【正文】 桂林電子 科技大學畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 第 20 頁 共 36 頁 操作系統(tǒng)。該軟件有兩種工作模式：字符模式和圖形模式；默認的工作模式是 字符 模式。 （ 3） 模塊的長度適中，模塊語句的長度常采用 20～ 100 的范圍較適合，因為模塊太長，對于理解和調(diào)試會發(fā)生困難，失去模塊化的優(yōu)越性；若是 太短，則為模塊所做的連接，通信等工作開銷太大，又很不值得。 劃分模塊必須根據(jù)任務(wù)確定，模塊的劃分具有相當?shù)撵`活 性，但也并不是說靈活得可以任意劃分。劃分模塊是一個自頂向下的程序設(shè)計過程。 第三種就是直接結(jié)合硬件進行調(diào)試， 其大致過程是：計算機軟 件把編譯好的程序通過串行口、并行口或者 USB 口傳輸?shù)接布娐钒逯?，這樣就可以 按事先編好的程序逐個模塊進行調(diào)試。課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計是 畢業(yè)生 走向就業(yè)的重要實踐環(huán)節(jié)。 它具有智能原理圖設(shè)計、完善的電路仿真功能、獨特的單片機協(xié)同仿真以及實用的 PCB 設(shè)計平臺四大功能。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。 第二種是利用仿真軟件 進行調(diào)試， 仿真軟件可以模仿實際電路 進行軟件調(diào)試 。 調(diào)試分為硬件調(diào)試和軟件調(diào)試兩大部分 ，其中硬件調(diào)試包括 單片機最小系統(tǒng) 及各功能模塊電路和 LED 點陣顯示屏的測試 ；軟件調(diào)試 包括各功能模塊的 測試。 LED 點陣顯示屏成品如圖 215 所示： 圖 215 LED 點陣顯示屏實物圖 桂林電子 科技大學畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 第 17 頁 共 36 頁 3 系統(tǒng) 軟件 設(shè)計與 調(diào)試 顯示屏軟件的主要功能 是向屏體提供顯示數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生各種控制信號，使屏幕按設(shè)計的要求顯示。在對電路板進行調(diào)試時，先對已經(jīng)焊接好的電路板進行上電測試， 看是否能夠正常工作，接著進一步檢測各功能模塊電路能否正常工作。 在 將 芯片裝上 電路板 之前，先用萬用表測試各個芯片供電以及接地引腳的電壓是否正常。為了能對好過孔需要用電熨斗印制。 （ 3） 重量太大的元件：此類元件應(yīng)該有支架固定，而對于又大又重、發(fā)熱量多的元件，不宜安裝在電路板上。 布線的 時候首先考慮的是正確性，其次逐步修改布局及走線使其美觀大方。 首先，根據(jù)設(shè)計要求確定好各功能模塊，計算各元器件的參數(shù)，然后繪制原理圖。 原理圖繪制和 PCB 電路 板的制作 在本設(shè)計中，原理圖的繪制采用 Protel 99se 繪圖軟件， Protel 99se 是 Protel 公司于20xx 年推出的一款 EDA 軟件，是 Protel 家族中性能較為穩(wěn)定的一個版本。 桂林電子 科技大學畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 第 15 頁 共 36 頁 報警電路模塊設(shè)計 本報警電路是用來實現(xiàn)溫度 上限 報警和鬧鈴響鈴作用的， 它由 基極限流電阻、三極管、蜂鳴器組成。 