【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，似乎 N 位 LED 都在同時(shí)顯示，就不會(huì)有閃爍感了。從上述的論述中，可以看出動(dòng)態(tài)顯示方案具備一定的實(shí)用性，也是目前單片機(jī)數(shù)碼管顯示中較為常用的一種顯示方法。所以，本設(shè)計(jì)采用動(dòng)態(tài)顯示方案。 LED 的驅(qū)動(dòng)和顯示——主要是設(shè)計(jì) LED 數(shù)碼管和單片機(jī)的接口電路，以及利用單片機(jī)對(duì) LED 數(shù)碼管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)和顯示操作。作用在單片機(jī)系統(tǒng)中，LED 數(shù)碼管顯示是反映系統(tǒng)輸出和操縱輸入的有效器件。數(shù)碼管具備數(shù)字接口，可以很方便地和單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行連接，數(shù)碼管體積小、重量輕，并且功耗低，是一種理想的顯示單片機(jī)數(shù)據(jù)輸出的器件。技術(shù)方案單片機(jī)對(duì) LED 數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方法可以分為串行和并行兩種，分別適用于不同的使用場(chǎng)合，兩者硬件電路的差別也很大。（1）串行驅(qū)動(dòng)在某些情況下，可供使用的單片機(jī)并行 I/O 口不足 8 根，數(shù)據(jù)的并行輸出已不可能，此時(shí)可考慮串行輸出方法。（2）并行驅(qū)動(dòng)在一般情況下，單片機(jī)使用并行驅(qū)動(dòng)的方式進(jìn)行 LED 的顯示。并行驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，并且在單片機(jī)的選擇上，采用了 AT89C51，它有 32 條 I/O 口線，采用并行驅(qū)動(dòng)方式，接口完全夠用。LED 并行驅(qū)動(dòng)的電路原理圖如下所示： （3）驅(qū)動(dòng)電路的選擇以上分別介紹了串行和并行的 LED 驅(qū)動(dòng)電路。在本設(shè)計(jì)中，使用的是并行的 LED 驅(qū)動(dòng)電路。 顯示器的驅(qū)動(dòng)硬件譯碼就是顯示的段碼完全由硬件完成，CPU 只要送出標(biāo)準(zhǔn)的 BCD 碼即可，硬件接線有一定標(biāo)準(zhǔn)。軟件譯碼是用軟件來(lái)完成硬件的功能，硬件簡(jiǎn)單，接線靈活，顯示段碼完全由軟件來(lái)處理，是目前常用的顯示驅(qū)動(dòng)方式。 器件選擇和功能在這里，我選用 74HC07 芯片作為段驅(qū)動(dòng)，75452 作為位驅(qū)動(dòng)7407 是 6 緩沖器/驅(qū)動(dòng)器（OC、高壓輸出）Y=0 30V 耐壓輸出 7407 功能圖74HC 系列集成電路的特點(diǎn)：74HC 系列是高速 CMOS 系列，兼有 CMOS 系列的低功耗，寬噪聲容限，寬工作電壓等特點(diǎn)。它的標(biāo)準(zhǔn)工作電壓 2—6V。采用多晶硅輸入保護(hù)電阻，限制電流過(guò)大，對(duì)電路中的過(guò)電壓來(lái)說(shuō)，74HC 系列具有足夠的保護(hù)能力。74HC 的輸入為 CMOS 電平。輸入電壓在高電平時(shí)間以保證達(dá)到 Vcc,在低電平時(shí)間以保證達(dá)到 Vcc,即當(dāng) Vcc=5V 時(shí), 以上為 VIH, 以下為 VIL 。它的靜態(tài)功耗極小。最高時(shí)鐘頻率在負(fù)載為 150pF 時(shí)能保證達(dá)到 300MHz。74HC 系列在高低邏輯電平下的輸出電流都可達(dá)到 4mA。 LED 數(shù)碼管顯示器的上拉電阻值的確定: 由于數(shù)碼管的每個(gè)引腳通過(guò)的平均電流達(dá)到 4mA 時(shí)，此引腳控制的一段晶體管才能夠點(diǎn)亮。