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正文內(nèi)容

基于單片機的電子工作牌的設計_畢業(yè)設計論文(編輯修改稿)

2024-10-09 05:46 本頁面
 

【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
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