【文章內(nèi)容簡介】 速脈沖干擾（EFT測試）低功耗：有空閑模式（），掉電模式（可由外部中斷喚醒，），正常模式（~7mA）工作頻率：可從0到48MHz，相當于傳統(tǒng)8051主頻0~576MHz時鐘：可選擇外部晶體或內(nèi)部RC振蕩器STC 12C5412AD單片機的內(nèi)部資源12K字節(jié)片內(nèi)Flash程序存儲器，擦寫次數(shù)10萬次以上512字節(jié)片內(nèi)RAM數(shù)據(jù)存儲器12K字節(jié)片內(nèi)E2PROM（512字節(jié)/扇區(qū)）ISP/IAP，在系統(tǒng)可編程，在應用可編程，無須專用編程器10位ADC，8通道4通道捕獲/比較單元（PWM/PCA/CCU）2個硬件16位定時/計數(shù)器硬件看門狗（WDT）高速同步串行通信接口SPI，全雙工異步串行口UART32個通用寄存器，硬件乘/除法器27（DIP28,SOP28有23個）個通用I/O口，可設置成弱上拉準雙向口、強上拉推挽輸出、高阻輸入、開漏輸出，四種模式。每個I/O口的驅(qū)動能力均能達到177。20mA，但整個芯片最大不得超過55mA STC12C系列單片機主要特性4．2．2 STC單片機在條屏運用中的優(yōu)越性對于單色動態(tài)條幅屏的應用需要，STC12C5412AD單片機有以下突出的優(yōu)點：●較高的處理速度和時鐘頻率，能輕松的實現(xiàn)條屏的各種移動算法。●有SPI和UART兩個串行口，能實現(xiàn)與字庫芯片或PC機之間的數(shù)據(jù)交換?！裼袃?nèi)部E2PROM，可用于掉電存放條屏的各種設置參數(shù)、漢字內(nèi)碼等數(shù)據(jù)。 ●ISP/IAP功能，使芯片可以不脫板下載程序，便于產(chǎn)品的軟件升級?！駜?nèi)部看門狗，使條屏可以工作在惡虐的電磁環(huán)境下?！駥掚妷悍秶瑮l屏的負載端電壓的波動不會影響其正常運行?！褙S富的I/O口，可以代替LED行掃描用的行選通譯碼器器，降低產(chǎn)品成本?！裥⌒头庋b，便于PCB的緊湊化設計。4．2．3 單片機系統(tǒng)電路設計根據(jù)本條屏的實際運用要求，參考STC單片機官方數(shù)據(jù)手冊上的應用指南。 單片機系統(tǒng)電路，有源晶振為單片機提供40MHz，05V幅度的高精度時鐘。其時鐘的頻率精度可以到達107級別，頻率的穩(wěn)定性可以到達10ppm/℃。根據(jù)STC單片機數(shù)據(jù)手冊約定，外部有源時鐘應從XTAL1腳輸入，XTAL2必須保持浮空。圖中1uF的電解電容和10KΩ的電阻構(gòu)成微分電路，在系統(tǒng)上電的瞬間，為單片機RESET腳提供約2mS的高電平脈沖，使單片機上電后立即可靠復位。，為單片機的供電電源進行濾波和高頻旁路，濾除MCU及有源晶振對電源系統(tǒng)造成的高頻脈動成分，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低對外電磁輻射。旁路電容采用獨石電容，其優(yōu)點是高頻特性優(yōu)良。在高頻電流通過的時候，獨石電容介質(zhì)上的損耗小，因而對高頻成分的容抗較小，旁路效果優(yōu)于電解電容，金屬膜紙介電容，瓷片電容等。而且獨石電容的耐壓較高，在高電壓脈沖下不易擊穿。4．3 字庫與單片機的接口設計4．3．1 字庫芯片選型本設計所選用的字庫芯片GT21L32S4W1，是集通數(shù)碼科技的產(chǎn)品。GT21L32S4W1是一款支持GB2312字符集（6763字）的1111512423232點陣字庫芯片，另外還含有2套12點高的半角不等寬ASCII字符、2套16點高的半角不等寬ASCII字符、2套24點高的的半角不等寬ASCII字符，2套32點高的半角不等寬ASCII字符，1套612點擴展字符、1套816點擴展字符、1套1224點擴展字符、1套1632點擴展字符等等。