【正文】 X232的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖所示： MAX232的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 顯示方案的確定從理論上說，不論顯示圖形還使顯示文字，只要控制與組成的這些圖形或文字的各個(gè)點(diǎn)所在位置相應(yīng)的LED器件發(fā)光，就可以得到我們想要的顯示結(jié)果，這種同時(shí)控制各個(gè)發(fā)光點(diǎn)亮滅的方法稱為靜態(tài)驅(qū)動(dòng)顯示方式。1616的點(diǎn)陣共有256個(gè)發(fā)光二極管，顯然單片機(jī)沒有那么多端口，如果我們采用鎖存器來擴(kuò)展端口，按8位的鎖存器來計(jì)算，1616的點(diǎn)陣需要256/8＝32個(gè)鎖存器。這個(gè)數(shù)字很龐大，因?yàn)槲覀儍H僅使1616的點(diǎn)陣，在實(shí)際的應(yīng)用中顯示屏往往要大得多；這樣在鎖存器上花的成本將使很龐大的數(shù)字。因此在實(shí)際的應(yīng)用在應(yīng)用中的顯示屏幾乎不采用這種設(shè)計(jì)，而采用另外一種稱為動(dòng)態(tài)掃描的的顯示方法。動(dòng)態(tài)掃描的意思簡(jiǎn)單地說就是逐行輪流點(diǎn)亮，這樣掃描驅(qū)動(dòng)電路就可以實(shí)現(xiàn)多行（比如16行）地同名列共用一套驅(qū)動(dòng)器。具體就1616地點(diǎn)陣來說，把所有地同一列地發(fā)光二極管的陰極連接在一起（共陽的接法），先送出對(duì)應(yīng)第1行發(fā)光二極管的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第一行使其燃亮一定時(shí)間，然后熄滅；再送出第2行的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第一行使其燃亮相同的時(shí)間，然后熄滅；……第16行之后，又重新點(diǎn)亮第一行，反復(fù)輪回。當(dāng)這樣輪回的速度足夠快（每秒24次以上），由于人眼的視覺暫留現(xiàn)象，就能看到顯示屏上穩(wěn)定的文字或圖形了。采用掃描方式進(jìn)行顯示時(shí)，每行又一個(gè)驅(qū)動(dòng)器，各行的同名列共用一個(gè)列驅(qū)動(dòng)器。顯示數(shù)據(jù)通常存儲(chǔ)在單片機(jī)的存儲(chǔ)器中，按每位8個(gè)字節(jié)的形式順序排放。顯示時(shí)要把每一行中各列的數(shù)據(jù)都傳送到相應(yīng)的列驅(qū)動(dòng)器上去，這就存在一個(gè)顯示數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴}。從控制電路到列驅(qū)動(dòng)器的數(shù)據(jù)傳輸可以采用并行方式或串行方式。顯然采用并行方式時(shí)，從控制電路到列驅(qū)動(dòng)器的線路數(shù)量大，相應(yīng)的硬件數(shù)目多。當(dāng)列數(shù)很多時(shí)，并行傳輸?shù)姆桨笗r(shí)不可取的。采用串行傳輸?shù)姆椒?，控制電路可只采用一根信?hào)線，數(shù)據(jù)按順序一位一位傳往列驅(qū)動(dòng)器，只有當(dāng)一行的各列數(shù)據(jù)都已傳送到位之后，這一行的各列才能并行地進(jìn)行顯示。這樣，對(duì)于一行的顯示過程就可以分解成列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備（傳輸）和列數(shù)據(jù)顯示兩部分。對(duì)于串行傳輸方式來說，列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備時(shí)間可能相當(dāng)長，在行掃描周期確定的情況下，留給行掃描的時(shí)間就太少了，以至影響到LED的亮度。解決串行傳輸中列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和列數(shù)據(jù)顯示時(shí)間矛盾的問題，可以采用重疊處理的方法。即在顯示本行列數(shù)據(jù)的同時(shí)，傳送下一行列的數(shù)據(jù)。為了達(dá)到重疊處理的目的，列數(shù)據(jù)的顯示就需要具有鎖存功能。經(jīng)過上述分析，可以歸納出列驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)具備的主要功能。