【文章內容簡介】 用 MCU 進行顯示控制，雖然減少了硬件成本，但由于顯 示控制部分的減少，系統(tǒng)的可靠性與有效性大大降低，而 RAM 芯片的較少，使得系統(tǒng)的處理能力大大降低，性價比不高。 方案二 無 74HC595 設計方案 圖 33 無 74HC595設計方案框架圖 傳感器 計算機 RS232 計算機 51單片 機 74HC573 RAM 74HC165 燈陣 控制顯示系統(tǒng) 傳感器 計算機 RS232 計算機 74HC573 74HC165 74HC595 燈陣 RS485 9 方案二的設計框架圖如圖 34所示。 此方案不通過 74HC595 進行串并轉換，雖然減少了芯片的使用，降低了硬件成本，但是由于 74HC165 是串行傳輸數(shù)據(jù)的，數(shù)據(jù)只能一位一位的在模擬屏上顯示輸出，實時性差，大大降低了系統(tǒng)的有效性。當數(shù)據(jù)傳輸量較大時，由于數(shù)據(jù)的 傳輸是串行的，容易造成丟包，不能有效地對突發(fā)事件進行預警，從而進行相應的處理，降低了系統(tǒng)的可靠性。 方案三 單片機控制下的移位時鐘方案 該方案（設計框圖見圖 31）增大了系統(tǒng)的處理能力，而且單片機還對模擬屏進行顯示控制，增強了系統(tǒng)的可操作性。 74HC595 芯片的應用，提高了數(shù)據(jù)的傳輸速率，增強了系統(tǒng)的實時性和有效性，大大提高了系統(tǒng)的性價比。 方案確定 由上述三個方案對比，采用第三種方案。 單片機進行顯示控制，增強了系統(tǒng)的可操作性，從而使系統(tǒng)顯得更人性化，更具有實用價值。而利用單片機進 行的片外 RAM 擴展，大大增強了系統(tǒng)數(shù)據(jù)的容納能力，增強了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。我們知道，單片機具有 經(jīng)濟實惠，成本相對較低 ， 速度快 ， 片上資源豐富 ，驅動能力強 ， 功耗低 ， 可選擇型號種類多 ， 性價比高 ， 保密性好 等優(yōu)點。因而，單片機的應用，使得系統(tǒng)的有效性，穩(wěn)定性得到大大提高。 在數(shù)據(jù)傳輸過程中，一般情況下，并行傳輸是最快的，但 74HC165 傳來的數(shù)據(jù)卻是串行的，為了實現(xiàn)串并轉換，從而高速有效的傳輸數(shù)據(jù)，使得模擬顯示屏能實時有效的起到預警作用，而 74HC595 的應用其恰好解決了這些問題。我們知道 74HC595 具有 驅動電流大 ，35 毫安每個端口 ， 操作靈活 ， 方便的組成動態(tài)顯示 ， 電路簡單成本低 等優(yōu)點。因此， 74HC595的應用大大增強了系統(tǒng)的吞吐量和可靠性。 方案三的設計是由單片機進行系統(tǒng)的全局控制，而由 74 系列芯片去具體控制實現(xiàn)各部分的功能，完成系統(tǒng)的監(jiān)控任務。我們知道，單片機技術和 74 系列芯片正是當今技術發(fā)展的潮流，而單片機技術以及 74 系列芯片的應用恰好符合了技術發(fā)展的潮流。在本設計中，利用 74 系列芯片設計的片選電路、驅動電路具有高效、簡潔的特性，其結合單片機總線的讀寫信號，讓各時序間，各波形間緊密相關，使得整個系統(tǒng)的效率得到了大大 的提高。 綜合以上涉及方面的分析，因此本次課題采用此方案進行設計。 10 第 4 章 硬件設計 系統(tǒng)設計原理圖 原理圖繪制 （ 1）打開 PROTEL 軟件，新建項目。 （ 2）建立元件庫。 （ 3）連線，設計原理圖，如圖 41 所示。 圖 41 電路設計原理圖 11 系統(tǒng)原理構架圖如圖 42所示。 圖 42 系統(tǒng)原理構架圖 當外部數(shù)據(jù)通過 DB9 端口送入單片機后，單片機的 P0 口用作時分復用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)線和地址線， P2 口傳送高八位地址，當 ALE 信號有效 時，單片機先傳送地址信號， 74HC573進行地址鎖存，隨后將接收到的數(shù)據(jù)送入 RAM，同時，單片機的 和 口以及 T1 口與一片 74HC139 相連，根據(jù)外來數(shù)據(jù)送來的區(qū)域數(shù)據(jù)，完成 74HC165 的片選（注：此次課題暫時用了 1片 165）。