【正文】 結(jié) 論經(jīng)過一段時(shí)間的工作，終于完成了基于 51 單片機(jī)的 LED 顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，項(xiàng)目所要求的功能全部達(dá)到。（1）硬件的工作表現(xiàn)出不穩(wěn)定，主要是表現(xiàn)在 LED 顯示屏的驅(qū)動(dòng)電路部分和單片機(jī)系統(tǒng)部分。但顯示存在兩個(gè)問題。余下得各種顯示程序和中斷程序都編譯成功后只有聯(lián)合硬件才能驗(yàn)證其功能的可行性。因此只要設(shè)定 PC 機(jī)向單片機(jī)發(fā)送的內(nèi)容和單片機(jī)向 PC 機(jī)發(fā)送的內(nèi)容就可以通過串口調(diào)試助手驗(yàn)證串口通信是否準(zhǔn)確，是否滿足功能要求。功能上表示將單片機(jī)的輸出口與輸入口直接相連，單片機(jī)收到數(shù)據(jù)的同時(shí)就將數(shù)據(jù)發(fā)送回 PC 機(jī)。 上電測(cè)試由于系統(tǒng)測(cè)試時(shí)是采用 USB 電源為系統(tǒng)電源，所以電源輸入都為 5V。軟件硬件完成后開始進(jìn)行調(diào)試。首先判斷數(shù)據(jù)是否設(shè)定的起始標(biāo)志位‘S’如果是則開始接收起始位后的 33 個(gè)字節(jié)，不是則中斷返回繼續(xù)等待。ES、ET 、EXET0 、EX0 為對(duì)應(yīng)的串行口中斷、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1 中斷、外部中斷1 中斷、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 0 中斷、外部中斷 0 中斷的中斷允許位。 通信程序的設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用串行中斷的方式進(jìn)行通信。170。187。188。212。198。188。253。NY207。200。/186。181。203。207。其中上下左右移動(dòng)程序都調(diào)用了靜態(tài)顯示程序?yàn)樽映绦颉?24。253。205。 176。221。218。218。218。193。196。200。202。181。200。202。205。205。207。202。203。181。208。181。190。 顯示程序的設(shè)計(jì) LED 顯示屏的顯示方式 LED 點(diǎn)陣屏顯示方式主要由靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)掃描顯示兩種。通信程序接收上位機(jī)數(shù)據(jù)，交給主程序處理再通過控制程序選擇不同的顯示程序進(jìn)行顯示。187。179。165。179。165。179。165。233。233。233。但這種方法仍然存在難點(diǎn)，一是各獨(dú)立的子系統(tǒng)的通信和協(xié)調(diào)性要求更高了，如果要實(shí)現(xiàn)顯示內(nèi)容的實(shí)時(shí)性必須需要上位機(jī)不斷更新顯示內(nèi)容則增加了上位機(jī)的通信數(shù)據(jù)量，逐個(gè)的單片機(jī)傳送數(shù)據(jù)也會(huì)影響整個(gè)畫面的更新速度；二是成本提高了。譯碼器級(jí)連如圖 310 所示 將第 1 個(gè) 74LS164 的 Q7 端接第 2 個(gè) 74LS164 的 A 端，將第 2 個(gè) 74LS164 的Q7 端接第 3 個(gè) 74LS164 的 A 端，如此炮制當(dāng) N 塊 74LS164 相級(jí)連時(shí)就變?yōu)橐粋€(gè)串行輸入 7N 口輸出的串并轉(zhuǎn)換器。在該顯示系統(tǒng)中，MAX232 為通信系統(tǒng)中最重要的硬件組成部分[15]。ULN2803 作為列驅(qū)動(dòng)執(zhí)行的是列選的工作，當(dāng)選通的列輸入高電平時(shí)其對(duì)應(yīng)的輸輸出低電平。181。eI 0v0v191。179。228。當(dāng)譯碼器端口輸出高電平時(shí)發(fā)射極與基極之間的電勢(shì)差為cI5V－ － ，由于發(fā)射極與基極之間電勢(shì)差的減少基極電子向發(fā)射極擴(kuò)散的電子數(shù)0VB量減少故集電極電流也隨之減少。202。171。227。當(dāng) OE 為高電平時(shí)，O0~O7 呈高阻態(tài)，即不驅(qū)動(dòng)總線，也不為總線的負(fù)載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。表 31 74LS164 工作參數(shù)參數(shù) 最小值 標(biāo)準(zhǔn)值 最大值 單位高電平輸入電壓 2 — — V低電平輸入電壓 — — V高電平輸出電壓 V低電平輸出電壓 — V時(shí)鐘頻率 0 — 25 MHZ這就要求單片機(jī)的引腳輸出的高低電平要在芯片的識(shí)別范圍內(nèi)，由于采用了列選通行傳送顯示代碼的方法所以行譯碼電路上也加上了 74L373 鎖存芯片。