【正文】 24 顯示模塊設(shè)計(jì) 傳統(tǒng)的數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)電路占用的系統(tǒng)資源較多。 MAX7219 是一種串行接口的 8位數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)器。 功能分析 MAX7219 芯片為 MAXIM 公司推出的串輸入 /輸出共陰極顯示驅(qū)動(dòng)器，是用一個(gè)芯片實(shí)現(xiàn)以往用軟件完成的動(dòng)態(tài)顯示電路掃描工作的器件。并可方便地進(jìn)行多個(gè)芯片的級(jí)聯(lián)，擴(kuò)展顯示容量。它內(nèi)部有可 存儲(chǔ)顯示信息的 8 8靜態(tài) RAM，動(dòng)態(tài)掃描電路，以及段、位驅(qū)動(dòng)器。由單片機(jī)向 MAX7219 輸送信息的工作流程描述如下： 1．將 置“低”； 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及模塊設(shè)計(jì) 25 2．將 置成與“ D15”相同的狀態(tài)； 3．將 先置“低”，再置“ 高”，產(chǎn)生 1個(gè)移位脈沖將“ D15“移入 MAX7219； 4．重復(fù)過(guò)程 3 將“ D14~D0“移入 MAX7219； 5．將 置“高“，將” D7~D0“送入 MAX7219 片內(nèi)相應(yīng)的寄存器。 MAX7219 的輸入時(shí)序圖如下圖 410 所示。其中： D12~D15 位不用； D8~D11 為顯示位和各種方式的控制寄存器地址位，可選擇要顯示的位、解碼方式、顯示亮度、掃描位數(shù)、 停止方式、顯示測(cè)試等，其地址分布如下表 2所示； D0~D7 為數(shù)據(jù)位，其形式與顯示出的數(shù)字間的關(guān)系與解碼方式有關(guān)。亮度寄存器用于與外部電阻配合控制數(shù)碼管的顯示亮度。空操作寄存器用于多個(gè) MAX7219 級(jí)連。 程序清單 如下 ： ORG 0000H MAX7219:DIN BIT ；定義變量 CLK BIT LOAD BIT LED_BF EQU 50H ；顯示數(shù)據(jù)首址 AJMP MAIN MAIN: MOV SP.70H LCALL PROCESS ；設(shè)置 MAX7219 初始值 LCALL DISPLAY ；顯示 WAIT。 另外，通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我的理論知識(shí)比過(guò)去豐富了，實(shí)踐能力也得到了提高。 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 。這些都有待今后進(jìn)一步改善。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，力求硬件線路簡(jiǎn)單，充分發(fā)揮軟件編程方便靈活的特點(diǎn)，來(lái)滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。解碼方式寄存器的值為非解碼方式，亮度寄存器的值設(shè)置為最小，掃描寄存器設(shè)置為僅顯示 1 位，停機(jī)寄存器處于停機(jī)狀態(tài)，顯示消隱。停機(jī)寄存器控制顯示器為停機(jī)或正常工作狀態(tài)，停機(jī)狀態(tài)下掃描振蕩器停止工作，消隱所有顯示位。每組16位數(shù)據(jù)中，首先接受的為最高有效位，最后接受的為最低有效位 [12]。 從 DIN 輸入的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò) 個(gè) CLK 脈沖 后移到 OUT 引腳上 圖 410 MAX7219的輸入時(shí)序圖 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及模塊設(shè)計(jì) 26 顯示程序設(shè)計(jì) 要對(duì) MAX7219 進(jìn)行編程，首先要對(duì)其進(jìn)行必要的設(shè)置。它們分別是串行數(shù)據(jù)線、時(shí)鐘線與加載線。 在圖 49 中 AT89C51 單片機(jī)與 MAX7219 組成一個(gè)數(shù)碼管的顯示系統(tǒng)。 該部分選用芯片 MAX7219 來(lái)作顯示單元的主控芯片，由于 MAX7219 是一種串行接口的 8位數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)器。為 24 個(gè)引腳芯片，除與顯示器連接外，與微機(jī)串行口為 3 線連接，芯片外部電路僅為一限制峰值段電流的電阻，線路簡(jiǎn)單，極大地方便了對(duì)顯示器件的控制。它內(nèi)部可存儲(chǔ)顯示信息的 8 8 靜態(tài) RAM，動(dòng)態(tài)掃描電路以及段位驅(qū)動(dòng)器?，F(xiàn)在一片 MAX7219 便可完成 8位數(shù)碼管的顯示驅(qū)動(dòng)任務(wù)。路程檢測(cè)程序流程圖下所示 。則時(shí)間 TIMER的計(jì)算公式為 TIMER= (TCICOUNT*60ms)／ 100。 （ 1） 距離 的計(jì)算：速度的檢測(cè)信號(hào)送入 T1。