【文章內容簡介】 路設計時常常采用模塊化的設計方法。硬件的設計采用模塊化設計，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)送的數據和控制指令處理過后控制顯示部分顯示內容。其常用的電子設計方法有單片機、 DSP、及 EDA 技術。幾種設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，片上 I/O 非常豐富，有的單片機集成有 A/ D，“ 看門狗”，PWM，顯示驅動，函數發(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 ，這在便攜式產品中大有用武之地。 EDA 電子設計自動化 EDA(即 Electronic Design Automation) 即電子設計自動化，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 工具就可得到設計結果 ,將編譯后的代碼下載到目標芯片就可在硬件上實現。 MCU 和 DSP 都是通過串行執(zhí)行指令來實現特定功能，不可避免低速，而 FPGA/CPLD 則可實現 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用領域前景廣闊；另一方面， FPGA/CPLP 器件在功能開發(fā)上是軟件實現的，但物理機制卻和純硬件電路一樣，十分可靠。 兩種設計方式相比較各有優(yōu)點且都能夠實現控制功能，但單片機的技術門檻較低開發(fā)成本也較低非常適合初學者進行學習和鍛煉使用。現在市場上常用的單片機主要有MCS5 AVR、 ARM、 PIC 等。其中應用最廣泛的單片機首推 Intel 的 51系列，由于產品硬件結構合理，指令系統(tǒng)規(guī)范，加之生產歷史“悠久”，有先入為主的優(yōu)勢常作為單片機學習的教材。且 51 系列單片機的 I/O 腳 的設置和使用非常簡單，當該腳作輸入腳使用時，只須將該腳設置為高電平（復位時，各 I/O 口均置高電平）。當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 ,所以在現實中，硬件部分采用了 4塊 8 8 的點陣顯示屏來構成 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擦除 100 次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術制造，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 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: 復位 /備用電源。 9 ① RST （ Reset）功能：復位信號輸入端。 ② VPD 功能：在 Vcc 掉電情況下，接備用電源。 ⑷ EA/Vpp: 內外 ROM選擇 /片內 EPROM 編程電源。 ① EA 功能：內外 ROM 選擇端。 ② Vpp 功能：片內有 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可級聯擴展成 24 線譯碼器；若外接一個反相器還可級聯擴展成 32 線譯碼器。若將選通端中的一個作為數據輸入端時， 74LS138 還可作數據分配器?？?用在 8086 的譯碼電路中，擴展內存。 圖 33 74LS138 引腳圖 2） 16*64 點陣顯示屏設計 首先，我們來分析一下 16*16 點陣行控線，列控線。級聯方法：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 在本次設計中，用到的元件清單如表 。 表３ .1 元件清單 元件名稱 數量（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 點陣模塊結構 八十年代以來出現了組合型 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 點陣顯示器的內部電路結構和外型規(guī)格，其它型號點陣的結構與引腳可試驗獲得。 圖３