【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 用 MCU 進(jìn)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(jià)比不高。 方案二 無(wú) 74HC595 設(shè)計(jì)方案 圖 33 無(wú) 74HC595設(shè)計(jì)方案框架圖 傳感器 計(jì)算機(jī) RS232 計(jì)算機(jī) 51單片 機(jī) 74HC573 RAM 74HC165 燈陣 控制顯示系統(tǒng) 傳感器 計(jì)算機(jī) RS232 計(jì)算機(jī) 74HC573 74HC165 74HC595 燈陣 RS485 9 方案二的設(shè)計(jì)框架圖如圖 34所示。 此方案不通過(guò) 74HC595 進(jìn)行串并轉(zhuǎn)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(shí)時(shí)性差，大大降低了系統(tǒng)的有效性。當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸量較大時(shí)，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(duì)突發(fā)事件進(jìn)行預(yù)警，從而進(jìn)行相應(yīng)的處理，降低了系統(tǒng)的可靠性。 方案三 單片機(jī)控制下的移位時(shí)鐘方案 該方案（設(shè)計(jì)框圖見(jiàn)圖 31）增大了系統(tǒng)的處理能力，而且單片機(jī)還對(duì)模擬屏進(jìn)行顯示控制，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可操作性。 74HC595 芯片的應(yīng)用，提高了數(shù)據(jù)的傳輸速率，增強(qiáng)了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和有效性，大大提高了系統(tǒng)的性價(jià)比。 方案確定 由上述三個(gè)方案對(duì)比，采用第三種方案。 單片機(jī)進(jìn)行顯示控制，增強(qiáng)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(shí)用價(jià)值。而利用單片機(jī)進(jìn) 行的片外 RAM 擴(kuò)展，大大增強(qiáng)了系統(tǒng)數(shù)據(jù)的容納能力，增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。我們知道，單片機(jī)具有 經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，成本相對(duì)較低 ， 速度快 ， 片上資源豐富 ，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng) ， 功耗低 ， 可選擇型號(hào)種類多 ， 性價(jià)比高 ， 保密性好 等優(yōu)點(diǎn)。因而，單片機(jī)的應(yīng)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(guò)程中，一般情況下，并行傳輸是最快的，但 74HC165 傳來(lái)的數(shù)據(jù)卻是串行的，為了實(shí)現(xiàn)串并轉(zhuǎn)換，從而高速有效的傳輸數(shù)據(jù)，使得模擬顯示屏能實(shí)時(shí)有效的起到預(yù)警作用，而 74HC595 的應(yīng)用其恰好解決了這些問(wèn)題。我們知道 74HC595 具有 驅(qū)動(dòng)電流大 ，35 毫安每個(gè)端口 ， 操作靈活 ， 方便的組成動(dòng)態(tài)顯示 ， 電路簡(jiǎn)單成本低 等優(yōu)點(diǎn)。因此， 74HC595的應(yīng)用大大增強(qiáng)了系統(tǒng)的吞吐量和可靠性。 方案三的設(shè)計(jì)是由單片機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)的全局控制，而由 74 系列芯片去具體控制實(shí)現(xiàn)各部分的功能，完成系統(tǒng)的監(jiān)控任務(wù)。我們知道，單片機(jī)技術(shù)和 74 系列芯片正是當(dāng)今技術(shù)發(fā)展的潮流，而單片機(jī)技術(shù)以及 74 系列芯片的應(yīng)用恰好符合了技術(shù)發(fā)展的潮流。在本設(shè)計(jì)中，利用 74 系列芯片設(shè)計(jì)的片選電路、驅(qū)動(dòng)電路具有高效、簡(jiǎn)潔的特性，其結(jié)合單片機(jī)總線的讀寫信號(hào)，讓各時(shí)序間，各波形間緊密相關(guān)，使得整個(gè)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(jìn)行設(shè)計(jì)。 