產(chǎn)LED顯示屏走出國(guó)門加入國(guó)際市場(chǎng)將使LED產(chǎn)業(yè)得到大的提升。

我國(guó)近年LED顯示屏市場(chǎng)增長(zhǎng)率如圖所示（單位：億元人民幣）第四節(jié)LED顯示屏的特點(diǎn)LED之所以受到廣泛重視而得到迅速發(fā)展，是與它本身所具有的優(yōu)點(diǎn)分不開的。這些優(yōu)點(diǎn)概括起來是：發(fā)光亮度強(qiáng)，在可視距離內(nèi)陽(yáng)光直射屏幕表面時(shí)，顯示內(nèi)容清晰可見.超級(jí)灰度控制具有1024-4096級(jí)灰度控制，顯示顏色16.7M以上，色彩清晰逼真，立體感強(qiáng).2）靜態(tài)掃描技術(shù)，采用靜態(tài)鎖存掃描方式，大功率驅(qū)動(dòng)，充分保證發(fā)光亮度.3）自動(dòng)亮度調(diào)節(jié)具有自動(dòng)亮度調(diào)節(jié)功能，可在不同亮度環(huán)境下獲得最佳播放效果.4）全面采用大規(guī)模集成電路,可靠性大大提高，便于調(diào)試維護(hù).5）全天候工作，完全適應(yīng)戶外各種惡劣性環(huán)境，防腐，防水，防潮，防雷，抗震整體性能強(qiáng)、性價(jià)比高、顯示性能好，像素筒可采用P10mm、P16mm等多種規(guī)格.6）先進(jìn)的數(shù)字化視頻處理，技術(shù)分布式掃描，BSV液晶拼接技術(shù)高清顯示，模塊化設(shè)計(jì)/恒流靜態(tài)驅(qū)動(dòng)，亮度自動(dòng)調(diào)節(jié)，超高亮純色象素，影像畫面清晰、無抖動(dòng)和重影，杜絕失真。視頻、動(dòng)畫、圖表、文字、圖片等各種信息顯示、聯(lián)網(wǎng)顯示、遠(yuǎn)程控制.作為新一代的顯示媒體，已廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。以其現(xiàn)代化、智能化的姿態(tài)用于企、事業(yè)單位形象宣傳和公共場(chǎng)所信息顯示，已成為不可或缺的顯示窗口，成為信息傳播的重要媒體。LED顯示屏的分類一、按顏色基色可以分為：

單基色顯示屏：?jiǎn)我活伾t色或綠色）。

雙基色顯示屏：紅和綠雙基色，256級(jí)灰度、可以顯示65536種顏色。

全彩色顯示屏：紅、綠、藍(lán)三基色，256級(jí)灰度的全彩色顯示屏可以顯示一千六百多萬種顏色二、按顯示器件分類：

LED數(shù)碼顯示屏：顯示器件為7段碼數(shù)碼管，適于制作時(shí)鐘屏、利率屏等，顯示數(shù)字的電子顯示屏。LED點(diǎn)陣圖文顯示屏：顯示器件是由許多均勻排列的發(fā)光二極管組成的點(diǎn)陣顯示模塊，適于播放文字、圖像信息。

三、按使用場(chǎng)合分類：

室內(nèi)顯示屏：發(fā)光點(diǎn)較小，一般Φ3mm--Φ8mm，顯示面積一般幾至十幾平方米。

室外顯示屏：面積一般幾十平方米至幾百平方米，亮度高，可在陽(yáng)光下工作，具有防風(fēng)、防雨、防水功能。

四、按發(fā)光點(diǎn)直徑分類：

室內(nèi)屏：Φ3mm、Φ3.75mm、Φ5mm、

室外屏：Φ10mm、Φ12mm、Φ16mm、Φ19mm、Φ21mm、Φ26mm

室外屏發(fā)光的基本單元為發(fā)光筒，發(fā)光筒的原理是將一組紅、綠、藍(lán)發(fā)光二極管封在一個(gè)塑料筒內(nèi)共同發(fā)光增強(qiáng)亮度。盡管LED顯示屏的種類很多，而且發(fā)展更迅速、更先進(jìn)，但由于知識(shí)儲(chǔ)備的限制，和個(gè)人能力有限，我選擇單色顯示屏作為這次設(shè)計(jì)的主要設(shè)計(jì)方案。第六節(jié)LED顯示屏發(fā)展趨勢(shì)一、高亮度、全彩化

藍(lán)色及純綠色LED產(chǎn)品自出現(xiàn)以來，成本逐年快速降低，已具備成熟的商業(yè)化條件。全彩色LED顯示屏將是LED顯示屏的重要發(fā)展方向。LED產(chǎn)品性能的提高，使全彩色顯示屏的亮度、色彩、白平衡均達(dá)到比較理想的效果，完全可以滿足戶外全天候的環(huán)境條件要求，全彩色LED屏將會(huì)成為主流產(chǎn)品。全彩色LED顯示屏的廣泛應(yīng)用會(huì)是LED顯示屏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)新的增長(zhǎng)點(diǎn)。

二、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化

材料、技術(shù)的成熟及市場(chǎng)價(jià)格的基本均衡之后，LED顯示屏的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化將成為L(zhǎng)ED顯示屏發(fā)燕尾服的一個(gè)新趨勢(shì)。在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)條件下，產(chǎn)品質(zhì)量，系統(tǒng)的可靠性等將成為主要的競(jìng)爭(zhēng)因素，這就對(duì)LED顯示屏的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化有了較高要求，業(yè)內(nèi)骨干企業(yè)已開始在企業(yè)實(shí)施ISO9000系列標(biāo)準(zhǔn)，行業(yè)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)體系的形成，對(duì)產(chǎn)品的檢測(cè)有了相對(duì)統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)和評(píng)判依據(jù)，待業(yè)的發(fā)展將趨于有序。三、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)多樣化

