【文章內容簡介】 為高電平狀態(tài)時， LCM 為正常工作狀態(tài)，標志位 RESET=0。 在指令設置和數(shù)據(jù)讀寫時要注意狀態(tài)字中的 BUSY 標志。只有在 BUSY=0時， MPU 對 LCM 的操作才能有效。因此 MPU 在每次對 LCM 操作之前，都要 7 讀出狀態(tài)字判斷 BUSY 是否為“ 0”。若不為“ 0”，則 MPU 需要等待，直至 BUSY=0為止。 (2) 顯示開關設置 該指令設置顯示開 /關觸發(fā)器的狀態(tài)，由此控制顯示數(shù)據(jù)鎖存器的工作方式，從而控制顯示屏上的 顯示狀態(tài)。 D 位為顯示開 /關的控制位。當 D=1 為開顯示設置，顯示數(shù)據(jù)鎖存器正常工作，顯示屏上呈現(xiàn)所需的顯示效果。此時在狀態(tài)字中ON/OFF=0。當 D=0 為關顯示設置，顯示數(shù)據(jù)鎖存器被置零，顯示屏呈不顯示狀態(tài)，但顯示存儲器并沒有被破壞，在狀態(tài)字中 ON/OFF=1。 (3) 顯示起始行設置 該指令設置了顯示起始行寄存器的內容。 LCM 通過 CS 的選擇分別具有 64行顯示的管理能力，該指令中 L5～ L0 為顯示起始行的地址，取值在 0～ 3FH（ 1～64 行）范圍內，它規(guī)定了顯示屏上最頂一行所對應的顯示存儲器的行地址。如果定時間 隔地，等間距地修改（如加一或減一）顯示起始行寄存器的內容，則顯示屏將呈現(xiàn)顯示內容向上或向下平滑滾動的顯示效果。 (4) 頁面地址設置 該指令設置了頁面地址 — X 地址寄存器的內容。 LCM 將顯示存儲器分成 8頁，指令代碼中 P2～ P0 就是要確定當前所要選擇的頁面地址，取值范圍為 0～7H ，代表第 1～ 8 頁。該指令規(guī)定了以后的讀 /寫操作將在哪一個頁面上進行。 (5) 列地址設置 該指令設置了 Y 地址數(shù)計數(shù)器的內容， LCM 通過 CS 的選擇分別具有 64 列顯示的管理能力， C5～ C0=0～ 3FH（ 1～ 64）代表某一頁面上的某一單元 地址，隨后的一次讀或寫數(shù)據(jù)將在這個單元上進行。 Y 地址計數(shù)器具有自動加一功能，在每一次讀 /寫數(shù)據(jù)后它將自動加一，所以在連續(xù)進行讀 /寫數(shù)據(jù)時， Y 地址計數(shù)器不必每次都設置一次。 頁面地址的設置和列地址的設置將顯示存儲器單元唯一地確定下來，為后來的顯示數(shù)據(jù)的讀 /寫作了地址的選通。 KXM12864J 的 接口時序 ： (1) 寫操作 將 8 位數(shù)據(jù)寫入先前已確定的顯示存儲器的單元內。操作完成后列地址計數(shù)器自動加一。時序如圖 22 所示。 8 圖 22 寫操作時序圖 (2) 讀操作 該操作將 LCM 接口部的輸出寄存器 內容讀出，然后列地址計數(shù)器自動加一 。時序如圖 23 所示。 圖 23 讀操作時序圖 4. KXM12864J 的顯示方法 點陣式 LCD 的取模方式有逐列式、逐行式、列行式、行列式等。本設計中選用列行式。 列行式就是 :先選擇點陣的第一頁 ， 逐列查表顯示一個 漢 字的上半部分 ， 再選擇第二頁 ， 逐列查表顯示一個 漢 字的下半部分 。顯示字符，一頁就可以顯示完整一個。 每次顯示要先通過指令選中顯示位置的頁和列，然后將字模逐個送入。 (1) 漢字取模 應用 51 單片機工具箱取漢字字模。 取字模的方法以漢字“唐”為例進行介紹。設定每個漢 字 大小為 16? 16。 首先 將 漢 字“唐”寫入漢字字模生成工具 16? 16 的點陣中，如圖 24 所示。 圖 24 漢字 16? 16 點陣圖 9 然后就可以生成 “唐” 字字模， “ 0xFF， 0xFF， 0xBF， 0xBB， 0xD8， 0x1B，0xDB， 0xAB， 0x7A， 0xAB， 0x9A， 0xAB， 0xDA， 0xAB， 0xF2， 0xAB， 0xEA，0xAB， 0xDA， 0xAB， 0x1A， 0xAB， 0xDE， 0xFB， 0xDD， 0x7B， 0xDB， 0xBB，0xD7， 0xAB， 0xDF， 0xF7” 。 (2) 字符 取模 51 單片機工具箱不可以實現(xiàn)字符取模，沒有找到相應的取模工具，使用了一種比較傳統(tǒng)的取模方式。以字符“ T”為例進行介紹。設定每個字符大小為 5? 8。 首先將字符“ T”寫入 5? 8 的點陣中，如圖 25 所示。 圖 25 字符 5? 