我用的是四位八段式數(shù)碼管，所以每個(gè)數(shù)碼顯示器被點(diǎn)亮?xí)r每個(gè)引腳所需的最大電流為 4mA4=16mA。采用的是動(dòng)態(tài)掃描接法，在每個(gè)瞬間，四位 LED 只可能顯示相同的字符，要想每一個(gè) LED 顯示不同的字符，必須用另外一個(gè) I/O 口控制各個(gè) LED 顯示器公共陰極輪流接地的方法，逐一掃描點(diǎn)亮，使每個(gè) LED 顯示該位應(yīng)該顯示的字符即位選端，此時(shí)，每個(gè)位選的最達(dá)電流為 16mA8=128mA。那么，上拉電阻的阻值為：()/16=200Ω 這是用 LED 導(dǎo)通后的平均電流計(jì)算得到的電阻值，而導(dǎo)通的瞬間電流會(huì)更大一些。在這里,我將采用 150Ω 的上拉電阻。5 負(fù)載部分系統(tǒng)組成負(fù)載回路主要由隔離電路，驅(qū)動(dòng)電路，無(wú)極性輸入，變壓器、晶閘管整流裝置和電動(dòng)機(jī)—發(fā)電機(jī)組組成。在工作模式下，由單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行脈寬調(diào)制，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)從空載到滿載的變化，測(cè)定出負(fù)載曲線。原理 電動(dòng)機(jī)的電樞繞組兩端的電壓平均值 U0為 SSoUTtt????121α—占空比，α= 。Tt1占空比表示了在一個(gè)周期 T 里，開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通的時(shí)間與周期的比值。α 的變化范圍為0≤α≤1。由上式可知，當(dāng)電源電壓 Us 不變的情況下，電樞的端電壓的平均值 Uo 取決于占空比 α 的大小，改變 α 值就可以改變端電壓的平均值，從而達(dá)到調(diào)速的目的，這就是 PWN 調(diào)速原理。在 PWM 調(diào)速時(shí)，占空比 α 是一個(gè)重要參數(shù)。以下三種方法都可改變占空比的值。（1） 定寬調(diào)頻法 這種方法是保持 t1 不變，只改變 t2，這樣使周期 T（或頻率）也隨之改變。（2） 調(diào)寬調(diào)頻法這種方法是保持 t2 不變，只改變 t1，這樣使周期 T（或頻率）也隨之改變。（3） 定頻調(diào)寬法這種方法是使周期 T（或頻率）保持不變，同時(shí)只改變 t1 和 t2。前兩種方法由于調(diào)速時(shí)改變了控制脈沖的周期（或頻率） ，當(dāng)控制脈沖的頻率與系統(tǒng)的固有頻率接近時(shí)，將會(huì)引起振蕩，因此，這兩種方法用得很少。目前，在直流電動(dòng)機(jī)的控制中，主要使用定頻調(diào)寬法。本系統(tǒng)采用的就是定頻調(diào)寬法。在此系統(tǒng)中，欲調(diào)節(jié)占空比 α 的范圍（0～50%） 。電動(dòng)機(jī)的額定功率 200W，額定電流為 1A。 功率場(chǎng)效應(yīng)管（metal oxide semiconductor field effect transistor，MOSFET）是一種載流子導(dǎo)電的單極型器件，它要求的柵極驅(qū)動(dòng)電流很小，因此可看成是電壓控制型元件是電壓型驅(qū)動(dòng)器件。由于這個(gè)特點(diǎn)，使得功率場(chǎng)效應(yīng)管具有開(kāi)關(guān)速度快，損耗低，驅(qū)動(dòng)功率小，無(wú)二次擊穿的優(yōu)點(diǎn)，目前已得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。MOSFET 是電壓型驅(qū)動(dòng)器件，因此小功率的 TTL 電路可以驅(qū)動(dòng)一般的 MOSFET。但是，普通的 TTL 集成電路的高電平輸出最低是 ,而功率場(chǎng)效應(yīng)管的開(kāi)啟電壓是 2～4V。