信息化社會(huì)的形成，LED顯示的應(yīng)用前景更為廣闊。預(yù)計(jì)大型或超大型LED顯示屏的主流產(chǎn)品局面將會(huì)發(fā)生改變，適合于服務(wù)行業(yè)特點(diǎn)和專業(yè)性要示訴小型LED顯示會(huì)有較大提高，面向信息服務(wù)領(lǐng)域的LED顯示屏產(chǎn)品門類和品種體系將更加豐富，部分潛在的市場(chǎng)需求和應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)有所突破，如公共交通、停車場(chǎng)、餐飲、醫(yī)院等綜合服務(wù)方面的信息顯示屏需求量將有更大的提高，大批量、小型化的標(biāo)準(zhǔn)系列LED顯示屏在LED顯示屏市場(chǎng)總量中將會(huì)占有多數(shù)份額。LED的發(fā)展前景廣闊，目前正朝著更高亮度、更高耐氣候性、更高的發(fā)光均勻性、更高的可靠性、全色化方向發(fā)展。第七節(jié)小結(jié)現(xiàn)代信息社會(huì)中，作為人-機(jī)信息視覺傳播媒體的顯示產(chǎn)品和技術(shù)得到迅速發(fā)展，進(jìn)入二十一世紀(jì)的顯示技術(shù)將是平板顯示的時(shí)代，LED顯示作為平板顯示的主要產(chǎn)品之一無疑會(huì)有更大的發(fā)展。[8][13]第二章方案論證LED大屏幕顯示從顯示方式來分，可分為靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種。從它顯示的方式來看有兩種方案可以選擇，下面通過對(duì)這兩種方案的比較討論，從而選擇更為合適的方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。方案一：靜態(tài)顯示是由單片機(jī)一次輸出顯示后，就能保持該顯示結(jié)果，直到下次送新的顯示模型為止。這種顯示每一個(gè)象素需要一套驅(qū)動(dòng)電路，如果顯示屏為n*m各象素屏，則需n*m套驅(qū)動(dòng)電路；以8*8點(diǎn)陣為例，則需要64套驅(qū)動(dòng)電路。之所以稱之為靜態(tài)顯示，是由于顯示屏中的各點(diǎn)相互獨(dú)立，而且各點(diǎn)的顯示情況已經(jīng)確定，相應(yīng)鎖存器的輸出將維持不便，直到顯示另一種情況為止。也正因?yàn)槿绱?，靜態(tài)顯示器的亮度都較高。這種顯示方式接口，編程容易，管理也簡(jiǎn)單，且占用機(jī)時(shí)少，顯示可靠，付出的代價(jià)是占用口線資源較多。但采用靜態(tài)顯示技術(shù)，畫面穩(wěn)定，無雜點(diǎn)，圖像效果細(xì)膩、清晰；動(dòng)畫效果生動(dòng)、多樣；視頻效果流暢、逼真高亮度，色彩鮮艷，視角大，壽命長(zhǎng)（大于10萬小時(shí)），穩(wěn)定性高，響應(yīng)速度快等特點(diǎn)方案二：動(dòng)態(tài)顯示采用多路復(fù)用技術(shù)，如果是p路復(fù)用的話，則每p個(gè)象素需一套驅(qū)動(dòng)電路，n*m個(gè)象素僅需n*m/p套驅(qū)動(dòng)電路。以大屏幕顯示器為8*64點(diǎn)陣為例，可將大屏幕分成8個(gè)8*8點(diǎn)陣的LED顯示塊拼裝而成。將8個(gè)塊的行線相應(yīng)的并接在一起，形成8路復(fù)用，經(jīng)由p1口輸出的行掃描信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。8個(gè)塊的列線分別經(jīng)由各串入并出移位寄存器的輸出進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。采用此方式，在某一時(shí)刻，只讓某一行的行選線處于選通狀態(tài)，而其他各點(diǎn)的行選線處于關(guān)閉狀態(tài)，列選線同樣一列選通而其他關(guān)閉，這樣就可選通一點(diǎn)亮，以此方式循環(huán)下去，就可以顯示各點(diǎn)的顯示情況，雖然這些點(diǎn)的現(xiàn)實(shí)情況是在不同時(shí)刻出現(xiàn)的，而且同一時(shí)刻只有一位顯示，其他各位熄滅，但由于人眼視覺暫留現(xiàn)象，只要每點(diǎn)顯示間隔足夠短，則可造成多點(diǎn)同時(shí)亮的假象，達(dá)到顯示目的。對(duì)動(dòng)態(tài)顯示而言，P愈大驅(qū)動(dòng)電路就愈少，成本也就愈低，引線也大大減少，更有利于高密度顯示屏的制造。但采用動(dòng)態(tài)顯示占用機(jī)時(shí)長(zhǎng)，只要單片機(jī)不執(zhí)行顯示程序就立刻停止。且存在閃爍、抖動(dòng)等缺點(diǎn)，況且較靜態(tài)顯示亮度較弱。由以上兩個(gè)方案比較可知，當(dāng)系統(tǒng)中LED數(shù)量較多時(shí)，采用動(dòng)態(tài)顯示的方法較為經(jīng)濟(jì)，但從設(shè)計(jì)要求來看，顯示屏是192*576的超大屏，系統(tǒng)中LED的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過數(shù)百只，如果仍采用動(dòng)態(tài)顯示的方法，會(huì)使系統(tǒng)變得較為復(fù)雜，可靠性降低，且成本下降有限。且動(dòng)態(tài)顯示后的亮度不夠使大屏幕不足夠清晰，為此選用靜態(tài)掃顯示法。從顯示更新的方式來看，可分為動(dòng)態(tài)掃描和靜態(tài)掃描兩種方式。因?yàn)榇嗽O(shè)計(jì)總體思路是將大屏幕劃分為24塊，每塊24列，逐塊刷新，而不是整個(gè)大屏幕的點(diǎn)陣同時(shí)顯示，故不是靜態(tài)掃描方式而是動(dòng)態(tài)掃描方式，所以總的來說采用的是動(dòng)態(tài)掃描，靜態(tài)驅(qū)動(dòng)方式對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。[1][3]第三章硬件設(shè)計(jì)部分本設(shè)計(jì)做的題目是《大屏幕控制系統(tǒng)》，它由上位機(jī)和下位機(jī)組成，本設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)下位機(jī)的功能，由單片機(jī)以串行方式接收從計(jì)算機(jī)串行口232發(fā)送來的要顯示的圖形，并存儲(chǔ)在片外RAM中。根據(jù)系統(tǒng)命令要求將顯示內(nèi)容送向大屏幕，即根據(jù)不同要求可以以不同的方式顯示圖象，逐行刷新、逐列刷新、隔行隔列刷新，也可以以圖形方式如扇形，百葉窗形等等，這里我們選擇實(shí)現(xiàn)大屏幕逐塊刷新。系統(tǒng)大致分為單片機(jī)外部擴(kuò)展電路，數(shù)據(jù)輸出電路，時(shí)鐘脈沖電路，移位寄存電路和顯示五大部分。第一節(jié)系統(tǒng)的工作原理系統(tǒng)將192*576大屏幕分為24塊，每塊24列。通過指令逐塊刷新。若以8*8點(diǎn)陣為單位，將每一塊分成24*3小塊，以第一行為例，說明其工作原理：由于是8*8點(diǎn)陣屏設(shè)計(jì)，需要端口16個(gè)，可采用靜態(tài)顯示模式，用P0口控制行，P1口控制列，通過軟件編程，即可實(shí)現(xiàn)漢字的顯示，并可上移下移，左移，右移，動(dòng)態(tài)流動(dòng)顯示。首先單片機(jī)以串行方式接受從串行口232發(fā)送來的圖形文字點(diǎn)陣數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)在片外RAM62256中，通過74LS138地址譯碼器對(duì)二個(gè)74HC573鎖存器進(jìn)行片選，鎖存并輸出24位數(shù)據(jù)，MCS--51系列單片機(jī)是美國(guó)Intel公司在1980年推出的8位單片微型計(jì)算機(jī)，包含51和52兩個(gè)子系列。51子系列的典型產(chǎn)品有8031，8051和8751三種機(jī)型52子系列包括8032，8052二種主要機(jī)型。ATMEL89S51系列單片機(jī)，由于它的模塊化設(shè)計(jì)為適應(yīng)具體的應(yīng)用提供了極大的靈活性，便于擴(kuò)展功能，有效的提高了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。AT89S51是一種低工耗、高性能的片內(nèi)含有4KB快閃可編程/擦除只讀存儲(chǔ)器的八位CMOS微控制器，使用高密度、非易失存儲(chǔ)編程器對(duì)程序存儲(chǔ)器重復(fù)編程。依此原理，將24塊逐塊刷新達(dá)到最終顯示目的。系統(tǒng)方框圖如下：?jiǎn)螁纹瑱C(jī)LED顯示點(diǎn)陣行驅(qū)動(dòng)器電源LED顯示點(diǎn)陣行驅(qū)動(dòng)器電源圖3—1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖第二節(jié)單片機(jī)外部擴(kuò)展電路ATMEL89S51系列單片機(jī)，由于它的模塊化設(shè)計(jì)為適應(yīng)具體的應(yīng)用提供了極大的靈活性，便于擴(kuò)展功能，有效的提高了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。