【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 振蕩周期：是片內(nèi)振蕩電路或片外為單片機(jī)提供的脈沖信號(hào)的周期。時(shí)序中 1 個(gè)振蕩周期定義為 1 個(gè)節(jié)拍，用 P 表示。 時(shí)鐘周期：振蕩脈沖送入內(nèi)部時(shí)鐘電路，由時(shí)鐘電路對(duì)其二分頻后輸出的時(shí)鐘脈沖周期稱為時(shí)鐘周期。時(shí)鐘周期為振蕩周期的 2 倍。時(shí)序中 1 個(gè)時(shí)鐘周期定義為 1 個(gè)狀態(tài)，用 S 表示。每個(gè)狀態(tài)包括 2 個(gè)節(jié)拍，用 P P2 表示。 機(jī)器周期：機(jī)器周期是單片機(jī)完成一個(gè)基本操作所需要的時(shí)間。一條指令的執(zhí)行需要一個(gè)或幾個(gè)機(jī)器周期。一個(gè)機(jī)器周期固定的由 6 個(gè)狀態(tài) S1~S6 組成。 指令周期：執(zhí)行一條指令所需要的時(shí)間稱為指令周期。一般用指令執(zhí)行所需機(jī)器周期數(shù)表示。 STC89C52 單片機(jī)多數(shù)指令的執(zhí)行需要 1 個(gè)或 2 個(gè)機(jī)器周期，只 有乘除兩條指令的執(zhí)行需要 4 個(gè)機(jī)器周期。 了解了以上幾個(gè)時(shí)序的概念后，我們就可以很快的計(jì)算出執(zhí)行一條指令所需要的時(shí)間。例如：若單片機(jī)使用 12MHz的晶振頻率，則振蕩周期 =1/（ 12MHz）=1/12us，時(shí)鐘周期 =1/6us，機(jī)器周期 =1us，執(zhí)行一條單周期指令只需要 1us，執(zhí)行一條雙周期指令則需要 2us。 2）復(fù)位電路 無論是在單片機(jī)剛開始接上電源時(shí)，還是運(yùn)行過程中發(fā)生故障都需要復(fù)位。復(fù)位電路用于將單片機(jī)內(nèi)部各電路的狀態(tài)恢復(fù)到一個(gè)確定的初始值，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。 單片機(jī)的復(fù)位條件：必須使其 RST 引腳上持續(xù)出現(xiàn)兩個(gè)（或以上）機(jī) 器周期的高電平。 單片機(jī)的復(fù)位形式：上電復(fù)位、按鍵復(fù)位。上電復(fù)位和按鍵復(fù)位電路如下。 單片機(jī)復(fù)位電路 如下： 圖 23 單片機(jī)復(fù)位電路 上 電復(fù)位電路中，利用電容充電來實(shí)現(xiàn)復(fù)位。在電源接通瞬間， RST 引腳上的電位是高電平（ Vcc），電源接通后對(duì)電容進(jìn)行快速充電，隨著充電的進(jìn)行，RST 引腳上的電位也會(huì)逐漸下降為低電平。只要保證 RST 引腳上高電平出現(xiàn)的時(shí)間大于兩個(gè)機(jī)器周期，便可以實(shí)現(xiàn)正常復(fù)位。 按鍵復(fù)位電路中，當(dāng)按鍵沒有按下時(shí)，電路同上電復(fù)位電路。如在單片機(jī)運(yùn)行過程中，按下 RESET 鍵，已經(jīng)充好電的電容會(huì)快速通過 200Ω 電阻的回路放電，從而使得 RST 引腳上的電位快速變?yōu)楦唠娖?，此高電平?huì)維持到按鍵釋放，從而滿足單片機(jī)復(fù)位的條件實(shí)現(xiàn)按鍵復(fù)位 。 LED 的特點(diǎn)以及常用的參數(shù) LED 是一種固體光源，當(dāng)它兩端加上正向電壓，半導(dǎo)體中的少數(shù)載流子和多數(shù)載流子發(fā)生復(fù)合，放出的過剩能量將引起光子發(fā)射。采用不同的材料，可制成不同顏色的發(fā)光二極管。作為一種新的光源，近年來各大公司和研究機(jī)構(gòu)對(duì) LED的研究方興未艾，使其光效得以大大提高，飛利浦與 Agilent 的合資公司目前已研發(fā)并生產(chǎn)出光效 達(dá)到 171M/W 的白色 LED，已達(dá)到白熾燈的水平。和白熾燈的相比較， LED在性能上具有很多優(yōu)點(diǎn)，見下表： 表 1 白熾燈與白色 LED 的性能比較 項(xiàng) 目 LED 白 熾 燈 色溫 （ K） 3000— 10000 25003000 光效 （ 1K/W） 15 15 反應(yīng)速度（ 181。s） 100000 沖擊電流 0 10 倍額定電流 耐壓擊性 很 強(qiáng) 易 斷 裂 壽命（ h） ＞ 2020 ＜ 1000 隨著 對(duì) LED 研究的進(jìn)一步深入，其光效將進(jìn)一步得到提高，而其成本將一步下降，在不久的將來 LED 取代白熾燈甚至熒光燈而發(fā)展成 21 世紀(jì)的一種主要的照明光源將成為一種趨勢(shì)。 