【正文】 映機(jī)。在電子領(lǐng)域中，因?yàn)檫@種動態(tài)掃描顯示方式極大的縮減 了發(fā)光單元的信號線數(shù)量，因此在 LED 顯示技術(shù)中被廣泛使用?，F(xiàn) 簡單 描述一下用動態(tài)掃描顯示的方式，顯示字符 “B” 的過程。其 掃描顯示 過程 見圖 。 圖 用動態(tài)掃描顯示字符 “B” 的過程單片機(jī) 層驅(qū)動器 LED 光立方 列驅(qū)動器 基于單片機(jī)的光立方的設(shè)計(jì) 27 4 系統(tǒng)軟件 方案 設(shè)計(jì) 概述 軟件設(shè)計(jì)包括 按鍵程序、 主程序、 顯示 程序 三大部分 ， 軟件功能結(jié)構(gòu)框圖 見 。 主程序通過調(diào)用按鍵查詢程序來判斷 待顯示的圖案及花樣，主程序則調(diào)用相對應(yīng)的顯示程序送到控制端口。 圖 軟件功能結(jié)構(gòu)框圖 主 程序設(shè)計(jì) 系 統(tǒng)軟件采用 匯編 語言編寫，按 照模塊化的設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì) 程序 。首先分析程序所要實(shí)現(xiàn)的功能，程序要實(shí)現(xiàn) 可 靜態(tài)顯示 、 動態(tài)顯示 、三維立體顯示 。通過 按鍵 控制程序選擇不同的顯示程序進(jìn)行顯示 [14]。主程序的工作流程 見 圖 。 主程序 顯示程序 按鍵 程序 基于單片機(jī)的光立方的設(shè)計(jì) 28 圖 主程序流程圖 程序開始時(shí)首先必須對單片機(jī)進(jìn)行初始化 設(shè)置 ，其中初始化 設(shè)置 的內(nèi)容包括：中斷優(yōu)先級的設(shè)定，中斷初始化， 定時(shí)器初始化，串行通信時(shí)通信方式的選擇和波特率的設(shè)定，各 IO口功能的設(shè)定等。把各子程序?qū)憺橐粋€(gè)可單獨(dú)執(zhí)行的完整 子 程序 段 。各子程序編譯沒有錯誤后再 下載到 單片機(jī)進(jìn)行 仿真 驗(yàn)證，這兩項(xiàng) 都通過后再將所有的程序整合到一起 ， 形成一個(gè)完整的程序再進(jìn)行編譯和 仿真 驗(yàn)證。 顯示程序的設(shè)計(jì) LED 顯示屏的 數(shù)據(jù)傳送 動態(tài)掃描顯示是把整個(gè) LED 屏幕分成若干部分，每一幅畫面 顯示過程 是顯示完一部分后，又顯示第二部分 ?? 直到顯示完最后一部分又重新開始顯示第一部分，重復(fù)循環(huán)進(jìn)行 。 在重復(fù)掃描速度足夠快的情況下，我們看到的就是 一幅穩(wěn)定的 靜態(tài) 畫面 。 也就是說采用動態(tài)掃描顯示需要不斷進(jìn)行畫面的刷新 。 動態(tài)掃描分為行掃描和列掃描 ， 兩種方式區(qū)別在于選通端和數(shù)據(jù)輸入端分別是行還是列。先選通列然后再從行送入對應(yīng)列的 數(shù)據(jù)，這樣從第 1 列到第 8 列循環(huán)往復(fù)，只要切換的速度足夠的快利用人眼的延時(shí)特性就可以看見一幅穩(wěn)定的畫面 [15]。 顯示程序的設(shè)計(jì) 顯示采用的是 掃描 顯示方式，選通一列后按照列 對應(yīng)的 數(shù)據(jù) 表 的數(shù)據(jù) 第 i 列對應(yīng)的 列 數(shù)據(jù)為數(shù)組中的第 i 和第 i+7 個(gè)元素。將對應(yīng)數(shù)據(jù) 由低至高位依次從 控制 端口輸出 顯示。 向右邏輯移位所得結(jié)果通過單片機(jī)端口輸出到 鎖存器 ， 通過片選需要顯示對應(yīng)的 鎖存器 在輸出顯示 。如此依次循環(huán)選通各列來顯示所需畫面。 基于單片機(jī)的光立方的設(shè)計(jì) 29 動態(tài)顯示程序流程 圖見 。 