【文章內(nèi)容簡介】 規(guī)范的結(jié)構(gòu)，可分為不同的函數(shù)。這種方式可使程序結(jié)構(gòu)化；將可變的選擇與特殊操作組合在一起的能力，改善了程序的可讀性；編程及程序調(diào)試時間顯著縮短，從而 提高效率；提供的庫包含許多標(biāo)準(zhǔn)子程序，具有較強的數(shù)據(jù)處理能力；已編好程序可容易的植入新程序，因為它具有方便的模塊化編程技術(shù)。 C 語言作為一種非常方便的語言而得到廣泛的支持， C 語言程序本身并不依賴于機器硬件系統(tǒng)，基本上不做修改就可根據(jù)單片機的不同較快地移植過來。 基于以上理由決定采用 C 語言為該顯示系統(tǒng)的編程語言 。 靜態(tài)顯示程序 主程序 控制程序 特效顯示程序 通信程序 系統(tǒng)軟件編譯器介紹 C 語言編寫的程序并不能被單片機直接執(zhí)行還需要編譯為單片機可執(zhí)行的機器語言。因此在系統(tǒng)軟件設(shè)計中，編譯器必不可少。支持 MCS－ 51用 C 語言編程的編譯器主要有兩種： Franklin C51編譯器和 KEILC51編譯器。目前在單片機開發(fā)中普遍都是使用 KEIL C51來進(jìn)行編譯。 第三章 硬件設(shè)計 硬件系統(tǒng)的總體設(shè)計 本設(shè)計采用 STC89S52RC 單片機為核心控制器件，用 16塊 8*8點陣相連組成 16*64點陣屏，作為顯示部分。用 74LS154作為行驅(qū)動控制，控制點陣屏的行控制信號，有十六根數(shù)據(jù)線接在點陣屏的十六個行控制信號端上，用 74HC595作為列驅(qū)動控制，控制點陣屏的列控制信號，同樣有三根數(shù)據(jù)線接在點陣屏的十六個列 控制信號端。系統(tǒng)方框圖如圖 31所示。 圖 31 系統(tǒng)方框圖 單片機系統(tǒng)設(shè)計 STC89S52RC 簡介 本設(shè)計使用的是 STC89S52RC 單片機，原因是此款單片機具有眾多優(yōu)點。 加密性強，難解密 超強抗干擾 超低功耗 掉電模式： A 空閑模式： 2mA 正常工作模式： 4mA～ 7mA 提供 STCISP 在線編輯系統(tǒng)，無需編輯器，無需仿真器，可省去購買編輯器，仿真器的昂貴資金，適合大眾使用 內(nèi)置看門狗 STC89S52RC 的基本結(jié)構(gòu)與 8051相同，但是比傳統(tǒng)的 8051單片機擁有更多的內(nèi)部Flash，最高可達(dá) 64KB。片內(nèi) SRAM 容量同樣是非常吸引的數(shù)字，最高可擁有 1280Byte的 SRAM。而且還內(nèi)置 EEPROM 存儲器、 AD 轉(zhuǎn)換等功能。另外它還可以用串口直接仿真程序，不需要另外加用仿真器或者下載線。 單 片 機 列驅(qū)動 行驅(qū)動 點陣模塊 時鐘電路 復(fù)位電路 STC89S52RC 單片機引腳功能 VCC： 接電源正極，一般輸入電壓為 5V。 GND：接 電源 地 端 。 P0口： P0口為一個 8位漏級開路雙向 I/O 口，每 個 腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng) 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。 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。 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(dāng) 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)部上拉的緣故。 P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16位地址外部數(shù) 據(jù)存儲器進(jìn)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(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容 。 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(dāng) 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。 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（ 計數(shù) 器 0外部輸入） T1（ 計數(shù) 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(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當(dāng)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(dāng)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(dāng) /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(dāng) /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。 復(fù)位電路設(shè)計 為確保 單片機 系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠工作，復(fù)位電路是必不可少的一部分，復(fù)位電路的第一功能是上電復(fù)位。一般 單片機 正常工作 所 需要 的 供電電 壓 為 +5V，由于 單片機 電路是時序數(shù)字電路，它需要穩(wěn)定的時鐘信號，因此在電源上電時，只有當(dāng) VCC 在特定的工作電壓范圍 內(nèi) 以及晶體振蕩器穩(wěn)定工作時，復(fù)位信號才被撤除， 單片機 開始正常工作。 目前為止， 單片機 復(fù)位電路主要有四種類型：（ 1）微分型復(fù)位電路；（ 2）積分型復(fù)位電路；（ 3）比較器型復(fù)位電路；（ 4）看門狗型復(fù)位電路。 