AT89S51是一種低工耗、高性能的片內(nèi)含有4KB快閃可編程/擦除只讀存儲(chǔ)器的八位CMOS微控制器，使用高密度、非易失存儲(chǔ)編程器對(duì)程序存儲(chǔ)器重復(fù)編程。之所以我們沒有選擇帶有片內(nèi)ROM的單片機(jī)，是因?yàn)閷?duì)于大屏幕系統(tǒng)來說，對(duì)程序存儲(chǔ)器的容量要求很大，因?yàn)榇笃聊坏娘@示形式是多種多樣的，變化無窮，這就需要較大的程序存儲(chǔ)器來存儲(chǔ)不同顯示形式的各種程序，況且因?yàn)橄到y(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)能力要求較高，使用帶有片內(nèi)ROM的單片機(jī)同樣需要擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，并沒有簡(jiǎn)單和方便很多，反而可能帶來不便，所以本設(shè)計(jì)選擇80C31。80C31單片機(jī)內(nèi)部有128個(gè)字節(jié)RAM存儲(chǔ)器，CPU對(duì)內(nèi)部的RAM具有豐富的操作指令，但在用于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和處理時(shí)，僅靠片內(nèi)提供的128個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，為此需擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，因?yàn)檎麄€(gè)大屏幕是由十萬多個(gè)點(diǎn)組成的,每個(gè)點(diǎn)占一個(gè)位,這就需要大約13K字節(jié)容量,所以在這里我們選用32K的62256RAM。TSC89C51單片機(jī)（一）概述89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的89C51是一種高效微控制器89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版本。89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案,從里面收貨了很多。它包含了下面：8位CPU；振蕩頻率1.2～12MHZ；128個(gè)字節(jié)的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（片內(nèi)RAM）；21個(gè)專用寄存器；4KB的片內(nèi)程序存儲(chǔ)器（8031無）；8位并行I/O口P0，P1，P2，P3；一個(gè)全雙工串行I/O口；2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；5個(gè)中斷源，分為2個(gè)優(yōu)先級(jí)；雖然89C51的型號(hào)有很多種，而且每種型號(hào)的單片機(jī)的性能都很好，但從我們的設(shè)計(jì)來看，大屏幕顯示系統(tǒng)是一個(gè)耗能較大的系統(tǒng)，所以不能使用低能量方式的型號(hào)，因?yàn)閷?duì)頻率的要求不是很高，只不過是控制顯示屏的更新速度，頻率越大更新速度就越快，但他的更新頻率還要考慮到其他芯片的工作速度,像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)速度等,所以又不能盲目選擇,考慮到程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的工作速度不是很高，較高頻率可能使其不能正常工作，故選擇12MHz晶振的單片機(jī)。（二）特點(diǎn)與MCS-51微控制器產(chǎn)品系列兼容片內(nèi)有4KB可在線重復(fù)編程的快閃擦寫存儲(chǔ)器32條可編程I/O線程序存儲(chǔ)器具有三級(jí)加密保護(hù)可編程全全雙工串行通道空閑狀態(tài)維持低功耗和掉電狀態(tài)保存存儲(chǔ)內(nèi)容而且與87C51系列的引腳也完全兼容數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器低功耗的閑置和掉電模式片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路（三）片內(nèi)總體結(jié)構(gòu)89C51片內(nèi)總體結(jié)構(gòu)的詳細(xì)框圖如圖3-2所示。它主要由九個(gè)部件組成，一個(gè)8位的中央處理器；片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM128B/256KB）；128字節(jié)/256字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）；32條I/O口線；2個(gè)或3個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；片內(nèi)4kb程序存儲(chǔ)器FlashROM；用于存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格；特殊功能寄存器（SFR）；以及一個(gè)片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。這九個(gè)部件都是通過片內(nèi)單一總線連接而成，其基本結(jié)構(gòu)依然是通過CPU加上外圍芯片的結(jié)構(gòu)模式。但在功能單元的控制上卻有了重大變化，采用了特殊功能寄存器的集中控制方法。圖3—2總體結(jié)構(gòu)框圖圖3—389C51引腳結(jié)構(gòu)圖（四）芯片的引腳說明1、主電源引腳VCC和VSSVCC在正常待機(jī)、掉電、操作時(shí)提供+5v電壓VSS接地端2、輸入/輸出（I/O）引腳P0、P1、P2、P3 （1）P0口P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。（2）P1口P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。（3）P2口P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。（4）P3口P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故,P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：P3.0RXD（串性輸入）P3.1TXD（串行輸出）P3.2（外部中斷0輸入）P3.3（外部中斷1輸入）P3.4TD（定時(shí)器0輸入）P3.5TI（定時(shí)器1輸入）P3.6（片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）P3.7（片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）作為第一功能使用時(shí)，就作為普通I/O口用，功能和操作方法與P1口相同。作為第二功能使用時(shí)，各引腳的定義如上，值得強(qiáng)調(diào)的是，P3口的每一條引腳均可獨(dú)立定義為第一功能的輸入輸出或第二功能。P3口能驅(qū)動(dòng)3個(gè)低功耗LSTTL邏輯電路的輸入端，能在沒有外部上拉作用的情況下驅(qū)動(dòng)CMOS輸入端。設(shè)計(jì)中主要應(yīng)用了P3口的P3.0、P3.1、P3.6、P3.7口。P3.6（），P3.7（）作為選通信號(hào)與片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器相連接。3、控制或與其它電源復(fù)用引腳（1）復(fù)位單片機(jī)的復(fù)位都是靠外部電路實(shí)現(xiàn)的，在振蕩器運(yùn)行的情況下，要實(shí)現(xiàn)復(fù)位，必須使RST引腳保持2個(gè)機(jī)器周期的高電平。復(fù)位電路的核心就是必須保證RST引腳上出現(xiàn)10ms以上穩(wěn)定的高電平，這樣就能實(shí)現(xiàn)可靠的復(fù)位。推薦在此引腳與Vss引腳之間連接一個(gè)約8.2KΩ的下拉電阻，與Vcc引腳之間連接一個(gè)約10ｕF的電容，以保證可靠的復(fù)位。復(fù)位操作使P1、P2、P3口都為1，這種操作可以達(dá)到異步目的，雖然振蕩器還沒有開始工作。設(shè)計(jì)中選用上電復(fù)位。如下圖3-5所示：圖3—5復(fù)位電路（2）ALE當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE的輸出把地址的低字節(jié)鎖存到外部鎖存器。