把 顯示的數(shù)據(jù)送到 P0 口，相應(yīng)的鎖存器接收數(shù)據(jù)，再把 片選 鎖存器的數(shù)據(jù)送到端口，相應(yīng)鎖存器接收數(shù)據(jù)并鎖存輸出顯示，接著把下一組數(shù)據(jù)送到 P0 口，改變片選鎖存器的數(shù)據(jù)，送到相應(yīng)鎖存器輸出顯示，直到把所有的數(shù)據(jù)局輸出傳送完畢后，顯示完成后，退出 顯示程序，等待指令。輸出形式多種多樣，可以靜態(tài)輸出圖案，也可以動態(tài)、左移、右移、循環(huán)等花樣顯示。 Y N 顯示數(shù)據(jù)送 P0 選通列，送鎖存器輸出 送下一列數(shù)據(jù)，選通信號左移 左移次數(shù) 8 顯示完成后 程序初始化 開 始 子程序返回 基于單片機(jī)的光立方的設(shè)計(jì) 30 圖 顯示程序流程圖 軟件中 防止程序出錯 ERR 處理 CPU 受到干擾后 ， 則 CPU 就不能按正常狀態(tài)執(zhí)行程序， 往往將一些操作數(shù)當(dāng)作指令碼來執(zhí)行，造成程序執(zhí)行混亂 。 這就是通常所說的程序“跑飛”。程序“跑飛”后使其恢復(fù)正常的一個(gè)最簡單的方法是使 CPU 復(fù)位，讓程序從頭開始重新運(yùn)行。很多單片機(jī)控制的設(shè)備中都有設(shè)置人工復(fù)位電路。人工復(fù)位一般是在整個(gè)系統(tǒng)已經(jīng)完全癱瘓，無計(jì)可施的情況下才不得已而為之的。因此在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)就要考慮到萬一程序“跑飛”，應(yīng)讓其能夠自動恢復(fù)到正常狀態(tài)下運(yùn)行。 采用“指令冗余”是使“跑飛”的程序恢復(fù)正常的一種措施。所謂“指令冗余”，就是在一些關(guān)鍵的地方人為地插入一些單字節(jié)的空操作指令 NOP。當(dāng)程序“跑飛”到某條單字節(jié)指令上時(shí)，就不會發(fā)生將操作數(shù)當(dāng)成指令 來執(zhí)行的錯誤。應(yīng)該注意的是在一個(gè)程序中“指令冗余”不能使用過多，否 則會降低程序的執(zhí)行效率。這時(shí)可以采用另一種軟件抗干擾措施，即設(shè)置 “軟件陷阱”。“軟件陷阱”是一條引導(dǎo)指令，強(qiáng)行將捕獲的程序引向一個(gè)指定的地址，在那里有一段專門處理錯誤的程序。假設(shè)這段處理錯誤的程序入口地址為 ERR，則下面三條指令即組成一個(gè)“軟件陷阱”： NOP NOP LJMP ERR “軟件陷阱”一般安排在下列四種地方。 （ l）未使用的中斷向量區(qū)。 51 單片機(jī)的中斷向量區(qū)為 0003H～ 基于單片機(jī)的光立方的設(shè)計(jì) 31 002FH，在剩余的中斷向量區(qū)安排“軟件陷阱”，以便能捕 捉到錯誤的中斷。 （ 2）未使用的大片 EPROM 空間。對于剩余未編程的 EPROM 空間，一般都維持其原狀，即其內(nèi)容為 OFFH。 （ 3）表格 區(qū) 。表格 一般有兩種 ，即數(shù)據(jù)表格和散轉(zhuǎn)表格。由于表格的內(nèi)容與檢索值有一一對應(yīng)的關(guān)系，因此只能在表格的最后安排陷阱 設(shè)置指令 。 （ 4） 子 程序區(qū)。 子 程序區(qū)是由一系列的指令所構(gòu)成的， 可以在子程序的結(jié)尾處安排陷阱 。 ISP 軟件程序下載 ISP（ InSystem Programming）是當(dāng)今流行的單片機(jī)編程模式。可 在 線 系統(tǒng) 編程的意思是 指電路板上的 可編程下載的 空白元器件可以 直 接 編程寫入最終用戶代碼，而不需要從電路板上取下 可重復(fù)編程邏輯 器件。已經(jīng)編程的器件也可以用 ISP 方式擦除或再編程。 ISP的引腳接線 圖 見 。 