用普通的 TTL 直接驅(qū)動(dòng)功率場(chǎng)效應(yīng)管,驅(qū)動(dòng)電壓還顯得低一些。所以采用集電極開(kāi)路的 OC門 TTL 集成電路來(lái)驅(qū)動(dòng)。 為了提高 TTL 驅(qū)動(dòng)的輸出電平,可以通過(guò)一個(gè)上拉電阻接到+5V 電源上。 此外，在驅(qū)動(dòng)電路和單片機(jī)系統(tǒng)電路之間加了一個(gè)光電耦合器作為隔離元件,其上拉電阻值的確定同前。6 原理圖的設(shè)計(jì) Protel99 原理圖的設(shè)計(jì)（schematic） 原理圖編輯器實(shí)際上就是原理圖的設(shè)計(jì)系統(tǒng)，用戶可以在該平臺(tái)下對(duì)電路圖進(jìn)行編輯與設(shè)計(jì)各修改。進(jìn)入原理圖設(shè)計(jì)窗口的步驟如下：首先進(jìn)入 Protel99 系統(tǒng)，執(zhí)行 File(文件)/New(新建)命令建立一個(gè)新的原理圖設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)，或者打開(kāi)一個(gè)已經(jīng)存在的數(shù)據(jù)庫(kù)。如圖 11 所示。建立或者打開(kāi)一個(gè)文件后，執(zhí)行 File(文件)/New(新建)命令新建文件將會(huì)打包在當(dāng)前所創(chuàng)建的文件（原理圖設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)文件）中，系統(tǒng)把系統(tǒng)默認(rèn)文件名改為你所想生成文件名后，點(diǎn)擊圖標(biāo)即可進(jìn)入原理圖設(shè)計(jì)平臺(tái)，進(jìn)行原理圖的設(shè)計(jì)與編輯。進(jìn)入設(shè)計(jì)窗口后，可以在首先執(zhí)行 design(設(shè)計(jì))/Options(選項(xiàng))菜單下設(shè)置圖紙的風(fēng)格和大小尺寸等，具體參數(shù)設(shè)置如下：(1)、圖紙方向的設(shè)置。在執(zhí)行 design/options 后彈出的對(duì)話框中，選擇 sheet options 選擇進(jìn)行設(shè)置。其中 landscape 是橫向，而 portait 則是縱向圖紙?jiān)O(shè)置。 (2)、設(shè)置圖紙顏色（圖紙邊框底色） 。Border 選擇項(xiàng)用來(lái)設(shè)置邊框顏色，在選擇了此項(xiàng)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)彈出顏色對(duì)話框，你只需選擇所需顏色后點(diǎn)擊 OK 鍵后即可。Scheet 是設(shè)置圖紙底紋顏色。在選擇該選擇頁(yè)后同樣會(huì)彈出顏色對(duì)話框，設(shè)置方法同上。 (3)、系統(tǒng)字體的設(shè)置。在點(diǎn)擊 Design/options 后，選擇 change system font 按鈕，則可彈出字體對(duì)話框，您可以進(jìn)行字體設(shè)置了。(4)、電氣節(jié)點(diǎn)的設(shè)置。在 document options 對(duì)話框中，Electrical grid 單選項(xiàng)是對(duì)電氣節(jié)點(diǎn)的設(shè)置，如果選擇此項(xiàng)，則系統(tǒng)就會(huì)將光標(biāo)自動(dòng)移動(dòng)到它的搜索半徑內(nèi)，并且在該點(diǎn)上顯示一個(gè)圓點(diǎn)。(5)、在 document options 對(duì)話框中，選擇 anization 則是進(jìn)行文檔屬性，名稱，設(shè)計(jì)單位等進(jìn)行設(shè)置。在設(shè)置好以上基本的內(nèi)容后，則對(duì)原理圖編輯平臺(tái)半截元件庫(kù)。 （有些不同的元件可能半截不同的元件庫(kù)，要根據(jù)自己所設(shè)計(jì)的原理圖選擇所要加載的元件庫(kù)，具體參照本網(wǎng)站上有關(guān)具體說(shuō)明。這里以基本元件庫(kù)加以說(shuō)明）執(zhí)行 Design/Add/remove library 菜單，來(lái)打開(kāi)對(duì)話框，在彈出的對(duì)話框中，選擇 Design Explorer 99\Library\sch 文件夾下的文件類型為*.ddb 的庫(kù)元件文件，這里選擇 Miscellaneous Devices。加入元件庫(kù)后即可在編輯區(qū)內(nèi)進(jìn)行元件放置與元件屬性的修改了。對(duì)元件庫(kù)進(jìn)行裝載以后，可通過(guò) place(放置)/part（元件）命令直接進(jìn)行元件的放置，也可以用工具條上的按鈕，打開(kāi)所對(duì)應(yīng)的對(duì)話框進(jìn)行元件的放置。如果要修改元件的屬性，可以直接雙擊所要修改的元件，在彈出的對(duì)話框中對(duì)所要修改的項(xiàng)進(jìn)行修改。元件放置完以后，下一步工作即是對(duì)元件的位置進(jìn)行調(diào)整，元件的調(diào)整非常簡(jiǎn)單，只需要點(diǎn)擊所需移動(dòng)的元件，按住不放，然后拖到所想要放置的位置放開(kāi)即可。對(duì)元件位置調(diào)整好以后，即可以對(duì)元件進(jìn)行連線，放線可以直接點(diǎn)擊所想連接元件的管腳，然后按住不放，拖動(dòng)到另下個(gè)元件的所需連接的管腳上，線自然就連接上了。作完以上步驟以后，下一步則要對(duì)所設(shè)計(jì)的電路圖進(jìn)行檢查。若要進(jìn)行電路圖錯(cuò)誤檢查，可以使用命令 Tools/ERC 打開(kāi)對(duì)話框，進(jìn)行錯(cuò)誤檢查設(shè)置。 (1)、setup 選項(xiàng)的設(shè)置。a、ERC Options 操作框的設(shè)置。multiple names on 是檢查同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上是否擁有多個(gè)不同名稱的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)。Unconnected labels 檢查繪圖頁(yè)面中是否有不連接到其它電氣對(duì)象的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)。Duplicate ponent designators 檢查圖紙中是否有元件編號(hào)重號(hào)的錯(cuò)誤。 （若有重號(hào)，可以通過(guò) Tools/Annotate 對(duì)元件進(jìn)行重新編號(hào)） 。b、Options 選項(xiàng)框 create report file 設(shè)置列出全部 ERC 信息并產(chǎn)生一個(gè)文本報(bào)告。Add error markers 設(shè)置圖紙上有錯(cuò)誤或獲情況的位置上放置錯(cuò)誤標(biāo)記。 (2)、rule matrix 選項(xiàng) setup electrical rule check 對(duì)話框是用來(lái)定義各種引腳、輸入與輸出及各端口間的連接情況是否構(gòu)成錯(cuò)誤或者警告。如果通過(guò)以上的檢查，則可以生成網(wǎng)絡(luò)表。執(zhí)行 design/create list 命令，生成網(wǎng)絡(luò)報(bào)表。7 電路板的印制隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展和新型電子元器件的不斷涌現(xiàn)，現(xiàn)代電子電路已經(jīng)變得愈來(lái)愈復(fù)雜。而另一方面，微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，為我們提供了一個(gè)進(jìn)行電路輔助設(shè)計(jì)的完美平臺(tái)。