對(duì)于列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備來說，它應(yīng)能實(shí)現(xiàn)傳入并出的移位功能；對(duì)于列顯示數(shù)據(jù)來說，應(yīng)具有并行鎖存的功能。這樣，本行已準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)打入并行鎖存器進(jìn)行顯示時(shí)，串并移位寄存器就可以準(zhǔn)備下一行的列數(shù)據(jù)，而不會(huì)影響本行的顯示。 行顯示驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)采用掃描方式進(jìn)行顯示時(shí)，每行有一個(gè)行驅(qū)動(dòng)器，各行的同名列共用一個(gè)列驅(qū)動(dòng)器。由行譯碼器給出的行選通信號(hào)，從第一行開始，按順序依次對(duì)個(gè)行進(jìn)行掃描。根據(jù)各列鎖存的數(shù)據(jù)，確定相應(yīng)的列驅(qū)動(dòng)器是否將該列與電源的另一端接通，接通的列，就在該行該列點(diǎn)亮相應(yīng) LED，未接通的列所對(duì)應(yīng)的 LED 熄滅。當(dāng)一行的掃描持續(xù)時(shí)間結(jié)束后，下一行又以同樣的方法進(jìn)行顯示。全部各行都掃描一遍后，又從第一行開始進(jìn)行下一個(gè)周期的掃描。只要一個(gè)掃描周期時(shí)間比人眼 1/25 秒的暫留時(shí)間短，就感覺不出閃爍。行選通信號(hào)來源于單片機(jī)按照時(shí)序要求所給出的二進(jìn)制行號(hào)，為在一行顯示時(shí)間內(nèi)保持行號(hào)的穩(wěn)定，行號(hào)采用譯碼器方案，保證同一時(shí)刻選通一條行線，達(dá)到顯示的穩(wěn)定性。下圖為行掃描電路的結(jié)構(gòu)框圖。 行掃描電路結(jié)構(gòu)框圖其中譯碼電路采用74LS138,用兩個(gè)74LS138轉(zhuǎn)換成416的譯碼器，當(dāng)選通端（GG2）均為低電平時(shí)，可將地址端（ABCD）的二進(jìn)制編碼在一個(gè)對(duì)應(yīng)的輸出端，以低電平譯出。當(dāng)單片機(jī)給出掃描的行號(hào)時(shí)，該行經(jīng)過74LS138譯碼后輸出為低電平。行驅(qū)動(dòng)采用的是三極管PNP8550作為放大電路，當(dāng)選中了某一行，便將該行選通，對(duì)該行進(jìn)行掃描。8550采用共集電級(jí)接法，為電壓跟隨器，對(duì)電流進(jìn)行放大，由于發(fā)光二極管的電流大約是25mA，每一行全部點(diǎn)亮的時(shí)候，所大約為1A左右的電流，為保證亮度，故采用兩級(jí)放大的形式，增大驅(qū)動(dòng)能力。 列驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)顯示數(shù)據(jù)存按 8bit 一個(gè)字節(jié)的形式順序排放，顯示時(shí)把一行中各列的數(shù)據(jù)都傳送到相應(yīng)的列驅(qū)動(dòng)器中。系統(tǒng)采用串行傳輸?shù)姆椒?，首先，單片機(jī)從存儲(chǔ)器中讀出 8bit 并行數(shù)據(jù)進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換，按順序一位一位的輸出給列驅(qū)動(dòng)器。與此同時(shí)，列驅(qū)動(dòng)器中每一列都把當(dāng)前數(shù)據(jù)傳向后一列，并從前一列接收新數(shù)據(jù)，當(dāng)一行的各列數(shù)據(jù)都已經(jīng)傳輸?shù)轿唬@一行的各列才能并行的進(jìn)行顯示。硬件具體采用移位寄存器，其需要具有一個(gè) 8bit 串入并出的移位寄存器和一個(gè) 8bit 輸出鎖存器結(jié)構(gòu)，而且移位寄存器和輸出鎖存器的控制是各自獨(dú)立的，可以顯示本行數(shù)據(jù)的同時(shí)，傳送下一行的列數(shù)據(jù)，即達(dá)到重疊處理的目的。列驅(qū)動(dòng)可以采用串入并出8位移位寄存器74LS164，但是74LA164是只是一個(gè)8位串入并出移位寄存器，但沒有并行輸出控制端，在串行輸入過程中，其輸出狀態(tài)會(huì)不斷變化，因此在74LS164的輸出端應(yīng)加接輸出三態(tài)門控制，即74LS273，以便保證串行輸入結(jié)束后再輸出數(shù)據(jù)。