【文章內(nèi)容簡介】 H H H H H H H L H H H H H H H L L H L L H H H H H H H H H H L H H H H H H L L H L H L H H H H H H H H H H L H H H H H L L H L H H H H H H H H H H H H H L H H H H L L H H L L H H H H H H H H H H H H L H H H L L H H L H H H H H H H H H H H H H H L H H L L H H H L H H H H H H H H H H H H H H L H L L H H H H H H H H H H H H H H H H H H H L L H X X X X H H H H H H H H H H H H H H H H H L X X X X H H H H H H H H H H H H H H H H H H X X X X H H H H H H H H H H H H H H H H 從譯碼器的真值表可看出，每一組 ABCD變量輸入時(shí)，在 16個(gè)輸出端只有一個(gè)引腳為 “ 0”，且一一對應(yīng)，其余全為“ 1”；通知計(jì)算可得該 4線 16 線譯碼器的邏輯形式為： 01230 AAAAY ? ， 01231 AAAAY ? ， 01232 AAAAY ? ， 01233 AAAAY ? ，01234 AAAAY ? ， 01235 AAAAY ? ， 01236 AAAAY ? ， 01237 AAAAY ? ，01238 AAAAY ? ， 01239 AAAAY ? ， 012310 AAAAY ? ， 012311 AAAAY ? ，012312 AAAAY ? ， 012313 AAAAY ? ， 012314 AAAAY ? ， 012315 AAAAY ? （ 1） 表 3 74LS154 譯碼器的真值表 深圳大學(xué)本科畢業(yè)論文 — 智能停車場 LED 控制系統(tǒng) 第 12 頁 共 36 頁 行驅(qū)動(dòng) 電路 行驅(qū)動(dòng)電路相對于列驅(qū)動(dòng)電路簡單。單片機(jī)給出行選信號時(shí)，行驅(qū)動(dòng)器按順序要求給出二進(jìn)制信號， 每次換行時(shí)由單片機(jī)輸出 4 位的二進(jìn)制信號，行號經(jīng) 4 線 16 線譯碼器譯 碼之后生成 16 條行選信號線，在經(jīng)過驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)對應(yīng)的行。行驅(qū)動(dòng)器電路的原理圖如圖 10所示。 行選通信號從 74LS154的 0Y ～ 15Y 端輸出，某一端輸出低電平即為有效，而其它端輸出均為高電平的信號無效。如 端輸出低電平，此信號傳至相應(yīng)的 PNP型三極管 Q1，此時(shí)，三極管的基極為低電平，因此，發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置，三極管導(dǎo)通，其集電極再將高電平加于 LED陣列的對應(yīng)的行上，即將此行選通；而同時(shí) 74LS154的其它端輸出高電平而致使該行對應(yīng)的三極管截止，從而所對應(yīng) LED行線不被選通。行選通按順序從 0Y ～ 15Y ，全部各行都選通一遍之后又重新開始，這就是行驅(qū)動(dòng)電路的逐行掃描過程。行信號 A、 B、 C、D的順序變化范圍從 0000、 000 00至 l111，來一個(gè)選通信號，行信號順序就變化一次，其頻率由掃描電路決定。 由于行驅(qū)動(dòng)電路一條行線上要帶動(dòng) 16 列的 LED 進(jìn)行顯示，按每一 LED器件 20mA電流計(jì)算， 16 個(gè) LED同時(shí)發(fā)光時(shí)，就需要 16 20=320mA的驅(qū)動(dòng)電流，選用三極管 8550 作為驅(qū)動(dòng)管可以在邏輯功能和驅(qū)動(dòng)能力上符合 LED的驅(qū)動(dòng)要求。 圖 10 行驅(qū)動(dòng)電路原理圖 深圳大學(xué)本科畢業(yè)論文 — 智能停車場 LED 控制系統(tǒng) 第 13 頁 共 36 頁 矩陣鍵盤電路 本設(shè)計(jì)用 STC89C52 的并行口 P1 接 4*4 矩陣鍵盤， 以低四位為輸入線接矩陣鍵盤的行，高四位為輸出線接矩陣鍵盤的列。