【文章內(nèi)容簡介】 路設(shè)計時常常采用模塊化的設(shè)計方法。硬件的設(shè)計采用模塊化設(shè)計，既要滿足模塊本身功能又要能夠和整個系統(tǒng)兼容。如圖 22 所示 ,根據(jù)顯示系統(tǒng)的功能特點確定系統(tǒng)硬件由顯示屏部分，控制部分，通信系統(tǒng)及上位機四部分組成。上位機通過通信部分向控制部分發(fā)送控制指令和顯示內(nèi)容代碼，控制部分執(zhí)行顯示指令并將顯示代碼處理后控制顯示部分的顯示內(nèi)容和顯示方式。 圖 22 系統(tǒng)硬件組成框圖 顯示屏主控制器 控制部分是整個系統(tǒng)的核心部分，其功能為與上位機通信接收上位機發(fā)送的數(shù)據(jù)和控制指令處理過后控制顯示部分顯示內(nèi)容。其常用的電子設(shè)計方法有單片機、 DSP、及 EDA 技術(shù)。幾種設(shè)計方法比較各有其特點： 單片機 單片機是集成了 CPU， ROM， RAM 和 I/ O 口的微型計算機。它有很強的接口性能，非常適合于工業(yè)控制 ,因此又叫微控制器 (MCU)。單片機品種齊全 ,型號多樣 CPU 從 8， 16，32 到 64 位，多采用 RISC 技術(shù)，片上 I/O 非常豐富，有的單片機集成有 A/ D，“ 看門狗”，PWM，顯示驅(qū)動，函數(shù)發(fā)生器，鍵盤控制等。它們的價格也高低不等，這樣極大地滿足了開發(fā)者的選擇自由。除此之外單片機還具有低電壓和低功耗的特點。隨著超大規(guī)模集成電路的發(fā)展， NMOS 工藝單片機被 CMOS 代替，并開始向 HMOS 過渡。供電電壓由 5V 降到 3V，2V 甚至到 1V，工作電流由 mA降至μ A ，這在便攜式產(chǎn)品中大有用武之地。 EDA 電子設(shè)計自動化 EDA(即 Electronic Design Automation) 即電子設(shè)計自動化，它是以計算機為工具，在 EDA 軟件平臺上，對用硬件描述語言 HDL 完成的設(shè)計文件自動地邏輯編譯、邏輯化簡、邏輯分割、邏輯綜合及優(yōu)化、邏輯布局布線、邏輯仿真，直至對于特定目標芯片進行適配編譯、邏輯影射和編程下載等。設(shè)計者只需用 HDL 語言完成系統(tǒng)功能的描述，借助 EDA 工具就可得到設(shè)計結(jié)果 ,將編譯后的代碼下載到目標芯片就可在硬件上實現(xiàn)。 MCU 和 DSP 都是通過串行執(zhí)行指令來實現(xiàn)特定功能，不可避免低速，而 FPGA/CPLD 則可實現(xiàn) 硬件上的并行 上位機 通信部分 控制部分 顯示部分 6 工作，在實時測控和高速應(yīng)用領(lǐng)域前景廣闊；另一方面， FPGA/CPLP 器件在功能開發(fā)上是軟件實現(xiàn)的，但物理機制卻和純硬件電路一樣，十分可靠。 兩種設(shè)計方式相比較各有優(yōu)點且都能夠?qū)崿F(xiàn)控制功能，但單片機的技術(shù)門檻較低開發(fā)成本也較低非常適合初學(xué)者進行學(xué)習(xí)和鍛煉使用?，F(xiàn)在市場上常用的單片機主要有MCS5 AVR、 ARM、 PIC 等。其中應(yīng)用最廣泛的單片機首推 Intel 的 51系列，由于產(chǎn)品硬件結(jié)構(gòu)合理，指令系統(tǒng)規(guī)范，加之生產(chǎn)歷史“悠久”，有先入為主的優(yōu)勢常作為單片機學(xué)習(xí)的教材。且 51 系列單片機的 I/O 腳 的設(shè)置和使用非常簡單，當(dāng)該腳作輸入腳使用時，只須將該腳設(shè)置為高電平（復(fù)位時，各 I/O 口均置高電平）。當(dāng)該腳作輸出腳使用時，則為高電平或低電平均可。所以在控制部分方案的選擇中選定 51 系列單片機作為控制部分的核心器件。 7 第三章 系統(tǒng)硬件的設(shè)計 電路原理圖 圖 31 4 個 16 16 點陣顯示屏硬件原理圖 圖 31為 4個點陣顯示屏硬件原理圖，因為沒有 16 16 的點陣顯示屏 ,所以在現(xiàn)實中，硬件部分采用了 4塊 8 8 的點陣顯示屏來構(gòu)成 1 塊 16 16 LED 顯示屏。 系統(tǒng)硬件概述 80C51 單片機 簡介 整個電路所設(shè)計的電子屏可顯示多個漢字，需要 4 個 16 16 LED 點陣模塊，可組成16 64 的條形點陣。 