74LS273是帶清除端的8D觸發(fā)器，只有清除端(CLR)為高電平時(shí)才具有鎖存功能，鎖存控制端為11腳CLK，在上升沿鎖存。因此74ALS273的CLR(清除)端上拉接+5V電源，這時(shí)，當(dāng)CLK為低電平時(shí)，鎖存器的輸出(Q8－Ql)狀態(tài)和輸入端(D8－Dl )狀態(tài)相同。當(dāng)CLK端從低電平上升到高電平(上生沿)時(shí)，輸入端(D8Dl )的數(shù)據(jù)鎖入Q8Ql的8位鎖存器中。該驅(qū)動(dòng)方式所用的器件較多，在搭接電路的時(shí)候，由于采用的是萬能板手工焊接，電路的節(jié)點(diǎn)增多，加大了電路的焊接難度，并且會(huì)使電路的穩(wěn)定性降低。另外，由于器件的增多，使系統(tǒng)的成本增加，故應(yīng)該尋找更加簡(jiǎn)單實(shí)用的電路設(shè)計(jì)方式。74HC595的輸入側(cè)由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?？梢詫?shí)現(xiàn)74LS164和74LS273共同實(shí)現(xiàn)的功能，器件少，可以使電路穩(wěn)定，減少了工作量，并且74HC595的價(jià)格和74LS164差不多，可以節(jié)省成本。74HC595的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。 74HC595引腳圖及內(nèi)部結(jié)構(gòu)引腳SI是串行數(shù)據(jù)的輸出端，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)打入最低位。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段。RCK是輸出鎖存器的打入信號(hào)，其上升沿將移位寄存器的輸出打入到輸出鎖存器。引腳G是三態(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，否則為高阻態(tài)。SCLR信號(hào)時(shí)移位寄存器的清零輸入端，當(dāng)其為低時(shí)移位寄存器的輸出全為0。由于SCK和RCK兩個(gè)信號(hào)時(shí)相互獨(dú)立的，所以能過做到的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)，像上一級(jí)的級(jí)聯(lián)輸出。但因QH受輸出鎖存器打入控制，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。 74HC595時(shí)序圖從74HC595的時(shí)序圖可以分析，對(duì)于列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備來說，其能夠?qū)崿F(xiàn)串入并出的移位功能，對(duì)于列數(shù)據(jù)的顯示來說，具有并行鎖存的功能。這樣本行已經(jīng)準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)打入并行鎖存器進(jìn)行顯示時(shí)，串并移位寄存器就可以準(zhǔn)備下一行的列數(shù)據(jù)，而不會(huì)影響本行的顯示。列驅(qū)動(dòng)電路如下圖所示：圖 列驅(qū)動(dòng)電路由 74HC595 組成的列驅(qū)動(dòng)器中，第一片列驅(qū)動(dòng)器的 SER 端連接單片機(jī)輸出的串行列顯示數(shù)據(jù)，其 Q7 端連接下一片的 SER 端，各片相應(yīng)的SRCLK、SRCLR、RCLK 端分別并聯(lián)，作為統(tǒng)一的串行數(shù)據(jù)移位信號(hào)、串行數(shù)據(jù)清除信號(hào)和輸出鎖存器打入信號(hào)。這樣的結(jié)構(gòu)，使得串行移位能把顯示數(shù)據(jù)依次輸入到相應(yīng)移位寄存器輸出端，移位過程結(jié)束后，控制器輸出 RCLK 打入信號(hào)，各列顯示數(shù)據(jù)一起打入相應(yīng)的輸出鎖存器，通過選通相應(yīng)的行，該行的各列就按照顯示數(shù)據(jù)的要求進(jìn)行顯示。