即使不訪問外部存儲(chǔ)器，ALE端仍以不變的頻率（振蕩器頻率的1/6）周期性的發(fā)出正脈沖信號(hào)，因此，它可以用作對(duì)外輸出的時(shí)鐘，或用于定時(shí)目的。然而要注意的是，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。ALE端可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）八個(gè)LSTTL邏輯電路的輸入端，它沒有外部上拉可以驅(qū)動(dòng)CMOS輸入端。（3）是外部存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端，在從外部程序存儲(chǔ)器取指令期間，在每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)兩次有效，但在此期間，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的信號(hào)將不出現(xiàn)。在從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器取指令時(shí)不工作?？梢则?qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）八個(gè)LSTTL邏輯電路的輸入端，它沒有外部上拉可以驅(qū)動(dòng)CMOS輸入端。（4）當(dāng)保持高電平時(shí)，cpu訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，但在PC（程序計(jì)數(shù)器）值超過0FFFH（8031）或1FFFH（8052）時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器內(nèi)的程序。當(dāng)保持低電平時(shí)，cpu只訪問外部程序存儲(chǔ)器，不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。必須不能懸空4、外接晶體引腳XTAL1和XTAL2XTAL1接外部晶體的一個(gè)引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，他是一個(gè)反相放大器構(gòu)成的振蕩電路的輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。當(dāng)外部振蕩器工作時(shí)，此引腳作為驅(qū)動(dòng)端接收外部振蕩器信號(hào)。XTAL2接外部晶體的另一端。在單片機(jī)內(nèi)部，他是一個(gè)反相放大器構(gòu)成的振蕩電路的輸出端，當(dāng)外部振蕩器工作時(shí)，此引腳應(yīng)懸空。(五)、待機(jī)和掉電方式處理圖3—6介紹了內(nèi)部待機(jī)和掉電方式時(shí)鐘結(jié)構(gòu)，圖表明，掉電方式使振蕩器停止工作，待機(jī)方式語(yǔ)序中斷、串行口、定時(shí)器在cpu的時(shí)鐘關(guān)閉時(shí)，繼續(xù)執(zhí)行其功能。這些特殊方式被經(jīng)過特殊功能寄存器軟件PCON（電源控制）所激活，它的硬件地址是87H，PCON沒有位尋址功能。圖3—6待機(jī)和掉電方式硬件圖PCON：電源控制寄存器(MSB)(LSB)SMODGF1GF0PDIDL本設(shè)計(jì)中并沒有應(yīng)用到待機(jī)方式和掉電方式，所以這里不做詳細(xì)說明了，而且電源控制寄存器的后幾個(gè)標(biāo)志符也就沒有發(fā)揮其作用，但系統(tǒng)應(yīng)用到了串行口方式，所以SMOD標(biāo)志符保留其功能。表3—1電源控制寄存器功能表標(biāo)志符位置名稱及功能SMODPCON.7雙波特率選擇位，SMOD=1，在串行口方式1，2，3情況下波特率提高一倍一PCON.6無定義一PCON.5無定義一PCON.4無定義GF1PCON.3通用標(biāo)志位GF0PCON.2通用標(biāo)志位PDPCON.1掉電方式位,設(shè)置該位來激活掉電方式工作IDLPCON.0待機(jī)方式位,設(shè)置該位來激活待機(jī)方式工作如果將PD和IDL同時(shí)置1，先進(jìn)入掉電方式。單片機(jī)復(fù)位時(shí)，PCON的狀態(tài)為（000x0000）時(shí)鐘停止方式靜態(tài)標(biāo)志，TSC80C31/80C51時(shí)鐘速度能減少到0MHz而不丟失存儲(chǔ)器和寄存器中的任何數(shù)據(jù)，這種方式允許按步使用，而且允許通過將時(shí)鐘頻率降低到任意值來減少系統(tǒng)能量消耗。在0MHz，能量消耗和在掉電方式下是相同的（六）、振蕩器特點(diǎn)一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是放大器的輸入端，如圖3-7所示，使用石英晶體或陶瓷諧振器。圖3—7石英晶體振蕩器采用外部時(shí)鐘方式，外部信號(hào)接至XTAL1，而XTAL2可處于不接狀態(tài)如圖6所示，外部振蕩信號(hào)通過一個(gè)2分頻的觸發(fā)器而成為內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)，對(duì)外部信號(hào)的占空比沒有什么要求，但在具體的數(shù)據(jù)菜單上高電平持續(xù)時(shí)間和低電平持續(xù)時(shí)間必須注意。圖3—8外部振蕩信號(hào)結(jié)構(gòu)圖這里我們選擇內(nèi)部時(shí)鐘方式，12MHz的晶體振蕩器如圖3-7[2][9]二、最小應(yīng)用系統(tǒng) 能維持單片機(jī)運(yùn)行的最簡(jiǎn)單配置的系統(tǒng)。這種系統(tǒng)成本低廉、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，常常構(gòu)成一些簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)，如開關(guān)狀態(tài)的輸入/輸出控制等。對(duì)于片內(nèi)有ROM/EPROM/FLASHRAM的單片機(jī)，構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，只要將單片機(jī)接上時(shí)鐘電路、復(fù)位電路和電源即可，如圖所示XTAL1XTAL1P2.7~2.0XTAL289S51RSTALEP0.7~0.0地址鎖存EPROMXTAL1P0P1XTAL2P2P3RST89S51圖89S51單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)由于集成度的限制，這種最小應(yīng)用系統(tǒng)只能用作一些小型的控制單元。其應(yīng)用特點(diǎn)是：①有可供用戶使用的大量I/O口線，P0、P1、P2、P3都可用作用戶I/O口用。由于沒有外部存儲(chǔ)器擴(kuò)展，應(yīng)接高電平。②內(nèi)部存儲(chǔ)器容量有限（只有4KB地址空間）。③應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)具有特殊性。由于這類應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)用程序量不大，外電路簡(jiǎn)單，因而采用模擬開發(fā)手段較好。對(duì)于片內(nèi)無ROM/EPROM/FLASHRAM的單片機(jī)，其最小系統(tǒng)除了外部配置時(shí)鐘電路、復(fù)位電路和電源外，還應(yīng)在片外擴(kuò)展EPROM、EEPROM作為程序存儲(chǔ)器用，如圖3（b）所示，應(yīng)接地。三、地址鎖存器由于單片機(jī)的P0口是分時(shí)復(fù)用的地址/數(shù)據(jù)總線，因此在進(jìn)行程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展時(shí)，必須利用地址所存器將地址信號(hào)從地址/數(shù)據(jù)總線中分離開來。74HC573包含八進(jìn)制3態(tài)非反轉(zhuǎn)透明鎖存器，[span]是一種高性能硅門CMOS[span]器件。[span]SL74HC573跟LS/AL573的管腳一樣。器件的輸入是和標(biāo)準(zhǔn)CMOS輸出兼容的，加上拉電阻他們能和LS/ALSTTL輸出兼容。輸入是和標(biāo)準(zhǔn)CMOS輸出兼容的；加上拉電阻，他們能和LS/ALSTTL輸出兼容。當(dāng)鎖存使能端LE為高時(shí)，這些器件的鎖存對(duì)于數(shù)據(jù)是透明的（也就是說輸出同步）。當(dāng)鎖存使能變低時(shí)，符合建立時(shí)間和保持時(shí)間的數(shù)據(jù)會(huì)被鎖存?！羂u36755X出能直接接到CMOS，NMOS和TTL接口上×\u25805X作電壓范圍：2.0V~6.0V×\u20302X輸入電流：1.0uA×CMOS器件的高噪聲抵抗特性三態(tài)總線驅(qū)動(dòng)輸出

