【文章內(nèi)容簡介】 宏晶科技生產(chǎn) 的STC12C 高速單片機 系列的 STC12C5A60S2 單片機 ， 其管腳與傳統(tǒng) 51 系列單片機完全 中央處理器 LED 點陣電子 顯示屏 鍵 盤 溫度傳感器 紅外接收 時鐘電路 報警電路 桂林電子 科技大學畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 第 5 頁 共 36 頁 兼容 ， 所以 使用的編譯器和指令代碼都和傳統(tǒng) 51 單片機相同。 其速度是傳統(tǒng) 51 單片機的 8～ 12 倍。 其引腳圖如 圖 23 所示 ： 圖 23 STC12C5A60S2 系列單片機引腳圖 它包含了 中央處理器（ CPU）、 60K 程序存儲器、 1280 字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器、定時 /計數(shù)器、UART 串口、串口 I/O 接口、高速 A/D 轉(zhuǎn)換、 SPI 接口、 PCA、看門口 及片內(nèi) R/C 振蕩器和外部晶體振蕩器電路等模塊 ，還增加了 P4 口。 STC12C5A60S2 系列單片機幾乎包含了數(shù)據(jù)采集和控制中所需的所有單元模塊，可以稱得上一個片上系統(tǒng)。 對于 LED 點陣 屏的應(yīng)用需要 來說 ， 采用 STC12C5A60S2 高速 單片機 比傳統(tǒng) 51 單片機 有以下突出的優(yōu)點： （ 1） 較高的處理速度和時鐘頻率， 能解決 LED 點陣顯示屏的閃爍問題 。 （ 2） 60K 大容量的程序存儲器，避免了外接外部存儲器，從而減少 設(shè)計成本，也簡化了外部電路 的設(shè)計 。 （ 3） 電壓范圍 寬 ， 即使 負載端電壓的波動 也 不會影響 點陣 屏的 正常運行。 （ 4） 豐富的 I/O 接 口， 不用外接 I/O 口拓展芯片也可以增加更多輔助功能，同時也降低 了設(shè)計 成本。 顯示電路 模塊 設(shè)計 在顯示電路 中 ， 主要 由 行掃描元件、列 驅(qū)動 元件、驅(qū)動元件及 LED 點陣模塊組成 。整體顯示框圖如圖 24 所示： 圖 24 系統(tǒng)顯示 模塊 框圖 16x64 點陣顯示屏 列驅(qū)動器 行掃描器 行驅(qū)動器 主控制單元 桂林電子 科技大學畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 第 6 頁 共 36 頁 LED 點陣模塊 LED 顯示屏是將發(fā)光二級管按行 和 按列 整齊布局的 ， 掃描驅(qū)動方式可以按行掃描按列控制，也可以按列掃描按行控制。 本文設(shè)計的 16x64 點陣顯示屏 可以先由四個 8x8 點陣模塊構(gòu)成 16x16 點陣顯示屏， 其連接方法如圖 25 所示： 圖 25 16x16 點陣顯示器連接圖 在圖 25 中 ， 將 A 和 B 的 8 列 與 C 和 D 的 8 列分別對應(yīng)相連 ，同時 將 A 和 C 的 8行與 B 和 D 的 8 行分別對應(yīng)相連 。 這樣 即可 構(gòu) 成一個 16x16 點陣顯示器 ，可將這 256個 LED 稱為 一個最小顯示單元，當要顯示 某 個 字或 字符時，只需要對這個單元中對應(yīng)的 LED 進行亮滅控制即可。 要制作 16x64 點陣顯示器， 可以由 4 個 16x16 點陣顯示器用同樣的方法連接而成。 行 掃描 驅(qū)動電路設(shè)計 在 16x64 點陣顯示屏中， 為 降低設(shè)計成本、 減少單片機接口 的浪費 ，充分利用 I/O口 ，本 電路 設(shè)計用到了 一 塊 416 線譯碼器 74HC154。 其 行掃描 電路 與行驅(qū)動三極管 連接 如圖 26 所示 ： 圖 26 74HC154 行掃描驅(qū)動電路連接圖 桂林電子 科技大學畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 第 7 頁 共 36 頁 74HC154 是一款高速 CMOS 器件， 74HC154 引腳兼容低功耗肖特基 TTL(LSTTL)系列。 74HC154 的兩個輸入使能門電路可用于 譯碼器 選通 ， 以消除輸出端上的通常譯碼“假信號”，也可用于譯碼器擴展。該使能門電路包含兩個“邏輯與” 輸入，必須置為低以 使 使能輸出端 有效 。 74HC154 這種單片 416 線譯碼器非常 適用于高性能存儲器的譯碼器 。 將 兩個選通輸入 G1 和 G2 為低， 然后以 A、 B、 C、 D 四腳為輸入端 ，這 就會形成 16 種不同的輸入狀態(tài)，分別為 0000～ 1111， 然后使每種狀態(tài)只控制一路輸出，即有 16 路輸出。 本設(shè)計行掃描采用的工作方式是： 單片機的 P2 口不斷向單片機發(fā)送數(shù)據(jù)，74HC154 不斷的接收數(shù)據(jù)并且存儲起來，待到 74HC154 寄存器轉(zhuǎn)滿 16 位數(shù)據(jù)的時候，再通過并行輸出把數(shù)據(jù)傳給點陣顯示屏，發(fā)送 給點陣 屏 的 16 位信號與 74HC595 芯片發(fā)送的 16 位列信號‘結(jié)合’從而產(chǎn)生一個漢字或其他別的圖形通過點陣顯示出來。 