【文章內(nèi)容簡介】 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?；谝陨侠碛蓻Q定采用C語言為該顯示系統(tǒng)的編程語言。 系統(tǒng)軟件編譯工具選擇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來進行編譯。因此軟件設(shè)計最終方案為采用C語言為程序語言，KEIL為編譯工具。 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 硬件整體設(shè)計概述硬件電路主要由AT89C52單片機控制器、LED 顯示屏行列驅(qū)動電路以及LED點陣顯示屏，LCD1602等部分組成。復(fù)位電路完成單片機的復(fù)位功能。時鐘電路提供系統(tǒng)運行時所需的時鐘信號。LM7805提供系統(tǒng)所需的+5V電壓。LCD液晶完成時鐘信息的顯示功能。硬件原理圖如圖31所示。圖31硬件電路原理圖 穩(wěn)壓電路 5V 穩(wěn)壓電源原理穩(wěn)壓電源的功能是把來自電網(wǎng)的 220V 交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)樗璧?、穩(wěn)定的直流電壓。它由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四個部分組成。交流電壓變換部分。一般的電子設(shè)備所需的直流電壓較之交流電網(wǎng)提供的 220V 電壓相差較大，為了得到輸出電壓的額定范圍，就需要將電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)換到合適的數(shù)值。所以，電壓變換部分的主要任務(wù)是將電網(wǎng)電壓變?yōu)樗璧慕涣麟妷海瑫r還可以起到直流電源與電網(wǎng)的隔離作用。整流部分。整流電路的作用，是將變換后的交流電壓轉(zhuǎn)換為單方向的脈動電壓。由于這種電壓存在著很大的脈動成份（稱為紋波），因此一般還不能直接用來給負(fù)載供電，否則，紋波的變化會嚴(yán)重影響負(fù)載電路的性能指標(biāo)。濾波部分。濾波部分的作用是對整流部分輸出的脈動直流電進行平滑 ，使之成為含交變成份很小的直流電壓。也就是說，濾波部分實際上是一個性能較好的低通濾波器，且其截止頻率一定低于整流輸出電壓的基波頻率。穩(wěn)壓部分。盡管經(jīng)過整流濾波后電壓接近于直流電壓，但是其電壓值的穩(wěn)定性很差，它受溫度、負(fù)載、電網(wǎng)電壓波動等因素的影響很大，因此，還必須有穩(wěn)壓電路，以維持輸出直流電壓的基本穩(wěn)定。變壓器把 220V 交流電（市電）變?yōu)榉€(wěn)壓所需的低壓交流電；整流器把低壓交流電變?yōu)橹绷麟姡徽骱蟮闹绷麟娭腥詴薪涣鞒煞?，可以通過濾波電路將交流成分濾除；經(jīng)濾波后，穩(wěn)壓器再把不穩(wěn)定的直流電壓變?yōu)榉€(wěn)定的直流電壓輸出。如圖 32 所示。（a）穩(wěn)壓電源的組成框圖 u1 u2 u3 uI U0 0 t 0 t 0 t 0 t 0 t （b）整流與穩(wěn)壓過程圖32 穩(wěn)壓電源的組成框圖及整流與穩(wěn)壓過程根據(jù)要求所確定的穩(wěn)壓電源的電路形式如圖33所示。，再經(jīng)整流電橋（4個二極管）D1將交流電壓變換成脈動的直流電壓，隨后電解電容器C1將脈動直流電壓中的大部分紋波加以濾除，以得到較為平滑的直流電壓。為了得到改善的紋波電壓，再將直流電壓通過電容C2，然后經(jīng)集成穩(wěn)壓器IC1穩(wěn)壓，在輸出端得到穩(wěn)定的5V直流電壓。這時，在輸出端接上電容C3，用以濾除輸出端的高頻信號，改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)，最后即可得到所需的、穩(wěn)定的直流電壓。電路最后接入的發(fā)光二極管用做電源指示燈。圖33 電源電路圖 穩(wěn)壓電源技術(shù)指標(biāo)穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)可以分為兩大類：一類是特性指標(biāo)，如輸出電壓、輸出電流及電壓調(diào)節(jié)范圍；另一類是質(zhì)量指標(biāo)，反映一個穩(wěn)壓電源的優(yōu)劣，包括穩(wěn)定度、等效內(nèi)阻（輸出電阻）、波紋電壓及溫度系數(shù)等。對穩(wěn)壓電源的性能，主要有以下四個方面的要求：1) 穩(wěn)定性好。當(dāng)輸入電壓 Usr(整流、濾波輸出電壓)在規(guī)定范圍內(nèi)變動時，輸出電壓 Usc 的變化一般要求很小。2) 輸出電阻小。負(fù)載變化時（從空載到滿載），輸出電壓 Usr 應(yīng)基本保持不變。3) 電壓溫度系數(shù)小 當(dāng)環(huán)境溫度變化時，會引起輸出電壓的漂移。良好的穩(wěn)壓電源，應(yīng)在環(huán)境溫度變化時，有效地抑制輸出電壓的漂移，保持輸出電壓穩(wěn)定。4) 輸出電壓紋波小 所謂紋波電壓，是指輸出電壓中 50Hz 或 100Hz 的交流分量，通常用有效值或峰值表示。 單片機系統(tǒng)及外圍電路 單片機的選擇單片機采用89C52或其兼容系列的芯片進行控制，它負(fù)責(zé)控制整個電路以及相應(yīng)的程序的運行、以及給屏體電路部分發(fā)送命令。