·置數(shù)全并行存取

·緩沖控制輸入

·使能輸入有改善抗擾度的滯后作用原理說明：

M54HC563/74HC563/M54HC573/74HC573的八個(gè)鎖存器都是透明的D型鎖存器，當(dāng)使能（G）為高時(shí)，Q輸出

將隨數(shù)據(jù)（D）輸入而變。當(dāng)使能為低時(shí)，輸出將鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平上。輸出控制不影響鎖存器的內(nèi)部工作，即老數(shù)據(jù)可以保持，甚至當(dāng)輸出被關(guān)閉時(shí)，

新的數(shù)據(jù)也可以置入。這種電路可以驅(qū)動(dòng)大電容或低阻抗負(fù)載，可以直接與系統(tǒng)總線接口并驅(qū)動(dòng)總線，而不需要外接口。特別適用于緩沖寄存器，I/O通道，雙向總線驅(qū)動(dòng)器和工作寄存器。數(shù)據(jù)鎖存當(dāng)輸入的數(shù)據(jù)消失時(shí)，在芯片的輸出端，數(shù)據(jù)仍然保持；這個(gè)概念在并行數(shù)據(jù)擴(kuò)展中經(jīng)常使用到。74HC573引腳圖1腳三態(tài)允許控制端低電平有效1D~8D為數(shù)據(jù)輸入端1Q~8Q為數(shù)據(jù)輸出端LE為鎖存控制端四、外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展原理單片機(jī)擴(kuò)展外部RAM的電路原理如圖3—12所示：圖3—12擴(kuò)展外部RAM電路原理圖從圖可以看出：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器只使用、控制線而不用。正因?yàn)槿绱?，?shù)據(jù)存儲(chǔ)器與程序存儲(chǔ)器地址可完全重疊，均為0000H~FFFFH，但數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與I/O口及外圍設(shè)備是統(tǒng)一編址的，即任何擴(kuò)展的I/O以及外圍設(shè)備均占用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址。在圖中，P0口為RAM的復(fù)用地址/數(shù)據(jù)線，P2口的三根線用于對(duì)RAM進(jìn)行頁(yè)面址。在對(duì)外部RAM讀/寫期間，CPU產(chǎn)生/信號(hào)。本設(shè)計(jì)選用62256靜態(tài)RAM，它是32K*8位的靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器芯片，它采用CMOS工藝制造，單一+5V供電，額定功耗200mW，典型存取時(shí)間200ns。為28線雙列直插式封裝，其管腳配置如圖3-13所示，圖3-1362256引腳圖各引腳定義如下：A0~A14為片內(nèi)15位地址線；I/O0~IO7為雙向數(shù)據(jù)線，為片選信號(hào)線；為讀允許信號(hào)線；為寫信號(hào)線。在設(shè)計(jì)中，它的取址范圍是0000H～7FFFH。第三節(jié)數(shù)據(jù)輸出電路以24區(qū)中的一區(qū)為例，向移位寄存器內(nèi)輸入數(shù)據(jù)的總體思想是通過3片74LS273鎖存不同地址的數(shù)據(jù)。由74LS138譯碼器進(jìn)行片選，逐個(gè)選通74LS273鎖存器，達(dá)到向寄存器輸入24位數(shù)據(jù)的目的。由于74LS273是帶清除端CLR的八D觸發(fā)器，只有當(dāng)清除端為高電平時(shí)才具有鎖存功能，所以將鎖存器74LS273的CLR引腳分別接高電平，使其保持具有鎖存功能。因?yàn)?4LS273的CLK引腳是鎖存的控制端，在上升沿鎖存，所以使用74LS138譯碼器通過輸出端高低電平的變化控制CLK的電平的上升、下降，達(dá)到控制鎖存的目的。地址輸入端由A15、A14、A13控制，74LS138有3個(gè)附加的控制端S1、、和，當(dāng)S1=1、+=0時(shí)，Gs輸出為高電平（S=1），譯碼器處于工作狀態(tài)，否則，譯碼器被禁止，所有的輸出端被封鎖在高電平，故將，接地，S1接VCC，其功能表如下：表3—23線—8線譯碼器74LS138的功能表輸入輸出S1+A2A1A0Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y70*11111111*100000000**00001111**00110011**0101010111011111111110111111111101111111111011111111110111111111101111111111011111111110在選片上我們的具體做法是：將74LS138譯碼器的三個(gè)輸出端（這里我們只對(duì)三個(gè)74LS273芯片進(jìn)行片選，所以可以是任意三個(gè)輸出端，我們選用）分別接到三個(gè)或門的輸入端，或門的另一端接低電平信號(hào)，我們這里接。從上表可以知道，3—8譯碼器沒有選通是輸出端全都是1，所以經(jīng)過或門后273鎖存器不工作，當(dāng)3—8譯碼器輸入100時(shí)，為0，其他端為1，經(jīng)過或門變?yōu)榈碗娖疆a(chǎn)生一個(gè)下降沿，在將3—8譯碼器輸入111，使為1，經(jīng)過或門變?yōu)楦唠娖疆a(chǎn)生一個(gè)上升沿，故第一片273鎖存器鎖存8位數(shù)據(jù)；當(dāng)3—8譯碼器輸入101時(shí)，為0，其他端為1，對(duì)于來說產(chǎn)生了一個(gè)下降沿，將3—8譯碼器輸入111時(shí)，為1，經(jīng)過或門產(chǎn)生了一個(gè)上升沿，第二片273鎖存器鎖存8位數(shù)據(jù)；依次類推，當(dāng)3—8譯碼器先后輸入110和111后，端產(chǎn)生一個(gè)上升沿，第三片23鎖存器鎖存8位數(shù)據(jù)。譯碼器的地址輸入端與P27、P26、P25相連，取值分別為100、101、110所以他的地址范圍是8000H~8FFFH、A000H~AFFFH、C000H~CFFFH。因?yàn)槊恳晃粩?shù)據(jù)信號(hào)通過移位寄存器要控制發(fā)光二極管的亮滅，單憑芯片的驅(qū)動(dòng)能力是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，所以，我們?cè)阪i存器的每一個(gè)輸出端連接一個(gè)74F07OC門，它是6位驅(qū)動(dòng)器，為L(zhǎng)ED提供一定的驅(qū)動(dòng)電流。OC門又稱為集電極開路的門電路，能驅(qū)動(dòng)較大電流。因?yàn)橄到y(tǒng)中這種門電路工作在開路，所以每一個(gè)74F07需要接一個(gè)上拉電阻，1K阻值的電阻即達(dá)到其要求。