【文章內(nèi)容簡介】 案為采用 C 語言為程序語言， KEL C51 為編譯工具 進行程序的編河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 功能要求與方案選擇 7 譯。 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 系統(tǒng)硬件設計 8 第三章 系統(tǒng)硬件 設計 硬件整體設計概述及功能分析 顯示系統(tǒng)具體設計主要由單片機系統(tǒng)， 按鍵 電路，顯示驅(qū)動電路和 16 32 的點陣 顯示屏電路四 部分組成。具體工作流程為： PC 機通過通信系統(tǒng)向單片機發(fā)送控制指令和顯示代碼內(nèi)容，單片機接收后執(zhí)行控制指令處理顯示代碼將顯示內(nèi)容通過 I/O 口串行輸出并且控制譯碼電路完成串并轉(zhuǎn)換并行輸出，最后由顯示驅(qū)動電路進行電壓和電流的處理以達到LED 顯示屏的顯示電流，電壓要求進而使顯示屏顯示內(nèi)容。 根據(jù)硬件的功能結(jié)構(gòu)圖選取合適器件，器件不但要求能實現(xiàn)所要求的功能還要能兼容至整個系統(tǒng)之中。通過查 閱資料和對比最終的硬件原理圖如圖 所示。 圖 硬件原理圖 該系統(tǒng)所要實現(xiàn)的功能和要求有以下幾點： （ 1） LED 顯示屏的面積必須滿足至少顯示一個漢字的標準 ， 并且顯示要清晰。 （ 2）驅(qū)動電路要能提供 LED 顯示所需范圍內(nèi)的電壓和電流要求。 （ 3） 譯碼電路的高低電平的區(qū)分能力以及譯碼的輸入輸出頻率必須滿足單片機以及驅(qū)動電路的要求。 （ 4）單片機要能接收 獨立鍵盤電路 的指令和顯示內(nèi)容且能夠處理后控制 LED 顯示屏的顯示，并且端口驅(qū)動 能力要足以驅(qū)動譯碼電路。執(zhí)行頻率要能達到掃描顯示的最低要求。 從理論上說，不論顯示圖像還是文字，只要控制與組成這些圖形或文字的各個點所在的位置相對應的 LED 器件發(fā)光，就可以得到我們想要的顯示結(jié)果，這種同時控制各個發(fā)光點亮滅的方法稱為靜態(tài)驅(qū)動顯示方式。 16*32 的點陣共有 512 個發(fā)光二極管，顯然單片機沒有這么多的端口，這個數(shù)字很龐大，在實際應用中的顯示屏往往要大得多，這樣在鎖存器上 STC89C52 單片機 復位電路 時鐘電路 獨立鍵盤電路 行驅(qū)動電路 列驅(qū)動電路 16*32LED 點陣 顯示屏 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 系統(tǒng)硬件設計 9 花的成本將是一個很龐大的數(shù)字。因此在實際應用中的顯示屏幾乎都不采用這種設計，而采用另外一種稱為動態(tài)掃描的顯示方法。 動態(tài)掃描的意 思簡單地說就是逐行輪流點亮，這樣掃描驅(qū)動電路就可以實現(xiàn)多行（比如 8 行）的同名列共用一套驅(qū)動器。具體就 8ｘ 8 的點陣來說，把所有同 1 行的發(fā)光管的陽極連在一起，把所有同 1 列的發(fā)光管的陰極連在一起（共陽極的接法），先送出對應第一行發(fā)光管亮滅的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第 1 行使其燃亮一定時間，然后熄滅；再送出第二行的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第 2 行使其燃亮相同的時間，然后熄滅；以此類推，第 8 行之后，又重新燃亮第 1 行，反復輪回。當這樣輪回的速度足夠快（每秒 24 次以上），由于人眼的視覺暫留現(xiàn)象，就能夠看到顯示屏上穩(wěn)定的圖形了。 采用 掃描方式進行顯示時，每一行有一個行驅(qū)動器，各行的同名列共用一個驅(qū)動器。顯示數(shù)據(jù)通常存儲在單片機的存儲器中，按 8 位一個字節(jié)的形式順序排放。顯示時要把一行中各列的數(shù)據(jù)都傳送到相應的列驅(qū)動器上去，這就存在一個顯示數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴}。從控制電路到列驅(qū)動器的數(shù)據(jù)傳輸可以采用并列方式或串行方式。顯然，采用并行方式時，從控制電路到列驅(qū)動器的線路數(shù)量大，相應的硬件數(shù)目多。當列數(shù)很多時，并列傳輸?shù)姆桨甘遣豢扇〉摹? 控制單元設計 控制系統(tǒng)設計 控制電路設計中采用的是單片機系統(tǒng)，該系統(tǒng)必須要是工作在一個最小系 統(tǒng)（指單片機的可以的最小配置系統(tǒng)）。 STC89C52 單片機 的最小系統(tǒng)包括了外界時鐘電路和復位電路，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 ， 根據(jù)功能選擇一定的單片機端口添加外圍的器件。 STC89C52 單片機管腳說明如下： VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口： P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當 P1 口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼 輸入口，當FIASH 進行校驗時， P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。 P1 口： P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL門電流。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗時，P1 口作為第八位地址接收。 P2 口： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個TTL 門電流，當 P2 口被寫“ 1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入 時， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 系統(tǒng)硬件設計 10 的緣故。 P2 口當用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“ 1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口在FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3 口： P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL 門電流。