如果不采用譯碼電路完全依靠單片機(jī)的端口輸出來控制 1616 的 LED 點(diǎn)陣屏顯示，需要 32 個(gè)端口。欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲(chǔ)器（地址為 0000H－FFFFH） ，EA 端必須保持低電平（接地） 。AT89S51 的最小系統(tǒng)包括了外界時(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種器件和數(shù)據(jù)的輸出。中斷可從空閑模喚醒系統(tǒng)全靜態(tài)工作模式：0Hz －33MHz根據(jù)這兩點(diǎn)要求，選擇美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的AT89S51 為控制單元的主控芯片。執(zhí)行頻率要能達(dá)到掃描顯示的最低要求。231。171。243。233。193。181。243。兩種顯示方法相比較：實(shí)時(shí)顯示屏幕能及時(shí)反應(yīng)上位機(jī)內(nèi)容的變化，顯示的效果和內(nèi)容的實(shí)時(shí)性好多用于新聞播報(bào)、實(shí)況轉(zhuǎn)播用，但實(shí)時(shí)顯示硬件開銷大，對(duì)通信系統(tǒng)要求高，工藝復(fù)雜，成本高；存儲(chǔ)顯示雖實(shí)時(shí)性不高但硬件開銷小，成本低廉。支持 MCS－51 用 C 語言編程的編譯器主要有兩種：Franklin C51 編譯器和 KEILC51 編譯器。C 語言結(jié)構(gòu)是以括號(hào){ }而不是子和特殊符號(hào)的語言。圖 24 軟件功能結(jié)構(gòu)框圖軟件的編寫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。207。179。190。208。208。設(shè)計(jì)目標(biāo)和硬件總體結(jié)構(gòu)確定的情況下，軟件可以分為主程序，顯示子程序，各種特效顯示子程序，通信程序三個(gè)主要部分組成。174。253。202。194。181。所以構(gòu)建一個(gè) 1616 的 LED 點(diǎn)陣屏選用四塊 88 點(diǎn)陣模塊。 LED 點(diǎn)陣顯示屏顯示部分包括了一塊至少可以顯示一個(gè)漢字的顯示屏，以及驅(qū)動(dòng)該顯示屏的驅(qū)動(dòng)電路。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)是并行的。當(dāng)該腳作輸出腳使用時(shí)，則為高電平或低電平均可。（3）EDAEDA(即 Electronic Design Automation) 即電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化，它是以計(jì)算機(jī)為工具，在 EDA 軟件平臺(tái)上，對(duì)用硬件描述語言 HDL 完成的設(shè)計(jì)文件自動(dòng)地邏輯編譯、邏輯化簡(jiǎn)、邏輯分割、邏輯綜合及優(yōu)化、邏輯布局布線、邏輯仿真，直至對(duì)于特定目標(biāo)芯片進(jìn)行適配編譯、邏輯影射和編程下載等。隨著超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，NMOS 工藝單片機(jī)被 CMOS 代替，并開始向 HMOS 過渡。178。178。178。為方便檢修和維護(hù)硬件電路設(shè)計(jì)時(shí)常常采用模塊化的設(shè)計(jì)方法。程序按功能分為靜態(tài)顯示、動(dòng)態(tài)顯示、通信等幾個(gè)功能上相對(duì)獨(dú)立的模塊。但同時(shí)應(yīng)該清楚的認(rèn)識(shí)到我國的 LED 技術(shù)雖然發(fā)展迅速但和世界先進(jìn)水平還有一定的差距。使 LED 全彩色顯示產(chǎn)品成本下降，應(yīng)用加快。在國內(nèi)市場(chǎng)上，國產(chǎn) LED 顯示屏的市場(chǎng)占有率近 100%，國外同類產(chǎn)品基本沒有市場(chǎng)，四十三屆世乒賽主會(huì)場(chǎng)天津體育中心、京九鐵路、北京西客站、首都機(jī)場(chǎng)、浦東機(jī)場(chǎng)等，均由國內(nèi)代表企業(yè)中標(biāo)。 （4）體育場(chǎng)館信息顯示。目前應(yīng)用最廣的是紅色、綠色、黃色。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)中英文字符的顯示和動(dòng)態(tài)特效顯示。除此之外，該系統(tǒng)只占用了單片機(jī)少量的 I /O 口和內(nèi)存，為系統(tǒng)留下了功能擴(kuò)展的空間。LED 顯示屏的應(yīng)用涉及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的許多領(lǐng)域，主要包括：（1）證券交易、金融信息顯示。 