【文章內容簡介】 串并轉換并行輸出，最后由顯示驅動電路進行電壓和電流的處理以達到 LED 顯示屏的顯示電流，電壓要求進而使顯示屏顯示內容。根據硬件的功能結構圖選取合適器件，器件不但要求能實現所要求的功能還要能兼容至整個系統之中。通過查閱資料和對比最終的硬件原理圖如圖 所示。 圖 硬件原理圖 該系統所要實現的功能和要求有以下幾點：（1）LED 顯示屏的面積必須滿足至少顯示一個漢字的標準，并且顯示要清晰。（2）驅動電路要能提供 LED 顯示所需范圍內的電壓和電流要求。（3）譯碼電路的高低電平的區(qū)分能力以及譯碼的輸入輸出頻率必須滿足單片機以及驅動電路的要求。（4）單片機要能接收獨立鍵盤電路的指令和顯示內容且能夠處理后控制 LED 顯示屏的顯示，并且端口驅動能力要足以驅動譯碼電路。執(zhí)行頻率要能達到掃描顯示的最低要求。從理論上說，不論顯示圖像還是文字，只要控制與組成這些圖形或文字的各個點所在的位置相對應的 LED 器件發(fā)光，就可以得到我們想要的顯示結果，這種同時控制各個發(fā)光點亮滅的方法稱為靜態(tài)驅動顯示方式。16*32 的點陣共有 512 個發(fā)光二極管，顯然單片機沒有這么多的端口，這個數字很龐大，在實際應用中的顯示屏往往要大得多，這樣在鎖 STC89C52 單片機 復位電路 時鐘電路獨立鍵盤電路 行驅動電路 列驅動電路16*32LED 點陣 顯示屏河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 功能要求與方案選擇9存器上河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 系統硬件設計 10花的成本將是一個很龐大的數字。因此在實際應用中的顯示屏幾乎都不采用這種設計，而采用另外一種稱為動態(tài)掃描的顯示方法。動態(tài)掃描的意思簡單地說就是逐行輪流點亮，這樣掃描驅動電路就可以實現多行（比如 8 行）的同名列共用一套驅動器。具體就 8ｘ8 的點陣來說，把所有同 1 行的發(fā)光管的陽極連在一起，把所有同 1 列的發(fā)光管的陰極連在一起（共陽極的接法） ，先送出對應第一行發(fā)光管亮滅的數據并鎖存，然后選通第 1 行使其燃亮一定時間，然后熄滅；再送出第二行的數據并鎖存，然后選通第 2 行使其燃亮相同的時間，然后熄滅；以此類推，第 8 行之后，又重新燃亮第 1 行，反復輪回。當這樣輪回的速度足夠快（每秒 24 次以上），由于人眼的視覺暫留現象，就能夠看到顯示屏上穩(wěn)定的圖形了。采用掃描方式進行顯示時，每一行有一個行驅動器，各行的同名列共用一個驅動器。顯示數據通常存儲在單片機的存儲器中，按 8 位一個字節(jié)的形式順序排放。顯示時要把一行中各列的數據都傳送到相應的列驅動器上去，這就存在一個顯示數據傳輸的問題。從控制電路到列驅動器的數據傳輸可以采用并列方式或串行方式。顯然，采用并行方式時，從控制電路到列驅動器的線路數量大，相應的硬件數目多。當列數很多時，并列傳輸的方案是不可取的。 控制單元設計 控制系統設計控制電路設計中采用的是單片機系統，該系統必須要是工作在一個最小系統（指單片機的可以的最小配置系統） 。STC89C52 單片機的最小系統包括了外界時鐘電路和復位電路，選定一定數量的 IO 口作為控制口控制外部的各種器件和數據的輸出，根據功能選擇一定的單片機端口添加外圍的器件。STC89C52 單片機管腳說明如下：VCC：供電電壓。 　　GND：接地。 　　P0 口：P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當 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據存儲器，它可以被定義為數據/地址的第八位。在 FIASH 編程時，P0 口作為原碼輸入口，當 FIASH 進行校驗時，P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。 　　P1 口：P1 口是一個內部提供上拉電阻的 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，這是由于內部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗時，P1 口作為第八位地址接收。 　　P2 口：P2 口為一個內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個TTL 門電流，當 P2 口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，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。這是由于內部上拉河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 系統硬件設計11的緣故。P2 口當用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數據存儲器進行存取時，P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時，P2 口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 　　P3 口：P3 口管腳是 8 個帶內部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL 門電流。當 P3 口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，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。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下所示： 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（記時器 0 外部輸入） T1（記時器 1 外部輸入） /WR（外部數據存儲器寫選通） /RD（外部數據存儲器讀選通）RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。 　　ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，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： 每當用作外部數據存儲器時，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。但在訪問外部數據存儲器時，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現。 　　