【文章內容簡介】 當數 Intel公司的 MCS— 51系列。MCS— 51 系列是在 MCS— 48 系列的基礎上于 80 年代發(fā)展起來的，雖然它仍然是 8 位單片機，但其功能較 MCS— 48 有很大的增強。此外，它還具有品種全，兼容性強，軟硬件資源豐富的特點，因此應用較為廣泛，成為繼 MCS— 48 之后最重要的單片機品種。直到現在， MCS— 51仍不失為一種單片機是主流芯片。 在 8位單片機之后， 16 位的單片機也有很大 的發(fā)展。例如， 1983 年 Intel 公司的MCS— 96 系列單片機就是其中的典型代表。與 MCS— 51 相比， MCS— 96 不但字長增加了一倍，而且還具有 4路或 8路的 10 位的 A/D 轉換功能。此外，在其他性能方面也有一定的提高。 在單片機的基礎上發(fā)展起來的嵌入式系統(tǒng)已成功進入商業(yè)市場。嵌入式計算機系統(tǒng)是以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟，硬件可裁減，適應應用系統(tǒng)對功能，可靠性，成本，體積，功耗等嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。 1981 年， Ready Systen 開發(fā)出世界上第一個商業(yè)嵌入式實時內核，這個實時內核包含了許多傳 統(tǒng)操作系統(tǒng)的特征，包括任務間通信，同步與相互排斥，中斷支持，內存管理等功能。此后一些公司也紛紛推出了自己的嵌入式操作系統(tǒng)，這些嵌入式操作系統(tǒng)都具有嵌入式的典型特點：它們均采用占先式的調度，響應時間短，任務執(zhí)行的時間可以確定；系統(tǒng)內核很小，具有可裁減性。可擴充性和可移植性，可移植到各種處理器上，較強的實時性和可靠性。適合嵌入式應用。如今，實時內核逐漸發(fā)展為多任務操作系統(tǒng)，并作為一種軟件平臺逐步成為目前國際嵌入式系統(tǒng)的主流。 2 嵌入式系統(tǒng)由軟件和硬件兩大部分組成。從硬件方面來講。嵌入式系統(tǒng)的核心部件是嵌入式處理器 。據不完全統(tǒng)計，全世界嵌入式處理器的品種數量已經超過 1000 多種，其中 8051 體系占大多數。嵌入式系統(tǒng)的軟件一般由嵌入式操作系統(tǒng)和應用軟件組成。操作系統(tǒng)是連接計算機硬件與應用程序的系統(tǒng)程序。操作系統(tǒng)有兩個基本功能：使計算機硬件便于使用，高效組織和正確使用計算機系統(tǒng)。 如今，嵌入式系統(tǒng)主要應用于工業(yè)控制，交通管理，信息家電，家庭智能管理系統(tǒng)，POS 網絡及電子商務，環(huán)境監(jiān)測，機器人等領域。 單片機具有以下特點： 1）小巧靈活，成本低，易于產品化。它能方便的組合成各種智能化的控制設備及各種智能儀器與儀表。 2） 面向控制，能針對性的解決從簡單到復雜的各類控制任務，因而能獲得最佳的價格性能比。 3）抗干擾能力強，適應溫度范圍寬，在各種惡劣環(huán)境下都能可靠性工作，這是其它機種無法比擬的。 4）可以很方便的實現多機和分布控制。使整個控制系統(tǒng)的效率和可靠性大幅度提高。 單片機具有體積小、功耗低，價格便宜等優(yōu)點，近年來還還開發(fā)了一些以單片機母片為核（如 80C51），在 片中嵌入更多功能的專用型單片機（或者叫專用微控制器），因此單片機在計算機控制領域中應用越來越廣泛。 STC89C51 是 STC51 系列單片機的一個產品。 STC51 系列單片機是 深圳宏晶 公司推出的通用型 51 單片機，在本設計中我選用的是 STC89C52。 單片機編程概述 本設計采用的是 C語言編程，所以下面我對 C 語言及其特點做一些簡介。 C語言是由 B語言基礎上發(fā)展起來的高級語言 ，屬于一種面向過程的編程語言。在單片機的編程發(fā)展史上看，由最初的可讀性差、編程難度大的機器語言發(fā)展到 ，相對可讀性較強、編程難度稍小的匯編語言，再由匯編語言發(fā)展到可讀性及可移植性皆強的 C 語言 。與機器語言、匯編語言比起來， C 語言有這么幾個特點： （ 1）、語言簡介、緊湊，使用方便、靈活。 C 語言一共只有 32個關鍵字， 9種控制語句，程序書寫形式自由，主要用小寫字母表示，壓縮了一切不必要的成分。 （ 2）、運算符豐富。 C 的運算符包含的范圍很廣泛，共有 34 種運算符。 C 把括號、賦值、強制類型轉換等都作為運算符處理，從而使 C的運算類型極其豐富，表達式類型多樣化。 （ 3）、數據結構豐富，具有現代化語言的各種數據結構。 C 的數據類型有整型、實型、字符型、數組類型、指針類型等。能用來實現各種復雜的數據結構的運算。 （ 4）、具有結構化的控制 語句，用函數作為程序的模塊單位，便于實現程序的模塊化。 （ 5）、語法限制不太 嚴格，程序設計自由度大。 3 LED 點陣數據顯示屏概述 LED的簡介及點陣的概述 LED 是英文 light emitting diode（發(fā)光二極管）的縮寫，發(fā)光二極管的核心部分是由 p 型半導體和 n 型半導體組成的晶片，在 p 型半導體和 n 型半導體之間有一個過度層 pn結，注入的少數載流子復合時會把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉換為光能。 LED 在我們日常生活的電器中隨處可見，極為普通也廣為人知。 LED 具有效率高、光線質量高、能耗小、壽命長等特點，主要可用于平面顯示領域 、便攜設備顯示屏、照明以及紅外線 LED領域等下游應用產品市場。 與傳統(tǒng)的照明工具相比， LED 照明產品，尤其是氮化鎵基（ GaN）白光 LED 照明光源體積小、重量輕、方向性好并可耐各種惡劣條件，在功耗、壽命以及環(huán)保等方面均有不可比擬的優(yōu)越 性。 LED 點陣顯示器，以發(fā)光二極管為像素，它用高亮度發(fā)光二極管芯陣列組合后，環(huán)氧樹脂和塑模封裝而成。具有高亮度、功耗低、引腳少、視角大、壽命長、耐濕、耐冷熱、耐腐蝕等特點。點陣顯示器有單色和雙色兩類，可顯示紅，黃，綠，橙等。 LED 點陣有 44 、 48 、 57 、 58 、 8 1616 、 2424 、 4040 等多種； 根據像素的數目分為等，雙基色、三基色等，根據像素顏色的不同所顯示的文字、圖象等內容的顏色也不同，單基色點陣只能顯示固定色彩如紅、綠、黃等單色，雙基色和三基色點陣顯示內容的顏色由像素內不同顏色發(fā)光二極管點亮組合方式決定，如紅綠都亮時可顯示黃色，如果按照脈沖方式控制二極管的點亮時間，則可實現 256 或更高級灰度顯示，即可實現真彩色顯示。圖 15 示出幾種 LED 點陣顯示器的內部電路結構和外型規(guī)格，其它型號點陣的結構與引腳可試驗獲得。 LED 點陣顯示器單塊使用時，既可代 替數碼管顯示數字，也可顯示各種中西文字及符號．如 5 x 7 點陣顯示器用于顯示西文字母． 58 點陣顯示器用于顯示中西文， 8 x 8點陣用于顯示中文文字，也可用于圖形顯示。用多塊點陣顯示器組合則可構成大屏幕顯示器，但這類實用裝置常通過微機或單片機控制驅動。 LED點陣數據顯示屏的前景和發(fā)展 LED電子顯示屏是隨著計算機及相關的微電子﹑光電子技術的迅猛發(fā)展而形成的一種新型信息顯示媒體。它利用發(fā)光二極管構成的點陣模塊或像素單元組成可變面積的顯示屏幕，以可靠性高、使用壽命長、環(huán)境適應能力強、性能價格比高、 使用成本低等特點，在短短的十來年中，迅速成長為平板顯示的主流產品，在信息顯示領域得到了廣泛的應用。 LED 點陣電子顯示屏是集微電子技術、計算機技術、信息處理技術于一體的大型顯示屏系統(tǒng)。它以其色彩鮮艷，動態(tài)范圍廣，亮度高，壽命長，工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點而成 為眾多顯示媒體以及戶外作業(yè)顯示的理想選擇。同時也可廣泛應用到軍事、車站、賓館、體育、新聞、金融、證券、廣告以及交通運輸等許多行業(yè)。 目前大多數的 LED 點陣顯示系統(tǒng)自帶字庫。其顯示和動態(tài)效果（主要是顯示內容的滾動）的實現主要依靠硬件掃描驅動，該方法雖然比較方 便，但顯示只能按照預先 的設計進行。而實際上經常會遇到一些特殊要求的動態(tài)顯示，比如電梯運行中指示箭頭的上下移動、某些智能儀表幅值的條形顯示、廣告中廠家的商標顯示等。這時 一般的顯示系統(tǒng)就很難達到要求。另外，由于受到存儲器本身的局限，其特殊字符或圖案也往往 4 難以顯示，同時顯示內容也不能隨意更改。