8 80C51 是一種帶 4KB 可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能微處理器，俗稱單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除 100 次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL 的 80C51 是一種高效微控制器， 80C51 是它的一種精簡版本。 80C51 單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。80C51 引腳即外觀如圖 32 所示。 單片機引腳圖及引腳功能介紹 ： 圖 32 單片機引腳圖 80C51 單片機的 40 個引腳大致可分為 4類：電源、時鐘、控制和 I/O 引腳。 電源 :⑴ VCC 芯片電源，接 +5V； ⑵ VSS 接地端； 時鐘 :XTAL XTAL2 晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。 控制線 :控制線共有 4 根 ⑴ ALE/PROG: 地址鎖存允許 /片內(nèi) EPROM 編程脈沖 ① ALE 功能：用來鎖存 P0 口送出的低 8 位地址 ② PROG 功能：片內(nèi)有 EPROM 的芯片，在 EPROM 編程期間，此引腳輸入編程脈沖。 ⑵ PSEN: 外 ROM 讀選通信號。 ⑶ RST/VPD: 復(fù)位 /備用電源。 9 ① RST （ Reset）功能：復(fù)位信號輸入端。 ② VPD 功能：在 Vcc 掉電情況下，接備用電源。 ⑷ EA/Vpp: 內(nèi)外 ROM選擇 /片內(nèi) EPROM 編程電源。 ① EA 功能：內(nèi)外 ROM 選擇端。 ② Vpp 功能：片內(nèi)有 EPROM 的芯 片，在 EPROM 編程期間，施加編程電源 Vpp。 I/O 線 :80C51 共有 4個 8位并行 I/O 端口： P0、 P P P3 口，共 32個引腳。 P3 口還具有第二功能，用于特殊信號輸入輸出和控制信號（屬控制總線）。 譯碼器及點陣顯示屏 1） 74LS138 譯碼器 74LS138 為 3 線－ 8 線譯碼器，當(dāng)一個選通端（ E1）為高電平，另兩個選通端 E2 和E3 為低電平時，可將地址端（ A、 B、 C）的二進制編碼在 Y0 至 Y7 對應(yīng)的輸出端以低電平譯出。比如： A2A1A0=110 時，則 Y6 輸出端輸出低電平信號。利用 E E2 和 E3可級聯(lián)擴展成 24 線譯碼器；若外接一個反相器還可級聯(lián)擴展成 32 線譯碼器。若將選通端中的一個作為數(shù)據(jù)輸入端時， 74LS138 還可作數(shù)據(jù)分配器。可 用在 8086 的譯碼電路中，擴展內(nèi)存。 圖 33 74LS138 引腳圖 2） 16*64 點陣顯示屏設(shè)計 首先，我們來分析一下 16*16 點陣行控線，列控線。級聯(lián)方法：如圖四個點陣。把 00，01 相同的行線相連接。把 10， 11相同的行線相連接。把 00， 10 相同的列線相連接。把，11 相同的列線相連接。最后， 00， 01 的列就作為 16x16 點陣的列控線。 00， 10 的行就作為 16x16 點陣的行控線。同理： 16*64 的點陣也是一樣的，將同一行的所有行連在一起，同一列的所有列連在一起?。ㄎ覀冞@次點陣用的是共陽型點陣，即行接陽極）。 10 圖 34 LED 顯示屏接線圖 元件清單 在本次設(shè)計中，用到的元件清單如表 。 表３ .1 元件清單 元件名稱 數(shù)量（個） 單片機 80C51 1 4094 芯片 8 74LS138 譯碼器 2 8 8 LED 顯示屏 16 11 顯示原理及控制方式分析 LED 點陣模塊結(jié)構(gòu) 八十年代以來出現(xiàn)了組合型 LED 點陣顯示器模塊，以發(fā)光二極管為像素，它用高亮度發(fā)光二極管芯陣列組合后，環(huán)氧樹脂和塑模封裝而成。這種一體化封裝的點陣 LED 模塊，具有高亮度、引腳少、視角大、壽命長、耐濕、耐冷熱、耐腐蝕等特點。 LED 點陣規(guī)模常見的有 4 4 5 5 8 8 等等。 圖 3－ 5 示出最常見的 8 8 單色 LED 點陣顯示器的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)和外型規(guī)格，其它型號點陣的結(jié)構(gòu)與引腳可試驗獲得。 圖３