單片機的 和 T1口以及 RD 口與另一片 74HC139 相連，用于控制時序信號的產生以及作為 161 和 165 的使能端。當 CSM 為低電平， DISP 為高電平， PE為低電平，此時， 74HC74 的輸出 Q為高電平，與 Q端口相連的 74HC161 有效，啟動計數(shù)功能， 同時 Q0 口選中輸出 ，此時， Q0 口的信號不斷地在 0與 1之間交替變化，從而不斷的產生上升沿與下降沿，當為上升延時， 74HC165 工作，此時，該上升沿經(jīng)反相器反相后，與 74HC595 相連，正好實現(xiàn)了 74HC165 工作時， 595 不工作，而 595 工作時， 165 不工作。當計數(shù)器計滿 16 個脈沖溢出時，其 TC 口產生一個上升沿信號，將此信號送給 74HC74 的CLK 管腳，此時 74HC74Q 端 0， 74HC161 的 CEP 為低電平，其停止計數(shù)。我們知道， 165 和595 都是上升沿觸發(fā)的，當計數(shù)停止時，也就停止了脈沖的產生，也就實現(xiàn)了對 165 和 595的控 制。 PCB 板制圖 （ 1）根據(jù)原理圖，進行元器件導入。 12 （ 2）原器件封裝。 （ 3）生成 PCB 圖，如圖 43所示。 圖 43 PCB板圖 系統(tǒng)各模塊介紹 地址鎖存器模塊 1. 74HC573 簡介 圖 44 74HC573引腳圖 13 74HC573 的 輸入是和標準 CMOS 輸出兼容的；加上拉電阻，他們能和 LS/ALSTTL 輸出兼容。 當鎖存使能端 LE 為高時，這些器件的鎖存對于數(shù)據(jù)是透明的（也就是說輸出同步）。當鎖存使能變低時，符合建立時間和保持時 間的數(shù)據(jù)會被鎖存。 其引腳與功能特性如圖 44 所示。 2. 74HC573 應用原理圖 圖 45 74HC573應用 74HC573 的實際應用如圖 45所示。 在此原理圖中，單片機的 P0 口用作時分復用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)線和地址線，而 74HC573 起地址鎖存的作用。當單片機 ALE（地址鎖存允許）為高電平時，與其連接的 74HC573 的 C口也為高電平，此時 74HC573 進行地址鎖存。 時序信號產生模塊 （ 1）利用晶振電路的輸出產生移位時鐘； （ 2）從存貯器讀出顯示數(shù)據(jù)時自動啟動發(fā)送； （ 3） 發(fā)送完一個字節(jié)后停止； （ 4） 74HC595 與 74HC165 的時鐘信號反相。 時序原理說明：首先，從單片機的讀寫控制端輸出一個讀信號，當允許擴展 RAM 讀出數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)送入 74HC165中暫存，同時，單片機的 ＲＤ、ＣＳＭ、 ＤＩＳＰ管腳控制 74HC139 14 產生 PE 信號，由 PE信號控制計數(shù)器進行計數(shù)，其計數(shù)由 Q0 口輸出， Q0的值從 0 到 1 不斷跳變，不停的產生上升下降沿，而 595 的 CLK 口與反向器相連，從而使得 74HC165 里的數(shù)據(jù)一位一位的傳進 595中，而 595 一位一位地接收數(shù)據(jù)。 時序產生原理圖 如圖 46所示。 計數(shù)時序狀態(tài)真值表如表 47所示。 圖 46 時序產生原理圖 表 47 計數(shù)時序狀態(tài)真值表 信號 狀態(tài) PE CEP Q0 CLK 計數(shù)時 0 1 0 未知 計數(shù)后 1 0 0 上升沿 15 圖 47 時序波形圖 時序波形圖說明：當單片機的 DISP 為高電平與 CSM 為低電平且 RD信號有效時時， PE信號有效為低電平，使得 74HC74 置位， CEP變?yōu)楦唠娖剑瑥亩鴨恿?74HC161，讓其開始計數(shù)，計數(shù)由 Q0 口輸出，共計數(shù)十六個脈 沖，這樣就產生了 8 個上升沿和 8 個下降沿，在這 8個上升沿中，每個上升沿使得 165 傳一個數(shù)，而每個下降沿，使得 595 取一個數(shù)。當計數(shù)完成后， 161 的 TC 口產生一個上升沿脈沖，使得 74HC74 復位， CEP 變?yōu)榈碗娖?，同時單片機控制 RD 信號變?yōu)楦唠娖?，關閉 RAM 的讀寫，使得 74HC139 停止工作， PE 信號失效， 161 停止計數(shù)。 組合邏輯應用 組合邏輯應用圖如圖 48所示。 