【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 X232系列的芯片以集成度高，單＋5V電源工作，只需外接5個(gè)小電容即可完成RS232C與TTL電平之間的轉(zhuǎn)換而成為單片機(jī)系統(tǒng)中的常用芯片。芯片MAX232為下載模塊中最重要的組成部分。電路如圖210所示：圖210 串口下載線電路圖17洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第3章 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)程序方案 程序整體規(guī)劃系統(tǒng)程序按照模塊化的設(shè)計(jì)思路采用C語(yǔ)言編寫(xiě)。程序要實(shí)現(xiàn)串口通信，靜態(tài)顯示，畫(huà)面切換顯示三大功能。其功能結(jié)構(gòu)如圖31所示。通信程序接收數(shù)據(jù)，交給主程序處理再通過(guò)控制程序選擇不同的顯示程序進(jìn)行顯示。程序的總體流程如圖31所示：定時(shí)器T0中斷定時(shí)器T1中斷電源開(kāi)始系統(tǒng)初始從顯示數(shù)組讀取顯示數(shù)據(jù)到寄存讀取控制命令，調(diào)用相應(yīng)子程序選擇顯示內(nèi)容外部中斷INT2圖31 主程序流程圖程序開(kāi)始時(shí)首先必須對(duì)單片機(jī)進(jìn)行初始化，其中初始化的內(nèi)容包括：定時(shí)器中斷的開(kāi)啟和偏差量初值的設(shè)定，I/O端口電平重新置高初始，顯示起始位置。初始化完成后，中斷源有外部中斷INT定時(shí)器T0、定時(shí)器T0組成。外部中斷由紅外接收管的電平變化引起INT2的觸發(fā)，外部中斷主要功能是不斷初始化程序設(shè)置。定時(shí)中斷程序設(shè)定了LED點(diǎn)陣顯示屏所要顯示的內(nèi)容和顯示的方式，最后執(zhí)行的是各種顯示程序。 定時(shí)中斷控制流程兩個(gè)定時(shí)中斷控制流程如圖32所示.定時(shí)T0中斷初值重賦變量過(guò)？接收顯示數(shù)據(jù)及控制命令，檢查接收是否完畢將顯示數(shù)據(jù)移入顯示數(shù)組并賦值給對(duì)應(yīng)I\O口定時(shí)返回定時(shí)T1中斷初值重賦計(jì)時(shí)，計(jì)數(shù)判斷設(shè)置時(shí)間和累計(jì)數(shù)值是否到達(dá)，到達(dá)時(shí)，重置變量歸零定時(shí)返回圖32 定時(shí)中斷流程圖 顯示子程序介紹 在主函數(shù)中，根據(jù)定時(shí)器計(jì)數(shù)，來(lái)控制顯示狀態(tài)變量的值來(lái)判斷下一步顯示內(nèi)容，即要調(diào)用那一個(gè)顯示子函數(shù)。子函數(shù)中，主要是有一個(gè)while循環(huán)構(gòu)成的一個(gè)有限循環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)字符數(shù)組中的元素值向緩沖數(shù)組的轉(zhuǎn)移。當(dāng)轉(zhuǎn)移完全后，以后顯示，端口賦值直接從緩沖數(shù)組里取值。以后的顯示直接從緩沖數(shù)組中取值，顯示內(nèi)容的更新與顯示時(shí)刻不沖突，避免了彼此的干擾沖突。 開(kāi)發(fā)編譯環(huán)境Keil μVision4 介紹目前，單片機(jī)C語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)環(huán)境主要是Keil μVision，該軟件用于MCS51單片機(jī)開(kāi)發(fā)工具，可以支持匯編和C語(yǔ)言；μVision這一開(kāi)發(fā)環(huán)境集成了項(xiàng)目管理器、擁有完善功能的編輯器、仿真器、選項(xiàng)設(shè)置工具以及在線幫助，其是目前51系列單片機(jī)最佳的軟件開(kāi)發(fā)工具[13]。