【文章內(nèi)容簡介】 當數(shù) 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(xiàn)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(zhuǎn)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(shù)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(nèi)核，這個實時內(nèi)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(nèi)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(diào)度，響應時間短，任務執(zhí)行的時間可以確定；系統(tǒng)內(nèi)核很小，具有可裁減性?？蓴U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(nèi)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(jù)不完全統(tǒng)計，全世界嵌入式處理器的品種數(shù)量已經(jīng)超過 1000 多種，其中 8051 體系占大多數(shù)。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(wǎng)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(chǎn)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(xiàn)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(chǎn)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(zhuǎn)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(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)豐富，具有現(xiàn)代化語言的各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 C 的數(shù)據(jù)類型有整型、實型、字符型、數(shù)組類型、指針類型等。能用來實現(xiàn)各種復雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的運算。 （ 4）、具有結(jié)構(gòu)化的控制 語句，用函數(shù)作為程序的模塊單位，便于實現(xiàn)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(shù)據(jù)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(jié)，注入的少數(shù)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(zhuǎn)換為光能。 LED 在我們?nèi)粘Ｉ畹碾娖髦须S處可見，極為普通也廣為人知。 LED 具有效率高、光線質(zhì)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(chǎn)品市場。 與傳統(tǒng)的照明工具相比， LED 照明產(chǎn)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(jù)像素的數(shù)目分為等，雙基色、三基色等，根據(jù)像素顏色的不同所顯示的文字、圖象等內(nèi)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(nèi)容的顏色由像素內(nèi)不同顏色發(fā)光二極管點亮組合方式?jīng)Q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(xiàn) 256 或更高級灰度顯示，即可實現(xiàn)真彩色顯示。圖 15 示出幾種 LED 點陣顯示器的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)和外型規(guī)格，其它型號點陣的結(jié)構(gòu)與引腳可試驗獲得。 LED 點陣顯示器單塊使用時，既可代 替數(shù)碼管顯示數(shù)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(gòu)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(qū)動。 LED點陣數(shù)據(jù)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(shù)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(gòu)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(chǎn)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(shù)、計算機技術(shù)、信息處理技術(shù)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?shù)仍S多行業(yè)。 目前大多數(shù)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(nèi)容的滾動）的實現(xiàn)主要依靠硬件掃描驅(qū)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(jīng)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(nèi)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(nèi)容（包括漢字和特殊圖符）進行實時控制，從而實現(xiàn)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(diào)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(nèi)容亦可以即時修改。另外，通過標準的 RS232／ 485 轉(zhuǎn)換模塊還可以實現(xiàn)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(jīng)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(xiàn)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(shù)與應用水平上都得到了迅速的提高，生產(chǎn)也得到了迅速的發(fā)展，并逐步形成產(chǎn)業(yè)，成為光電子行業(yè)的新興產(chǎn)業(yè)領域 。 二 、 硬件介紹 LED 點陣數(shù)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(zhuǎn)串口 轉(zhuǎn)換器 PL2303；（ 4） I2C協(xié)議儲存模塊 AT24C512 作為字模數(shù)據(jù)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(chǎn)品， 它采用可靠的 CHMOS 工藝技術(shù)制造的高性能 8位單片機，屬于標準的 MCU 的 HCMOS 產(chǎn)品。 它結(jié)合了 HMOS 的高速和高密度技術(shù)及 CHMOS 的低功耗特征，它繼承和擴展了 MCS48 單片機的體系結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)。 STC89C52 內(nèi)置中央處理單元、 128 字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器 RAM、 32 個雙向輸入 /輸出 (I/O)口、 2 個 16 位定時 /計數(shù)器和 5 個兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)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(jié) 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(shù)據(jù)，時鐘振蕩停止，同時停止芯片內(nèi)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(nèi)核和指令系統(tǒng) 4kB 內(nèi)部 ROM（外部可擴展至 64kB） 32 個可編程雙向 I/O 口 128x8bit 內(nèi)部 RAM(可擴充 64kB 外部存儲器 ) 2 個 16 位可編程定時 /計數(shù)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(jié)構(gòu) 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(nèi)部結(jié)構(gòu) STC89C52單片機包含中央處理器、程序存儲器 (ROM)、數(shù)據(jù)存儲器 (RAM)、定時 /計數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，現(xiàn)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(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理 8位二進制數(shù)據(jù)或代碼， CPU 負責控制、指揮和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作 。 數(shù)據(jù)存儲器 (RAM)： STC89C52 內(nèi)部有 128個 8位用戶數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的的 RAM 只有 128 個，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運算的中間結(jié)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(shù)據(jù)或表格。 定時 /計數(shù)器 (ROM)： STC89C52 有 三 個 16 位的可編程定時 /計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)的傳輸。 全雙工串行口： STC89C52 內(nèi)置一個全雙工串行通信口，用于與其它設備間的串行數(shù)據(jù)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(shù)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(nèi)置最高頻率達 12MHz 的時鐘電路，用于產(chǎn)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(jié)構(gòu)有兩種類型，一種是程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開的形式，即哈佛(Harvard)結(jié)構(gòu)，另一種是采用通用計算機廣泛使用的程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器合二為一的結(jié)構(gòu)，即普林斯頓 (Princeton)結(jié)構(gòu)。 INTEL 的 MCS51 系列單片機采用的是哈佛結(jié)構(gòu)的形式，而后續(xù)產(chǎn)品 16 位的 MCS96系列單片機則采用普林斯頓結(jié)構(gòu)。 下圖是 MCU51 系列單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，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(xiàn)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?qū)ζ瑑?nèi) EPROM 燒寫程序時，接 +5V 電源。 Pin19: 時鐘 XTAL1 腳，片內(nèi)振蕩電路的輸入端。 Pin18: 時鐘 XTAL2 腳，片內(nèi)振蕩電路的輸出端。 STC89C52的時鐘有兩種方式，一種是片內(nèi)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(nèi)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(xiàn) 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(shù)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(nèi)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