原理圖說明：由單片機的 和 完成片選，實現(xiàn) 165 以及 595 的級聯(lián)，從而擴大該系統(tǒng)控制的規(guī)模。同時，由單片 機的 RD 信號， DISP 信號控制時序的發(fā)生。 16 圖 48 組合邏輯應用圖 17 第 5 章 調試結果及分析 調試結果 本系統(tǒng)設計的主要目的是為了實現(xiàn)對高危行業(yè)的某些區(qū)域進行監(jiān)控，當該區(qū)域出現(xiàn)緊急情況時，模擬顯示屏的燈陣會點亮，使得能夠及時做出應對措施。具體要求如下： ，所有的燈都處于熄滅的狀態(tài)。 ，數(shù)據(jù)送入單片機的擴展 RAM 中。 .即允許從 RAM 中讀出數(shù)據(jù)時，定時器工作，由其輸出端不斷產生上升沿和下降沿信號，使得 74HC165 和 74HC595 工作，從而控制模擬屏燈陣的顯示，而模擬屏的每一個燈和相應的區(qū)域對應，從而實現(xiàn)對區(qū)域的監(jiān)控。 結果分析 本設計應該掌握單片機系統(tǒng)的基本構成， 掌握 74 系列芯片原理及使用方法，掌握 51板的使用方法，初步掌握 STC51 單片機匯編語言一般編程技巧，初步掌握 PROTEL 軟件的使用方法和操作技巧，初步掌握 51 板系統(tǒng)調試的一般步驟及方法。 18 第 6 章 結 論 設計結論 ，對軟件不熟而造成的種種失誤；對芯片的了解不夠深入，不能合理的選用芯片型號和利用其管腳 ；在整個電路的設計上，對知識的綜合應用能力太差，造成了電路冗余；對單片機匯編語言不熟悉程序編寫困難等問題。 ，和同組成員商議，向指導老師和實訓老師請教以及通過光盤盒網(wǎng)站中相關資料進行學習。 ，各時序間，各波形間聯(lián)系緊密，減少了硬件上的冗余。缺點是模擬屏燈陣的燈編號程序難以實現(xiàn)。 ，先連接，在對對應的引腳上的燈和區(qū)域進行編號，增加 單片機軟件程序智能的對進制進行轉換，除去繁冗的進制計算。 心得體會 畢業(yè)設計終于結束了，最初的目的是想學到一些對將來就業(yè)很有實質性幫助的東西。結果還算可以接受，雖然說與預期的有不少出入，但鍛煉自己這個主要目標算是達成了。通過這次課程設計，我對如何完成一項實際的計劃有了進一步的認識，對如何加強自己的合作能力有了更進一步的思考。通過這次課程設計，我想下學期的畢業(yè)設計會少點困難，以后在工作中也能夠有更多的經(jīng)驗好借鑒。在這段日子里，我實踐、思考、反思、總結，所得收獲都已經(jīng)成為大學生涯中的寶貴財富。或許大學生活中的片斷隨著歲月的流逝難免被遺忘，但是這段課程設計的日子相信仍會是記憶深刻 ，它作為我們走向社會的第一步，承載了即將面對現(xiàn)實和挑戰(zhàn)的心情，必將難忘。 19 參 考 文 獻 [1] 于海生 .微型計算機控制技術 [M].北京：清華大學出版社， . [2] 孫涵芳 .MCS51系列單片機原理及應用 [J].北京：北京航天大學出版社， . [3] 黃正瑾 .綜合電子設計與實踐 [M].福建：東南大學出版社， . [4] 趙建領 .51單片機開發(fā)與應用技術詳解 [M]. 北京：北京航空航天大學出版社， 2021. [5] 周立功 .單片機實驗與實踐 [M].北京 ： 北京航空航天大 學出版社 ,2021. [6] 李群芳 .單片機原理、接口及應用 . 北京：清華大學出版社， . [7] 曹陽 .邏輯與數(shù)字電路設計 . 北京：清華大學出版社 .. [8] 陳海宴 .51單片機原理及應用 [M]. 北京： 北京航空航天大學出版社， 2021. [9] 鐘富昭等 .8051單片機典型模塊設計與應用 [M]. 北京： 人民郵電出版社， 2021. [10] 張琳娜 ,劉武發(fā)．傳感檢測技術及應用 . 北京： 中國計量出版社 ,1999. [11] 薛均義 .凌陽十六位單片機原理及應用 . 北京： 北京航空航天大學出 版社 .2021. 20 附 錄 一 附一 芯片驅動程序 單片機顯示驅動： MOV R2,8 LOOP: RLC A MOV SER,C SETB CLK CLR CLK DJNZ R2,LOOP 驅動子程序： MOV DPTR， MOVX A,@DPTR MOV R2,8 LOOP： SETB CLK CLR CLK DJNZ R2,LOOP 循環(huán)控制程序： MOV DPTR, MOV R6,(N+255)/256 MOV R7,LOW N LOOP: MOVX A,@DPTR INC DPTR DJNZ R7