如果一行 64 個 LED 全部 被 點亮， 每只 LED 工作電流取 15mA。 則通過 74HC154的電流將 達 960 mA，而實際上， 74HC154 譯碼器提供不了足夠的電流來同時 點亮 64 個LED。 因此，應(yīng)在 74HC154 每一路輸出端與 16x64 點陣顯示 屏 對應(yīng)的每一行之間用一個 三極管來將電流信號放大 ， 從而達到點亮全部 LED 的要求。 本 設(shè)計 選用的是 大電流三極管 SS8550。 這樣， 74HC154 某一輸出腳 為低電平時 ，對應(yīng)的三極管 發(fā)射極為高電平，從 而使點陣顯示 屏 的對應(yīng)行也為高電平 ，只要此時某一列 置 為低電平，對應(yīng)的 LED就會被點亮 ，從而實現(xiàn)顯示所 想顯示 的文字 。 在行驅(qū) 動電路 設(shè)計 中， 要確定各元件的參數(shù)，就 需要進行電路元件參數(shù) 的 計算 ，以LED 工作電流 為例， 假設(shè)整個 LED 點陣 顯示屏在極端情況下使用，即 每一行的 LED 全部被點亮，每一行 LED 的個數(shù)為 64 個， 普通 LED 的安全工作電流在 5～ 20mA 之間，為獲得較高亮度，又要 使 其工作壽命 可以很長 。 所以， 本設(shè)計中 定 每只 LED 工作電流為 15mA。 當一行的 LED 全部點亮時，有： 總電流 ： I= IC=64A=； 三極 管的功耗： Pc=ICV CE ==； 從 STC 單片機 官方 提供的數(shù)據(jù)可知 STC12C 系列單片機的每個 I/O 口能獨立承受20mA 的灌電流， 即能夠給基極提供 20mA 的偏置電流。根據(jù)上述集電極電流和基極電流的比值，可計算出行掃描驅(qū)動三極管的直流電流放大系數(shù) β。 直流電流放大系數(shù) : β ≥IC/Ib =； 從 SS8550 的官方數(shù)據(jù)手冊上可知： 最大集電極電流 ： Ic=； 最大集電極耗散功率 ： Pc=1W； 直流電流放大系數(shù)： β=40~140； 故本設(shè)計中選取三極管 SS8550 符合 設(shè)計 要求 ， 本設(shè)計 β取 50。 因此，根據(jù) β可以確定基極電流 Ib 和基極 的 限流電阻 R 分別 為： 基極電流： Ib=≈ 19mA。 則基極限流電阻： R=(VC﹣ Vbe)/ Ib=(5V﹣ )/19mA=226Ω。 桂林電子 科技大學畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 第 8 頁 共 36 頁 本次 設(shè)計 中取 基極限流電阻 值為 200Ω。 列驅(qū)動電路設(shè)計 列掃描電路采用集成電路 74HC595 移位寄存器， 其 管 腳如圖 27 所示。 圖 27 74HC595 管腳圖 74HC595 是 8 位串行輸入 /輸出或者并行 輸出移位寄存器，具有高阻關(guān)斷狀態(tài) ， 具備三態(tài)的總線輸出 功能 。 其中 DS 為列移位寄存器的 數(shù)據(jù) 輸入， SHcp 是移位時鐘， STcp為鎖存時鐘 ， Q7’ 是串行輸入數(shù)據(jù)的輸出 口， OE 是對輸入數(shù)據(jù)的輸出使能控制， Q1～Q7 是串行輸入數(shù)據(jù)的并行輸出口 。 移位寄存器有一個 串行移位輸入 （ DS） 和一個串行輸出 （ Q7’ ） 及 一個異步的低電平復位 。 從 DS 口輸入的數(shù)據(jù)可在移位寄存器的 SHcp腳上升沿的作用下 輸入到 74HC595 中 ， 并在 STcp 腳的上升沿作用下將 輸入的數(shù)據(jù)鎖存在 74HC595 中， 當 OE 為低電平 時，存儲寄存器的數(shù)據(jù)輸出到總線。 為了避免與 PC 機串口輸入的數(shù)據(jù)相互干擾， 設(shè)計中 使用模擬串口 ～ 來 連接 輸出串行數(shù)據(jù)、移位時鐘 SHcp、 鎖存 信號 STcp。 設(shè)計電路中， 每個 16x16 點陣 的列驅(qū)動電路由兩個串聯(lián)的8 位移位寄存器 74HC595 組成 ， 則 16x64 點陣需要八片 74HC595 芯片 。 其掃描顯示工作過程是： 將 8片 74HC595進行級連，可共用一個移位時鐘 SCHcp及數(shù)據(jù)鎖存信號 STcp。