因為本芯片涵蓋了81個國家及地區(qū)的文字字庫，因此被廣泛的運用于手機，儀表等行業(yè)。4．3．2 字庫芯片的使用方法每個漢字在本芯片中是以漢字點陣字模的形式存儲的，每個點用一個二進制位表示，寸1的點，當顯示的時候可以在屏幕上顯示亮點，存0的點，則在屏幕上不顯示。點陣排列格式為橫置橫排：即一個字節(jié)的高位表示左面的點，低位表示右面的點，排滿一行的點后再排下一行。這樣把點陣信息用來直接在顯示器上按上述規(guī)則顯示，則將出現(xiàn)相對應的漢字。用戶只要知道漢字的內(nèi)碼，按照GT21L32S4W1官方數(shù)據(jù)手冊提供的計算公式，就可計算出該漢字在芯片中的地址，然后就可從該地址連續(xù)讀出點陣信息。（摘錄自GT21L32S4W1官方數(shù)據(jù)手冊）。圖中：BaseAdd 為字形基地址；MSB 為漢字內(nèi)碼高字節(jié)；LSB 為漢字內(nèi)碼低字節(jié)；Address 為漢字點陣數(shù)據(jù)在芯片中的物理地址。 漢字點陣數(shù)據(jù)在芯片中地址的計算方法GT21L32S4W1與外部的通信是通過SPI高速同步串行通信口。串行外圍設備接口SPI（Serial Peripheral Interface）總線技術(shù)是Motorola公司推出的一種同步串行接口。Motorola公司生產(chǎn)的絕大多數(shù)MCU（微控制器）都配有SPI硬件接口，如68系列MCU。SPI總線是一種三線同步總線，因其硬件功能很強，所以，與SPI有關(guān)的軟件就相當簡單，使CPU有更多的時間處理其他事務。SPI 總線是三線同步接口，同步串行3線方式進行通信:一條時鐘線SCK，一條數(shù)據(jù)輸入線MOSI，一條數(shù)據(jù)輸出線MISO。用于CPU與各種外圍器件進行全雙工、同步串行通訊。SPI主要特點有:可以同時發(fā)出和接收串行數(shù)據(jù)。可以當作主機或從機工作。提供頻率可編程時鐘。發(fā)送結(jié)束中斷標志。寫沖突保護?？偩€競爭保護等。4．3．3 字庫芯片的電氣特性對于GT21L32S4W1的SPI接口，其主要的電氣特性有：訪問速度：40MHz(max.)@工作電壓：工作電流：40mA待機電流：10uA管腳號管腳名稱數(shù)據(jù)流向管腳功能描述1CSI片選輸入2SOO串行數(shù)據(jù)輸出3GND地4GND地5SII串行數(shù)據(jù)輸入6SCLKI串行時鐘輸入7HOLDI總線掛起8VCC+ 電源 字庫芯片GT21L32S4W1的管腳定義串行時鐘輸出（SO）：該信號用來把數(shù)據(jù)從芯片串行口輸出，數(shù)據(jù)在時鐘的下降沿移出。串行數(shù)據(jù)輸入（SI）：該信號用來把數(shù)據(jù)從串行口輸入芯片，數(shù)據(jù)在時鐘的上升沿移入。串行時鐘輸入（SCLK）：數(shù)據(jù)在時鐘上升沿移入，在下降沿移出。片選輸入（CS） ： 所有串行數(shù)據(jù)傳輸開始于CS下降沿，CS在傳輸期間必須保持為低電平，在兩條指令之間保持為高電平。要讀取字庫芯片內(nèi)的點陣數(shù)據(jù)，必須嚴格地遵守其讀寫協(xié)議及時序。 GT21L32S4W1快速讀寫時序?qū)Υ藭r序圖作一定的解釋，該圖是通過SPI接口，對字庫芯片進行快速點陣讀取的時序?？焖僮x取點陣數(shù)據(jù)（Read Data Bytes at Higher Speed）Read Data Bytes at Higher Speed需要用指令碼來執(zhí)行操作。變?yōu)榈?，緊跟著的是一個字節(jié)的命令字0x0B和三個字節(jié)的地址以及一個字節(jié)的Dummy Byte（虛字節(jié)，任意值均可）通過串行數(shù)據(jù)輸入引腳SI移位輸入，每一位在串行時鐘SCLK上升沿被鎖存。