【文章內容簡介】 腳數(shù)，一般AVR單片機要能夠工作需要接電源、地、晶振、下載口。單片機的最小系統(tǒng)原理圖，在本系統(tǒng)中，由于采用了74HC595芯片及74HC164芯片實現(xiàn)串行數(shù)據轉換為并行數(shù)據，所以在的系統(tǒng)中只用到少量的IO口，這樣其他的IO口可以用來控制其他的外設，達到減少IO口的目的。在畫原理圖的過程中，我大量的使用了網絡標號，網絡標號相同的結點可以正常的連接起來，這樣可以避免在畫電路原理圖時，采用大量的連線。采用網絡標號可以達到模塊化的目的，這樣畫較為復雜的電路原理圖時，可以很整潔清晰的表達出來。也有利于原理圖的糾錯，避免了復雜難看的線路連接網絡。其實，AVR單片機內部已經集成了很多外圍設備接口，在AVR單片機內部集成了晶振，所以在AVR最小系統(tǒng)中可以不畫外圍晶振，最簡單的　AVR最小系統(tǒng)只需要兩根電源線，4根程序下載線。由于在本系統(tǒng)中，我們用到了串口，所以需要設置波特率，那么對于時鐘源的精確度就有要求了。所以我們采用外部晶振的方式。圖 AVR單片機最小系統(tǒng) LED點陣屏設計及驅動電路設計 驅動電路設計 本系統(tǒng)中采用兩片74HC595和兩片74HC164將串行數(shù)據轉換為并行數(shù)據，在LED點陣屏設計時，采用三極管來驅動顯示屏，這樣可以是每個二極管的亮度都達到飽和。在電路中，采用的是PNP 型三極管，三極管的基極接到74HC164的輸出端，發(fā)射極接到電源，集電極接到LED點陣屏上，這樣當74HC164某個管腳輸出低電平時，其對應的三極管導通，電流通過三極管流到LED點陣屏，點亮相應的二極管。當74HC164輸出高電平時，其對應的三極管不能導通，所驅動的發(fā)光二極管不會被點亮。這樣就能很好的控制發(fā)光二極管的亮滅了。 三極管驅動電路 行驅動電路設計 在行驅動電路中，采用2片74HC164來擴展IO口。 74HC16474HC164是一種串入并出的芯片，在本設計中，將芯片的2管腳接在一起，使2管腳成為線與的關系，數(shù)據從2管腳串行進入芯片，時鐘線接在第8管腳，在每個時鐘周期的上升沿，串行數(shù)據寫入芯片內，在8個時鐘周期后，數(shù)據就并行的從芯片輸出。同時，芯片的第13管腳，也是芯片的級聯(lián)管腳，可以將第13管腳接到下一片芯片的輸入端，這樣就可以輸出16位并行數(shù)據了。，本系統(tǒng)中用單片機的IO口模擬芯片輸入的數(shù)字時鐘，通過IO口不斷的拉高拉低來實現(xiàn)時鐘的效果，在每次的上升沿數(shù)據就寫入到了芯片內，16個上升沿后，16位數(shù)據就在IO口準備好了，輸出到16個三極管的基極，為低電平的IO口所對應的三極管導通，三極管驅動相應的發(fā)光二極管點亮。 圖 74HC164級聯(lián)效果圖 列驅動電路設計在列驅動電路里，用了兩片74HC595來擴展IO口，74HC595芯片的功能類似于74HC164，但74HC595芯片帶有鎖存功能，在時鐘引腳上，每來一個上升沿，串行數(shù)據就向高位移位，待8為數(shù)據都準備好時，在鎖存時鐘引腳上來一個上升沿，就打開鎖存端口，并行數(shù)據發(fā)出。74HC595輸出端接在限流電阻端，限流電阻另一端接在了LED點陣屏幕上。 74HC595管腳圖其中第14管腳為數(shù)據輸入管腳，第9管腳為級聯(lián)管腳，本設計中將兩片595芯片級聯(lián)起來，當?shù)臀恍酒瑵M八位時，通過級聯(lián)端口向高位移位，第11管腳為595芯片的時鐘輸入端，每次在11管腳上產生一個上升沿時，串行數(shù)據就向前移動一位，第12管腳為595芯片的數(shù)據鎖存端，當在12管腳上產生上升沿時，鎖存輸出打開，595中的數(shù)據并行輸出。