這樣，當?shù)谝恍行枰@示的數(shù)據(jù)經(jīng)過 64 個 SCHcp 時鐘后便可將其全部移入 74HC595中，此時還將產(chǎn)生一個數(shù)據(jù)鎖存信號 STcp 將數(shù)據(jù)鎖存在 74HC595 中，并在使能信號OE 的作用下，使串入數(shù)據(jù)并行輸出；同時由行掃描控制電路產(chǎn)生信號使第一行掃描管導通，相當于第一行 LED 的正端都接高，顯然第一行 LED 管的亮滅就 取決于 74HC595中的鎖存信號；此外，在第一行 LED 管點亮的同時，再在 74HC595 中移入第二行需要顯示的數(shù)據(jù)，隨后將其鎖存，同 時由行掃描控制電路將第一行掃描管關(guān)閉而接通第二行，使第二行 LED 管點亮，以 此類推，當?shù)谑袙呙柽^后再回到第一行，這樣，只要掃描 頻率 足夠高，就可形成一幅完整的文字或圖像。 桂林電子 科技大學畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 第 9 頁 共 36 頁 溫度 電路模塊 設(shè)計 為了增加 LED 顯示屏的實用性，本設(shè)計 增加了溫度檢測模塊，溫度傳感器采用數(shù)字式 的 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器。 DS18B20 是 DALLAS 公司生產(chǎn)的一款“單總線”溫度傳感器，它采用獨特的 單總線接口方式，僅需要一個端口發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。用 DS18B20采樣溫度，將溫度顯示在 LED 屏上，是一種很好的顯示方式，同時也節(jié)省了單片機資源。 DS18B20 獨特的單線接口方式， 它 在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊。 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成： 64 位 光刻 ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL、配置寄存器。 DS18B20 可以采用寄生電源方式工作，從單總線吸取能力，在信號處于高電平期間把電量存儲在內(nèi)部電容里，在信號線處于低電平期間消耗電容上的電能工 作，直到高電平到來再給寄生電源（電容）充電。 DS18B20 也可以 用外部 3V～ 電源供電 ，采用寄生電源供電方式時， VDD必須接地。另外為了得到足夠的工作電流，應(yīng)給 I/O 口提供一個強上拉，一般可以使用一個場效應(yīng)管 將 I/O 口直接拉到電源上。采用外部供電方式時可以不用強上拉，但只要外部電源處于工作狀態(tài)， GND 引腳不得懸空。溫度高于 100℃ 時，不得使用寄生電源，應(yīng)采用外部電源供電。 DS18B20 的工作時序 ： DS18B20 簡單的硬件接口是以相對復雜的編程軟件為代價的。 DS18B20 與 STC12C5A60S2 單 片機的接口協(xié)議是通過嚴格的時序來實現(xiàn)的，每次進行傳送數(shù)據(jù)或命令都是由一系列的時序信號組成的。 單總線上一共有 3 種時序信號：初始化信號； 寫 0、 1 信號； 讀 0、 1 信號，與 之對應(yīng)的時序圖如圖 28 所示： 圖 28 DS18B20 的工作時序圖 桂林電子 科技大學畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 第 10 頁 共 36 頁 DS18B20 的性能特點： （ 1） 單線總線傳輸方式，只需要 1 根端口線與主機通信； （ 2） 每只 DS18B20 內(nèi)部都有一個唯一的 64 位編碼； （ 3） 每個主機 I/O 口可并聯(lián)多個 DS18B20，簡化了多點測溫系統(tǒng)的設(shè)計； （ 4） 不需要外圍硬件電路支持； （ 5） 當工作在寄生供電 模式時， 數(shù)據(jù)線可兼作電源線使用，即每個傳感器僅需 2 條連接線，工作電 壓為 ～ ； （ 6） 測量范圍 從 55℃ 到 +125℃ ，其中在 10～ +85℃范圍內(nèi) 精度為177。 ℃ 。 （ 7） 可通過軟件設(shè)定 9～ 12 位溫度分辨率，分別對應(yīng) ℃ 、 ℃ 、 ℃ 、 ℃的分辨率 ； （ 8） 轉(zhuǎn)換速度會隨著設(shè)置分辨率增高而降低，當設(shè)置成 12 位分辨率時，數(shù)字溫度轉(zhuǎn)換值可在 750ms 內(nèi)完成 ； （ 9） 可通過軟件自行設(shè)定非易失性報警上、下限值，且通過發(fā)送報警搜索命令識別具體溫度超限 DS18B20 的編號。 在本設(shè) 計中，由于顯示屏顯示有限，故只取整數(shù)部分， 其電路連接如圖 29 所示： 圖 29 DS18B20 硬件連接圖 在整個電路中， DS18B20 充當?shù)氖菑臋C的角色，而單片機是主機，單片機控制DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換必須按照 DS18B20 的命令流程。 單片機通過一線總線訪問DS18B20 大概 經(jīng)過 三個 步驟： 首先 初始化，然后發(fā) skip 命令（ CCH） ，在單點溫度檢測系統(tǒng)