其基本操作有：(1)打開(kāi)Keil C窗口界面；(2)新建工程文件夾（ProjectNew Project），選擇路徑，輸入工程名稱，選擇對(duì)應(yīng)單片機(jī)型號(hào)；(3)新建編輯區(qū)，輸入所需代碼，保存為擴(kuò)展名為“.c”的文件格式；(4)再在Source Group 1中添加上步保存的“.c”文件；(5)選擇Target，勾選Create HEX File選項(xiàng)框，點(diǎn)擊“OK”；(6)然后依次點(diǎn)擊Translate current file、Build target、Rebuilt all target file圖標(biāo)。 字符代碼生成器打開(kāi)通用LED點(diǎn)陣代碼生成器，如圖33所示。該生成器，只需在文字預(yù)覽框里輸入要顯示的字符，點(diǎn)擊“旋轉(zhuǎn)點(diǎn)陣”并選擇“C51”或“匯編”來(lái)生成相應(yīng)的顯示字符代碼。復(fù)制生成的代碼放入所編程序中，下載到硬件電路中運(yùn)行顯示即可。此軟件無(wú)需安裝及驅(qū)動(dòng)，直接運(yùn)行即可使用，操作簡(jiǎn)單，字符代碼生成質(zhì)量高，速度快。圖33 字符代碼生成窗口21 Proteus仿真 軟件介紹Proteus軟件是英國(guó)Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件（該軟件中國(guó)總代理為廣州風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司）。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。該軟件具有其它EDA工具軟件（如multisim）的功能。用戶可以實(shí)時(shí)采用諸如RAM，ROM，鍵盤(pán)，馬達(dá)，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分I2C（Inter Ic Bus）器件。可以仿真MCS51系列、AVR、PIC、ARM等常用主流單片機(jī)。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，再配合顯示及輸出，能看到運(yùn)行后輸入輸出的效果。配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等，Proteus建立了完備的電子設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)環(huán)境[14]。?它擁有超過(guò)27000個(gè)仿真器件：可以通過(guò)內(nèi)部原型或使用廠家的SPICE文件自行設(shè)計(jì)仿真器件，Labcenter也在不斷地發(fā)布新的仿真器件，還可導(dǎo)入第三方發(fā)布的仿真器件；支持主流的CPU類型：如ARM8051/5AVR、808PIC10/1PIC1PIC1PIC2等；支持通用外設(shè)模型：如直流/步進(jìn)/伺服電機(jī)、LCD點(diǎn)陣和圖形模塊、LED顯示模塊、電子溫度計(jì)、按鍵、RS232虛擬終端等等，其COMPIM（COM口物理接口模型）還能夠?qū)崿F(xiàn)通過(guò)PC機(jī)串口使仿真電路和外部電路實(shí)現(xiàn)雙向異步串行通信；可以與第三方集成編譯環(huán)境（如Keil C、IAR和Hitech）結(jié)合，進(jìn)行高級(jí)語(yǔ)言的源碼級(jí)仿真與調(diào)試；從原理圖到PCB的快捷轉(zhuǎn)換：即原理圖設(shè)計(jì)完成后，可一鍵進(jìn)入ARES的PCB設(shè)計(jì)環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)從原理概念圖到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)；先進(jìn)的自動(dòng)布局/布線功能：支持器件的人工/自動(dòng)布局；支持無(wú)網(wǎng)格自動(dòng)布線或人工線；支持門(mén)交換與引腳交換功能，使PCB設(shè)計(jì)更具合理性[15]。 