【正文】 ................................................10 第 3 章 硬件設(shè)計(jì) ........................................................................................................... 11 硬件部分總體框架 .......................................................................................... 11 3. 2 單片機(jī) Mega8 簡介 ......................................................................................... 11 3. 2. 1 AVR Mega8 的主要性能參數(shù) ..........................................................錯誤 !未定義書簽。 我們可以看到， 著 科學(xué)技術(shù) 的不斷進(jìn)步，以及 LED 顯示技術(shù)的不斷完善， LED點(diǎn)陣顯示屏的 應(yīng)用領(lǐng)域?qū)絹碓綇V 。 Mega8 只有 28 個引腳，由于 16*64 點(diǎn)陣需要 16 根行線和 64 根列線，用單片機(jī)的 I/O 端口去真接控制顯然不可能，在這里，采用了 4— 16 譯碼器 74HC154，對 16 根行線的控制僅用了四個 I/O 端口，而對 64 根列線的控制，則采用了 8 塊串入并出（帶鎖存功能）的 74HC595 串聯(lián)來實(shí)現(xiàn)，這樣 ，點(diǎn)陣顯示的數(shù)據(jù)傳輸線一共才占用單片機(jī)的 5 個 I/0 端口資源。其發(fā)展大約每三、四年要更新一代，集成度增加一倍，功能翻番。一 些單片機(jī)片內(nèi)還集成了 A/D 轉(zhuǎn)換接口。 2 出現(xiàn)了為滿足串行外圍擴(kuò)展要求的串行擴(kuò)展總線和接口，如 SPI、 I2C 總線、單總線 (1Wire)等。由于單片機(jī)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)技術(shù)的提高，周期的縮短，成本的下降，以及許多特定的電子產(chǎn)品，如家電類產(chǎn)品的巨大市場需求能為，推動了專用型單片機(jī)的發(fā)展。CMOS 化已經(jīng)成為目前單片機(jī)及其外圍器件及其外圍器件流行的半導(dǎo)體工藝。 3 多功能集成化 單片機(jī)在內(nèi)部已集成了越來越多的部件，這些部件不僅包括一般常用的電路，例 如定時器 /計(jì)數(shù)器、模擬比較器、 A/D 轉(zhuǎn)換器、串行通信接口、 WDT 電路、 LCD 控制器等，有的單片機(jī)為了構(gòu)成控制網(wǎng)絡(luò)或形成局部網(wǎng)絡(luò)，內(nèi)部含有局部網(wǎng)絡(luò)控制模塊 CAN 總線，以方便地構(gòu)成一個控制成一個控制網(wǎng)絡(luò)。例如 ATMEL 公司的 ATmega16片內(nèi)的 SRAM 為 1KB， Flash ROM 為 16KB。采用 OTP ROM 的微控 制器，其芯片出廠時片內(nèi)程序存儲器是 “ 空的 ” ，它允許用戶將自己編寫好的程序一次性地編程寫入，之后再已無法更改了。 5 ISP、 IAP 及 ISP、 IAP 技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用 ISP(In System Programmable)稱為在線系統(tǒng)可編程技術(shù)。雙時鐘技術(shù)。 7 以串行總線方式為主的外圍發(fā)展 目前，單片機(jī)與外圍器件接口技術(shù)發(fā)展的一個重要方向是由并行外圍總線接口向串行外圍總線接口的發(fā)展。由于單片機(jī)主要面向工業(yè)控制，工作環(huán)境比較惡劣， 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 9 如高溫，強(qiáng)電磁干擾，甚至含有腐蝕性的氣體，因而單片機(jī)控制系統(tǒng)還必須具有抗輻射能力。 5 更新?lián)Q代速度比通用微機(jī)處理器慢得多， Intel公司 1980 年推出標(biāo)準(zhǔn) MCS51內(nèi)核 8051， 80C51 單片機(jī)芯片后，持 續(xù)生產(chǎn)，使用 10 年，直到 1996 年 3 月才被增強(qiáng)型 MCS51 內(nèi)核 8XC5X 系列取代。單片機(jī)的出現(xiàn)促進(jìn)了機(jī)電一體化的進(jìn)程，它作為機(jī)電產(chǎn)品中的控制器，能充分發(fā)揮它的體積小，可靠性高，控制功能強(qiáng)，安裝方便等優(yōu)點(diǎn)， 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 10 大大提高了機(jī)器的功能，提高了機(jī)器的自動化，智能化程度。 