【正文】 機輸出，系統(tǒng)框圖如圖 1所示。 A T 8 9 S 5 2電 源 電 路復(fù) 位 電 路時 鐘 電 路下 載 電 路鍵 盤 電 路數(shù) 碼 管 顯 示 電 路驅(qū) 動 電 路光 立 方 電 路 圖 1 系統(tǒng)框圖 3 光立方發(fā)光原理 光立方設(shè)計采用的是 4*4*4 的模塊，采取層共陰，豎共陽的接法，即每一層的 LED燈引出一個陰極。共陰極直接接到 AT89S52單片機的 P3口線的 ，豎共陽引出 16 根導(dǎo)線通過 74HC573 鎖存器接到單片的 P0 口和 P2口。獨立式鍵盤接到 P1 口線。數(shù)碼管顯示電路接到 P0口和 P2 口。通過編寫 C 語言程序使光立方按不同的花式變化。 4 3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 主要元器件的介紹 AT89S52 芯片介紹 AT89S52是一種低功耗、高性能 CMOS8位微控制器，具有 8K系統(tǒng)可編程 Flash存儲器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上 Flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈活的 8位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89S52 在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。 AT89S52 單片機引腳圖如圖 2 所示 。 圖 2 AT89S52引腳圖 VCC 和 GND：分別為外接電源和接地。 P0P3：為輸入 /輸出口線。其中 P3 口每 一位有第二功能 RST/VPD：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地址字節(jié)。在 Flash 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。 _________PSEN ：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取址期間，每個機器周期兩次 _________PSEN 有效。 VppEA/____ ：當(dāng) __EA保持低電平時，在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。 5 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 74HC573 芯片介紹 74HC573 是八進(jìn)制 3 態(tài)非反轉(zhuǎn)透明鎖存器。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。當(dāng)鎖存使能端為 高時，這些器件的鎖存對于數(shù)據(jù)是透明的（也就是說輸出同步）。當(dāng)鎖存使能變低時，符合建立時間和保持時間的數(shù)據(jù)會被鎖存。輸出既不是高電平 ,也不是低電平 ,而是高阻抗的狀態(tài)；在這種狀態(tài)下 ,可以多個芯片并聯(lián)輸出，當(dāng)輸入的數(shù)據(jù)消失時 ,在芯片的輸出端 ,數(shù)據(jù)仍然保持。 74HC573 引腳圖如圖 3所示 圖 3 74HC573引腳圖 四位一體數(shù)碼管介紹 設(shè)計采用的是四位一體共陽極的數(shù)碼管，其內(nèi)部電路已經(jīng)連接好，引出的管腳如圖 4所示。上面八根引腳是段控引腳，下面的是位控引腳。通過輸入位控和段控信號使數(shù)碼管 按自己想要的方式點亮。 6 圖 4 四位一體數(shù)碼管引腳圖 7 硬件電路模塊介紹 最小系統(tǒng)模塊介紹 單片機最小系統(tǒng)由單片機、電源電路、復(fù)位電路、時鐘電路以及下載電路等部分組成。最小系統(tǒng)的原理圖如圖 5所示 圖 5 最小系統(tǒng)電路圖 （ 1）電源電路。單片機的輸入電壓為直流 +5V，必須接通 +5V 的直流電源才能正常工作。為了獲得 +5V 電源電壓，采用 12V 變壓器將 220V 電壓降壓成所需要的 12V 交流電壓 ，通過整流、濾波、穩(wěn)壓、給系統(tǒng)提供穩(wěn)定的直流電壓 +5V。整流橋選擇 2W10 型號，承受電流的能力為 2A，最大耐壓能力為 1000V。通過計算，濾波電容 C C6 取標(biāo)稱值 470μ F,減少紋波系數(shù)電容 C2取 F，穩(wěn)壓芯片選取 LM7805，為了保護(hù)發(fā)光二極管不被燒壞，加上 1K 的保護(hù)電阻 R12，才能輸出穩(wěn)定的 +5V 電壓。電源電路如圖 6 所示。 8 圖 6 電源電路 （ 2）復(fù)位電路。復(fù)位是單片機的初始化操作，其主要功能是把 PC初始化為0000H,使單片機從 0000H 單元開始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外 ，當(dāng)由于程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，也需要按復(fù)位鍵以重新啟動。 硬件系統(tǒng)中采用的是 AT89S52 單片機，需要在復(fù)位管腳 RST上產(chǎn)生兩個周期的高電平才能使單片機復(fù)位。