在每個(gè)CLK的上升邊沿74HC595 會(huì)將DAT 的信號(hào)鎖存在8 個(gè)時(shí)鐘后所有的數(shù)據(jù)都已被鎖存這時(shí)STB的上升則將DA至DH送到QA至QH等8 個(gè)輸出腳當(dāng)2 個(gè)74HC595 是串接在一起時(shí)則送入16 個(gè)時(shí)鐘及16 個(gè)數(shù)據(jù)最后送入STB 鎖存以此類推所有的74HC595都可以串接的方式得到更多的輸出1024 個(gè)LED 的矩陣則是送入808 個(gè)時(shí)鐘及數(shù)據(jù)以8 個(gè)為單位則需要調(diào)用74HC595 的發(fā)送函數(shù)8 次再鎖存一次其中有32 個(gè)數(shù)據(jù)是傳送LED 正極信號(hào)的這32 個(gè)里面而一次只有一個(gè)位是0 的其余都為1調(diào)整這些0為1的位置可以得到掃描的次序一般是從左到右掃描的令外32 個(gè)數(shù)據(jù)是傳送LED 負(fù)極信號(hào)的調(diào)整其位置可以得到我們字庫所需要的次序一般次序?yàn)?字庫所需次序雙色顯示時(shí)先排列紅色再排列綠色當(dāng)紅色及綠色同時(shí)點(diǎn)亮?xí)r可以得到黃色信號(hào)一般的三色LED其是由紅色及綠色LED 成也稱為雙基色顯示屏。 動(dòng)態(tài)掃描時(shí)間的分析人眼對(duì)快速變化的光信號(hào)會(huì)產(chǎn)生閃爍感，由于LED的點(diǎn)亮是間斷性的，當(dāng)LED變化頻率不夠快時(shí)，人眼會(huì)感覺到的快速的一明一暗變化的圖像，即產(chǎn)生閃爍感。但當(dāng)變化頻率很高時(shí)，由于人眼的視覺暫留效應(yīng)，觀察者將不再感覺到閃爍，通常將恰好不引起閃爍，即人眼可以感覺到穩(wěn)定的圖像時(shí)的頻率叫做臨界閃爍頻率。人眼的臨界閃爍頻率與許多因素有關(guān)，以下幾個(gè)因素較重要：① 閃爍圖形的面積：通常是用人眼的視角來衡量閃爍面積的。實(shí)驗(yàn)表明視角越大,臨界閃爍頻率越高。② 閃爍圖形的亮度：閃爍圖像的亮度越高，臨界閃爍頻率越高。③ 閃爍的幅值：閃爍的幅度越大，人眼感覺到的閃爍越明顯，當(dāng)閃爍幅值小與人眼所能分辨的亮度時(shí)，觀察者將不再感覺到閃爍。④ 觀察時(shí)間： 對(duì)于短時(shí)間的觀察可能對(duì)閃爍感覺不明顯，長時(shí)間觀察更容易感到閃爍。對(duì)于以動(dòng)態(tài)掃描方式工作的顯示系統(tǒng)，掃描時(shí)間的確定較為重要，根據(jù)人眼的視覺暫留時(shí)間，若每秒顯示二十四幀以上，便可得到穩(wěn)定的顯示，取每秒二十五幀，即完成對(duì)全屏的一次掃描時(shí)間為40ms，那么，只要每次完成對(duì)全屏的掃描時(shí)間不超過該值，將會(huì)得到較為穩(wěn)定的顯示。從理論上講，顯示屏的大小是任意的，但從上面的分析可知，顯示屏做得越大，即屏幕的點(diǎn)陣規(guī)模越大，往顯示屏上所送的數(shù)據(jù)就越多，數(shù)據(jù)傳輸與控制的時(shí)間也會(huì)增加，即完成一屏掃描的時(shí)間也將越長，然而，40ms的時(shí)間卻是固定的，多于40ms會(huì)有閃爍感。在設(shè)計(jì)顯示屏的大小時(shí)，該因素是必需考慮的。為了滿足這一要求，關(guān)鍵在于提高處理器的程序執(zhí)行速度，可以選擇更快的CPU，或數(shù)字信號(hào)處理芯片(DSP)。事實(shí)上，LED顯示屏控制器，要求的數(shù)字信號(hào)處理能力并不高，主要要求的是顯示數(shù)據(jù)的訪問和控制信號(hào)的產(chǎn)生。對(duì)于這兩項(xiàng)功能，采用89S52單片機(jī)完全可以勝任。 本章小結(jié)硬件模塊主要完成 LED 顯示屏的驅(qū)動(dòng)任務(wù)，通過與上位機(jī)間的通信接收文件信息并保存，通過行列驅(qū)動(dòng)器控制完成 LED 點(diǎn)陣的驅(qū)動(dòng)。本章在設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件的時(shí)候，將系統(tǒng)分成三個(gè)部分，每個(gè)部分中對(duì)器件進(jìn)行選型，比較了各種驅(qū)動(dòng)方式的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇比較簡(jiǎn)單容易實(shí)現(xiàn)的器件和電路，使系統(tǒng)變得更加簡(jiǎn)單實(shí)用，如果要實(shí)現(xiàn)LED點(diǎn)陣的模塊化設(shè)計(jì)也提供很大的方便。