/EA/VPP：當/EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000HFFFFH） ，不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式 1 時， /EA 將內部鎖定為 RESET；當/EA端保持高電平時，此間內部程序存儲器。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部時鐘工作電路的輸入。 　　XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。具體電路如圖 所示：河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 系統硬件設計12圖 控制部分電路圖 STC89C52 簡介STC89C52 是 STC 公司生產的一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統可編程 Flash 存儲器。STC89C52 使用經典的 MCS51 內核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統 51 單片機不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統可編程Flash，使得 STC89C52 為眾多嵌入式控制應用系統提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標準功能： 8k 字節(jié) Flash，512 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器，內置 4KB EEPROM， MAX810 復位電路，3 個 16 位定時器/計數器，4個外部中斷，一個 7 向量 4 級中斷結構（兼容傳統 51 的 5 向量 2 級中斷結構） ，全雙工串行口。另外 STC89X52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許 RAM、定時器/計數器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM 內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。最高運作頻率 35MHz，6T/12T 可選。 STC89C52 具有以下參數： 8051 單片機，6 時鐘/機器周期和 12 時鐘/機器周期可以任意 選擇，指令代碼完全兼容傳統 8051。：～（5V 單片機）/～（3V 單片機） 。：0～40MHz，相當于普通8051 的0～80MHz，實際工作 頻率可達48MHz。河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 系統硬件設計13 字節(jié)。5. 片上集成512 字節(jié) RAM。6. 通用 I/O 口（32 個） ，復位后為：P0/P1/P2/P3 是準雙向口/弱上拉， P0 口是漏極開路輸出，作為總線擴展用時，不用加上拉電阻，作為 I/O 口用時，需加上拉電阻。7. ISP（在系統可編程）/IAP（在應用可編程） ，無需專用編程器，無 需專用仿真器，可通過串口（RXD/,TXD/）直接下載用戶程 序，數秒即可完成一片。8. 具有 EEPROM 功能。9. 共3 個16 位定時器/計數器。即定時器 T0、TT2。 路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路，Power Down 模式可 由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒。11. 通用異步串行口（UART） ，還可用定時器軟件實現多個 UART。12. 工作溫度范圍：40～+85℃（工業(yè)級）/0～75℃（商業(yè)級） 。13. PDIP 封裝。 時鐘電路簡介在 STC89C52 單片機片內有一個高增益的反相放大器，反相放大器的輸入端為XTAL1，輸出端為 XTAL2，由該放大器構成的振蕩電路和時鐘電路一起構成了單片機的時鐘方式。根據硬件電路的不同，常用的時鐘電路設計有兩種方式,一種是內部時鐘方式，如圖 所示，另一種是外部時鐘方式,如圖 所示。本實驗采用內部時鐘方式，將 XTAL1 與 XTAL2 之間跨接一個石英晶振和微調電容，從而構成一個穩(wěn)定的自激震蕩器。電容值取 30pF 左右，其大小將影響震蕩頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性，晶振的頻率取值在 ～12MHz 之間。為減少線間的寄生電容，晶振和電容應盡能安裝得與單片機靠近，保證晶振穩(wěn)定可靠的工作。對于外接時鐘電路，要求 XTAL1 腳接外部震蕩器信號，XTAL2 腳懸空，對于外部振蕩器信號并無特殊要求，只要保證一定的脈沖寬度，時鐘頻率低于 12MHz 即可。 圖 內部時鐘方式 圖 外部時鐘方式 復位電路簡介STC89C52 單片機的復位是由外部的復位電路實現的。復位引腳 RST 通過一個施密特河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 系統硬件設計14觸發(fā)器與復位電路相連，施密特觸發(fā)器的輸出電平由復位電路采樣一次，然后才能得到內部復位操作所需的信號。復位電路通常采用上電自動復位和按鈕復位兩種，如圖 和 所示。 圖 上電自動復位 圖 按鈕復位上電自動復位是通過外部復位電路給電容 C 充電加至 RST 引腳的一個短的高電平信號，此信號隨著 Vcc 對電容 C 的充電過程而逐漸回落，即 RST 引腳上的高電平持續(xù)時間取決于電容 C 的充電時間。按鈕復位是通過 RST 端經電阻與電源 Vcc 接通來實現，當按下復位按鍵時，RST 端產生高電平，使單片機復位。 行驅動單元設計 行驅動系統設計譯碼電路的功能是為了解決單片機 I/O 端口不足。行譯碼所用器件為串并轉換器74HC138 譯碼器。兩個 74HC138 相互級聯成 4 線16 線譯碼器，三級管 Q1Q16 接顯示屏X1X16 解決了顯示屏供電不足的問題，A,B,C 為 138 譯碼器的三個地址輸入。具體電路如圖 所示：河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 系統硬件設計15 圖 行驅動電路圖 串并轉換器 74HC138 譯碼器行驅動芯片采用的是芯片 74HC138 譯碼器。如果不采用譯碼電路完全依靠單片機的端口輸出來控制 1632 的 LED 點陣顯示屏，需要 48 個端口。而采用了譯碼電路后僅僅需要 7～9 個端口便可實現控制顯示。大大減少了 I/O 口的占用數目，為單片機擴展其他功能預留下來了空間。74HC138 譯碼器可接受 3 位二進制加權地址輸入（A0,A1 和 A2） ，并當使能時，提供8 個互斥的低有效輸出（Y0 至 Y7） 。74HC138 特有 3 個使能輸入端：兩個低有效（E1 和