8 點陣圖 然后每列從下往上讀，亮的點為 “ 1” ，暗 的點為 “ 0” 。 讀出 “ T” 的二進制字模 “ 00000001， 00000001， 01111111， 00000001， 00000001”。 最后轉換為十六進制字?！?0x01， 0x01， 0x7F， 0x01， 0x01”。 10 3 系統(tǒng)硬件 的設計 俄羅斯方塊游戲系統(tǒng) 硬件電路的 設 計 分為 四大模塊 ，分別是單片機最小系統(tǒng)模塊、 LCD 顯示模塊、獨立按鍵模塊 和 聲音模塊。 硬件電路整體框 圖如圖 31 所示 。 圖 31 硬件電路整體框圖 1. 單片機最小系統(tǒng)模塊 ，包括電源電路、復位電路、振蕩電路和下載接口電路。 2. LCD 顯示模塊 ，采用 KXM12864J 型液晶顯示器 顯示 圖形的形狀、 游戲得分 游戲時間、游戲速度和游戲等級 等信息。 3. 獨立按鍵模塊 ， 設 定 六個獨立按鍵進行游戲操作，功能分別 為 左移、右移、快速下移、翻轉、變形 、 確定和暫 停，其中確定和暫停功能由一個獨立按鍵來實現(xiàn)。 4. 聲音模塊 ，主要由蜂鳴器構成，可以在不同的游戲進程發(fā)出不同的音樂，增加了游戲的娛樂性。 系統(tǒng)總體設計電路原理圖見附錄一。 單片機 最小系統(tǒng) 的設計 單片機最小系統(tǒng)包括： 5? V 直流電 源電路、振蕩電路、復位電路和下載電路。下面分模塊進行介紹。 電源電路的設計 設計中單片機和 LCD 顯示屏所需電源均為 5? V 直流電。一般將 220V 交流電轉化為穩(wěn)定的 5? V 直流電的電路設計流程是把 單相交流電 經過電源變壓器、 單片機 最小系統(tǒng) 顯示模塊 按鍵模塊 PC 機 聲音模塊 11 整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路轉換成穩(wěn)定的直流電 [5]，其框圖如圖 32 所示。 圖 32 電源電路框圖 由于上述供電方法需要 220V 到 12V 的 電源 變壓器 ，這種變壓器相對系統(tǒng)來說體積偏大，而且偏重。 本 次 設 計選擇 USB 供電和外部供電。電路圖如圖 33所示。 圖 33 電源電路圖 1. USB 供電 在很多情況下使用 USB 供電比較方便， 不必攜帶不方便的 AC 適配器 。在設計過程中電路板直接和筆記本電腦連接就可以供電。 所有主機 USB 設備 （ 如PC 和筆記本電腦 ） 至少可以供出 500mA 電流或每個 USB 插口提供 5 個 “ 單元負載 ” 。在 USB 述語中， “ 一個單元負載 ” 是 100mA。自供電 USB 插孔也可以提供 5 個單元負載。總線供電 USB 插孔保證提供一個單元負載 （ 100mA） 。 所有USB 設備 在 連接 主機時 需要主機對其加以識 別。在識別過程中，主機決定 USB設備的電源以及是否為其供電，對于被認可的設備將負載電流從 100mA 增大到500mA。 USB 供電方式，可以選擇比較簡單的電路來實現(xiàn)。如圖 33 所示，在電路板上 只需要有一個 USB 接口，傳輸過來的電流經過濾波后接電源開關。最后連接上熔斷器，在電流過大時熔斷器首先被燒壞使主板斷電，可以有效的保護電路主板[6]。 2. 外部電源供電 USB 供電可能出現(xiàn)供電不足，在此又設計了外部供電。外部供電方式，首先需要用電源變壓器將 220V 交流電轉變?yōu)橹绷麟?，然后經過濾波和 7805 穩(wěn)壓后與 USB 供電電路重合。 7805 的引腳 1 是輸入腳，接 +8～ +20V 直流電源。引～220V 50HZ 整流電路 濾波電路 電源變壓 器 穩(wěn)壓電路 +5v 12 腳 2 是接地腳，接直流電源的負極。引腳 3 是輸出腳，輸出 +5V 的穩(wěn)定電壓 ， 確保在輸入交流電壓波動或負載和溫度變化時輸出電壓的穩(wěn)定。后面電路與 USB供電電路重合，如圖 33 所示。 3. 電源指示燈電路 為了可以直觀的觀測到電源接通情況，在電源設計部分增加了電源指示燈電路，如圖 34 所示。 圖 34 電源指示燈電路 圖 此電路由一個發(fā)光二極管和一個 1KΩ 的限流電阻構成，兩端連接電路板電源的正負極。當按下電源開關時，電路板得電，同時指示 燈亮。 振蕩電路的設計 單片機以晶體振蕩器的振蕩周期為最小的時序單位，片內的各種微操作都以此周期為時序基準。 STC89C53 可以選用外部振蕩方式和內部振蕩方式。