研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)（1）我國 LED 產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀我國的 LED 顯示屏產(chǎn)業(yè)經(jīng)過幾年的發(fā)展，基本形成了一批具有一定規(guī)模的骨干企業(yè)。 （2）LED 顯示屏的發(fā)展趨勢(shì)現(xiàn)代信息社會(huì)中，作為人一機(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 顯示屏作為平板顯示的主導(dǎo)產(chǎn)品之一無疑會(huì)有更大的發(fā)展，并有可能成為二十一世紀(jì)平板顯示的代表性主流產(chǎn)品。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)過的理論知識(shí)有了新的認(rèn)識(shí)。經(jīng)過對(duì)比選擇選定 AT89S51 單片機(jī)為核心控制器件，由串并轉(zhuǎn)換器 74LS164 和鎖存器 74LS373 為譯碼電路器件，三極管 8550 和ULN2803 為驅(qū)動(dòng)電路器件。通過分析，查找找出了問題原因并設(shè)法將其解決。168。216。212。207。單片機(jī)品種齊全,型號(hào)多樣 CPU 從 8， 16，32 到 64 位，多采用 RISC 技術(shù)，片上 I/O 非常豐富，有的單片機(jī)集成有 A/ D， “ 看門狗” ， PWM，顯示驅(qū)動(dòng)，函數(shù)發(fā)生器，鍵盤控制等。將程序與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開，使用多總線，取指令和取數(shù)據(jù)同時(shí)進(jìn)行，以及流水線技術(shù)，這使得速度有了較大的提高?，F(xiàn)在市場(chǎng)上常用的單片機(jī)主要有 MCS5AVR、 ARM、PIC 等。（1）并行通信并行通信時(shí)數(shù)據(jù)的各個(gè)位同時(shí)傳送，可以字或字節(jié)為單位并行進(jìn)行。通用的通用異步接收/發(fā)送器，簡(jiǎn)稱 UART（Universal Asynchromous Receeiver/Trabsnitter）是完成這一功能的硬件電路。這就加大了維修的成本。在單片機(jī)和顯示屏之間還需要增加以功能放大位目的的驅(qū)動(dòng)電路 [7]。193。202。194。PC187。197。198。204。212。216。204。匯編語言(Assembly Language)是面向機(jī)器的程序設(shè)計(jì)語言，是一種功能很強(qiáng)的程序設(shè)計(jì)語言，也是利用計(jì)算機(jī)所有硬件特性并能直接控制硬件的語言。基于以上理由決定采用 C 語言為該顯示系統(tǒng)的編程語言。LED 顯示上位機(jī)的內(nèi)容一般有實(shí)時(shí)顯示和存儲(chǔ)顯示兩種方法。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。181。185。213。196。LED181。210。185。（2）驅(qū)動(dòng)電路要能提供 LED 顯示所需范圍內(nèi)的電壓和電流要求。在 51 系列單片機(jī)中選定一款合適的機(jī)型來作為控制單元的主控芯片。4k 字節(jié)在系統(tǒng)編程（ISP）Flash 閃速存儲(chǔ)器6 個(gè)中斷源空閑方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。具體接法為： ， ， 分別接四塊 74LS164的 A 端，向 74LS164 送入串行數(shù)據(jù)經(jīng)過其轉(zhuǎn)換后并行輸出； 和 分別接列和行的 74LS164 的 CLOCK 端，產(chǎn)生移位脈沖是串行數(shù)據(jù)并行輸出； 和 接列和行的 CLEAR 端，在一組數(shù)據(jù)完成串并轉(zhuǎn)換后清除 164 芯片中的內(nèi)容轉(zhuǎn)換新的數(shù)據(jù)；其中 還復(fù)用為 ISP 下載功能口。 譯碼電路設(shè)計(jì) 譯碼電路的功能是為了解決單片機(jī) I/O 端口不足。串行數(shù)據(jù)輸入端（A ，B ）可控制數(shù)據(jù)。所以選擇鎖存器 74LS373 來完成這一功能。PN 結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。209。231。發(fā)射極 e 接 5V 電源，基極接譯碼信號(hào)輸出端，集電極接輸出驅(qū)動(dòng) LED 點(diǎn)陣屏。198。186。175。213。廣泛用于計(jì)算機(jī)，工業(yè)和消費(fèi)類產(chǎn)品中。RS232C 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了 PC 機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)總線 TXD 和接收數(shù)據(jù)總線 RXD 采用 EIA 電平，即傳送數(shù)字“1” 時(shí)傳輸線上的電平在－ 3～－15V 之間；傳送數(shù)字“0”時(shí)，傳輸線上的電平在＋3～＋15 之間。