新的光源呼喚新的電子鎮(zhèn)流器，飛利浦照明電子在致力研發(fā)新的 LED 的同時(shí)，已于近年在全球各大開發(fā)中心開始了 LED驅(qū)動(dòng)電路的研究，在此研發(fā)領(lǐng)域已占據(jù)了世界領(lǐng)先的地位。 LED 的電壓和電流的匹配。 I(mA) U(V) 圖 39 LED 的電壓和電流 LED 的正向伏安特性 所以， LED 伏安特性的數(shù)字模型可用下式表示 VF = Vturn – on + RsIF + (Δ VF/Δ T)(T 25℃ ) 其中， Vturn on 是 LED 的啟動(dòng)電壓 Rs 表示伏安曲線的斜率 T 環(huán)境溫度 Δ VF/Δ T 是 LED正向電壓的溫度系數(shù)，對(duì)于多數(shù) LED而言典型值為 2V/℃。 從 LED 的伏安曲線及數(shù)字模型看， LED 在正向?qū)ê笃湔螂妷旱募?xì)小變動(dòng)將引起 LED 電流的很大變化，并且，環(huán)境溫度， LED 老化時(shí)間等因素也將改變影響 LED 的電氣性能。而 LED的光輸出直接與 LED 電流相關(guān)，所以 LED 驅(qū)動(dòng)電路在輸入電壓和環(huán)境溫度等因素發(fā)生變動(dòng)的情況下最好能控制 LED 電流的大小。否則，LED 的光輸出將隨輸入電壓和溫度等因素變化而變化，并且，若 LED 電流失控，LED 長(zhǎng)期工作在大電流下將影響 LED 的可靠性和壽命，并有可能失效。 （ LED ： Light Emitting Diode） 已日趨在固體顯示中占 主導(dǎo)地位。 LED 之所以受到廣泛重視而得到迅速發(fā)展，是與它本身所具有的優(yōu)點(diǎn)分不開的。這些優(yōu)點(diǎn)概括起來是：高亮度、工作電壓低、功耗小、小型化而與集成電路匹配，目前應(yīng)用最廣的是紅色、綠色、黃色 LED。而藍(lán)色和純綠色 LED 的開發(fā)已經(jīng)達(dá)到了實(shí)用階段。從顯示方面講， LED 可以顯示文字、數(shù)字（數(shù)碼管），也可以顯示圖形圖象（ LED 矩陣模塊），從應(yīng)用方面， LED 顯示即可以用于室內(nèi)環(huán)境，也可以用于室外環(huán)境。 74HC595 介紹 每個(gè)漢字需要 4 個(gè) 8*8 的 LED 點(diǎn)陣，要想實(shí)現(xiàn) 8 行掃描驅(qū)動(dòng)，上下 2 行只使用了 1 個(gè) 74HC595 接到 LED 點(diǎn)陣模塊上，而每個(gè)漢字是按照 16*16 取模，所以需要 2 個(gè) 74HC595 來驅(qū)動(dòng)一個(gè)漢字，我的電路設(shè)計(jì)的是 8 個(gè)漢字，所以需要8*2=16 個(gè) 74HC595 來實(shí)現(xiàn) 8 行掃描顯示。設(shè)計(jì)好的列驅(qū)動(dòng)電路的部分如下 （ 圖） 所示： 圖 列驅(qū)動(dòng)部分電路圖 串入并出移位寄存器 74HC595 列驅(qū)動(dòng)電路由集成電路 74HC595 構(gòu)成。它具有一個(gè) 8 位串入并出的移位寄存器和一個(gè) 8 位輸出鎖存器，而且移位寄存器和輸出鎖存器的控制是各自獨(dú)立的，可以實(shí)現(xiàn)在顯示本行各列數(shù)據(jù)的同時(shí)，傳送下一行的列數(shù) 據(jù)，即達(dá)到數(shù)據(jù)準(zhǔn)備的目的。 圖 74HC595 外形及內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu) 74HC595 的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如 （ 圖 ） 所示。它的輸入端有 8 個(gè)串行移位寄存器，每個(gè)移位寄存器的輸出都連接一個(gè)輸出鎖存器。引腳 SI 是串行數(shù)據(jù)的輸入端。引腳 SCK 是移位寄存器的移位時(shí)鐘脈沖，在其上升沿發(fā)生移位，并將SI的下一個(gè)數(shù)據(jù)輸入最低位。移位后的各位信號(hào)出現(xiàn)在各移位寄存器的輸出端，也就是輸出鎖存器的輸入端。 RCK 是輸出鎖存器的輸入信號(hào)，其上升沿將移位寄存器的輸出輸入到輸出鎖存器。引腳 G 是輸出三態(tài)門的開放信號(hào)，只有當(dāng)其為低時(shí)鎖存 器的輸出才開放，否則輸出端為高阻狀態(tài)。 