當有按鍵時就會產(chǎn)一個 低電平和 高電平的起始碼，緊接著是 26 位系統(tǒng)碼，此系統(tǒng)碼能區(qū)別不同的電器設(shè)備，防止不同機種遙控碼互相干擾，接下來是 8 位數(shù)據(jù)碼和 8 位數(shù)據(jù)反碼 ， 間隔 23ms 的高電平后，再發(fā)一個與 起 始碼完全一樣的結(jié)束碼 ，如圖 212 所示： 圖 212 遙控按鍵產(chǎn)生的波形 以脈寬為 、間隔 、周期為 的組合表示二進制的 “0” ；以脈寬為 、間隔 、周期為 的組合表示二進制的 “1” ，其波形如圖213 所示 ： 圖 213 二進制碼值 “ 0”和“ 1”波形 圖 解碼器硬件以 STC12C5A60S2 高速單片機為核心 ，如圖 211 所示，圖中只給出接收紅外遙控信號的部分電路。指令譯碼器將編碼指令信號進行譯碼，最后由驅(qū)動電路來驅(qū)動執(zhí)行電路實現(xiàn)各種指令的操作控制（機構(gòu)）。 紅外遙控的發(fā)射電路是采用 紅外發(fā)光二極管 來發(fā)出經(jīng)過調(diào)制的紅外光波；紅外接收電路由 紅外 接收二極管 、三極管 、 硅光電池組成，它們將紅外發(fā)射器發(fā)射的紅外光轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號，再送后置放大器。由于紅外線遙控裝置具有體積小、功耗低、功能強、成本低等特點，因而，繼彩電、錄像機之后，在錄音機、音響設(shè)備、空凋機以及玩具等其它小型電器裝置上也紛紛采用紅外線遙控。因此得到結(jié)論：太陽光譜中，紅光的外側(cè)必定存在看不見的光線，這就是紅外線 ，它 也可以當作傳輸 的 媒介 。 在控制指令字輸入后的下一個 SCLK 時鐘的上升沿時，數(shù)據(jù)被寫入 DS1302，數(shù)據(jù)輸入從低位即位 0 開始。 DS1302 與 RAM 相關(guān)的寄存器分為兩類：一類是單個 RAM 單元，共 31 個，每個單元組態(tài)為一個 8 位的字節(jié)，其命令控制字為 C0H～ FDH，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作；另一類為突發(fā)方式下的 RAM寄存器，此方式下可一次性讀寫所有的 RAM 的 31 個字節(jié)，命令控制字為 FEH(寫 )、FFH(讀 )。只有在 SCLK 為低電平時，才能將 RST 置為高電平。位 5～ 1 指示操作單元的地址；最低位 R/W 為讀 /寫控制位： R/W=0，表示 DS1302 接收完指令后要進行寫操作； R/W=1，表示 DS1302接收完指令后執(zhí)行讀操作，命令字節(jié)總是從最低位開始輸出 。 I/O 為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端 (雙向 )。當 RST 為高電平時，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對 DS1302 進行操作。當 Vcc2 小于 Vcc1 時， DS1302 由 Vcc1 供電。 其管腳圖及應(yīng)用電路如圖210 所示： 圖 210 DS1302 硬件連接圖 桂林電子 科技大學畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 第 12 頁 共 36 頁 在 DS1302 的引腳排列 里 ， Vcc1 為后備電源， VCC2 為主電源 。故在本次 電路設(shè)計中采用 DS1302 時鐘芯片， DS1302 是美國 DALLAS 公司推出的一種高性能、低功耗、帶 RAM 的實時時鐘電路， 采用 SPI 三線接口與 CPU 進行同步通信，并采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號和 RAM 數(shù)據(jù)。 所有數(shù)據(jù)的讀 、 寫都是從最低位開始。溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL 都有一字節(jié) EEPROM 的數(shù)據(jù)。 