單片機(jī)的基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 單片機(jī)的基本系統(tǒng)也稱為最小系統(tǒng)，這種系統(tǒng)所 選擇的單片機(jī)內(nèi)部資源已能滿足系統(tǒng)的硬件需求，不需要外接存儲器或 I/O 接口。 每個端口引腳都具有三個寄存器： DDxn(R/W)、 PORTxn(R/W)、和 PINxn(RO) DDxn(R/W)為 I/0 方向設(shè)置寄存器、 PORTxn(R/W)為 I/0 數(shù)據(jù)寄存器，PINxn(RO) 為引腳電平寄存器， 不論如何配置 DDxn，都可以讀取 PINxn 寄存器來獲得引腳電平?？紤]到單片機(jī)復(fù)位的必要性，在單片機(jī)的最小系統(tǒng)中，加上了復(fù)位電路 。 DS: 串行數(shù)據(jù)輸入端。 /OE(13 腳 ): 高電平時禁止輸出（高阻態(tài)）。 在計(jì)算機(jī)中， 一個字 漢字常由 16 行 16 列的像素點(diǎn)表示 。 16 條行線控制：單片機(jī)的 4 個 I/O 口控制 416 譯碼器 74HC154，實(shí)現(xiàn) 16 條行線的低電平分別選通。 隨著軟件技術(shù)的不斷發(fā)展， C 語言的編譯效率也在不斷提高。 } if (s_1_ok == 1) //1000 毫秒到時，進(jìn)行時鐘理 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 22 { s_1_ok = 0。 //僅僅是按鍵端口的讀取，而按鍵的處理則 } //在主程序中 2 定時器 1 每 1 s 中斷一次，用于“時鐘處理”。 case 2: display_tf()。程序?qū)崿F(xiàn)了按一下按鍵，返回一個按鍵值，取得按鍵值取得后，供主程序按鍵處理函數(shù)使用。 if (key_value != key_mask) { key_state++。 case 0x3B: //0b00111011: key_return = up。 } key_state++。 } 按鍵讀取流程圖： 圖 43 按鍵讀取流程圖 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 27 按鍵處理程序： 按鍵的處理放在在主程序中進(jìn)行。 2 在“正常顯示”和“左移顯示之間”進(jìn)行切換。 Up：在“調(diào)分”、“調(diào)時”、“調(diào)速”中，相應(yīng)數(shù)字增加。PINC) == key_mask) key_state = 0。 case 0x2F: //0b00101111: key_return = down。PINC)) { switch(key_value) { case 0x3E: //0b00111110: key_return = pause。PINC，屏蔽掉沒有使用的引腳，這樣可以節(jié)約一個 I/O 端口資源。 case 4: display_ys()。 switch(dp_tag) { case 0: display()。在這里也是采用了這個方法。 3 對于單片機(jī)處理事件來說 1 秒是一段很長的時間，而 時鐘的處理是以秒為單位進(jìn)行的，故可以把時鐘處理的優(yōu)先級放在最低的一級，等待屏幕刷新和按鍵處理完后，才進(jìn)行時鐘處理。若不用三極管，當(dāng)一行中 LED 點(diǎn)亮個數(shù)不同時，共陰極線上的電流不同，那么 LED 兩端電壓也不同，會造成亮度不均勻，采用三極管作為驅(qū)動后，利用三極管 PN 結(jié)導(dǎo)通陡峭的伏安特性 電流變化大時，電壓變化很小，從而 LED兩端電壓變化亦很小，使得一行中了 LED 點(diǎn)亮個數(shù)不同時，每個 LED 的亮度也相同，從而達(dá)到了顯示均勻的目的。 考慮到數(shù)字取模時一般采用 16*8 點(diǎn)陣，為了數(shù)字和漢字在顯示算法中的一致性 ，對1 個漢字的取模采用 2 個 16*8 點(diǎn)陣的方法，即先從上到下取左半部分，再用同樣的方法取右半部分。這在串行速度慢的場合很有用處，可使得沒有閃爍感，并且可以實(shí)現(xiàn)在顯示各列數(shù)據(jù)的同時，傳送下一行數(shù)據(jù)，達(dá)到重疊處理的目的。 Q0Q1Q2...Q7；下降沿移位寄存器數(shù)據(jù)不變。 74595 的數(shù)據(jù)端 說明 ： Q1Q7: 八位并 行輸出端，可以直接控制數(shù)碼管的 8 個段。 AREF： A/D 轉(zhuǎn)換時的參考電壓。單片機(jī)基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 21 所示： 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 11 圖 21 單片機(jī)基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 第三章 硬件設(shè)計(jì) 硬件部分總體框架 本次設(shè)計(jì)六個控制按鍵實(shí)現(xiàn)所需的人機(jī)交互功能， PD0~PD3 通過整個 4— 16譯碼器對點(diǎn)陣的 16 行線進(jìn)行控制， PD5 通過串入并出芯片實(shí)現(xiàn)對 64 列線進(jìn)行控制。 