SCLR 信號(hào)是移位寄存器的清 0 輸入端，當(dāng)其為低時(shí)移位寄存器的輸出全部為 0。由于 SCK 和 RCK 兩個(gè)信號(hào)是互相獨(dú)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(jí)聯(lián)應(yīng)用時(shí)向上一級(jí)的級(jí)聯(lián)輸出。但因 QH 受輸出鎖存器輸 入 控制，所以還從輸出鎖存器前引出了 QH’，作為與移位寄存器完全同步的級(jí)聯(lián)輸出。 由 74HC595 在 （ 25℃ ），可以達(dá)到 21MHz 以上的時(shí)鐘頻率，而我們采用的 89S51 的時(shí)鐘頻率只有 24MHz，串口方式 0 的時(shí)鐘頻率只有fosc/12=2MHz，所以 74HC595 完全勝任；由于 74HC595 輸出高電平時(shí)每個(gè)管腳的驅(qū)動(dòng)電流只有 20mA，而每個(gè) LED 發(fā)光管的驅(qū)動(dòng)電流也是 20mA，要是 8 個(gè)發(fā)光管同時(shí)輪流點(diǎn)亮的時(shí)候瞬間電流必定大于 20mA，所以我們采用是采用吸收電流的方式直驅(qū) LED 發(fā)光管。 行驅(qū)動(dòng)電路 本設(shè)計(jì)采用的是行驅(qū)動(dòng)電路，主要是將輸入的信號(hào)通過 3/8 譯碼器譯碼后，再通過 TIP127 擴(kuò)流以驅(qū)動(dòng) LED 點(diǎn)亮，然后再進(jìn)行行掃描來達(dá)到動(dòng)態(tài)顯示的目的。 3— 8 線譯碼器 74LS138 為 防止直接驅(qū)動(dòng)損壞單片機(jī)以及隔離外界干擾信號(hào)， 所以 使用了 74LS138這個(gè) 3— 8 譯碼器作為行選 通的 芯片。 74LS138 譯碼器的引腳圖，邏輯圖及真值表如下 （ 圖 ） 、 （表 ） 所示： 圖 74LS138 的外部引腳圖以及內(nèi)部原理圖 表 3 線 8 線譯碼器 74LS138 的真值表 由上看以看出，只要在信號(hào)輸入端 A， B， C 輸入特定組合的 0 的組合序列，就可以在輸出端輪只有一個(gè)流輸出低電壓 0，這樣我們就可以有選擇的控制行電路。 大電流達(dá)林頓管 TIP127 TIP127 是一種大功率的 PNP 型達(dá)林頓管，其主要目的在于 LED 的列 驅(qū) 動(dòng)電路做擴(kuò)流作用。我們知道按每一 LED 器件 20mA 電流計(jì)算， 64（ 8*8）個(gè) LED同時(shí)點(diǎn)亮?xí)r，需要 1280mA 即 電流，所以選用 TIP127 作為驅(qū)動(dòng)管，它的最大工作電流可達(dá) 10A，所以不需要加散熱既可穩(wěn)定工作。它的原理圖如下 （ 圖） 所示 ： 圖 TIP127 的內(nèi)部原理圖 位數(shù)據(jù)緩沖器 74LS244 我們?yōu)榱烁綦x外界的干擾信號(hào)，使用了 74LS244 八位數(shù)據(jù)緩沖器。因?yàn)槿魏螘r(shí)候 74HC595 里面的數(shù)據(jù)是不確定的，只要顯示屏只要稍微有一點(diǎn)外界干擾，導(dǎo)致 74LS138 使能端 E 變低， 74LS138 就是會(huì)有輸出信號(hào)的（通過它的真值表可以看到全 0 全 1 都有一行是被選中輸出低電位的）， TIP127 被電阻拉到高電平這樣顯示屏就顯示一些不確定的圖案，就不符合我們的設(shè)計(jì)要求了。74LS244 是一個(gè)常用的八緩沖器，它的管腳圖以及控制表如 （ 圖 ） 所示： 圖 74LS244 的外部管腳圖及門控制端的真值表 LED 點(diǎn)陣屏 的輸入輸出端口 對(duì)于整 個(gè) LED 點(diǎn)陣屏，從單片機(jī)的 I/O 口輸入時(shí)，是先接入到 74HC244 的，為的是讓數(shù)據(jù)起到緩沖的作用。因?yàn)榭紤]到當(dāng)需要多個(gè)這樣的 顯示 8 位 漢字的 LED 點(diǎn)陣屏顯示時(shí)，必須將幾個(gè)這樣的 LED 點(diǎn)陣屏級(jí)連。所以每個(gè) LED 點(diǎn)陣屏都留有輸出端。其電路如 （圖 ） ： 圖 級(jí)聯(lián)端口 U1:5 代表高低位 138 的 G2B， U2:45 代表低位 138 的 G2A 和 G2B, U1:4 代表高低位 138 的 G2A,高位 138 的 G1 已接高電平，而低位 138的 G1 用 U2:6 來表示。 圖 LED 屏的輸出端口 圖 LED 屏的輸入端口 漢字顯示的原理 我們以 UCDOS 中文宋體字庫為例，每一個(gè)字由 16 行 16 列的點(diǎn)陣組