第13管腳為595的使能端，在本設計中，直接將13管腳接低電平，即595芯片一直處于使能狀態(tài)。第10管腳為芯片的擦除引腳，當在第10管腳加低電平時，就將595芯片內部存儲的數(shù)據擦除，在本設計中，不需要擦除芯片，所以直接將第10管腳接高電平。，在本設計中用單片機的PA1口作為芯片的時鐘信號輸入端，利用單片機的IO口輸出高低電平來模擬時鐘信號，單片機的PA2口接到芯片的鎖存控制端，通過IO口輸出的高低電平來實現(xiàn)上升沿。 74HC595級聯(lián)圖 LED點陣屏設計 在本設計中，采用的是8x8的LED點陣來拼成一個16x16的點陣屏，將4片8x8LED點陣相同的列與相同的行連接起來，形成一個16x16的點陣屏幕。 8x8LED點陣引腳圖圖中為共陽型LED點陣，左邊的一列引腳為LED點陣的行信號輸入引腳，上面一行為LED點陣的列信號輸入引腳。當在某一行輸入引腳輸入高電平，某一列輸入引腳輸入低電平時，相應的行列交錯點的發(fā)光二極管將被點亮。我們將4個8x8LED點陣對應的引腳連接起來，就形成了16x16點陣。 16x16LED點陣引腳圖第4章 系統(tǒng)軟件設計 主程序設計系統(tǒng)控制程序采用C語言編寫，按照模塊化程序設計的思想來設計。首先分析程序所要實現(xiàn)的功能，程序要實現(xiàn)PC機與單片機的串口通信，LED顯示屏的靜態(tài)顯示與動態(tài)顯示三大功能。串口程序接收上位機數(shù)據，交給主程序處理后再通過顯示控制程序選擇不同的顯示方式進行顯示。 ： 主程序流程圖程序開始時首先必須對單片機進行初始化，其中包括：各IO口功能的設定，中斷初始化，串行通信方式的選擇和波特率的設定等。單片機上電后，首先進入主程序，在主程序中，調用串口程序，待上位機的指令通過串口發(fā)送到單片機，且單片機接受完指令時，主程序開始調用顯示程序，將信息顯示在LED顯示屏上。 顯示程序設計 顯示驅動程序的設計顯示驅動程序是顯示部分的核心，顯示驅動程序有行驅動程序跟列驅動程序組成，行驅動程序主要是74HC164芯片的驅動程序，列驅動程序主要是對74HC595芯片的驅動。對于行驅動程序，第一次將第一位輸出為0，這樣相應的三極管導通LED點陣的第一行被陽極為高電平，這樣第一行所有陰極被置為低電平的二極管點亮。在下一個脈沖到來時，74HC164芯片內的數(shù)據向高位移位，同時在程序中讓低位補1，這樣第2行的二極管的陽極置為高電平，同樣，第二行所有陰極被置為低電平的二極管將被點亮。對于列驅動程序，單片機移位輸入的是顯示內容的字模數(shù)據，將數(shù)據移位16次后，在74HC595芯片的數(shù)據鎖存端給一個上升沿，將16位并行數(shù)據全部輸出。注意在這里，我們輸入到595芯片內的數(shù)據是要顯示信息的字模的反碼，因為列掃描程序對應的是二極管的陰極，在行掃描程序中，我們已經給了二極管的陽極高電平，所以在列掃描程序中應該給出低電平才能點亮相應的發(fā)光二極管。 LED顯示的動態(tài)掃描過程 第一次在第一行輸出高電平，同時列輸出的是字模數(shù)據在第一行對應的字節(jié)的反碼，第二次在第二行輸出高電平，同時列輸出的是字模數(shù)據在第二行對應的字節(jié)的反碼。以此類推，直到第16行掃描結束，又回到第一行繼續(xù)掃描。 