這里我們選擇了內(nèi)含4K字節(jié)Flash的AT89C52，因為我們只需要顯示特定的圖形和文字，無需龐大的字庫，因此4K Flash已經(jīng)可以滿足字庫儲存的需求，不需要擴展外存儲器。 AT89C52芯片介紹AT89C52是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓,高性能 CMOS 8位單片機，片內(nèi)含 8k bytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器(PEROM)和 256 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM)，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)及 8052 產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用8位中央處理器 (CPU) Flash 存儲單元，功能強大AT89C52 單片機適合于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場合。其最突出的優(yōu)點是片內(nèi)ROM為Flash ROM，可擦寫1000次以上，應(yīng)用并不復(fù)雜的通用ROM寫入器就能方便的擦寫，讀取也很方便，價格低廉，具有在片程序ROM二級保密系統(tǒng)。因此可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。AT89C52包含以下一些功能：1) 與 MCS51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容2) 8K字節(jié)可重復(fù)擦寫Flash存儲器3) 壽命：1000 寫周期4) 全靜態(tài)工作：0Hz24Hz5) 三級程序存儲器鎖定6) 256*8字節(jié)內(nèi)部RAM7) 32個可編程I/O口線8) 3個16位定時器/計數(shù)器9) 8個中斷源10) 可編程串行UART通道11) 低功耗的閑置和掉電模式12) AT89C52工作電源電壓為5(1+)V，且典型值為5V13) AT89C52最高工作頻率為24MHzAT89C52 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8字節(jié)FLASH閃速存儲器，256字節(jié)內(nèi)部RAM , 32個I/O口線，3個16 位定時／計數(shù)器，一個6向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，AT89c52可降至O Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電上作模式?？臻e方式停止CPU 的工作，但允許RAM，定時／計數(shù)器．串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復(fù)位。AT89C52 單片機一般采用雙列直插 DIP 封裝，共40個引腳，圖 34 為其引腳排列圖。40個引腳大致可分為 4 類：電源、時鐘、控制各 I/O 引腳。圖 34 AT89C52引腳排列圖1. 電源引腳Vcc：芯片電源，接+5V；Vss：接地端。2. 時鐘引腳XTALXTAL2：晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。3. I/O引腳控制線共有4 根，其中 3 根是復(fù)用線。所謂復(fù)用線是指具有兩種功能，正常使用時是一種功能，在某種條件下是另一種功能。1) ALE/ PROG ——地址鎖存允許/片內(nèi) EPROM 編程脈沖。ALE 功能：用來鎖存 P0 口送出的低八位地址。AT89C52 在并行擴展外存儲器時，P 0 口用于分時傳送低 8 位地址和數(shù)據(jù)信號，且均為二進制數(shù)。當(dāng) ALE 信號有效時，P0 口傳送的是低 8 位地址信號；ALE 信號無效時，P0 口傳送的是高 8 位地址信號。在 ALE 信號的下降沿，鎖定 P0 口傳送的內(nèi)容，即低 8 位地址信號。需要指出的是，當(dāng) CPU 不執(zhí)行訪問外 RAM 指令，ALE 以時鐘振蕩頻率 1/6 的固定頻率輸出，因此 ALE 信號也可作為外部芯片 CLK 時鐘或其他需要。但 是，當(dāng) CPU 執(zhí)行 MOVX 指令時，ALE將跳過一個 ALE 脈沖。PROG 功能：片內(nèi) EPROM 的芯片，在 EPROM 編程期間，此引腳輸入編程脈沖。a) PSEN ——外 ROM 讀選通信號。AT89C51 讀外 ROM 時，每 個機器周期內(nèi) PSEN 兩次有效輸出。PSEN 可作為外 ROM 芯片輸出允許 OE 的選通信號。在讀內(nèi)ROM 或讀外 RAM 時， PSEN 無效。b) RST/VPD——復(fù)位/備用電源。正常工作時，RST 端為復(fù)位信號輸入端，只要在該引腳上連續(xù)保持兩個機器周期以上高電平，AT89C52 芯片即實現(xiàn)復(fù)位操作，復(fù)位后一切從頭開始，CPU 從0000H 開始執(zhí)行指令。c) EA /VPP——內(nèi)外 ROM 選擇/片內(nèi) EPROM 編程電源。VPP功能：片內(nèi)有 EPROM 的芯片，在 EPROM 編程期間，此引腳用于施加編程電源。4． I/O 引腳EA 功能：正常工作時， EA 為內(nèi)外 ROM 選擇端。