因?yàn)槊總€(gè)區(qū)的移位寄存器是與其他23個(gè)區(qū)的移位寄存器并聯(lián)，所以在送給一個(gè)區(qū)數(shù)據(jù)的同時(shí)也將這24位數(shù)據(jù)送給另外23個(gè)區(qū)，只不過在給一個(gè)區(qū)送數(shù)據(jù)的時(shí)候，其他23個(gè)區(qū)沒有移位脈沖，不保存數(shù)據(jù)，當(dāng)一個(gè)區(qū)送完數(shù)據(jù)而完成這一塊的顯示更新時(shí)，新的24位數(shù)據(jù)送入下一個(gè)區(qū)，而將最初送入的數(shù)據(jù)覆蓋，因此并不影響下一個(gè)區(qū)數(shù)據(jù)的移位，依此方式傳送數(shù)據(jù)。而將最初送入的數(shù)據(jù)覆蓋，因此并不影響下一個(gè)區(qū)數(shù)據(jù)的移位，依此方式傳送數(shù)據(jù)。第四節(jié)時(shí)鐘脈沖電路大屏幕的顯示主要是由CD4094移位寄存器的移位來傳送顯示信號(hào)，移位寄存器的每一次移位都需要一個(gè)脈沖，由于大屏幕分為24塊，即24區(qū)，每個(gè)區(qū)的各個(gè)移位寄存器需要移位脈沖控制。故采用三個(gè)74LS138譯碼器級(jí)連來輸出24個(gè)信號(hào)，通過非門產(chǎn)生高低電平進(jìn)而產(chǎn)生脈沖信號(hào)，根據(jù)系統(tǒng)要求送向24區(qū)，每一個(gè)時(shí)鐘脈沖同時(shí)送給一個(gè)區(qū)的24*24個(gè)移位寄存器，選定一個(gè)區(qū)后，連續(xù)輸送192個(gè)脈沖，更新完這一區(qū)后，選擇下一區(qū)。74LS138譯碼器的功能前文已經(jīng)敘述，不在重復(fù)。這里只講一下脈沖產(chǎn)生的具體做法，如圖11所示，譯碼器通過P10~P17口進(jìn)行片選和地址輸入。將各個(gè)譯碼器的地址輸入端A、B、C分別和P12、P11、P10連接在一起。采用P15、P14、P13進(jìn)行片選，當(dāng)P15、P14、P13為000時(shí)，由譯碼器的功能可知，三片譯碼器均不被選通，不工作；當(dāng)P15、P14、P13為001時(shí)，第一片譯碼器被選通，P12、P11、P10為000時(shí)輸出信號(hào)經(jīng)過非門產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，為了避免其他輸出端在此時(shí)產(chǎn)生脈沖信號(hào)，將第一片譯碼器的輸出端重新置1，經(jīng)非門變?yōu)榈碗娖?，再將P12、P11、P10置為000使輸出信號(hào)經(jīng)過非門再產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，依此方法，將192個(gè)脈沖送向24*24個(gè)移位寄存器。以次類推，當(dāng)P12、P11、P10為001時(shí)選通第二區(qū)，方法同上，輸出192個(gè)脈沖送向24*24個(gè)移位寄存器，就這樣依次將脈沖信號(hào)傳送給八個(gè)區(qū)；當(dāng)P15、P14、P13為010時(shí)，同樣，第二片譯碼器被選通，P12、P11、P10值的變化產(chǎn)生的脈沖信號(hào)將依次傳送給另八個(gè)區(qū)；當(dāng)P15、P14、P13為011時(shí)，第三片譯碼器被選通，脈沖信號(hào)依次送給最后八個(gè)區(qū)，這樣脈沖信號(hào)傳送完畢。同樣要控制發(fā)光二極管的亮滅，單憑芯片的驅(qū)動(dòng)能力是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，所以，我們?cè)谧g碼器的每一個(gè)輸出端連接一個(gè)74F07OC門，來驅(qū)動(dòng)電路。同樣，在設(shè)計(jì)中因?yàn)橄到y(tǒng)中這種門電路工作在開路，所以每一個(gè)74F07需要接一個(gè)上拉電阻，1K阻值的電阻即達(dá)到其要求。在每個(gè)輸出端的負(fù)載電阻后端連接3個(gè)并聯(lián)的非門，用來產(chǎn)生脈沖，之所以選擇3個(gè)并聯(lián)是為了增加驅(qū)動(dòng)能力。圖3—14時(shí)鐘脈沖電路第五節(jié)移位寄存電路前文已經(jīng)介紹，大屏幕為192*576點(diǎn)陣，點(diǎn)數(shù)較多，屏幕較大。所以需要很多移位寄存器。大屏幕分為24塊，每塊有192*24個(gè)點(diǎn)，每8個(gè)點(diǎn)需要一個(gè)移位寄存器，數(shù)目比較龐大，以一塊24*24為例，24行，每行24個(gè)移位寄存器并聯(lián)在一起，每列串聯(lián)在一起，每收到一個(gè)時(shí)鐘脈沖移位一次，達(dá)到顯示功能。移位寄存器除了具有存儲(chǔ)代碼的功能以外，還具有移位功能。所謂移位功能，是指寄存器里存儲(chǔ)的代碼能在移位脈沖的作用下依次左移或右移。因此，移位寄存器不但可以用來寄存代碼，還可以用來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的串行——并行轉(zhuǎn)換、數(shù)值的運(yùn)算以及數(shù)據(jù)處理等。以邊沿觸發(fā)結(jié)構(gòu)的D觸發(fā)器組成的4位移位寄存器為例講述其工作原理：其中第一個(gè)觸發(fā)器FF0的輸入端接收輸入信號(hào)，其余的每個(gè)出發(fā)器輸入端均與前邊一個(gè)觸發(fā)器的Q端相連。因?yàn)閺腃P上升沿到達(dá)開始到輸出端新狀態(tài)的建立需要經(jīng)過一段傳輸延遲時(shí)間，所以當(dāng)CP的上升沿同時(shí)作用與所有的觸發(fā)器時(shí)，它們輸入端的狀態(tài)還沒有改變。于是FF1按Q0原來的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，F(xiàn)F2按Q1原來的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，F(xiàn)F3按Q2原來的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)。同時(shí)，加到寄存器輸入端D1的代碼存入FF0?？偟男Ч喈?dāng)于移位寄存器里原有的代碼依次右移了一位。例如，在4個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)輸入代碼依次為1011，而移位寄存器的初始狀態(tài)為Q0Q1Q2Q3=0000，那么在移位脈沖（也就是觸發(fā)器的時(shí)鐘脈沖）的作用下，移位寄存器里代碼的移動(dòng)情況將如表所示?？梢钥吹?，經(jīng)過4個(gè)CP信號(hào)以后，串行輸入的位代碼全部移入了移位寄存器中，同時(shí)在4個(gè)觸發(fā)器的輸出段得到了并行輸出的代碼。