內部振蕩方式所得的時鐘信號比較穩(wěn)定，實用電路中實用較多，本設計選用內部振蕩方式。 STC89C53 中有一個用于構成內部振蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTAL1和 XTAL2 分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反 饋元件的片外 晶振 一起構成自激振蕩器，振蕩電路 如 圖 35 所示。 13 圖 35 振蕩電路圖 外接晶 振 及 電容 C C3 接在放大器的反饋回路中構成 并聯(lián) 振蕩電路。外接電容 C C3 起穩(wěn)定振蕩頻率，快速起振的作用。 對外接電容 C C3 雖然沒有十分嚴格的要求， 但 電容容量的 大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易 程度 及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，電容使用30pF? 10pF，而如果使用陶瓷諧振器則選擇 30pF? 10pF [7]。在此選用 石英晶體 ，電容使用 30pF。 復位電路的設計 STC89C53 單片 機的復位引腳 RST 出現(xiàn) 2 個機器周期（ 1 個機器周期為 12個振蕩周期）以上的高電平時，單片機就執(zhí)行復位操作。如果 RST 持續(xù)為高電平，單片機將處于循環(huán)復位狀態(tài)不在執(zhí)行程序。復位操作分可分為上電復位和開關復位兩種方式 。 上電復位要求接通電源后，自動實現(xiàn)復位操作。開關復位要求在電源接通的 條件 下， 單片機運行期間，如果發(fā)生死機，用 按下復位按鈕 操作 使單片機復位。 本設計中選用 上電復位和 開關 復位并存的 復位方式 ，如圖 36 所示 。 基本原理是： 上電后，由于電容充電，使 RST 持續(xù)一段高電平時間。當單片機已在運行之中時，按下復位鍵也能使 RST 持續(xù)一段時間的高電平，從而實現(xiàn)上電且開關復位的操作。通常選擇 C=10～ 30uF， R=10～ 1 kΩ。 本設計中選擇 C=30uF，R=10 kΩ。 14 圖 36 復位電路 圖 如 果不僅要使單片機復位，而且還要使單片機的外圍芯片也同時復位， 上述電路中應進行少許調整。 單片機的復位操作使單片機進入初始化過程，其中包括使程序計數(shù)器PC=0000H， P0～ P3=FFH， SP=07H，其他寄存器從 0000 H 地址單元開始執(zhí)行 [8]。單片機復位后不改變片內 RAM 區(qū)中的內容，特殊功能寄存器復位后的狀態(tài)見表31 所示。 表 31 特殊工作寄存器復位狀態(tài)表 特殊功能寄存器 初始狀態(tài) 特殊功能寄存器 初始狀態(tài) A 00H TMOD 00H B 00H TCON 00H PSW 00H TH0 00H SP 07H TL0 00H DPL 00H TH1 00H DPH 00H TL1 00H P0~P3 FFH SBUF 不定 IE ***00000B SCON 00H IP 0**00000B PCON 0*******B 值得指出的是，記住 一些特殊功能寄存器復位后的主要狀態(tài)，對于了解單片機的初態(tài)，減少應用程序中的初始化部分是十分必要的。 說明： 表中符號 *為隨機狀態(tài)； A=00H， 表明累加器已被清零 ； PSW=00H，表明選寄存器 0 組為工作寄存器組； SP=07H，表明堆棧指針指向片內 RAM 的 07 H 字節(jié)單元，根據(jù)堆棧操作的先加后壓法則，第一個被壓入的內容寫入到 08H 單元中； P0～ P3＝ FFH，表明已向各端口線寫入 1，此時，各端口既可用于輸入又可 15 用于輸出； IP＝ 00000B，表明各個中斷源處于 低優(yōu)先級； IE＝ 000000B，表明各個中斷均被關斷。 下載 電路的設計 本次設計，軟件程序是通過串行編程方式寫入單片機 Flash 存儲器的，即 ISP編程方式，需要電平轉換芯片 MAX232。 同時上位機與系統(tǒng)的連接需要一條下載線，下載線的一端是 USB 口接 PC 機，另一端是九針的串行口接系統(tǒng)電路板。 1. ISP 簡介 STC 系列單片機提供 ISP 在線系統(tǒng)可編程，可方便使用 RS232 接口直接下載程序。 ISP 的好處是： 不用 購買通用編程器，單片機在 系統(tǒng)上即可下