對應(yīng)的按鍵序列排序如圖 11 所示 ： 圖 11 矩陣鍵盤的按鍵序列 硬件電路原理圖如圖 12所示 ： 圖 12 矩陣鍵盤電路原理圖 LED 顯示屏電路 本設(shè)計(jì)采用的是 2388 規(guī)格的雙色 LED 點(diǎn)陣。 LED 點(diǎn)陣 是將發(fā)光二極管按 行按列布置的。在掃描方式下按行掃描按列控制。 LED 顯示屏采用多塊 8**點(diǎn)陣單元拼接而成。本文使用的是 4 塊 2388ASRG 型號的雙色點(diǎn)陣組成 16*16 的點(diǎn)陣，以滿足設(shè)計(jì)需求。 8 8 雙色點(diǎn)陣是本設(shè)計(jì)最基本的點(diǎn)陣模塊，首先要理解該 8 8 雙色點(diǎn)陣的工作原理才可掌握 LED 點(diǎn)陣的顯示方法。該 8 8 雙色點(diǎn)陣的 LED 結(jié)構(gòu)如圖 13 所示，其等效電路如圖 14 所示： 1 4 7 F 2 5 8 0 3 6 9 E A B C D 深圳大學(xué)本科畢業(yè)論文 — 智能停車場 LED 控制系統(tǒng) 第 14 頁 共 36 頁 圖 13 雙色點(diǎn)陣模塊的 LED 結(jié)構(gòu) 圖 14 雙色點(diǎn)陣模塊的等效電路 深圳大學(xué)本科畢業(yè)論文 — 智能停車場 LED 控制系統(tǒng) 第 15 頁 共 36 頁 從圖 315可以看出該點(diǎn)陣共由 128個(gè)發(fā)光二極管組成，每對紅綠發(fā)光二極管是 放置在行線和列線的交叉點(diǎn)上。 在前文已設(shè)計(jì)了列驅(qū)動(dòng)電路，兩個(gè) 74LS164的 16個(gè)輸出控制 LED紅色所在的列，另外兩個(gè) 74LS164的 16個(gè)輸出控制 LED綠色所在的列，在程序設(shè)計(jì)中只需根據(jù)需求切換顯示即可。通過編程控制個(gè)顯示點(diǎn)對應(yīng)的電平控制該顯示點(diǎn)的亮滅，就可實(shí)現(xiàn)顯示圖形和字體。在各行線上接上限流電阻，掃描時(shí)控制電路將各行線接通高電位，使得各行線的全部 LED接通真電源，當(dāng)列驅(qū)動(dòng)接通某列的負(fù)電源，使對應(yīng)的列置 0電平，對應(yīng)的LED發(fā)光二極管就被點(diǎn)亮， 。 以上就是停車場 LED控制系統(tǒng)硬件部分的各功能描述，要使整體結(jié) 合在一起還需通過合理的設(shè)計(jì)和論證。根據(jù)設(shè)計(jì)所匹配的各元器件組裝后在單片機(jī)寫入編程好的程序就可成為一個(gè)完整的應(yīng)用系統(tǒng)。系統(tǒng)綜合的電路原理圖見附錄一。 在單片機(jī)系統(tǒng)中，硬件是系統(tǒng)的基礎(chǔ)，而軟件則是在基礎(chǔ)上對其合理的使用和調(diào)配，從而完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)要完成的任務(wù)和需求。軟件的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的應(yīng)用程序，其任務(wù)是在總體設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，確定程序結(jié)構(gòu)，分配內(nèi) RAM資源，劃分功能模塊，然后進(jìn)行主程序和各模塊程序的設(shè)計(jì)，最后連接起來成為一個(gè)完成的應(yīng)用程序。 在設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體的軟件結(jié)構(gòu)時(shí)，由于硬件系 統(tǒng)尚未確定，軟件結(jié)構(gòu)框圖不明確 。當(dāng)硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)大體確定后，就能夠具體的明確對軟件設(shè)計(jì)部分的要求。本設(shè)計(jì)的程序的主要功能是讀取矩陣鍵盤的鍵值然后向顯示屏提供顯示數(shù)據(jù)，同時(shí)產(chǎn)生各種控制信號，使屏幕按照設(shè)計(jì)的需求顯示。 本設(shè)計(jì)的軟件系統(tǒng)可分為三部分：第一部分是驅(qū)動(dòng)矩陣鍵盤的程序，第二部分是顯示驅(qū)動(dòng)程序，第三部分是系統(tǒng)應(yīng)用程序。