，每一位在串行時鐘的下降沿被移出。繼續(xù)保持為低，則下一個地址的字節(jié)數(shù)據(jù)繼續(xù)通過串行數(shù)據(jù)輸出引腳SO移位輸出。例：讀取一個1516點陣漢字需要32Byte，則連續(xù)32個字節(jié)讀取后結(jié)束一個漢字的點陣數(shù)據(jù)讀取操作。如果不需要繼續(xù)讀取數(shù)據(jù)，則把片選信號CS拉高，結(jié)束本次操作。4．3．4 字庫芯片與單片機的接口設計參考GT21L32S4W1官方提供的應用指南，結(jié)合本系統(tǒng)的具體要求。 字庫芯片與單片機的接口，而本條屏是5V系統(tǒng)。4．3．5 。（），外圍的電容起到濾波和高頻旁路作用，能有效地降低電壓紋波及防止穩(wěn)壓芯片的高頻自激。 LDO，它在800mA輸出的時候。效率較高，常用于MCU,MPU,ARM等對電源電壓要求較為嚴格的場合。 LM1117引腳排列及封裝4．3．6 。從STC12C系列單片機的數(shù)據(jù)手冊可知，當I/O口被配置為弱上拉準雙向口時，內(nèi)部的上拉電阻約為10KΩ。此情況下的單片機I/。 電阻分壓式電平轉(zhuǎn)換原理，虛線框內(nèi)為單片機I/O在準雙向口配置時的等效電路。R0為等效上拉電阻，由于制造工藝的離散性，其阻值約為10KΩ左右。如果不接入R1，在I/O被置為1電平的時候，MOSFET關(guān)斷，I/O上的電壓被R0上拉至VCC +5V。，因字庫芯片引腳的輸入阻抗很高（MΩ級別），5V的電壓基本全部施加在字庫芯片上。這樣就可能造成字庫芯片過壓損壞。因為STC單片機內(nèi)部是CMOS工藝，其“1”“0” 電平的閾值電壓為1/。也即是說，單片機就認為輸入0。反之，則單片機認為輸入1。為了使I/，在單片機與字庫連接的I/O輸出端，加上一個22KΩ的下拉電阻R1。根據(jù)串聯(lián)分壓原理，此時I/O對地的高電平電壓為，R1與I/O口內(nèi)部弱上拉電阻R0對VCC+5V的分壓，低電平為0V。高電平電壓高于單片機I/O邏輯閾值1V左右，因此不會發(fā)生邏輯混亂。通過這種簡易的方法進行邏輯電平轉(zhuǎn)換，既保證了低壓字庫芯片的安全，又節(jié)省了硬件成本。4．4 與上位機的通信電路設計4．4．1 通信協(xié)議的選擇要使上位機能對條屏進行參數(shù)設置，顯示內(nèi)容更新等操作，就離不開和上位機的通信。有并行和串行兩種通信方式，為了節(jié)約傳輸線成本。本設計采用RS232C串行通信方式。RS232C是由美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）正式公布的，在異步串行通信中應用最廣泛的標準總線?，F(xiàn)在，計算機上的串行通信端口（RS232C）是標準配置端口，已經(jīng)得到廣泛應用，計算機上一般都有1～2個標準RS232C串口，即通道COM1和COM2。RS232C規(guī)定最大的負載電容為2500pF，這個電容限制了傳輸距離和傳輸速率，由于RS232C的發(fā)送器和接收器之間具有公共信號地（GND），屬于非平衡電壓型傳輸電路，不使用差分信號傳輸，因此不具備抗共模干擾的能力，共模噪聲會耦合到信號中。在不使用調(diào)制解調(diào)器（MODEM）時，RS232C能夠可靠進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖畲笸ㄐ啪嚯x為15米。因此不適合做遠距離通信，但是對于條屏，通信15米的通信距離已經(jīng)足夠。RS232C規(guī)定的邏輯電平與一般微處理器、單片機的邏輯電平是不同的，邏輯1(MARK) ＝ 3V～15V，邏輯0(SPACE) ＝ ＋3～＋15V。因此，單片機系統(tǒng)要和電腦的RS232C接口進行通信，就必須把單片機的信號電平（TTL電平）轉(zhuǎn)換成計算機的RS232C電平，或者把計算機的RS232C電平轉(zhuǎn)換成單片機的TTL電平，通信時候必須對兩種電平進行轉(zhuǎn)換。