本文提出一種利用 PC 機 和單片機控制的LED 顯示系統(tǒng)通訊方法。該方法可以對顯示內容（包括漢字和特殊圖符）進行實時控制，從而實現諸如閃動、滾動、打字等多種動態(tài)顯示效果。該 方法同時還可以調節(jié)動態(tài)顯示的速度，同時用戶也可以在 PC 機上進行顯示效果的預覽，顯示內容亦可以即時修改。另外，通過標準的 RS232／ 485 轉換模塊還可以實現對顯示系統(tǒng)的遠程控制。 在我國改革開放之后，特別是進入 90 年代國民經濟高速增長，對公眾場合發(fā)布信息的需求日益強烈， LED顯示屏的出現正好適應了這一市場形勢，因而在 LED 顯示屏的設計制造技術與應用水平上都得到了迅速的提高，生產也得到了迅速的發(fā)展，并逐步形成產業(yè)，成為光電子行業(yè)的新興產業(yè)領域 。 二 、 硬件介紹 LED 點陣數碼顯示屏是由 4 個 8X8 的 LED1588 點陣塊組成，以 STC89C52 單片機為控制 核心。顯示屏的其他主要硬件有：（ 1） 4 線 16 線譯碼器 74LS154，作為 LED 的列線掃描輸入；（ 2） 晶振一個，作為單片機的時鐘信號；（ 3） USB 轉串口 轉換器 PL2303；（ 4） I2C協議儲存模塊 AT24C512 作為字模數據儲存。 STC89C52 單片機 STC89C52 是深圳宏晶公司 51 系列單片機中最基本的產品， 它采用可靠的 CHMOS 工藝技術制造的高性能 8位單片機，屬于標準的 MCU 的 HCMOS 產品。 它結合了 HMOS 的高速和高密度技術及 CHMOS 的低功耗特征，它繼承和擴展了 MCS48 單片機的體系結構和指令系統(tǒng)。 STC89C52 內置中央處理單元、 128 字節(jié)內部數據存儲器 RAM、 32 個雙向輸入 /輸出 (I/O)口、 2 個 16 位定時 /計數器和 5 個兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內時鐘振蕩電路。 此外， STC89C52還可工作于低功耗模式，可通過兩種軟件選擇空閑和掉電模式。在空閑模式下凍結 CPU 而 RAM定時器、串行口和中斷系統(tǒng)維持其功能。掉電模式下，保存 RAM 數據，時鐘振蕩停止，同時停止芯片內其它功能。 STC89C52 有 PDIP(40pin)和PLCC(44pin)兩種 封裝形式。 ? 主 要功能特性 標準 MCS51 內核和指令系統(tǒng) 4kB 內部 ROM（外部可擴展至 64kB） 32 個可編程雙向 I/O 口 128x8bit 內部 RAM(可擴充 64kB 外部存儲器 ) 2 個 16 位可編程定時 /計數器 時鐘頻率 016MHz 5 個中斷源 工作電壓 可編程全雙工串行通信口 布爾處理器 2 層優(yōu)先級中斷結構 電源空閑和掉電模式 快速脈沖編程 2 層程序加密位 PDIP 和 PLCC 封裝形式 兼容 TTL 和 CMOS 邏輯電平 5 STC89C52 單片機的內部結構 STC89C52單片機包含中央處理器、程序存儲器 (ROM)、數據存儲器 (RAM)、定時 /計數器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數據總線、地址總線和控制總線等三大總線，現在我們分別加以說明： 中央處理器： 中央處理器 (CPU)是整個單片機的核心部件，是 8 位數據寬度的處理器，能處理 8位二進制數據或代碼， CPU 負責控制、指揮和調度整個單元系統(tǒng)協調的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作 。 數據存儲器 (RAM)： STC89C52 內部有 128個 8位用戶數據存儲單元和 128 個專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數據，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數據，所以，用戶能使用的的 RAM 只有 128 個，可存放讀寫的數據，運算的中間結果或用戶定義的字型表。 程序存儲器 (ROM)： STC89C52共有 8192 個 8位掩膜 ROM，用于存放用戶程序，原始數據或表格。 