因此，利用移位寄存器可以實(shí)現(xiàn)代碼的串行——并行轉(zhuǎn)換。表3—3移位寄存器中的代碼移動(dòng)狀況CP的順序輸入D1Q0Q1Q2Q3000000111000200100311010411101下面介紹一個(gè)CD4094移位寄存器的功能及工作情況D4094移位寄存器概述CD4094是由8位移位暫存器和一個(gè)帶3態(tài)門的8位鎖存器構(gòu)成。在正的移位時(shí)鐘脈沖的作用下，數(shù)據(jù)一位一位的移位到移位寄存器中，輸出端的最后一級(jí)QS能夠用來層疊使用。當(dāng)時(shí)鐘下降沿到來時(shí)，在QS上輸出的數(shù)據(jù)移向第二級(jí)輸出端Q2S。在STROBE輸入低電平時(shí)，每一個(gè)移位暫存器的輸出端的鎖存器鎖存數(shù)據(jù)；當(dāng)STROBE輸入高電平時(shí)，數(shù)據(jù)移入鎖存器3態(tài)輸出門，這些輸出門在OUTPUTENABLE高電平時(shí)有效。二、芯片特點(diǎn)較寬的電壓范圍：3.0V到18V消除高噪音：0.45VDD低功耗與TTL具有兼容性可以驅(qū)動(dòng)2個(gè)74L系列和驅(qū)動(dòng)1個(gè)74LS系列（4）三態(tài)門輸出三、管腳圖圖3-154094引腳圖真值表表3—4真值表CLKOESTRD并行輸出串行輸出Q1QnQS`QS上升LXX三態(tài)三態(tài)Q7不變下降LXX三態(tài)三態(tài)不變Q7上升HLX不變不變Q7不變上升HHLLQn-1Q7不變上升HHHHQn-1Q7不變下降HHH不變不變不變Q7注意：在時(shí)鐘脈沖正沿移位寄存器第七級(jí)的內(nèi)容傳送到Q8和QS移位寄存功能的具體實(shí)現(xiàn)：將每一列的移位寄存器串聯(lián)，第一級(jí)的端連接下一級(jí)的數(shù)據(jù)輸入端D，串聯(lián)192個(gè)移位寄存器。再將每一個(gè)移位寄存器的STR端與P3.1連接控制寄存器的輸出端鎖存。為了增加移位時(shí)鐘脈沖的驅(qū)動(dòng)能力，將信號(hào)加兩次非門不改變信號(hào)的狀態(tài)，如下圖所示。每24*24個(gè)移位寄存器均連接同一個(gè)時(shí)鐘脈沖，當(dāng)收到一個(gè)時(shí)鐘脈沖信號(hào)，24*24個(gè)移位寄存器均移動(dòng)一位，移動(dòng)192次后，轉(zhuǎn)為下24*24個(gè)移位寄存器，以次類推，完成24塊，并將數(shù)據(jù)傳送給發(fā)光二極管，達(dá)到顯示目的。[5]圖3—16脈沖驅(qū)動(dòng)第六節(jié)顯示電路顯示電路是由192*576個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成，系統(tǒng)的最終目的是通過這若干個(gè)發(fā)光二極管的亮滅來顯示所要顯示的圖象和文字。雖然應(yīng)用的發(fā)光二極管比較多，達(dá)到幾萬個(gè)，但它們的接法和原理并不復(fù)雜。因?yàn)榘l(fā)光二極管的亮滅是由移位寄存器輸出的高低電平信號(hào)來控制的，且每8個(gè)發(fā)光二極管對(duì)應(yīng)一個(gè)CD4094移位寄存器，所以將192*576個(gè)發(fā)光二極管的陰極分別接到每一個(gè)CD4094移位寄存器的輸出端，同時(shí)將每一個(gè)發(fā)光二極管串接一個(gè)限流電阻來控制發(fā)光二極管的亮度，和增加使用時(shí)間；將各個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極接+8v電源,此電壓不是由VCC提供,而是直接由VIN提供。這樣就完成了發(fā)光二極管的連接。如圖3-17所示：圖3—17顯示電路電阻的計(jì)算：取發(fā)光二極管灌入的電流為10mA，二極管的壓降為2V，VCC為+8V。故R=（8-2）V/10mA=600Ω第四章軟件設(shè)計(jì)部分在對(duì)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和硬件原理進(jìn)行說明之后，軟件部分也很重要，因?yàn)樗泄δ艿膶?shí)現(xiàn)都是通過軟件的控制。在大屏幕控制系統(tǒng)中，我們主要應(yīng)用單片機(jī)作為核心芯片，所以選擇匯編語(yǔ)言進(jìn)行編程。系統(tǒng)中的接收數(shù)據(jù)、輸出數(shù)據(jù)、輸出移位時(shí)鐘脈沖部分是軟件設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。單片機(jī)以串行的方式，接收從串行口232發(fā)送來的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)，串行通訊是必不可少的部分，下面說明一下串行通訊及波特率的計(jì)算：第一節(jié)串行通訊在微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，CPU與外部的基本通訊方式有兩種：并行通訊和串行通訊。在這里我們選用串行通訊，串行通訊又分為同步和異步通訊，我們選用異步通訊，第二節(jié)串行口工作方式串行接口的工作方式有四種，由SCON中的SM0、SM1定義，在這四種工作方式中，串行通訊只使用方式1、2、3。方式0主要用于擴(kuò)展并行輸入輸出口。表4—1串行口工作方式SM0SM1方式功能說明000移位寄存器方式0118位UART，波特率可變1029位UART，波特率為fosc/64或fosc/321139位UART，波特率可變?cè)O(shè)計(jì)選擇方式1：當(dāng)SCON中的SM0，SM1兩位為01時(shí)，串行口以方式1工作，此時(shí)串行口為8位通訊接口。第三節(jié)波特率的設(shè)置單片機(jī)中串行通訊的波特率隨串行口工作方式選擇不同而異，它除了與系統(tǒng)的振蕩頻率fosc，電源控制寄存器PCON的SMOD位有關(guān)外，還與定時(shí)器T1的設(shè)置有關(guān)。因?yàn)樵O(shè)計(jì)選擇方式1，所以波特率=（/32）×定時(shí)器T1的溢出率（1）定時(shí)器的溢出率=定時(shí)器T1的溢出次數(shù)/秒（2）對(duì)于一般情況，定時(shí)器T1溢出一次所需時(shí)間為：（-N）×12時(shí)鐘周期=（-N）×12×1/fosc（3）于是，定時(shí)器每秒所溢出的次數(shù)，即定時(shí)器T1的溢出率=fosc/12（-N）（4）本系統(tǒng)的主要參數(shù)波特率為9600。