5 單片機(jī)在分布式多 機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用 利用單片機(jī)可以構(gòu)成分布式多機(jī)系統(tǒng)，系統(tǒng)中由若干臺單片機(jī)組成的功能各異的儀器設(shè)備各自完成特定的任務(wù)，再通過通信相互聯(lián)系，協(xié)調(diào)完成整個任務(wù)。單片機(jī)在智能儀表中的應(yīng)用，不僅使傳統(tǒng)的儀器儀表發(fā)生了根本性的變化，也促進(jìn)儀器儀表行業(yè)的發(fā)展。在工業(yè)控制中，任何差錯都有可能造成極其嚴(yán)重的后果。 8 單片機(jī)向片上系統(tǒng) SOC 發(fā)展 SOC(System On Chip)是一種高度集成化、固化的芯片級集成技術(shù)，其核心思想是把除了無法集成的某些外部電路和機(jī)械部分之外所有外圍電路全部集成在一片芯片之中。對集成在片內(nèi)的外圍接口電路實(shí)行供電管理，當(dāng)外圍電路不再運(yùn)行時，關(guān)閉其供電。在單時鐘、單指令運(yùn)行的 RSIC 結(jié)構(gòu)的單片機(jī)中，可實(shí)現(xiàn) PC 機(jī)通過串行電纜對目標(biāo)板系統(tǒng)的在線仿真調(diào)試。為了防止片內(nèi)程序被非法讀出復(fù)制，新型單片機(jī)往往對片內(nèi)程序存儲器進(jìn)行加鎖加密。將程序存儲器集成在單片機(jī)內(nèi)，可以大大提高單片機(jī)的抗干擾能力，提高程序的保密性，減少硬件設(shè)計(jì)的復(fù)雜 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 7 性和空間等許多優(yōu)點(diǎn)，因此片內(nèi)集成程序存 儲器已成為新型單片機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)方式，但EPROM 具有須用 12V 高壓編程寫入。片內(nèi)存儲器的改進(jìn)與發(fā)展方向是擴(kuò)大容量，以及提高 ROM 數(shù)據(jù)的易寫和保密性等。在這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，很容易實(shí)現(xiàn)并行流水線的操作，大大提高了指令的運(yùn)行速度。采用先進(jìn)的技術(shù)來提高單片機(jī)的綜合品質(zhì)，如提高 I/O 口的驅(qū)動能力，增強(qiáng)抗靜電和抗干擾措施，加寬 (降低 )工作電壓，降低功耗?，F(xiàn)階段單片機(jī)發(fā)展的顯著特點(diǎn)是百花齊放和技術(shù)創(chuàng)新，以滿足日益增長的廣泛需要。這個階段的代表為 8051 系列。這個系列的單片機(jī)內(nèi)集成有 8 位 CPU、 I/O 接口、 8 位定時器 /計(jì)數(shù)器，尋址范圍不大于 4KB，具有簡單的中斷功能，無串行接口。電子鐘具有暫停、開始計(jì)時、“小時”調(diào)整、“分鐘”調(diào)整，“移速”調(diào)整顯示切換功能，這里使用了 6 個按鍵，它們分別是： SET、 UP、 DOWN、ENTER、 CANCLE/DP_MODE、 PAUSE/START 采用了每隔 10ms 定時掃描按鍵的方式實(shí)現(xiàn) 了上面所述的人機(jī)交互， 10ms 定時掃描的另一個重要功能是去掉按鍵抖動。 總體思路 本次設(shè)計(jì)以單片機(jī) AVR Mega8 為核心， 利用 4— 16 譯碼器 74HC154 和串入并出芯片（帶鎖存功能） 74HC59516 對單片機(jī)進(jìn)行 I/O 擴(kuò)展，去分別控制 16*64 點(diǎn)陣 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 3 電子顯示屏 中每一個發(fā)光二極管的亮滅 ,從而在顯示屏上組合出所需要的圖像，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)所需要的功能。 例如戶內(nèi)外公共場所廣告宣傳、機(jī)場車站旅客引導(dǎo)信息、公交車輛報(bào)站系統(tǒng)、證券與銀行 信息顯示、餐 館報(bào)價(jià)信息顯示、高速公路可變情報(bào)板、體育場館比賽轉(zhuǎn)播、樓宇燈飾等。 Mega8。在此次設(shè)計(jì)中，采用了 16 x 64 個單色 LED 作為顯示器件，用 Mega8 作為微控制器，以靜止和左移的方式進(jìn)行時鐘顯示。 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 Southwest university of science and technology