10 第 4 章 硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理圖 原理圖繪制 （ 1）打開(kāi) PROTEL 軟件，新建項(xiàng)目。 （ 2）建立元件庫(kù)。 （ 3）連線，設(shè)計(jì)原理圖，如圖 41 所示。 圖 41 電路設(shè)計(jì)原理圖 11 系統(tǒng)原理構(gòu)架圖如圖 42所示。 圖 42 系統(tǒng)原理構(gòu)架圖 當(dāng)外部數(shù)據(jù)通過(guò) DB9 端口送入單片機(jī)后，單片機(jī)的 P0 口用作時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)線和地址線， P2 口傳送高八位地址，當(dāng) ALE 信號(hào)有效 時(shí)，單片機(jī)先傳送地址信號(hào)， 74HC573進(jìn)行地址鎖存，隨后將接收到的數(shù)據(jù)送入 RAM，同時(shí)，單片機(jī)的 和 口以及 T1 口與一片 74HC139 相連，根據(jù)外來(lái)數(shù)據(jù)送來(lái)的區(qū)域數(shù)據(jù)，完成 74HC165 的片選（注：此次課題暫時(shí)用了 1片 165）。單片機(jī)的 和 T1口以及 RD 口與另一片 74HC139 相連，用于控制時(shí)序信號(hào)的產(chǎn)生以及作為 161 和 165 的使能端。當(dāng) CSM 為低電平， DISP 為高電平， PE為低電平，此時(shí)， 74HC74 的輸出 Q為高電平，與 Q端口相連的 74HC161 有效，啟動(dòng)計(jì)數(shù)功能， 同時(shí) Q0 口選中輸出 ，此時(shí)， Q0 口的信號(hào)不斷地在 0與 1之間交替變化，從而不斷的產(chǎn)生上升沿與下降沿，當(dāng)為上升延時(shí)， 74HC165 工作，此時(shí)，該上升沿經(jīng)反相器反相后，與 74HC595 相連，正好實(shí)現(xiàn)了 74HC165 工作時(shí)， 595 不工作，而 595 工作時(shí)， 165 不工作。當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)滿 16 個(gè)脈沖溢出時(shí)，其 TC 口產(chǎn)生一個(gè)上升沿信號(hào)，將此信號(hào)送給 74HC74 的CLK 管腳，此時(shí) 74HC74Q 端 0， 74HC161 的 CEP 為低電平，其停止計(jì)數(shù)。我們知道， 165 和595 都是上升沿觸發(fā)的，當(dāng)計(jì)數(shù)停止時(shí)，也就停止了脈沖的產(chǎn)生，也就實(shí)現(xiàn)了對(duì) 165 和 595的控 制。 PCB 板制圖 （ 1）根據(jù)原理圖，進(jìn)行元器件導(dǎo)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(jiǎn)介 圖 44 74HC573引腳圖 13 74HC573 的 輸入是和標(biāo)準(zhǔn) CMOS 輸出兼容的；加上拉電阻，他們能和 LS/ALSTTL 輸出兼容。 當(dāng)鎖存使能端 LE 為高時(shí)，這些器件的鎖存對(duì)于數(shù)據(jù)是透明的（也就是說(shuō)輸出同步）。當(dāng)鎖存使能變低時(shí)，符合建立時(shí)間和保持時(shí) 間的數(shù)據(jù)會(huì)被鎖存。 其引腳與功能特性如圖 44 所示。 2. 74HC573 應(yīng)用原理圖 圖 45 74HC573應(yīng)用 74HC573 的實(shí)際應(yīng)用如圖 45所示。 在此原理圖中，單片機(jī)的 P0 口用作時(shí)分復(fù)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(dāng)單片機(jī) ALE（地址鎖存允許）為高電平時(shí)，與其連接的 74HC573 的 C口也為高電平，此時(shí) 74HC573 進(jìn)行地址鎖存。 時(shí)序信號(hào)產(chǎn)生模塊 （ 1）利用晶振電路的輸出產(chǎn)生移位時(shí)鐘； （ 2）從存貯器讀出顯示數(shù)據(jù)時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)發(fā)送； （ 3） 發(fā)送完一個(gè)字節(jié)后停止； （ 4） 74HC595 與 74HC165 的時(shí)鐘信號(hào)反相。 