定時 /計數器 (ROM)： STC89C52 有 三 個 16 位的可編程定時 /計數器，以實現定時或計數產生中斷用于控制程序轉向。 并行輸入輸出 (I/O)口： STC89C52共有 4 組 8 位 I/O 口 (P0、 P P2 或 P3)，用于對外部數據的傳輸。 全雙工串行口： STC89C52 內置一個全雙工串行通信口，用于與其它設備間的串行數據傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當同步移位器使用。 中斷系統(tǒng)： STC89C52具備較完善的中斷功能，有兩個外中斷、兩個定時 /計數器中斷和一個串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有 2級的優(yōu)先級別選擇。 時鐘電路： STC89C52 內置最高頻率達 12MHz 的時鐘電路，用于產生整個單片機運行的脈沖時序，但 8051 單片機需外置振蕩電容。 單片機的結構有兩種類型，一種是程序存儲器和數據存儲器分開的形式，即哈佛(Harvard)結構，另一種是采用通用計算機廣泛使用的程序存儲器與數據存儲器合二為一的結構，即普林斯頓 (Princeton)結構。 INTEL 的 MCS51 系列單片機采用的是哈佛結構的形式，而后續(xù)產品 16 位的 MCS96系列單片機則采用普林斯頓結構。 下圖是 MCU51 系列單片機的內部結構示意圖 。 6 引腳說明 MCU51系列單片機中的 803 805 8751 及 89S51 均采用 40Pin 封裝的雙列直接DIP 結構，右圖是它們的引腳配置， 40個引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根， 4 組 8 位共 32個 I/O 口，中斷口線與 P3口線復用?，F在我們對這些引腳的功能加以說明： Pin20: 接地腳。 Pin40: 正電源腳，正常工作或對片內 EPROM 燒寫程序時，接 +5V 電源。 Pin19: 時鐘 XTAL1 腳，片內振蕩電路的輸入端。 Pin18: 時鐘 XTAL2 腳，片內振蕩電路的輸出端。 STC89C52的時鐘有兩種方式，一種是片內時鐘振蕩方式，但需在 18 和 19 腳外接石英晶體 (212MHz)和振蕩電容，振蕩電容的值一般取 10p30p。另外一種是外部時鐘方式，即將 XTAL1 接地，外部時鐘信號從 XTAL2 腳輸入。 輸入輸出 (I/O)引腳： Pin39Pin32 為 輸入輸出腳， Pin1Pin8為 輸入輸出腳，Pin21Pin28 為 輸入輸出腳， Pin10Pin17 為 輸入輸出腳，這些輸入輸出腳的功能說明將在以下內容闡述。 Pin9: RESET/V pd 復位信號復用腳，當 STC89C51通電，時鐘電路開始工作，在 RESET引腳上出現 24個時鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復位。初始化后，程序計數器 PC指向 0000H， P0P3輸出口全部為高電平，堆棧指鐘寫入 07H，其它專用寄存器被清 “0” 。RESET 由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從 0000H 地址開始執(zhí)行程序。 Pin30: ALE/ 當訪問外部程序器時， ALE(地址鎖存 )的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。而訪問內部程序存儲器時， ALE 端將有一個 1/6 時鐘頻率的正脈沖信號，這個信號可以 7 P101P112P123P134P145P156P167P178RST9P30/RXD10P31/TXD11P32/INT012P33/INT113P34/T014P35/T115P35/WR16P36/RD17XTAL218XTAL119GND20P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/PROG30EA31P0732P0633P0534P0435P0336P0237P0138P0039VCC40用于識別單片機是否工作，也可以當作一個時鐘向外輸出。更有一個特點，當訪問外部程序存儲器， ALE 會跳過一個脈沖。 如果單片機是 EPROM，在編程其間， 將用于輸入編程脈沖。 P