對(duì)車 輪的轉(zhuǎn)數(shù)進(jìn)行采集，送進(jìn)計(jì)數(shù)器端口（ T1）。假設(shè)在地面鋪一張白紙，當(dāng)在白紙上時(shí)，光線通過(guò)白紙反射后，光敏三極管接收到發(fā)射光，此時(shí) A 點(diǎn)輸出低電平， B點(diǎn)輸出高電平，從而使 Vout 輸出低電平；當(dāng)在白紙的黑色條紋上時(shí)，光線不能通過(guò)黑色條紋反射，光敏三極管接收不到反射光線，此時(shí) A點(diǎn)輸出高電平 ， B點(diǎn)輸出低電平，從而使 Vout 輸出為高電平。在對(duì)不同介質(zhì)材料進(jìn)行綜合比較后，我們選擇光電反射器離地面為 的數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，由于該脈沖電壓不是個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的電壓，所以需要經(jīng)過(guò)一個(gè)施密特電路整形后得到一 TTL 電平送單片機(jī)。接入了這三個(gè)發(fā)光二極管后，不但小車的運(yùn)行狀態(tài)能夠更好的表現(xiàn)出來(lái)，更重要的是，在軟件調(diào)試中，這三個(gè)發(fā)光二極管可以給我們很大的參照，可以提示我們程序運(yùn)行到什么位置，是否按照要求輸出快速的 PWM 波形或者是慢速 PWM波形 [3]。若是起點(diǎn)停車，計(jì)時(shí)單元清零。 ，跑道計(jì)數(shù)器 23H 又加 1，小車進(jìn)入慢速區(qū)，又亮黃燈，產(chǎn)生中斷對(duì)跑道計(jì)數(shù)器 23H 讀數(shù)看是否為 5，是 5時(shí)對(duì)其控制，對(duì)電機(jī)進(jìn)行反相驅(qū)動(dòng)約 150ms，使其剎車，然后改供低電壓 ，使電機(jī)慢速轉(zhuǎn)動(dòng)。 ，跑道計(jì)數(shù)器 23H 數(shù)加 1，小車進(jìn)入慢速區(qū)，單片機(jī)通過(guò)接口 對(duì)發(fā)光二極管進(jìn)行控制，使其發(fā)出黃光。設(shè)跑道的初始計(jì)數(shù)單元是 23H，先對(duì)黑線道計(jì)數(shù)器單元 23H 清零 [13]。主程序則主要是完成初始化工作，設(shè)定小車的初始運(yùn)行狀 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及模塊設(shè)計(jì) 16 態(tài)，最后循環(huán)調(diào)用顯示程序。在程序中可以 通過(guò)中斷 重新設(shè)定接通時(shí)間 的 值 來(lái) 改 變 電 機(jī) 的 轉(zhuǎn) 速 。 D 越大 dV 就越高；反之則反 ．直流電機(jī)的調(diào)速過(guò)程是，讓它啟動(dòng)一段時(shí)間，然后切斷電源，電機(jī)因慣性而降速轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)速降到一定限度時(shí)，電源再次接通，電機(jī)因此再加速 。這種在開關(guān)元件頻率不變的條件下，通過(guò)改變開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間來(lái)控制平均輸出電壓大小的方法稱為脈沖寬度調(diào)制 (PWM) 。 PWM 調(diào)制器原理如圖 43（ a）． 圖 43 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及模塊設(shè)計(jì) 15 當(dāng)開關(guān)接通時(shí)，電源 E 加到電機(jī)上；當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，電源與電機(jī)斷開，電機(jī)兩端的電壓近似為零 。 脈寬調(diào)制控制電路，是利用半導(dǎo)體功率晶體管或晶閘管等開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷，把直流電壓變成電壓脈沖列，控制電壓脈沖的寬度或周期以達(dá)到變壓的目的，或者控制電壓脈沖寬度和脈沖列的周期以達(dá)到變壓變頻目的的一種變換電路 [8]。居于上述原因才選用 、 口。脈寬調(diào)速實(shí)質(zhì)上是調(diào)節(jié)加在電機(jī)兩端的平均功率，通過(guò)計(jì)算可發(fā)現(xiàn)小車的速度與脈寬成正比。硬件實(shí)現(xiàn)是通過(guò)改變震蕩電路中的RC 參數(shù)來(lái)調(diào)整充放電時(shí)間；而軟件的做法是通過(guò)設(shè)置高電平及低電平的保持時(shí)間來(lái)達(dá)到。 MOV 24H, 00H CLR 30H SETB ET1 SETB EX1 SETB IT1 SETB IT0 SETB EX0 SETB EA SETB TR1 RET 主程序 START: LCALL CLEARMEMIO SETB CLR SETB 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及模塊設(shè)計(jì) 13 CLR CLR MAIN: LCALL DISP LJMP MAIN NOP NOP LJMP START 電機(jī)驅(qū)動(dòng)調(diào)速部分 根據(jù)對(duì) PWM 調(diào)速原理的分析 ，本設(shè)計(jì)中選用 PWM 控制電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。