點陣數(shù)據的獲取 對于一些簡單的字母或者漢字，我們可以在16x16的表格上寫出0、1的點陣數(shù)據獲取要顯示信息的字模，但是當我們要顯示的文字很多時，這樣非常麻煩。在這里介紹一種去字模的軟件PCtoLCD，在這里我們輸入要顯示的漢字字母等信息，點擊獲取字模就可以得到我們需要顯示的內容的字模。在軟件中，設置好字寬字高字體等信息后，點擊獲取字模就可以得到字模數(shù)據了，非常方便。 PCtoLCD界面 串口通信程序的設計 系統(tǒng)采用串行中斷的方式進行通信。AVR單片機的中斷源兩種類型：一類是外部中斷源；另一類是內部中斷源，包括三個定時器/計數(shù)器（T0和T1）的溢出中斷和串行口的接收和發(fā)送中斷。AVR單片機設置了4個專用寄存器用于中斷控制，分別為定時器控制寄存器（TCON），串行口中斷控制器（SCON），中斷允許控制寄存器（IE），中斷優(yōu)先級控制寄存器（IP）。編程時通過設置其狀態(tài)來管理中斷系統(tǒng)?？傊袛喾种袛嘣诰帉懼袛喑绦驎r首先是將中斷控制寄存器（IE）初始化，其控制位分布如表。EA為中斷允許總控制位，EA=1時CPU開中斷；EA=0時，CPU屏蔽所有中斷，只有打開總中斷，所有模塊的終端才會起作用，ET、ES、EXET0、EX0為對應的定時器/計數(shù)器1中斷、串行口中斷、外部中斷1中斷、外部中斷0中斷、定時器/計數(shù)器0中斷的中斷允許位，對應位為1時允許其中斷，對應位為0時，禁止其中斷。有些讀者可能搞不懂總中斷與其他中斷的關系。 總中斷與分中斷的關系表 中斷允許寄存器格式D7D6D5D4D3D2D1D0EA——ESET1EX1ET0EX0 在系統(tǒng)初始化時設定中斷允許寄存器初值為0XFF，指令為 IE=0XFF。設置串口工作方式1，波特率9600，計算可得計數(shù)器初值的十六進制表示為0XFD。： 串行通信協(xié)議格式數(shù)據結構第1個字節(jié)第2至第33個字節(jié)第34個字節(jié)內容起始標志位‘S’顯示數(shù)據控制指令作用判斷是否開始接收數(shù)據LED的顯示內容控制LED顯示方式 ，在主程序中先進行了串行中斷的初始化，初始化內容包括了串行工作方式選擇，波特率的設定，計數(shù)初值的設定。程序開始進入中斷等待，當PC機向單片機發(fā)送數(shù)據時產生中斷接收允許位RI置1，將SBUF（緩沖寄存器）中的值輸入到暫存器中進行數(shù)據處理。首先判斷數(shù)據是否設定的起始標志位‘S’如果是則開始接收起始位后的33個字節(jié)，不是則中斷返回繼續(xù)等待。接收到第34個字節(jié)后便將收到的數(shù)據發(fā)送回PC機進行驗證比較。所有的程序編寫完成后都必須經過編譯才能燒寫到單片機中運行。為了減小程序的修改和優(yōu)化難度，按照模塊化編程的思想，將各個功能寫入到一個模塊中，每完成一個模塊就用總程序調用測試，測試通過則繼續(xù)編寫下一個模塊。各子模塊編譯沒有錯誤后再輸入單片機進行驗證。這兩項都通過后，再將所有的程序整合到一起，進行集成測試，測試通過則完成了該系統(tǒng)的軟件設計。中斷開始YNNN接收到第34位？接收起始位后33位數(shù)據Y起始位‘S’將第2位起的32位數(shù)據發(fā)回PC機接收串口數(shù)據RI=1?中斷返回Y 串口程序的調試第5章 系統(tǒng)制作與調試在系統(tǒng)設計完成后，必須對其進行實物測試，本系統(tǒng)的測試包括：硬件測試、軟件測試、軟硬件集成測試。檢查系統(tǒng)的各項功能是否得以實現(xiàn)。 系統(tǒng)硬