DS18B20 的復位時序如下： （ 1） 單片機拉低總線 480us～ 950us，然后釋放總線（拉高電平） ； （ 2） 此時 DS18B20 會拉低信號，大約 60us～ 240us，表示應(yīng)答 ； （ 3） DS18B20 拉低電平的 60us～ 240us 之間，單片機讀取總線的電平，如果是低電平，那么表示復位成功 ； （ 4） DS18B20 拉低電平 60us～ 240us 之后，會釋放總線。 在本設(shè) 計中，由于顯示屏顯示有限，故只取整數(shù)部分， 其電路連接如圖 29 所示： 圖 29 DS18B20 硬件連接圖 在整個電路中， DS18B20 充當?shù)氖菑臋C的角色，而單片機是主機，單片機控制DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換必須按照 DS18B20 的命令流程。 DS18B20 與 STC12C5A60S2 單 片機的接口協(xié)議是通過嚴格的時序來實現(xiàn)的，每次進行傳送數(shù)據(jù)或命令都是由一系列的時序信號組成的。另外為了得到足夠的工作電流，應(yīng)給 I/O 口提供一個強上拉，一般可以使用一個場效應(yīng)管 將 I/O 口直接拉到電源上。 DS18B20 獨特的單線接口方式， 它 在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊。這樣，當?shù)谝恍行枰@示的數(shù)據(jù)經(jīng)過 64 個 SCHcp 時鐘后便可將其全部移入 74HC595中，此時還將產(chǎn)生一個數(shù)據(jù)鎖存信號 STcp 將數(shù)據(jù)鎖存在 74HC595 中，并在使能信號OE 的作用下，使串入數(shù)據(jù)并行輸出；同時由行掃描控制電路產(chǎn)生信號使第一行掃描管導通，相當于第一行 LED 的正端都接高，顯然第一行 LED 管的亮滅就 取決于 74HC595中的鎖存信號；此外，在第一行 LED 管點亮的同時，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 管點亮，以 此類推，當?shù)谑袙呙柽^后再回到第一行，這樣，只要掃描 頻率 足夠高，就可形成一幅完整的文字或圖像。 從 DS 口輸入的數(shù)據(jù)可在移位寄存器的 SHcp腳上升沿的作用下 輸入到 74HC595 中 ， 并在 STcp 腳的上升沿作用下將 輸入的數(shù)據(jù)鎖存在 74HC595 中， 當 OE 為低電平 時，存儲寄存器的數(shù)據(jù)輸出到總線。 列驅(qū)動電路設(shè)計 列掃描電路采用集成電路 74HC595 移位寄存器， 其 管 腳如圖 27 所示。 直流電流放大系數(shù) : β ≥IC/Ib =； 從 SS8550 的官方數(shù)據(jù)手冊上可知： 最大集電極電流 ： Ic=； 最大集電極耗散功率 ： Pc=1W； 直流電流放大系數(shù)： β=40~140； 故本設(shè)計中選取三極管 SS8550 符合 設(shè)計 要求 ， 本設(shè)計 β取 50。 在行驅(qū) 動電路 設(shè)計 中， 要確定各元件的參數(shù)，就 需要進行電路元件參數(shù) 的 計算 ，以LED 工作電流 為例， 假設(shè)整個 LED 點陣 顯示屏在極端情況下使用，即 每一行的 LED 全部被點亮，每一行 LED 的個數(shù)為 64 個， 普通 LED 的安全工作電流在 5～ 20mA 之間，為獲得較高亮度，又要 使 其工作壽命 可以很長 。 則通過 74HC154的電流將 達 960 mA，而實際上， 74HC154 譯碼器提供不了足夠的電流來同時 點亮 64 個LED。 74HC154 這種單片 416 線譯碼器非常 適用于高性能存儲器的譯碼器 。 行 掃描 驅(qū)動電路設(shè)計 在 16x64 點陣顯示屏中， 為 降低設(shè)計成本、 減少單片機接口 的浪費 ，充分利用 I/O口 ，本 電路 設(shè)計用到了 一 塊 416 線譯碼器 74HC154。