驅(qū)動(dòng)矩陣鍵盤的程序負(fù)責(zé)讀取鍵值控制顯示的內(nèi)容； 顯示驅(qū)動(dòng)程序負(fù)責(zé)向顯示屏 送顯示數(shù)據(jù)，并負(fù)責(zé)產(chǎn)生行掃描信號和其它控制信號，配合完成 LED 顯示屏的掃描顯示工作。顯示驅(qū)動(dòng)程序由定時(shí)器 T0 中斷程序?qū)崿F(xiàn) 。系統(tǒng)應(yīng)用程序完成系統(tǒng)環(huán)境設(shè)置（初始化）、顯示效果處理等工作，由主程序來實(shí)現(xiàn)。 本設(shè)計(jì)在 Keil上使用 c語言編寫程序，理由是 c語言相對于匯編語言具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，便于使用、維護(hù)及調(diào)試。 系統(tǒng)主程序 系統(tǒng)主程序的總體結(jié)構(gòu)如圖 15 所示。系統(tǒng)的主程序開始以后，首先是對系統(tǒng)環(huán)境初始化，包括設(shè)置串口、定時(shí)器、中斷和端口；然后 LED 顯示屏進(jìn)入開機(jī)狀態(tài)，轉(zhuǎn)入正常的顯示。首先是向 左滾動(dòng)顯示“鄭澤濤的畢業(yè)設(shè)計(jì) ” 8 個(gè)漢字，每個(gè)字停留時(shí)間約 1s。 接著顯示 00進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。 系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)屬中斷方式，絕大多數(shù)功能在中斷 服務(wù)子程序中完成。根據(jù)總體結(jié)構(gòu)，可將程序劃分為幾個(gè)功能化模塊：串行口中斷服務(wù)程序、 圖形 顯示子程序 、數(shù)字 顯示子程序、掃描程序。各個(gè)模塊可進(jìn)行獨(dú)立設(shè)計(jì)、調(diào)試和查錯(cuò)，最終再連接成一個(gè)整體。這樣可方便程序調(diào)用，程序整體層次清晰，結(jié)構(gòu)一目了然，方便閱讀。 深圳大學(xué)本科畢業(yè)論文 — 智能停車場 LED 控制系統(tǒng) 第 16 頁 共 36 頁 進(jìn)入中斷 定時(shí)器賦初值 讀取行號并增 1 送新行顯示數(shù)據(jù) 消 隱 切換顯示數(shù)據(jù) 送新行號、打開顯示 退出中斷 圖 16 顯示驅(qū)動(dòng)程序流程圖 開 始 系統(tǒng)初始化 讀取鍵值 循環(huán)掃描顯示 圖 15 系統(tǒng)主程序的 總體結(jié)構(gòu) 深圳大學(xué)本科畢業(yè)論文 — 智能停車場 LED 控制系統(tǒng) 第 17 頁 共 36 頁 顯示驅(qū)動(dòng)程序 圖 16 是顯示驅(qū)動(dòng)程序中顯示屏掃描函數(shù)的流程圖。相應(yīng)的顯示程序可根據(jù)流程序編寫出。 顯示驅(qū)動(dòng)程序在進(jìn)入中斷后首先要對定時(shí)器 T0 重新賦初值，以保證 得到穩(wěn)定的 顯 示屏刷新率， 1/16 掃描顯示屏的刷新率（幀頻）計(jì)算公式如下： 刷新率（幀頻） =161 T0 溢出率 =161 )65536(12 0tfosc ? （ 2） 其中 fosc 為晶振頻率， 本設(shè)計(jì)采用的是 12MHz 的晶振。 t0 為定時(shí)器 T0 初值（工作在 16 位定時(shí)器模式）。 T0 初值 =2N －機(jī)周時(shí)間定時(shí)時(shí)間 （ 3） 其中 N 與工作方式有關(guān)，本設(shè)計(jì)定時(shí) /計(jì)數(shù)器工作于方式 1，如圖 18 所示，方式 1 構(gòu)成一個(gè) 16 位定時(shí)計(jì)數(shù)器， 即 N=16。 方式 1最大計(jì)數(shù)值為 216=65536 ，若 fosc=12MHz， 則定時(shí)時(shí)間范圍為 1～ 65536μ s。 機(jī)周時(shí)間與主振頻率有關(guān)，機(jī)器周期是時(shí)鐘周期的 12 倍，因此 ， 機(jī)周時(shí)間=12/ fosc。 當(dāng) fosc=12MHz 時(shí)， 1 機(jī)周 =1μ s。 然后顯示驅(qū)動(dòng)程序查詢當(dāng)前燃亮的行號，從顯示緩存區(qū)內(nèi) 讀取下一行的顯示數(shù)據(jù)，并通過串口發(fā)送給移位寄存器。為消除在切換行顯示數(shù)據(jù)的時(shí)候產(chǎn)生拖尾現(xiàn)象，驅(qū)動(dòng)程序先要關(guān)閉顯示屏，即消隱，等顯示數(shù)據(jù)打入輸出鎖存器并鎖存，然后再輸出新的行號，重新打開顯示。