4 硬件調(diào)試根據(jù)設(shè)計(jì)的原理電路做好實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，便進(jìn)入硬件調(diào)試階段。調(diào)試工作的主要任務(wù)是排除樣機(jī)故障，其中包括設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和工藝性故障。(1) 脫機(jī)檢查：用萬能表或邏輯測(cè)試筆逐步按照邏輯圖檢查機(jī)中各器件的電源及各引腳的連接是否正確，檢查數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線是否有短路等故障。有時(shí)為保護(hù)芯片，先對(duì)各管座的電位（或電源）進(jìn)行檢查，確定其無誤后再插入芯片檢查。(2) 仿真調(diào)試：暫時(shí)排除目標(biāo)板的CPU和EPROM，將樣機(jī)接上仿真機(jī)的芯仿真插頭進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試各部分接口電路是否滿足設(shè)計(jì)要求。這里我們采用的是SST公司生產(chǎn)的SST89E564RD單片機(jī)，該單片機(jī)支持ISP在線編程功能，這個(gè)功能的優(yōu)勢(shì)在于改寫單片機(jī)存儲(chǔ)器內(nèi)的程序不需要把芯片從工作環(huán)境中剝離。片內(nèi) 63K 程序空間可以隨時(shí)進(jìn)行在線程序更新， 可以調(diào)試長達(dá)幾千行的樓宇智能控制大型程序、鍵盤控制漢字液晶顯示大型程序。向下完全兼容51全部系列產(chǎn)品。它可以運(yùn)用KEIL C51編譯環(huán)境，使用KEIL C51中的仿真模塊中的Keil Monitor51 Driver,利用RS232將目標(biāo)程序直接下載到單片機(jī)，免除了單片機(jī)的插拔。仿真調(diào)試這部分工作是一種經(jīng)驗(yàn)性很強(qiáng)的工作，一般來說，設(shè)計(jì)制作的樣機(jī)不可能一次性完好，總是需要調(diào)試的。通常的方法是，先編調(diào)試軟件，逐一檢查調(diào)試硬件電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。其次是調(diào)試MONTITOR程序，只有MONTITOR程序正常工作才可以進(jìn)行下面的應(yīng)用軟件調(diào)試。硬件電路調(diào)試的一般順序是：(1)檢查CPU的時(shí)鐘電路。利用示波器通過ALE測(cè)試信號(hào)，如沒有ALE信號(hào)，則判斷是晶體或CPU故障，這稱之為“心臟”檢查。(2) 檢查分時(shí)復(fù)用功能的地址鎖存是否正常。(3)檢查I/O地址分配器。一般是由部分譯碼或全譯碼電路構(gòu)成，如是部分譯碼設(shè)計(jì)，則排除地址重疊故障。(4) 對(duì)擴(kuò)展的RAM、ROM進(jìn)行檢查調(diào)試。一般先后寫入55H、AAH，再讀出比較，以此判斷是否正常。因?yàn)檫@樣RAM、ROM的各位均寫入‘0’、‘1’過代碼。(5)用戶級(jí)I/O設(shè)備調(diào)試。如面板、顯示、打印、報(bào)警等等。對(duì)I/O經(jīng)性檢查的過程中，首先檢查行選信號(hào)，檢查行選的時(shí)候，可以將列選芯片74HC595拔下來，在列行信號(hào)端某一列直接接入低電平，寫入行選信號(hào)，看是否能將某一列逐行點(diǎn)亮，檢測(cè)結(jié)果正確的話說明行選信號(hào)正確無誤。其次進(jìn)行列驅(qū)動(dòng)的檢查，可以將行選的譯碼芯片74LS154取下，將列驅(qū)動(dòng)插上，在74LS154一個(gè)輸出端的芯片座上直接加上低電平，將該行選通，再寫入列信號(hào)，由于74HC595是串入并出的8位移位寄存器，可以使一行的一個(gè)LED點(diǎn)亮，再進(jìn)行移位，如果下顯示正常的話，說明列驅(qū)動(dòng)正確。行選和列驅(qū)動(dòng)正確的話，至此，硬件部分的檢測(cè)結(jié)束。單片機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛，其核心技術(shù)是單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。對(duì)工程技術(shù)人員來說，抓住系統(tǒng)的原理構(gòu)成、軟