AT89C52 單片機 ROM 尋址范圍為 64KB，其中4KB 在片內(nèi)，60KB 在片外。當(dāng)EA 保持高電平時，先訪問內(nèi) ROM，但當(dāng) PC 值超過 4KB 時，將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行外 ROM 中的程序。當(dāng)EA 保持低電平時，則只訪問外 ROM，不管芯片內(nèi)有否內(nèi) ROM。VPP功能：片內(nèi)有 EPROM 的芯片，在 EPROM 編程期間，此引腳用于施加編程電源。AT89C52 有 P0、PPP3 4 個 8 位并行 I/O 端口，共 32 個引腳。P0 口是一組 8 位漏級開路型雙向 I/O 口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時，每位能以吸收電流的方式驅(qū)動 8 個TTL 邏輯門電路，對端口寫 1 時，又可作高阻抗輸入端用。在訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，它是分時多路轉(zhuǎn)換的地址（低 8 位）/數(shù)據(jù)總線，在訪問期間激活了內(nèi)部的上拉電阻。P1 口是帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O 口，向P1 口寫入1時P1 口被內(nèi)部上拉為高電平，可用作輸入口。當(dāng)作為輸入腳時被外部信號拉低的P1 口會因為內(nèi)部上拉而輸出一個電流。P2 口是帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，向P2 口寫入1時P2 口被內(nèi)部上拉為高電平可用作輸入口，當(dāng)作為輸入腳時被外部拉低的P2 口會因為內(nèi)部上拉而輸出電流。在訪問外部程序存儲器和外部數(shù)據(jù)存儲器時，分別作為地址高位字節(jié)和16 位地址(MOVX @DPTR)，此時通過內(nèi)部強上拉傳送1 當(dāng)使用8 位尋址方式(MOVX@RI)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2 口發(fā)送P2 特殊功能寄存器的內(nèi)容。P3 口是帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，向P3 口寫入1時P3 口被內(nèi)部上拉為高電平可用作輸入口，當(dāng)作為輸入腳時被外部拉低的P3 口會因為內(nèi)部上拉而輸出電流。P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的是它的第二功能，如表31所示：表31 P3各端口的第二功能端口引腳第二功能——RXD串行口輸入端——TXD串行口輸出端—— INT 0外部中斷0請示輸入端—— INT 1外部中斷1請示輸入端——T0定時/計數(shù)器0外部信號輸入端——T1定時/計數(shù)器1外部信號輸入端——WR外RAM寫選通信號輸出端—— RD外RAM讀選通信號輸出端 單片機系統(tǒng)外圍電路單片機系統(tǒng)外圍電路形式如圖 35 所示。單片機振蕩器反相放大器的輸入端（XTAL1）和輸出端（XTAL2）之間接上 12MHz 或更高頻率的晶振，以獲得較高的刷新頻率，使顯示更穩(wěn)定。電容CC5 是晶振的負(fù)載電容，主要起頻率微調(diào)和穩(wěn)定的作用。圖35 單片機系統(tǒng)最小系統(tǒng)電路圖 列驅(qū)動電路 74HC595 芯片簡介集成電路 74HC595，它 具有一個 8 位串行輸入/輸出或者并行輸出的移位寄存器和一個 8 位輸出鎖存器的結(jié)構(gòu)，而且移位寄存器的和輸出鎖存器的控制是各自獨立的，可以實現(xiàn)在顯示本行各列數(shù)據(jù)的同時，傳送下一行的列數(shù)據(jù)，即達到重疊處理的目的。圖 36 74HC595管腳圖74HC595 的管腳定義及時序圖如表 32 和圖 38 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 SER 是串行數(shù)據(jù)的輸入端。引腳 SRCLK 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 SER 的下一個數(shù)據(jù)打入最低位。移位后的各位信號出現(xiàn)在個移位寄存器的輸出端，也就是輸出鎖存器的輸入端。RCLK 是輸出鎖存器的輸入信號，其上升沿將移位寄存器的輸出輸入到輸出鎖存器。引腳 是輸出三態(tài)門的開放信號，只有當(dāng)其為低電平時鎖存器的輸出才開放，否則為高阻態(tài)。SRCLR 信號是移位寄存器的清零輸入端，當(dāng)其為低時移位寄存器的輸出全部為 0，由于 SRCLK 和 RCLK 兩個信號是互相獨立的，所以能夠做到輸入串行移位與輸出鎖存互不干擾。芯片的輸出端為 QA～QH，最高位 QH 可作為多片 74HC595 級連應(yīng)用時，向上一級的級連輸出。但因 QH 受輸出鎖存器打入控制，所以還從輸出鎖存器前引出了QH39。，作為與移位寄存器完全同步的級連輸出。移位寄存和輸出鎖存的時序波形如圖 37 所示。圖37 移位寄存和輸出鎖存的時序波形圖表32 74HC595管腳定義表管腳編號管腳名說明115QA—QH三態(tài)輸出管腳8GND電源地9SQH串行數(shù)據(jù)輸出管腳10SCLR移位寄存器清零端11SCK數(shù)據(jù)輸入時鐘線