圖 39 電源原理圖如圖所示，用 220V 轉(zhuǎn) 12V 的變壓器進(jìn)行降壓后再通過一個(gè)橋式整流電路將交流電整流為直流電。如圖 311 所示，由獨(dú)立的 LED 顯示系統(tǒng)組成一個(gè)大的 LED 顯示系統(tǒng)。196。196。196。181。231。207。181。231。207。181。231。207。 201。第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件采用 C 語言編寫，按照模塊化的設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)。中斷產(chǎn)生后由預(yù)先初始化時(shí)設(shè)定跳轉(zhuǎn)執(zhí)行中斷子程序。211。193。166。161。193。170。221。247。208。208。208。212。221。208。211。16161。205。205。205。202。207。221。 176。205。所以一幅畫面的數(shù)據(jù)量為 32 字節(jié)。212。233。233。195。206。190。212。216。187。202。200。NY191。210。199。 顯示數(shù)組中，第 1 至 16 個(gè)元素的第 8 至第 1 位 LED 顯示屏中的第 1 至第 8 行。其控制位分布如表。設(shè)置串口工作方式 1，波特率 9600，計(jì)算可得計(jì)數(shù)器初值的十六進(jìn)制表示為0XFD。詳細(xì)程序見附錄 2。 短路與虛焊檢測(cè) 檢測(cè)工具為萬用表，使用萬用表的短路報(bào)警功能，逐個(gè)測(cè)試相臨的兩個(gè)焊點(diǎn)檢測(cè)是否短路。測(cè)試的結(jié)果為：各器件電源端在 ～ 之間滿足器件的電源電壓要求，單片機(jī)端口在未接負(fù)載時(shí)端口電壓為 。其中測(cè)試串口程序的功能是否完善不但要連接單片機(jī)系統(tǒng)還要借助串口調(diào)試工具。測(cè)試表明串口程序和串口電路實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)目的。結(jié)果顯示顯示屏中只有邊角出有一個(gè) LED 燈被燒壞，其他器件邏輯功能運(yùn)行正常。再發(fā)送不同的顯示數(shù)據(jù)和顯示控制字，觀察各種顯示方式的運(yùn)行情況和各種顯示方式之間的切換情況。（2）虛點(diǎn)的產(chǎn)生與軟件和三極管電壓有關(guān)。通過了解我認(rèn)識(shí)到 LED 是一門當(dāng)今應(yīng)用非常廣泛的技術(shù)，整個(gè)產(chǎn)業(yè)每年都會(huì)有巨大的產(chǎn)值而且技術(shù)還在不斷發(fā)展和創(chuàng)新 [20]。分析造成這一現(xiàn)象的原因?yàn)椋附訒r(shí)三極管 8550 遭到了高溫?fù)p壞以致工作不穩(wěn)定和焊接的電路不夠牢靠，還有就是 8550 的 e 端所接電壓過高。（3）將串口通信，顯示，硬件聯(lián)合調(diào)試。聯(lián)合調(diào)試的具體方法如下：（1）編寫一個(gè)逐點(diǎn)掃描的顯示程序，再結(jié)合硬件電路運(yùn)行。PC 機(jī)向單片機(jī)發(fā)送的內(nèi)容為 aa 11223344556677889900aabbccddeeff11223344556677889900aabbccddeeff。C1+1 VDD 2C13C2+4C25VEE 6T2OUT 7R2IN 8R2OUT9T2IN10T1IN11R1OUT12 R1IN 13T1OUT 14GND15VCC 165MAX232ACPE12345678911101D Connector 9C1104C2104C3104C4104VCC TX RXVCC圖 52 串口硬件調(diào)試 系統(tǒng)軟件調(diào)試方法由于已經(jīng)進(jìn)行了硬件調(diào)試，所以軟件調(diào)試主要是軟件編譯和將各功能塊程序分別寫入以驗(yàn)證其功能的可實(shí)現(xiàn)性。經(jīng)過觀察，沒有這些現(xiàn)象出現(xiàn)。因此把硬件調(diào)試按照以下四部分分步來進(jìn)行：（1）測(cè)試所有焊點(diǎn)是否有短路和虛焊的現(xiàn)象存在；（2）通電測(cè)試所有硬件芯片的輸入輸出電壓是否在設(shè)計(jì)要求的范圍內(nèi)；（3）測(cè)試 ISP 下栽線的功能是否能夠?qū)崿F(xiàn)；（4）測(cè)試串口系統(tǒng)的通信功能是否能夠?qū)崿F(xiàn)。為了減小軟件的修改和優(yōu)化難度，先把各子程序?qū)憺橐粋€(gè)可單獨(dú)執(zhí)行的完整程序。程序設(shè)計(jì)時(shí)還要考慮到中斷優(yōu)先級(jí)的問題。編程時(shí)通過設(shè)置其狀態(tài)來管理中斷系統(tǒng)。所以當(dāng) ULN2803 選通時(shí)，而送入后一列的數(shù)據(jù)則相當(dāng)于畫面左移移