在完成編寫程序的編譯 通過 之后， 把可以 燒寫 AT89S52 的 ISP編程器并與電腦主機(jī)硬件連接后 ， 打開 相應(yīng) 下載軟件 按步驟 即可對AT89S52 芯片進(jìn)行程序燒錄下載。燒錄完成成功后會有提示。 重新 通電即可測試和運(yùn)行 電路 。 圖 ISP 下載器接口 接線圖 基于單片機(jī)的光立方的設(shè)計(jì) 32 5 光立方 PCB 版制作 protues 制作 PCB版圖 本設(shè)計(jì)采用 protues 制作 PCB 版圖，用 Proteus 制作 PCB 通常包括以下一些步驟： （ 1）繪制電路原理圖并仿真測試； （ 2）加載網(wǎng)絡(luò)表及元件封裝； （ 3）規(guī)劃電路板并設(shè)置相關(guān)參數(shù)； （ 4）元件布局及調(diào)整； （ 5） 元件自動 布線并 手動 調(diào)整 布線 ； （ 6）輸出及制作 PCB 文件 。 繪制電路原理圖并仿真測試 在 Proteus 6 Professional 中用 ISIS 6 Professional 設(shè)計(jì)好電路原理圖，并結(jié)合 WAVE 進(jìn)行軟件編程和硬件的仿真測試。電路 基于單片機(jī)的光立方的設(shè)計(jì) 33 原理圖見 圖 。 圖 電路原理圖 加載網(wǎng)絡(luò)表及元件封裝 在 ISIS 6 Professional 界面中單擊 Design Toolbar 中的圖標(biāo)或通過 Tools 菜單的 Netlist to ARES 命令打開 ARES 6 Professional 窗口如圖 所示?？梢钥吹?，在圖 中左下角的元器件選擇 窗口中列出了從原理圖加載過來的所有元器件。若原理圖中的某些器件沒有自動加載封裝或者封裝庫中沒有合適的封裝，那么在加載網(wǎng)絡(luò)表時(shí)就會彈出一個(gè)要求選擇封裝的對話框，這時(shí)就需要根據(jù)具體的元件及其封裝進(jìn)行手動選擇并加載。 基于單片機(jī)的光立方的設(shè)計(jì) 34 圖 ARES 6 Professional 編輯界面 對于沒有封裝或是封裝不合適的，則需要自己創(chuàng)建封裝。如 本次設(shè)計(jì)中開關(guān)沒有合適的封裝需要自己畫開關(guān)封裝，四引腳開關(guān)封裝見 圖 。 圖 四引腳開關(guān)封裝 規(guī)劃電路板并設(shè)置相關(guān)參數(shù) （ 1） 規(guī)劃電路板 在 ARES 6 Professional 窗口中選中 2D 畫圖工具欄的 圖標(biāo)，在底部的電路層中選中 Board Edge 層（黃色 底層 ），即可以單擊鼠 基于單片機(jī)的光立方的設(shè)計(jì) 35 標(biāo)左鍵拖畫出 PCB 板的邊框了。邊框的大小就是 PCB 板的大小，所以在畫邊框時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際，用測量工具 來確定尺寸大小， 本設(shè)計(jì)電路板采用 150mm*200mm 的單層覆銅 版 。 （ 2） 設(shè)置電路板的相關(guān)參數(shù) PCB 板邊框畫好以后，就要設(shè)置電路板的相關(guān)參數(shù)。 版層設(shè)置圖見 圖 。 單擊 System 中的 Set Default Rules 項(xiàng)，在彈出的對話框中設(shè)置規(guī)則參數(shù)，有焊盤間距、線與焊盤間距、線與 線間距等一些安全允許值。然后在 Tools 中選中 (布線規(guī)則 )項(xiàng)，在彈出的對話框中單擊 Edit Strategies 項(xiàng)，出現(xiàn)一個(gè)對話框如圖 所示。在左上 Strategy 欄中分別選中 POWER 和 SIGNAL，在下面的 Pair1 中選同一層 Board Edge 層（黃色 底層 ） 。這樣，就完成了在單層板中布線的設(shè)置。 