因此，在復(fù)位鍵沒有按下時，由計算可得，電容 C1選取 22μ F，電阻 R9 取 1K；當(dāng)復(fù)位鍵按下，復(fù)位端經(jīng)電阻 R10與 VCC 接通，由于電阻 R9 與 R10分壓，為保證復(fù)位信號有效，電阻 R10 取 200Ω。復(fù)位電路如圖 7所示。 圖 7 復(fù)位電路圖 （ 3）時鐘電路。對于 AT89S52 來說， 片內(nèi)設(shè)有一個由反向放大器所構(gòu)成的振蕩電路 ， XTAL1 和 XTAL2 分別為振蕩電路的輸入和輸出端，電容器 C C4 起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，電容值一般為 5～ 33pF。但在時鐘電路的實際應(yīng)用中一定要注意正確選擇其大小，并保證電路的對稱性，盡可能匹配。設(shè)計中采用大小為 33pF 的電容和 12MHz 的晶振 ，其時鐘電路如圖 8 所示。 9 圖 8 時鐘電路圖 （ 4）下載電路。下載電路用于連接下載線，將程序下載到單片機內(nèi)部。主體部分就是一個下載口，接到電路中。下載電路如圖 9 所示 圖 9 下載電路圖 驅(qū)動模塊 介紹 設(shè)計采用的是兩塊 74HC573 芯片并聯(lián)驅(qū)動。驅(qū)動模塊電路如圖 10所示，光立方是豎共陽、層共陰的，共陽引出的十六根導(dǎo)線用 74HC573 芯片驅(qū)動，通過芯片接到 P0 口和 P2口。共陰引出的四根導(dǎo)線直接接到 口線。 10 圖 10 驅(qū)動模塊電路圖 鍵盤模塊介紹 設(shè)計采用的是獨立式鍵盤，一共用到四個按鍵。各個按鍵之間互不干擾，每個按鍵控制光立方的一種顯示狀態(tài)。按鍵部分電路如圖 11 所示，按鍵 S1S4 分別接到單片機 P10P13口線上。單片機芯片額四個口線都加了上拉排阻，按鍵按下 時，對應(yīng)口線的電平將被拉低。 圖 11 鍵盤模塊電路圖 顯示模塊介紹 數(shù)碼管顯示模塊主要由一個四位一體數(shù)碼管、 74HC573 驅(qū)動芯片和 8 個 470Ω 的電阻構(gòu)成。數(shù)碼管顯示模塊電路如圖 12 所示。 數(shù)碼管實際上是由二極管構(gòu)成 ,發(fā)光二極管正常工作時，其兩端正向壓降約為 ，正向電流約為 10mA。為 11 了使數(shù)碼管達(dá)到一定的亮度，就使用芯片 74HC573 放大電流，來作為數(shù)碼管的驅(qū)動控制數(shù)碼管的段控。同時又不使電流過大而損壞數(shù)碼管，因此在 P0串上 470Ω的電阻，來達(dá)到限流的作用。 圖 12 顯示模塊電 路圖 光立方顯示模塊是由 64 個 LED 組成的，采取層共陰、豎共陽的方法焊接成一個立方體。層共陰引出四根導(dǎo)線，豎共陽引出十六根導(dǎo)線。如圖 13所示。 圖 13 光立方顯示模塊電路圖 12 4 軟件系統(tǒng)說明 軟件系統(tǒng)模塊 軟件系統(tǒng)包括監(jiān)控模塊，鍵盤模塊和顯示模塊，各模塊行駛各自的功能，然而又緊密聯(lián)系，共同組成了光立方的軟件系統(tǒng)。 軟件系統(tǒng)系統(tǒng)總的 C語言程序見附錄 D。 監(jiān)控模塊是軟件系統(tǒng)的主體，反映到 C 語言程序中就是主程序，是編程時的整體思路。程序的成功與否和它的關(guān)系密不可分?？梢哉f監(jiān)控模塊出 現(xiàn)錯誤的話，整個軟件系統(tǒng)將進(jìn)行不下去，不能實現(xiàn)應(yīng)有的功能。設(shè)計中先初始化光立方，然后調(diào)用鍵掃描，有鍵按下則執(zhí)行按鍵對應(yīng)的顯示花樣程序，在顯示過程中一直進(jìn)行掃描，若有其他功能鍵按下，待到花樣顯示的最后一個周期執(zhí)行另一個按鍵對應(yīng)的顯示花樣程序。 鍵盤模塊的軟件系統(tǒng)設(shè)計屬于函數(shù)，只需在主程序中調(diào)用，判斷有無按鍵按下，有則執(zhí)行相應(yīng)的鍵功能程序，沒有的話就順序執(zhí)行主程序。 顯示模塊分為兩部分，第一部分是數(shù)碼管上電復(fù)位顯示 P.，另一部分是光立方顯示花樣模塊。數(shù)碼管顯示模塊先通過位控選中數(shù)碼管，再由段控選中哪幾段數(shù)碼管亮 。光立方顯示模塊是通過鍵掃描控制，事先編好顯示花樣的函數(shù)，有按鍵按下后直接調(diào)用。 軟件系統(tǒng)模塊的程序流程框圖 ?監(jiān)控模塊程序流程圖如圖 14 所示 13 圖 14 監(jiān)控模塊程序流程圖 ② 鍵盤模塊程序流程圖如圖 15 所示 14 開 始按 鍵 釋 放 ？恢 復(fù) 鍵 值判 斷 是 哪 個 鍵 按 下鍵 確 實 按 下 ？計 算 并 保 存 鍵 值返 回延 時 去 抖延 時 去 抖有 鍵 按 下 ？NYNYNY 圖 15 鍵盤模塊程序框圖 ③ 顯示模塊程序流程圖如圖 16 所示 開 始按 鍵 1花 樣 1開 始按 鍵 2花 樣 2開 始按 鍵 3花 樣 3開 始按 鍵 4花 樣 4返 回 返 回 返 回 返 回 圖 16 顯示模塊程序框圖 15 5 光立方系統(tǒng)測試 操作說明 電路連接完畢無誤后，接通電源。上電顯示 P.，按下復(fù)位鍵也顯示 P.。按下鍵 1，光立方顯示模塊全亮并閃爍。按下鍵 2，光立方顯示模塊從第一層全亮閃爍向下移動循環(huán)。按下鍵 3，一豎 LED 燈左對角循環(huán)點亮。按下鍵 4，單片的第一豎和第四豎點亮左右循環(huán)。 測試結(jié)果 上電復(fù)位顯示 17 所示 圖 17 上電復(fù)位顯示 P. 按下鍵 1顯示花樣 1 如圖 18所示