顯示程序給出了各控制信號和顯示數(shù)據(jù)，其作用及相互配合關(guān)系均已在硬件部分作過介紹，相應(yīng)的程序部分在清單的注釋區(qū)內(nèi)分別進(jìn)行了說明，在此不再一一詳述。系統(tǒng)程序清單見附錄二。 圖 17 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T0 工作方式 1 邏輯電路結(jié)構(gòu)圖 深圳大學(xué)本科畢業(yè)論文 — 智能停車場 LED 控制系統(tǒng) 第 18 頁 共 36 頁 一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)經(jīng)過總體設(shè)計(jì)，完成了硬件和軟件設(shè)計(jì)開發(fā)。元器件安裝后，在系統(tǒng)的程序存儲器中寫入編制好的應(yīng)用程序，系統(tǒng)即可運(yùn)行。但編制好 的程序或焊接好的線路不能按預(yù)計(jì)的那樣正常工作是常見的事，多少會(huì)出現(xiàn)一些硬件、軟件上的錯(cuò)誤。 本設(shè)計(jì)同時(shí)還要考慮功耗和顯示效果， 這就需要通過調(diào)試來發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤并加以改正。調(diào)試可分為硬件調(diào)試和軟件調(diào)試。 軟件調(diào)試 軟件調(diào)試采用脫機(jī)調(diào)試的方法，即完全用仿真器軟件 Protues 在 PC 機(jī)上對目標(biāo)電路原理圖和程序進(jìn)行檢測和調(diào)試。 由于 Protues軟件無法添加雙色 LED點(diǎn)陣，對紅綠的具體顯示效果無法準(zhǔn)確預(yù)測，只能進(jìn)行原理圖和程序的檢測和調(diào)試。 調(diào)試可按下列步驟進(jìn)行： 目標(biāo)程序糾錯(cuò) 該階段工作通常在目標(biāo)程序編輯時(shí)就 完成。一般來說， Protues能給用戶輸入的程序指令糾錯(cuò)，包括書寫格式、標(biāo)號未定義或多重定義、轉(zhuǎn)移地址溢出等錯(cuò)誤。 子程序功能調(diào)試 程序設(shè)計(jì)通常采用模塊程序設(shè)計(jì)，調(diào)試時(shí)可對一個(gè)個(gè)子程序分別進(jìn)行調(diào)試，設(shè)置好入口條件，然后采用單步運(yùn)行或斷點(diǎn)運(yùn)行方式，檢查系統(tǒng) CPU現(xiàn)場、 RAM和 I/O口狀態(tài)，看程序執(zhí)行結(jié)果是否符合設(shè)計(jì)要求。 整體程序綜合調(diào)試 即把各子程序整體連起來進(jìn)入到綜合電路調(diào)試，看是否能實(shí)現(xiàn)預(yù)計(jì)的功能顯示。在這階段若發(fā)生故障， 可以考慮各子程序在運(yùn)行時(shí)是否破壞現(xiàn)場，數(shù)據(jù)緩沖單元是否發(fā)生沖突 ，輸入輸出狀態(tài)是否正常等。 調(diào)試和修改完畢后，對于實(shí)時(shí)性要求不高的應(yīng)用系統(tǒng)可以直接使用編程器將軟件固化在目標(biāo)系統(tǒng) ROM中，然后獨(dú)立投入運(yùn)行。 硬件調(diào)試 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件調(diào)試和軟件調(diào)試是分不開的，許多硬件故障在軟件調(diào)試時(shí)才能發(fā)現(xiàn)，但通常要先排除系統(tǒng)中明顯的硬件故障。 調(diào)試工作可以分為四 步： 目測檢查 根據(jù)硬件邏輯設(shè)計(jì)圖，仔細(xì)檢查樣機(jī)線路是否連接正確，并核對元器件的型號、規(guī)格和安裝是否符合要求，必要時(shí)可用萬用表檢測線路通斷情況。 深圳大學(xué)本科畢業(yè)論文 — 智能停車場 LED 控制系統(tǒng) 第 19 頁 共 36 頁 電源調(diào)試 樣機(jī) 的第一次通電測試很重要，若樣機(jī)中存在電 源故障，則加電后將造成器件損壞。調(diào)試的方法有兩種：一種是斷開樣機(jī)穩(wěn)壓電源的輸出端檢查空載時(shí)電源工作情況；另一種是拔下樣機(jī)上的主要集成芯片，檢查電源的負(fù)載能力（用假負(fù)載）。確保電源無故障并性能符合設(shè)計(jì)要求。 通電