打開(kāi)軟件窗口，點(diǎn)擊打開(kāi)元器件庫(kù)（Pick parks from libraries）窗口界面，在元件查找欄輸入要查找的單片機(jī)和其他元器件,雙擊元器件名稱添加，如圖34所示。在操作編輯窗口，雙擊每個(gè)元件編輯相應(yīng)參數(shù)，按照原理電路圖布線連接，仿真電路如圖35所示。圖34 元器件添加窗口圖35 仿真電路 電路仿真完成電路原理圖連線后，雙擊單片機(jī)，在彈出的界面中的Program File一欄中選擇Keil C編譯過(guò)生成的“.HEX文件”，點(diǎn)擊“OK”，并開(kāi)始仿真。仿真結(jié)果如圖36所示。圖36 仿真結(jié)果顯示 借助仿真初步完善軟件程序由于編程時(shí)忽略發(fā)光二極管共陰、共陽(yáng)問(wèn)題。原理圖中二極管是共陽(yáng)連接。焊接完成后，芯片引腳出來(lái)的是高電平控制，二極管又共陽(yáng)連接，導(dǎo)致二極管與預(yù)期控制亮滅反向，所以把程序中的端口賦值按位取反。如下：P0=~V1[2*j]。//取出的數(shù)據(jù)到P0輸出口P2=~V1[2*j+1]。//取出的數(shù)據(jù)到P2輸出口24第4章 電路焊接及調(diào)試 焊接為了做到統(tǒng)一規(guī)劃，盡可能少出錯(cuò)，避免將來(lái)后期硬件焊接完畢后或者出錯(cuò)檢查相當(dāng)困難，這里做了如下安排：(1)認(rèn)真檢查電路原理圖，確保電路原理正確可行；(2)針對(duì)原理圖中所涉及到的所有元器件，一一確認(rèn)型號(hào)、參數(shù)、數(shù)目；(3)借助萬(wàn)用表一一檢測(cè)電阻，二極管，三極管，電容等元件，確保完好無(wú)損，參數(shù)正確；(4)電路焊接遵循“注意正負(fù)，認(rèn)準(zhǔn)型號(hào)，一個(gè)模塊一個(gè)模塊依次焊接，先小件后大件，焊一件測(cè)一件，測(cè)通路檢短路”的原則；(5)焊接完畢后，再次與原理圖一一對(duì)照，確認(rèn)無(wú)誤，并檢測(cè)焊接在電路板上的元件好壞。 調(diào)試按照上述步驟，硬件焊接完畢，認(rèn)真比對(duì)檢查，初步確認(rèn)焊接與原理圖一致后。 加電初步檢測(cè)連接電源，打開(kāi)開(kāi)關(guān)，旋轉(zhuǎn)顯示屏不轉(zhuǎn)動(dòng)，且沒(méi)有一盞LED燈點(diǎn)亮。發(fā)現(xiàn)電源指示燈不亮，用萬(wàn)用表測(cè)電源接頭電壓值為0V，即電源損壞。換了一個(gè)5V直流電源后，LED屏旋轉(zhuǎn)；但LED燈不亮，使用萬(wàn)用表檢查L(zhǎng)ED燈及相關(guān)電路沒(méi)有問(wèn)題，但通過(guò)比較前后使用的兩個(gè)電源發(fā)現(xiàn)第二個(gè)電源輸出額定電流值只有800mA,又更換一個(gè)5V1A電源，上述問(wèn)題解決。 載入程序驗(yàn)證利用串口線，通過(guò)STC網(wǎng)站提供的ISP下載軟件向單片機(jī)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中載入一個(gè)基本的驗(yàn)證性程序。此次目的在于根據(jù)顯示效果和出現(xiàn)的問(wèn)題，來(lái)確定硬件是否有未發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤或設(shè)計(jì)不合理的地方，進(jìn)而修改完善硬件電路。若經(jīng)過(guò)多次修改完善下載程序，并確定程序正確無(wú)誤，則要重新檢查審視電路原理和硬件電路焊接的正確性與合理性。這里，程序是一個(gè)最基本的引腳控制顯示程序，僅有頭文件,字符代碼數(shù)組，main()函數(shù)，總線賦值，定時(shí)器中斷，while循環(huán)。此程序旨在對(duì)硬件實(shí)物電路基本功能的測(cè)試（LED的焊接情況，電路電氣正確性，功能基本實(shí)現(xiàn)情況等）。