當 P3 口寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將 輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下所示： RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時器 0 外部輸入） T1（記時器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是： 每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的 輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指 令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被 略微拉高。如果微處理器在外部 執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當 /EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1 時， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當 /EA 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加12V 編程電 源（ VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 具體電路如圖 所示 ： 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 系統(tǒng)硬件設計 11 圖 控制部分電路圖 STC89C52 簡介 STC89C52 是 STC 公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。 STC89C52 使用經(jīng)典的 MCS51 內(nèi)核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統(tǒng) 51單片機不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C52 為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標準功能： 8k 字節(jié) Flash， 512 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器，內(nèi)置 4KB EEPROM，MAX810 復位電路， 3 個 16 位定時器 /計數(shù)器， 4 個外部中斷，一個 7 向量 4 級中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng) 51 的 5 向量 2 級中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。另外 STC89X52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到 下一個中斷或硬件復位為止。最高運作頻率 35MHz， 6T/12T 可選。 STC89C52 具有以下參數(shù) ： 8051 單片機 ， 6 時鐘 /機器周期 和 12 時鐘 /機器周期可以任意 選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051。 ： ～ （ 5V 單片機 ） /～ （ 3V 單片機）。 范圍： 0～ 40MHz，相當于普通 8051 的 0～ 80MHz，實際工作 頻率可達 48MHz。 8K 字節(jié) 。 5. 片上集成 512 字節(jié) RAM。 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 系統(tǒng)硬件設計 12 6. 通用 I/O 口（ 32 個），復位后為： P0/P1/P2/P3 是 準雙向口 /弱上拉， P0 口是漏極開路輸出，作為總線擴展用時，不用加上拉電阻，作為 I/O 口用時，需加上拉電阻。 7. ISP（在系統(tǒng)可編程） /IAP（在應用可編程），無需專用 編程器 ，無 需專用 仿真器 ，可通過串口（ RXD/,TXD/）直接下載用戶程 序，數(shù)秒即可完成一片。 8. 具有 EEPROM 功能。 9. 共 3 個 16 位 定時器 /計數(shù)器。即 定時器 T0、 T T2。 4 路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路， Power Down 模式可 由外部中斷低電平觸發(fā) 中斷方式 喚醒。 11. 通用異步 串行口 （ UART），還可用定時器 軟件 實現(xiàn)多個 UART。 12. 工作溫度范圍： 40～ +85℃（工業(yè)級） /0～ 75℃（商業(yè)級）。 13. PDIP 封裝 。 時鐘電路簡介 在 STC89C52 單片機片內(nèi)有一個高增益的反相放大器，反相放大器的輸入端為 XTAL1，輸出端為 XTAL2，由該放大器構(gòu)成的振蕩電路和時鐘電路一起構(gòu)成了單片機的時鐘方式。根據(jù)硬件電路的不同，常用的時鐘電路設計有兩種方式 ,一種是內(nèi)部時鐘方式，如 圖 所示，另一種是外部時鐘方式 ,如圖 所示。 本實驗采用內(nèi)部時鐘方式，將 XTAL1 與 XTAL2 之間跨接一個石英晶振和微調(diào)電容，從而構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激震蕩器。電容值取 30pF 左右，其大小將影響震蕩頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性，晶振的頻率取值在 ～ 12MHz 之間。為減少線間的寄生電容，晶振和電容應盡能安裝得與單片機靠近，保證晶振穩(wěn)定可靠的工作。對于外接時鐘電路，要求 XTAL1 腳接外部震蕩器信號， XTAL2 腳懸空，對于外部振蕩器信號并無特殊要求，只要保證一定的脈沖寬度，時鐘頻率低于 12MHz 即可。 圖 內(nèi)部時鐘方式 圖 外部時鐘方式 復位電路簡介 STC89C52 單片機的復位是由外部的復位電路實現(xiàn)的。復位引腳 RST 通過一個施密特觸發(fā)器與復位電路相連，施密特觸發(fā)器的輸出電平由復位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復位操作所需的信號。復位電路通常采用上電自動復位和按鈕復位兩種，如圖 和 所示。 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 系統(tǒng)硬件設計 13 圖 上電自動復位