整體顯示框圖如圖 24 所示： 圖 24 系統(tǒng)顯示 模塊 框圖 16x64 點陣顯示屏 列驅(qū)動器 行掃描器 行驅(qū)動器 主控制單元 桂林電子 科技大學畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 第 6 頁 共 36 頁 LED 點陣模塊 LED 顯示屏是將發(fā)光二級管按行 和 按列 整齊布局的 ， 掃描驅(qū)動方式可以按行掃描按列控制，也可以按列掃描按行控制。 （ 2） 60K 大容量的程序存儲器，避免了外接外部存儲器，從而減少 設(shè)計成本，也簡化了外部電路 的設(shè)計 。 其速度是傳統(tǒng) 51 單片機的 8～ 12 倍。 系統(tǒng)總體設(shè)計框圖如圖 21 所示 ： 桂林電子 科技大學畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 第 4 頁 共 36 頁 圖 21 系統(tǒng)總體設(shè)計框圖 系統(tǒng)主控 模塊設(shè)計 單片機的最小系統(tǒng) 就是本設(shè)計的系統(tǒng)主控電路部分 ，外加一些外圍電路 ， 通過鍵盤掃描來確定工作模式以及完成相關(guān)操作。相 對單機工作方式 來說 ，主從工作模式的處理能力大大提高，并且分工明確，執(zhí)行速度得到很大的提高。只用一個單片機控制點陣顯示屏可以使電路大大減化， 設(shè)計成本也相應(yīng)降低， 軟件設(shè)計方面也容易實現(xiàn)。 雖然使用該芯片，顯示單元得到了極大的提高，但系統(tǒng)的成本也提高了。采用 ZQL9701 芯片將會使單元的控制、驅(qū)動更簡單，高度的集成化也使系統(tǒng)的穩(wěn)定性更為可靠。 這種方式也將增加控制邏輯的投入，也就是說每個鎖存器都要有一個獨立的鎖存控制時鐘，因此，這一方式將增加很高的成本。關(guān)于在 并行控制驅(qū)動方式下的行控制驅(qū)動的設(shè)計可參照串行控制驅(qū)動方式設(shè)計。 在同樣數(shù)據(jù)處理量的前提下，對處理速度要求的降低， 就意味著對系統(tǒng)投入的降低 。 在應(yīng)用串行控制驅(qū)動系統(tǒng)時，盡管串行移位芯片具有級聯(lián)功能，但設(shè)計時要考慮時鐘信號、行控制信號的級聯(lián)驅(qū)動問題。 但是由于其驅(qū)動能力有限只能驅(qū)動一個發(fā)光二極管，在實際使用過程中只用于列驅(qū)動電路，而使用功率芯片作為行驅(qū)動。 方案論證 為了 節(jié)約成本，減少資源過渡浪費， 實現(xiàn) 高性價比的 設(shè)計 ，需要進行方案論證及選擇， 如下： 顯示屏 驅(qū)動 方式 方案論證 方案一 ： 串行 控制驅(qū)動 方式 。自 20 世紀 80 年代后期開始，隨著 LED 制造技術(shù)的不斷完善，在國外得到了廣泛的應(yīng)用。按使用場合分類 可分為： 室內(nèi)顯示屏 、 室外顯示屏。其優(yōu)點可概括如下：高亮度、色彩豐富、壽命長、耐沖擊、功耗小、性能穩(wěn)定、驅(qū)動簡單、工作電壓低、微型化易與集成電路匹配等。 LED 與熒光燈相比，白光LED 的制造與使用過程不會引入汞的污染；與熒光燈光譜相比，白光 LED 的連續(xù)光譜更接近自然光。 LED 點陣電子顯示屏制作簡單，安裝方便，被廣泛應(yīng)用于各種公共場合，如汽車報站器、廣告屏及公告牌等。 DS1302。 它能夠?qū)?現(xiàn)漢字左右、上下移動等六種顯示方式， 還 可以實現(xiàn) 顯示溫度 、萬年歷以及紅外控制等功能。 另外 ， 本設(shè)計還添加 了紅外遙控功能 ，能夠?qū)崿F(xiàn)遙控切換顯示內(nèi)容、修改時間等。 顯然， LED 已成為城市亮化、現(xiàn)代化和信息化社會的一個重要標志。 編號：