時(shí)序原理說(shuō)明：首先，從單片機(jī)的讀寫控制端輸出一個(gè)讀信號(hào)，當(dāng)允許擴(kuò)展 RAM 讀出數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)送入 74HC165中暫存，同時(shí)，單片機(jī)的 ＲＤ、ＣＳＭ、 ＤＩＳＰ管腳控制 74HC139 14 產(chǎn)生 PE 信號(hào)，由 PE信號(hào)控制計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，其計(jì)數(shù)由 Q0 口輸出， Q0的值從 0 到 1 不斷跳變，不停的產(chǎn)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(jìn) 595中，而 595 一位一位地接收數(shù)據(jù)。 時(shí)序產(chǎn)生原理圖 如圖 46所示。 計(jì)數(shù)時(shí)序狀態(tài)真值表如表 47所示。 圖 46 時(shí)序產(chǎn)生原理圖 表 47 計(jì)數(shù)時(shí)序狀態(tài)真值表 信號(hào) 狀態(tài) PE CEP Q0 CLK 計(jì)數(shù)時(shí) 0 1 0 未知 計(jì)數(shù)后 1 0 0 上升沿 15 圖 47 時(shí)序波形圖 時(shí)序波形圖說(shuō)明：當(dāng)單片機(jī)的 DISP 為高電平與 CSM 為低電平且 RD信號(hào)有效時(shí)時(shí)， PE信號(hào)有效為低電平，使得 74HC74 置位， CEP變?yōu)楦唠娖?，從而啟?dòng)了 74HC161，讓其開(kāi)始計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)由 Q0 口輸出，共計(jì)數(shù)十六個(gè)脈 沖，這樣就產(chǎn)生了 8 個(gè)上升沿和 8 個(gè)下降沿，在這 8個(gè)上升沿中，每個(gè)上升沿使得 165 傳一個(gè)數(shù)，而每個(gè)下降沿，使得 595 取一個(gè)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)完成后， 161 的 TC 口產(chǎn)生一個(gè)上升沿脈沖，使得 74HC74 復(fù)位， CEP 變?yōu)榈碗娖?，同時(shí)單片機(jī)控制 RD 信號(hào)變?yōu)楦唠娖剑P(guān)閉 RAM 的讀寫，使得 74HC139 停止工作， PE 信號(hào)失效， 161 停止計(jì)數(shù)。 組合邏輯應(yīng)用 組合邏輯應(yīng)用圖如圖 48所示。 原理圖說(shuō)明：由單片機(jī)的 和 完成片選，實(shí)現(xiàn) 165 以及 595 的級(jí)聯(lián)，從而擴(kuò)大該系統(tǒng)控制的規(guī)模。同時(shí)，由單片 機(jī)的 RD 信號(hào)， DISP 信號(hào)控制時(shí)序的發(fā)生。 16 圖 48 組合邏輯應(yīng)用圖 17 第 5 章 調(diào)試結(jié)果及分析 調(diào)試結(jié)果 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要目的是為了實(shí)現(xiàn)對(duì)高危行業(yè)的某些區(qū)域進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)該區(qū)域出現(xiàn)緊急情況時(shí)，模擬顯示屏的燈陣會(huì)點(diǎn)亮，使得能夠及時(shí)做出應(yīng)對(duì)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(jī)的擴(kuò)展 RAM 中。 .即允許從 RAM 中讀出數(shù)據(jù)時(shí)，定時(shí)器工作，由其輸出端不斷產(chǎn)生上升沿和下降沿信號(hào)，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(gè)燈和相應(yīng)的區(qū)域?qū)?yīng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域的監(jiān)控。 結(jié)果分析 本設(shè)計(jì)應(yīng)該掌握單片機(jī)系統(tǒng)的基本構(gòu)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(jī)匯編語(yǔ)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(diào)試的一般步驟及方法。 18 第 6 章 結(jié) 論 設(shè)計(jì)結(jié)論 ，對(duì)軟件不熟而造成的種種失誤；對(duì)芯片的了解不夠深入，不能合理的選用芯片型號(hào)和利用其管腳 ；在整個(gè)電路的設(shè)計(jì)上，對(duì)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力太差，造成了電路冗余；對(duì)單片機(jī)匯編語(yǔ)言不熟悉程序編寫困難等問(wèn)題。 ，和同組成員商議，向指導(dǎo)老師和實(shí)訓(xùn)老師請(qǐng)教以及通過(guò)光盤盒網(wǎng)站中相關(guān)資料進(jìn)行學(xué)習(xí)。 ，各時(shí)序間，各波形間聯(lián)系緊密，減少了硬件上的冗余。缺點(diǎn)是模擬屏燈陣的燈編號(hào)程序難以實(shí)現(xiàn)。 ，先連接，在對(duì)對(duì)應(yīng)的引腳上的燈和區(qū)域進(jìn)行編號(hào)，增加 單片機(jī)軟件程序智能的對(duì)進(jìn)制進(jìn)行轉(zhuǎn)換，除去繁冗的進(jìn)制計(jì)算。 心得體會(huì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)終于結(jié)束了，最初的目的是想學(xué)到一些對(duì)將來(lái)就業(yè)很有實(shí)質(zhì)性幫助的東西。結(jié)果還算可以接受，雖然說(shuō)與預(yù)期的有不少出入，但鍛煉自己這個(gè)主要目標(biāo)算是達(dá)成了。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我對(duì)如何完成一項(xiàng)實(shí)際的計(jì)劃有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，對(duì)如何加強(qiáng)自己的合作能力有了更進(jìn)一步的思考。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我想下學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)會(huì)少點(diǎn)困難，以后在工作中也能夠有更多的經(jīng)驗(yàn)好借鑒。在這段日子里，我實(shí)踐、思考、反思、總結(jié)，所得收獲都已經(jīng)成為大學(xué)生涯中的寶貴財(cái)富。或許大學(xué)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(shè)計(jì)的日子相信仍會(huì)是記憶深刻 ，它作為我們走向社會(huì)的第一步，承載了即將面對(duì)現(xiàn)實(shí)和挑戰(zhàn)的心情，必將難忘。 19 參 考 文 獻(xiàn) [1] 于海生 .微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù) [M].北京：清華大學(xué)出版社， . [2] 孫涵芳 .MCS51系列單片機(jī)原理及應(yīng)用 [J].北京：北京航天大學(xué)出版社， . [3] 黃正瑾 .綜合電子設(shè)計(jì)與實(shí)踐 [M].福建：東南大學(xué)出版社， . [4] 趙建領(lǐng) .51單片機(jī)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用技術(shù)詳解 [M]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 2021. [5] 周立功 .單片機(jī)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐 [M].北京 ： 北京航空航天大 學(xué)出版社 ,2021. [6] 李群芳 .單片機(jī)原理、接口及應(yīng)用 . 北京：清華大學(xué)出版社， . [7] 曹陽(yáng) .邏輯與數(shù)字電路設(shè)計(jì) . 北京：清華大學(xué)出版社 .. [8] 陳海宴 .51單片機(jī)原理及應(yīng)用 [M]. 北京： 北京航空航天大學(xué)出版社， 2021. [9] 鐘富昭等 .8051單片機(jī)典型模塊設(shè)計(jì)與應(yīng)用 [M]. 北京： 人民郵電出版社， 2021. [10] 張琳娜 ,劉武發(fā)．傳感檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用 . 北京： 中國(guó)計(jì)量出版社 ,1999. [11] 薛均義 .凌陽(yáng)十六位單片機(jī)原理及應(yīng)用 . 北京： 北京航空航天大學(xué)出 版社 .2021. 20 附 錄 一 附一 芯片驅(qū)動(dòng)程序 單片機(jī)顯示驅(qū)動(dòng)： MOV R2,8 LOOP: RLC A MOV SER,C SETB CLK CLR CLK DJNZ R2,LOOP 驅(qū)動(dòng)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