到達(dá)終點(diǎn)后，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，小車停在終點(diǎn)線上，等待10秒后，返回起點(diǎn)線后小車停止，完成其任務(wù)要求。 中斷系統(tǒng)的功能：（ 1） 實(shí)現(xiàn)中斷響應(yīng)和中斷返回 （ 2） 實(shí)現(xiàn)優(yōu)先權(quán)排隊(duì) （ 3） 實(shí)現(xiàn)中斷嵌套 [3]。發(fā)生中斷時(shí)被打斷程序的暫停點(diǎn)成為 斷點(diǎn) ， CPU 暫?，F(xiàn)行程序而轉(zhuǎn)為響應(yīng)中斷請(qǐng)求的過(guò)程稱為 中斷響應(yīng) 。中斷是實(shí)現(xiàn)多道程序設(shè)計(jì)的必要條件。中斷系統(tǒng)的應(yīng)用大大提高了計(jì)算機(jī)效率。系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)部分中有主要以下程序部分：初始化程序，主程序，外中斷 0服務(wù)程序，慢 車子程序，快車子程序，停止子程序，里程計(jì)數(shù)處理程序（外中斷 1 服務(wù)程序），計(jì)時(shí)程序，延時(shí)程序。 對(duì)這四部分進(jìn)行模塊 化 設(shè)計(jì)分為對(duì)直流電機(jī)的控制、對(duì)數(shù)據(jù)采集信號(hào)的處理和顯示控制。 （ 2）控制電路電源和電動(dòng)機(jī)電源隔離，信號(hào)通過(guò)紅外線傳輸。該方案可以在 3cm 防衛(wèi)內(nèi)檢測(cè)到信號(hào)，并且能從 outV 輸出高低電平。反射式光電開關(guān)的發(fā)射孔和接收孔位于同一側(cè)，光線發(fā)出后經(jīng)過(guò)障礙物反射，由光敏三極管接收。 方案二： MAX7219 驅(qū)動(dòng)的 數(shù)碼 管 顯示器。 從上 理論 分析， 方案三采集特性受可見光的影響小，對(duì)輔助裝置要求少，對(duì)檢測(cè)器的靈敏度高，線性好，因此本設(shè)計(jì)選用方案三 [5]。由于采用紅外管代替普通可見光管，可以降低環(huán)境光源干擾；但如果直接用直流電壓對(duì)管子進(jìn)行供電， 限于管子的平均功率要求，工作電流只能在 10mA 左右，仍然容易受到干擾。 數(shù)據(jù)采集方案的選擇 探測(cè)路面黑線的大致原理：光線照到路面，黑線和白紙的反射系數(shù)不同 。 方案三： 利用 BD23 C265 9013 等不同三極管的組合，構(gòu)造一座“橋”型電路，實(shí)現(xiàn)了對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輕松控制。但是電阻網(wǎng)絡(luò)只能實(shí)現(xiàn)有級(jí)調(diào)速，而數(shù)字電阻的元器件價(jià)格比較昂貴。 根據(jù)題目 的基本 要求， 設(shè)計(jì)任務(wù)主要是完成電動(dòng)小汽車在規(guī)定行駛路線中的速度控制，根據(jù)不同的行駛路段采用變速行進(jìn)，對(duì)行程中的有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理顯示。單片機(jī)對(duì)送來(lái)的信號(hào)進(jìn)行分析、運(yùn)算、處理，從 號(hào)輸出信號(hào)控 制馬達(dá)的轉(zhuǎn)速，使電動(dòng)車的行駛速度得以調(diào)整；電動(dòng)車返回起點(diǎn)后， 從單片機(jī)的串行通信口輸出數(shù)據(jù)顯示已行駛的距離和所用的時(shí)間 [2]。接入了這三個(gè)發(fā)光二極管后，不但小車的運(yùn)行狀態(tài)能夠更好的表現(xiàn)出來(lái)，更重要的是，在軟件調(diào)試中，這三個(gè)發(fā)光二極管可以給我們很大的參照，可以提示我們程序運(yùn)行到什么位置，是否按照要求輸出快速的 PWM 波形或者是慢速 PWM 波形。 ，停車位置的偏差應(yīng)最小。最后在顯示器上顯示出小車行駛過(guò)的路程和走完全程所用的時(shí)間 . 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì) 4 2. 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求 設(shè)計(jì)任務(wù) A B C D E F G H 限速區(qū) 1m 3～ 6m 2m 3～ 6m 1m 起跑線 終點(diǎn)線 圖 21 跑道頂視圖 設(shè)計(jì)一個(gè)能自動(dòng)往返于起跑線和終點(diǎn)線間的小汽車，要求從起跑線出發(fā)，每碰一次黑線根據(jù)收到的信號(hào)，通過(guò)直流電機(jī)的調(diào) 速，就變換一次狀態(tài)，每次變換都有燈亮顯示，不同狀態(tài)用不同的顏色表示，到達(dá)終點(diǎn)后停留 10s，然后自動(dòng)返回起跑線，并在顯示器上顯示小車行駛過(guò)的路程和走完全程所用時(shí)間。 顯示部分 是用什么比較好？能夠及時(shí)準(zhǔn)確的反應(yīng)出小車的行駛狀態(tài)？并且硬件連接也不必太