ISP下載操作界面如圖41所示。圖41 ISP程序下載窗口這里，經(jīng)反復(fù)核對(duì)修繕驗(yàn)證程序，觀察硬件顯示效果。在借助萬(wàn)用表確認(rèn)焊接元器件無(wú)短路、斷路、遺漏情況，與原理圖相一致，元器件并無(wú)損壞，電路電氣特性良好，但顯示效果混亂。多次比對(duì)I/O口賦值與原理圖發(fā)現(xiàn)，電路設(shè)計(jì)初衷沒(méi)有考慮到的合理性。問(wèn)題在于：原理圖上，發(fā)現(xiàn)其上P0、PP2 、P口從上到下順序?yàn)?～7，而由通用LED字符代碼生成器生成的字符代碼放在程序數(shù)組中賦給各個(gè)I\O口是上到下的順序?yàn)?～0。在設(shè)計(jì)時(shí)只是簡(jiǎn)單亦步亦趨的按照原理圖上的芯片引腳連接的LED排列，沒(méi)有注意到在實(shí)際的軟件程序編寫(xiě)過(guò)程中可能出現(xiàn)的不便操作，甚至是出現(xiàn)不可能實(shí)現(xiàn)的效果。找到問(wèn)題所在處后，重新調(diào)整焊接了各I\O口LED燈位排列次序，使其從高到低排序是從Px^7到Px^0（x=0,1,2,3）。重新載入程序，加電實(shí)驗(yàn)，可以顯示預(yù)期的簡(jiǎn)單字符。 程序完善 顯示多樣化由于第4章的所載程序只是一個(gè)基本的驗(yàn)證程序，他的功能只是檢驗(yàn)硬件電路的正確性和合理完善性。要實(shí)現(xiàn)多樣化顯示，需要結(jié)合51單片機(jī)特點(diǎn)和硬件電路，在程序中要進(jìn)行相應(yīng)的中斷、子函數(shù)調(diào)用、數(shù)組等操作。這就增加了程序的復(fù)雜性，同時(shí)也增加了程序和硬件顯示的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)難度。STC89C51RC 單片機(jī)PQFP44封裝，它有足夠的I/O端口，并且擁有四個(gè)外部中斷（INT0、INTINTINT3）和三個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中斷（T0、TT2），這就方便了在不使用鎖存器呵占用I/O口的情況下，可以用多余的外部中斷和內(nèi)部定時(shí)計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)初始化、函數(shù)調(diào)用、顯示內(nèi)容變換。 程序編寫(xiě)設(shè)計(jì)依照軟件整體設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行程序多樣化的編寫(xiě)。在此前驗(yàn)證程序的基礎(chǔ)上，加入中斷、子函數(shù)、多個(gè)字符顯示代碼數(shù)組。難點(diǎn)在于如何是顯示同轉(zhuǎn)速更加順暢協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)程序和代碼高效率的顯示。 硬件優(yōu)化影響硬件顯示效果和程序設(shè)計(jì)中的時(shí)間協(xié)調(diào)性的主要因素有：旋轉(zhuǎn)屏的旋轉(zhuǎn)速度，線圈耦合系數(shù)，次級(jí)線圈得到的電壓電流值。 轉(zhuǎn)速改善這里是增加轉(zhuǎn)速，措施是將電機(jī)原來(lái)的負(fù)極從PNP三極管B772的發(fā)射極直接接地，減少電機(jī)電路后續(xù)串聯(lián)電路阻抗的分壓。如圖51所示。圖42 電機(jī)負(fù)極接線前后對(duì)比 線圈耦合載流線圈與其他線圈之間通過(guò)磁場(chǎng)相互聯(lián)系的物理現(xiàn)象稱為磁耦合。一對(duì)有磁耦合的線圈，若流過(guò)其中一個(gè)線圈的電流隨時(shí)間變化，則在另一線圈兩端將出現(xiàn)感應(yīng)電壓，反之亦然。這在電磁學(xué)中稱為互感效應(yīng)。直流激勵(lì)下電路的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)中沒(méi)有互感現(xiàn)象。