由此可確定時(shí)間常數(shù)N，由（1）式得N=256-（×fosc）/（波特率×32×12）（5）在波特率的設(shè)置中，有一個(gè)問題值得注意，這就是SMOD位的選擇影響著波特率準(zhǔn)確度，系統(tǒng)的波特率為9600，fosc=12MHz，當(dāng)SMOD=0時(shí)，由公式（5）得N=253=F0H將此值置入TH1，可得實(shí)際的波特率及誤差為：由公式（1）（3）得波特率=10417誤差=9%當(dāng)SMOD=1時(shí)，由公式（5）得N=249=F9H將此值置入TH1，可得實(shí)際的波特率及誤差為：由公式（1）（3）得波特率=8955誤差=7%由結(jié)論可知，選擇SMOD=1時(shí)的時(shí)間常數(shù)F9H。第四節(jié)編程思想畫面的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)處理即顯示方式以子程序方式編寫，有多少種顯示方式即有多少個(gè)顯示子程序。顯示方式具體有畫面左移、上移、開幕、覆蓋、閃爍、直顯等十幾種顯示方式。在這里僅說一下幾個(gè)子程序的編程思想：首先，上電復(fù)位，即復(fù)位清屏，和將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)送向移位寄存器的思想一樣，因?yàn)镃D4094的輸出端為高電平時(shí)，發(fā)光二極管不亮，所以將高電平信號(hào)作為數(shù)據(jù)8位8位送出，同時(shí)每輸出24位送一個(gè)時(shí)鐘脈沖，將高電平信號(hào)送向大屏幕，達(dá)到清屏目的；其次，初始化設(shè)置波特率，根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)給出的波特率9600，計(jì)算出時(shí)間常數(shù)，設(shè)置串行口工作方式。然后，接收并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，初始化串行口之后，先設(shè)置片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器62256的首地址，通過寫指令將接收到的數(shù)據(jù)寫入片外RAM中，并根據(jù)系統(tǒng)要求判斷數(shù)據(jù)是否接收完畢，完畢則等待送顯示命令；最后，向大屏幕輸送數(shù)據(jù)，先將24數(shù)據(jù)按寫入的先后順序，通過鎖存器送給CD4094即顯示屏的最底端，通過送時(shí)鐘脈沖信號(hào)，使CD4094產(chǎn)生移位，然后再送數(shù)據(jù)，再送脈沖，最終將62256中的數(shù)據(jù)按先后順序依次從大屏幕的最底端送向最頂端，這樣便形成屏幕上移的顯示效果。詳細(xì)的子程序流程圖及程序清單詳見附件。[14][10]結(jié)束語(yǔ)本文提出了一種實(shí)現(xiàn)LED點(diǎn)陣顯示大屏幕的方案，LED點(diǎn)陣顯示主要包括主控電路和顯示刷新電路兩大部分，主控電路負(fù)責(zé)與上位機(jī)通信接收待傳送的點(diǎn)陣信息，刷新顯示內(nèi)容，向顯示電路傳送數(shù)據(jù)，因此顯示屏的工作質(zhì)量取決于主控電路對(duì)顯示電路的傳送速度和刷新速度。在設(shè)計(jì)中，通過計(jì)算證明，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)單片機(jī)的晶振的選取為12MHz，由系統(tǒng)所給的參數(shù)指標(biāo)中的波特率9600bps計(jì)算可知，系統(tǒng)存在誤差7%，超過5%,故應(yīng)將晶振改為11.0592MHz,以減少誤差。這是在設(shè)計(jì)中考慮所欠缺的。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我學(xué)得了許多新的知識(shí)，同時(shí)也是對(duì)大學(xué)四年學(xué)習(xí)生活的總結(jié)，它讓我把所學(xué)的東西更加系統(tǒng)化?；?0C31單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的大屏幕顯示系統(tǒng)的學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)，不僅僅是對(duì)幾門課的總結(jié)，甚至更多。在這次設(shè)計(jì)中應(yīng)用了大量的單片機(jī)、數(shù)字電子以及模擬電子方面的知識(shí)，而這三門課都是本專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，對(duì)專業(yè)基礎(chǔ)課進(jìn)行深入理解，為我以后的專業(yè)課的鞏固學(xué)習(xí)和以后工作上的學(xué)習(xí)研究打下了良好的基礎(chǔ),對(duì)自身素質(zhì)的提高是有很大好處的本次設(shè)計(jì)到這里就已經(jīng)結(jié)束了，設(shè)計(jì)中存在不足的地方，還請(qǐng)各位老師加以批評(píng)指教。致謝由于掌握知識(shí)有限，在設(shè)計(jì)過程中也遇到了很多的問題。是在邵敏權(quán)老師的悉心指導(dǎo)下完成的，老師富有創(chuàng)造性的思維方法、豐富的科研經(jīng)驗(yàn)和對(duì)科學(xué)研究的遠(yuǎn)見卓識(shí)，開拓了我的思路，使我受益非淺。在此，特別感謝給予講解幫助的邵敏權(quán)老師，是他在百忙之中抽出時(shí)間為我指導(dǎo)和解決了很多疑難問題，更加在他身上學(xué)到了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，高尚的人格和扎實(shí)的工作作風(fēng)，為我樹立做人榜樣。在這里祝老師工作順利，身體健康。參考文獻(xiàn)1李華.MSC-51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù).北京航空航天出版社.2張振榮等.MCS-51系列單片機(jī)原理及應(yīng)用.人民出版社.3何立民.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京航空航天出版社.4童詩(shī)白,華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).高等教育出版社5閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).高等教育出版社6王永發(fā),劉巖.微型機(jī)接口技術(shù).高等教育出版社7韓志軍，沈晉源，王振波.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)——入門向?qū)c設(shè)計(jì)實(shí)例[M]北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005，1王常力.LED顯示屏市場(chǎng)發(fā)展及展望.電子產(chǎn)品與世界.2000年