設(shè)計(jì)中使用的 protel99 軟件是一個(gè)功能強(qiáng)大的電路 CAD 軟件。Protel99 被設(shè)計(jì)成為一個(gè)客戶/服務(wù)器應(yīng)用程序，它包含有數(shù)目眾多的服務(wù)器程序，原理圖設(shè)計(jì)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)生成服務(wù)器、電路仿真服務(wù)器、PCB 設(shè)計(jì)服務(wù)器和自動(dòng)布線服務(wù)器等等。設(shè)計(jì)者可以運(yùn)行各種服務(wù)器程序組件。而且，protel99 有很強(qiáng)的兼容性，不論是 protel99 本身的組件，還是來(lái)自第三方的設(shè)計(jì)組件，都可以很容易地嵌入到 protel99 中，以增強(qiáng)其功能。Protel99 的客戶程序還提供給設(shè)計(jì)者一些基本的使用資源，如菜單、快捷鍵、工具欄、狀態(tài)欄、工具管理等，設(shè)計(jì)者對(duì)這些資源可以自由定義，建立便于自己使用的菜單、快捷鍵、工具欄等。Protel99 強(qiáng)大的功能，可以使設(shè)計(jì)者隨心所欲的設(shè)計(jì)各種電子電路，是一個(gè)非常實(shí)用的 CAD 軟件。印刷電路板是整個(gè)通訊協(xié)議卡系統(tǒng)中器件、信號(hào)線、電源線的高密度集合體，印刷電路板設(shè)計(jì)的好壞與否對(duì)抗干擾能力有很大影響，所以印刷電路板設(shè)計(jì)決不單是器件、線路的簡(jiǎn)單布局安排，同時(shí)還必須符合抗干擾的設(shè)計(jì)原則。 布局本文中的電路設(shè)計(jì)采用手工布局。手工布局的優(yōu)點(diǎn)是：設(shè)計(jì)者可以完全按照電路工作的實(shí)際要求來(lái)進(jìn)行元件的布局，所生成的元件布局可以符合實(shí)際要求，也利于后面的布線操作。同時(shí)，對(duì)于一個(gè)有著特殊要求的電路來(lái)講，手工布局將極大地體現(xiàn)出設(shè)計(jì)者的構(gòu)思和靈感。元件的布局首先要考慮 PCB 尺寸的大小。PCB 尺寸過(guò)大時(shí)，印制線條長(zhǎng)，阻抗增加，抗干擾能力下降，成本也相應(yīng)的增加；PCB 尺寸過(guò)小則不利于散熱，而且鄰近的線條也容易受干擾。在確定 PCB 尺寸后，再確定特殊元件的位置。最后，根據(jù)電路的功能單元對(duì)電路的全部元件進(jìn)行布局。在確定特殊元件的位置時(shí)要遵循以下的原則：1 盡可能的縮短高頻元器件之間的連線，設(shè)法減少它們的分布參數(shù)和互相間的電磁干擾。易受干擾的元器件不能相互挨的太緊，輸入和輸出元件盡量遠(yuǎn)離。 2 一些元件或?qū)Ь€之間可能有較高的電位差，應(yīng)加大它們之間的距離，以免放電引起短路。根據(jù)電路功能單元，對(duì)電路的全部元器件進(jìn)行布局時(shí)，要符合以下原則：(1) 按電路的流程安排各個(gè)功能電路單元的位置，使布局便于信號(hào)流通，并使信號(hào)盡可能保持方向一致。(2) 以每個(gè)功能電路的核心元件為中心，圍繞它進(jìn)行布局。元器件應(yīng)均勻、整齊、緊湊地排列在 PCB 上。盡量減少和縮短各元器件之間的引線和連接。布局過(guò)程中，應(yīng)盡量將相關(guān)的元器件就近放置，以減少走線的長(zhǎng)度；時(shí)鐘電路、晶振、電容應(yīng)緊貼相接的芯片，這樣有利于抗干擾，提高電路工作的可靠性。(3) 位于電路板邊緣的元器件，與電路板邊緣一般不小于 2mm。電路板的最佳形狀為矩形。 布線布線是重要的抗干擾措施，本設(shè)計(jì)中首先對(duì)電源線進(jìn)行手工布線，緊接著對(duì)電路板的其他部分進(jìn)行自動(dòng)布線，最后再對(duì)整個(gè)電路的布線進(jìn)行手工修改。在整個(gè)布線過(guò)程中，應(yīng)遵循以下原則：1 輸入和輸出端的導(dǎo)線應(yīng)盡量避免相