變壓器是利用互感原理工作的最典型的電氣元件[16]。無(wú)線供電模塊中的線圈耦合原理，就等同于變壓器耦合原理，都是利用了麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的基本觀點(diǎn)：變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)；變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)，也即磁耦合。 次級(jí)線圈電壓電流要想增加次級(jí)線圈的電壓與電流，就需要提高次級(jí)線圈的磁通量，可以增加次級(jí)線圈匝數(shù)，增加磁芯。這里采用了直徑小于初級(jí)線圈直徑的增加了匝數(shù)的漆包線線圈做次級(jí)線圈，并在次級(jí)線圈內(nèi)部加裝一個(gè)磁導(dǎo)體曾加磁通量，來(lái)有效增加磁耦合。如圖52所示圖43 加裝磁導(dǎo)體的次級(jí)線圈51 結(jié)　論此次設(shè)計(jì)并不是一項(xiàng)創(chuàng)新性課題。旋轉(zhuǎn)的LED點(diǎn)陣顯示屏此前也早已有之。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)在參考前期的參考類似設(shè)計(jì)后，了解其課題的基本原理后，擬定整體設(shè)計(jì)方案，并對(duì)各個(gè)模塊的多種實(shí)現(xiàn)方式對(duì)比選擇，通過(guò)軟硬件的實(shí)際效果驗(yàn)證，證明此次設(shè)計(jì)和方案的可行性。最大的亮點(diǎn)是：以LED旋轉(zhuǎn)顯示顯示屏為中心將已有的不同技術(shù)，融合了起來(lái)：結(jié)合放大震蕩電路將低壓直流轉(zhuǎn)化成低壓交流電；引用磁耦合技術(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)線供電；才用紅外收發(fā)二極管實(shí)現(xiàn)程序的初始化；使用STC出品的PQFP44封裝的51單片機(jī)，充分利用了I/O口，簡(jiǎn)單易設(shè)計(jì)；硬件電路的構(gòu)建簡(jiǎn)單，原理易懂。目前，此課題成果顯示和功能實(shí)現(xiàn)上，還存在諸如所編程序的不夠精簡(jiǎn)高效，不能展現(xiàn)出豐富多樣的顯示效果，不能顯示完全過(guò)多內(nèi)容，有噪聲的不足之處。該顯示技術(shù)已經(jīng)在兒童玩具、科技趣味制作中有廣泛的應(yīng)用。該設(shè)計(jì)中還可以借助鎖存器提高I/O口利用率，控制更多的LED燈數(shù)量，從而增加顯示效果豐富性；所用的LED燈還可以采用三色（RGB）LED燈，來(lái)增加顯示的炫麗多彩的效果；這種顯示形式可以嘗試著應(yīng)用于戶外旋轉(zhuǎn)性設(shè)施上，作為一種城市夜晚景觀。謝 辭首先，我要感謝我的指導(dǎo)老師對(duì)我的悉心指導(dǎo)和硬件焊接條件提供。在百忙之中，她為我的畢業(yè)設(shè)計(jì)和論文的完成中費(fèi)心費(fèi)力，她干練敏捷的工作方式、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度以及平易近人的性格，使我很是受益和敬佩。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，秦老師給了我非常大的幫助和支持，從選題、開(kāi)題報(bào)告、中期檢查、硬件設(shè)計(jì)、到最后電路焊接完成，再到論文定稿都離不開(kāi)他的悉心指導(dǎo)。困難面前，秦老師給我了許多鼓勵(lì)，讓我信心十足的完成硬件焊接，并且順利的完成論文的撰寫(xiě)。這里我還要感謝科協(xié)的同學(xué)張亞威和楊許豪。他們?cè)谖耶厴I(yè)設(shè)計(jì)中給了許多幫助和建議性指導(dǎo)，讓我能夠順利解決此次畢設(shè)中軟硬件調(diào)試過(guò)程的麻煩和問(wèn)題。每次他們都并不厭其煩的認(rèn)真幫著分析解