實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的方法可以使用分立元件，也可以使用專用RS232C電平轉(zhuǎn)換芯片。目前較為廣泛地使用專用電平轉(zhuǎn)換芯片，如MAX23MC148MC1489等。4．4．2 MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片特點本設計就是利用MAXIM公司的單電源芯片MAX232來完成單片機TTL到RS232C電平的轉(zhuǎn)換。MAX232是單電源雙RS232C發(fā)送/接收芯片。它符合所有的RS232C技術(shù)規(guī)范，只要單一 +5V電源供電；片載電荷泵，具有升壓、電壓極性反轉(zhuǎn)能力，能夠產(chǎn)生 +10V 和 10V電壓V+、V ；低功耗，典型供電電流5mA；內(nèi)部集成2個RS232C驅(qū)動器，內(nèi)部集成2個RS232C接收器。采用單一 +5V電源供電，外接只需4個電容，便可以構(gòu)成標準的RS232C通信接口，硬件接口簡單，所以被廣泛運用。（摘錄自MAX232官方數(shù)據(jù)手冊）腳號引腳名稱引腳功能描述腳號引腳名稱引腳功能描述1C1+泵電容1正極9R2OUT第二組TTL/CMOS電平輸出2V+正電源濾波10T2IN第二組TTL/CMOS電平輸入3C1泵電容1負極11T1IN第一組TTL/CMOS電平輸入4C2+泵電容2正極12R1OUT第一組TTL/CMOS電平輸出5C2泵電容2負極13R1IN第一組RS232電平輸入6V負電源濾波14T1OUT第一組RS232電平輸出7T2OUT第二組RS232電平輸出15GND地8R2IN第二組RS232電平輸入16VCC電源+5V MAX232引腳功能及封裝4．4．3 單片機與PC間通信接口電路設計根據(jù)本條屏的需要。 MAX232通信接口電路，左邊虛線框內(nèi)的DB9連接器，既作為通信接口，又用做電源輸入。提高了板載元件的利用率。多腳并聯(lián)的方式可以減小插接件的接觸電阻。外部輸入的5V電源從DB9連接器的9腳輸入，在1000uF電容中儲能。儲能電容可以在開機瞬間向系統(tǒng)提供較大電流，使單片機等正常啟動。電源經(jīng)由電源開關(guān)S1后進入單片機，顯示單元等各部分。4．5 對于系統(tǒng)電源及通信電纜的選擇4．5．1 對于LED顯示屏的電源要求本系統(tǒng)沒有設置獨立的5V穩(wěn)壓器件，因此要求外部能對其提供相對穩(wěn)定的電壓。為保證單片機等集成電路的穩(wěn)定工作，~。本系統(tǒng)的工作電流隨著顯示內(nèi)容的不同有很大變化。在LED全滅的狀態(tài)下，耗電電流為60mA左右；在LED全亮的情況下，工作電流可以達到3A；在滾動顯示漢字的時候，耗電約為500mA左右。因此，要求供電電源在負載電流變化較大的情況下能保持相對穩(wěn)定的電壓輸出。同時，條屏一般是全天候工作，對電源系統(tǒng)的長時間工作的穩(wěn)定性要求較高?？紤]到上述因素，本設計采用功率容量75W，輸出5V/10A的成品單端反激式開關(guān)電源來為條屏系統(tǒng)供電。10A的電流容量對于條屏系統(tǒng)3A的滿負荷電流仍有較大的余量。這保證了長時間使用穩(wěn)定性。4．5．2 開關(guān)電源在條屏應用中的優(yōu)勢使用開關(guān)電源，相對于線性電源來說，有以下幾個明顯的優(yōu)勢。成本低廉：同等電壓和電流容量的開關(guān)穩(wěn)壓電源的成本，是傳統(tǒng)的工頻變壓器線性穩(wěn)壓電源的30%左右。因此，在許多場合，開關(guān)電源已逐步取代線性電源。高效率：體現(xiàn)在極高的轉(zhuǎn)換效