復(fù)位電路工作原理如 圖 32所示， VCC 上電時， C 充電，在 10k 電阻上出現(xiàn)電壓，使得單片機復(fù)位；幾個毫秒后， C 充滿， 10k 電阻上電流降為 零 ，電壓也為 零 ，使得單片機進(jìn)入工作狀態(tài)。工作期 間，按下 S、 C 放電。 S 松手， C 又充電，在 10k電阻上出現(xiàn)電壓，使得單片機復(fù)位。幾個毫秒后，單片機進(jìn)入工作狀態(tài)。 R110KC3c+Y1214 3S1C1cC2c+5V+5VKEY1KEY2KEY3KEY4KEY5KEY6RSTSTSHda0P24AA0 AA1 AA2 AA3GNDRXDTXD123RET45678910111213XTAL214XTAL115GND16171819202122232425PSEN26ALE/2728EA293031323334353637VCC38394041424344U189rc52GND+5VRST 圖 32 復(fù)位電路 時鐘電路 內(nèi)部時鐘，是用芯片內(nèi)部振蕩電路，精度不高，溫飄也較大，不需要外部振蕩器件。 外部時鐘，分 RC 振蕩和石英晶振， RC 精度不高，成本低，石英晶振，精度高，穩(wěn)定性好，根據(jù)使用場合選擇，適合的時鐘方式 。 STC89S52RC 內(nèi)部有一個 用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTAL1和XTAL2分別是反相放大器的輸入端和輸出端，由這個放大器與作為反饋元件的片 外晶體或搪瓷諧振器一起構(gòu)成了一個自激振蕩器，這種方式形成的時鐘信號稱為內(nèi)部時鐘方式。利用芯片內(nèi)部的振蕩電路，在 XTAL1和 XTAL2兩端跨接晶體（或陶瓷）振蕩器和兩個電容就構(gòu)成了一個穩(wěn)定的自激振蕩器。晶體振蕩頻率可在 ～ 12MHz 之間選擇。電容值無嚴(yán)格要求，但其取值對振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小、振蕩電路起振速度稍有影響， C C2可在 20pF～ 100pF 之間取值。一般當(dāng)外接晶體時，電容選為 30pF。本設(shè)計采用外部時鐘電路，電路圖如圖 33所示。 圖 33 時鐘電路 電 源電路 電源電路不單單是為單片機運行提供工作電壓，還需要對單片機的外圍電路提供工作電源。這里提供 2種電源供電方案： USB 接口供電 具有 USB 接口的設(shè)備一般工作電壓都為 5V。計算機上的 USB 接口（圖 34）可以輸出穩(wěn)定的 +5V電壓，最大額定電流為 500mA，不足以滿足本設(shè)計的要求，所以需加上外接電源。在設(shè)計的時候，需要注意電路不能出現(xiàn)短路，以免損壞電腦的 USB 接口。 圖 34 USB 接口 要注意，接口上的電源為五只引腳的最旁邊的兩個，而中間的三個引腳是 USB 的差分?jǐn)?shù)據(jù)線，在本設(shè)計中不需要使用。 控制單元設(shè)計 控制單元是整個顯示系統(tǒng)的核心，該系統(tǒng)中采用 51系列單片機為核心器件，用來發(fā)送控制指令和顯示內(nèi)容 ， 并且直接輸出數(shù)據(jù)通過譯碼電路控制 LED 顯示屏的顯示內(nèi)容和顯示狀態(tài)。 在 51系列單片機中選定一款合適的機型來作為控制單元的主控芯片。根據(jù)題目的要求該芯片必須要具有的就是方便的編程能力，因為在軟件設(shè)計時方便的程序下載對程序的驗證和編寫非常有用。還有就是為了提高 LED 顯示屏的掃描速度，單片機的執(zhí)行速度要盡可能的快。根據(jù)這兩點要求，選擇 STC89S52RC 為控制單元的主控芯片。 STC89S52RC 的最小 系統(tǒng)包括了外界時鐘電路和復(fù)位電路，選定一定數(shù)量的 I\O 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，具體電路如圖 35所示。 在該系統(tǒng)中， P0各口主要用作 LED 顯示數(shù)據(jù)的控制輸出。由于端口的驅(qū)動能力有限所以該端口外接了 10K 的上拉電阻來提高驅(qū)動能力。具體接法為： ， ， ， 74HC154的 ABCD端，向 74HC154送入串行數(shù)據(jù)經(jīng)過其轉(zhuǎn)換后并行輸出； 74HC595的 SCK， 上升沿時移位寄存器的數(shù)據(jù)進(jìn)入數(shù)據(jù)存儲寄存器， 下降沿時存儲寄存器數(shù)據(jù)不變。 ； 74HC595的 RCK 端， 上升沿時數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)移位，QAQBQC...QH；下降沿移位寄存器數(shù)據(jù)不變。引腳 29， EA/VPP：外部訪問允許。欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲器（地址為 0000H－ FFFFH）， EA 端必須保持低電平（接地）。因為沒有擴展外部程序存儲器所以將 EA 置為高電平。 0011C130PF0011C230PF0011Y1GNDVCCA BC DK1K2K3K4S1RXDTXD123RET45678910111213XTAL214XTAL115GND16171819202122232425PSEN26ALE/2728EA293031323334353637VCC38394041424344*89rc52 圖 35 控制部分電路圖 驅(qū)動 電路設(shè)計 列驅(qū)動 列驅(qū)動電路由集成電路 74HC595構(gòu)成。它具有一個 8位串入并出的移位寄存器和一個 8位輸出鎖存器的結(jié)構(gòu)，而且移位寄存器和輸出鎖存器的控制是各自獨立的，可以實現(xiàn)在顯示本行列數(shù)據(jù)的同時，傳送下一行的列數(shù)據(jù)，既達(dá)到重疊處理的目的。 圖 37 74HC595 結(jié)構(gòu)圖表 74HC595的外形如圖 37所示。它的輸入側(cè)有 8個串行移位寄存器，每個移位寄存器的輸出都連接一個輸出鎖存器。引腳 DS 是串行數(shù)據(jù)的輸入端。引腳 ST 是移位寄存器的移位時鐘脈沖，在其上升沿發(fā)生移位，并將 SI 的下一個數(shù)據(jù)打入最低