其他 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置，可以在 System 和 Tools中去設(shè)置完成。 圖 設(shè)置板層參數(shù) 基于單片機(jī)的光立方的設(shè)計(jì) 36 元件布局及調(diào)整 電路板的規(guī)則設(shè)計(jì)好以后，就可導(dǎo)入元件并布局。布局有自動布局和手動布局兩種方式。 我 采用手 動布局的方式，則在左下角的元件選擇窗口中選中元件，在 PCB 板邊框中適當(dāng)位置單擊左鍵，就可以把 元件放入。本設(shè)計(jì)線采用自動 布局然后手動調(diào)整的方式。自動布局后電路版圖見圖 ，手動調(diào)整 元器件 后 電路版圖見 圖 。 圖 元件 自動布局 版圖 基于單片機(jī)的光立方的設(shè)計(jì) 37 圖 手動調(diào)整 元件布局版圖 元件布線及調(diào)整 同樣， PCB 的布線也是有自動布線和手動布線兩種布線方式。一般，是先用自動布線，然后手工修改，也可以直接手工布線。在布線時(shí)盡量要把焊盤測大 一些以有利于后續(xù)的焊接工作。自動布線版圖 見圖 ，調(diào)整 布線 覆銅 見 圖 。 基于單片機(jī)的光立方的設(shè)計(jì) 38 圖 自動布線 圖 手動調(diào)整并覆銅 輸出及制作 PCB 最后就是輸出打印電路版圖了。先單擊 Output 選項(xiàng)中的 Set Output Area 選項(xiàng)，按住鼠標(biāo)左鍵并拖動，選中要輸出的版圖。 然后是設(shè)置要打印的輸出電路層。在 Output 選項(xiàng)中單擊 Print/Plot Layout 選項(xiàng)，出現(xiàn)設(shè)置對話框。在 設(shè)置對話框中，單擊選擇 Printer，可以選擇打印機(jī)和設(shè)置打印紙張以及版圖放置方向。在下面的Layers/Artworks 欄中選擇要打印的層。因?yàn)椴季€是在底層進(jìn)行的，所以在打印布線層時(shí)，在 Bottom Copper 和 Board Edge 選項(xiàng)前打勾，表示選中要打印輸出；而在打印元件的布局層（絲印層）時(shí)，在 Top Silk 和 Board Edge 選項(xiàng)前打勾（這一層在打印時(shí)注意需要選擇鏡象打印）； Scale 選項(xiàng)是打印輸出的圖紙比例，選 100%； Rotation 和Reflection 選項(xiàng)分別是橫向 /縱向輸出和是否 要鏡象的設(shè)置。設(shè)置好以后就可以打印了，布線層的打印效果圖 見 。 基于單片機(jī)的光立方的設(shè)計(jì) 39 圖 布線層的打印效果圖 PCB 版的制作過程 印制電路板 PCB 按基材的性質(zhì)可 分為剛性印制板和撓性印制板兩大類； PCB 按布線層 數(shù) 可分為 單面板 、 雙面板 和 多層板 三類。目前單 面板 和 雙面板 的應(yīng)用最為廣泛 。 剛性印制板 PCB 具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，用它裝成的部件具有一定的抗彎能力，在使用時(shí)處于平展?fàn)顟B(tài)。一般 電子 設(shè)備中使用的都是剛性印制板 PCB。單面板 (單面PCB)—— 絕緣 基板 上僅一面具有導(dǎo)電圖形的印制 電路板 PCB。它通常采用層壓紙板和玻璃布板加工制成。單面板的導(dǎo)電圖形比較簡單，大多采用絲網(wǎng)漏印法制成。 本次設(shè)計(jì)制作 PCB 版采用的是單層剛性印制板。 熱轉(zhuǎn)印版圖 首先把繪制好的 PCB 版圖用熱轉(zhuǎn)印紙打印出來，待冷卻后之后把轉(zhuǎn)印紙平鋪到覆銅板上用耐高溫膠帶粘好防止移動，打開熱轉(zhuǎn)印機(jī)， 基于單片機(jī)的光立方的設(shè)計(jì)