【導(dǎo)讀】已獲得青島農(nóng)業(yè)大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書使用過的材料。文（設(shè)計(jì)）的復(fù)印件和電子版，允許論文（設(shè)計(jì)）被查閱和借閱。本人離校后發(fā)表或使用該畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）或與該論文（設(shè)計(jì)）直接相。關(guān)的學(xué)術(shù)論文或成果時(shí)，單位署名為青島農(nóng)業(yè)大學(xué)。

　　

【正文】 請求發(fā)送 RTS 8 清除發(fā)送 CTS 9 振鈴提示 RIPin 雖然 RS232C 提供了許多方便 ，但 RS232C 也存在著缺點(diǎn)： (1)接口的信號電平值較高，易損壞接口電路的芯片，又因?yàn)榕c TTL 電平不兼容故需使用電平轉(zhuǎn)換電路方能與 TTL 電路連接。 (2)傳輸速率較低，在異步傳輸時(shí)，波特率為 20Kbps；因此在 “ 南方的老樹51CPLD 開發(fā)板 ” 中，綜合程序波特率只能采用 19200，也是這個(gè)原因。 (3)接口使用一根信號線和一根信號返回線而構(gòu)成共地的傳輸形式，這種共地傳輸容易產(chǎn)生共模干擾，所以抗噪聲干擾性弱。 (4)傳輸距離有限，最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為 50 英尺，實(shí)際上也只能用在 50 米左右。 列驅(qū) 動(dòng)電路 在此次設(shè)計(jì)中，我應(yīng)用到 74HC595 芯片，此芯片的性能非常穩(wěn)定，是點(diǎn)陣系統(tǒng)中必不可少的。 總體規(guī)劃及實(shí)驗(yàn)電路 每個(gè)漢字需要 4個(gè) 8*8 的 LED 點(diǎn)陣，要想實(shí)現(xiàn) 4 行掃描驅(qū)動(dòng)，每個(gè)漢字是按照 16*16取模，所以需要 8 個(gè) 74HC595 來驅(qū)動(dòng)一個(gè)漢字，我的電路設(shè)計(jì)的是 2 個(gè)漢字，所以需要8*2=16 個(gè) 74HC595 來實(shí)現(xiàn) 4行掃描顯示。設(shè)計(jì)好的列驅(qū)動(dòng)電路的部分如下圖 35所示： 19 圖 35 列驅(qū)動(dòng)電路硬件連接 串入并出移位寄存器 列驅(qū)動(dòng)電路由集成電路 74HC595 構(gòu)成。它具有一個(gè) 8 位 串入并出的移位寄存器和一個(gè)8位輸出鎖存器，而且移位寄存器和輸出鎖存器的控制是各自獨(dú)立的，可以實(shí)現(xiàn)在顯示本行各列數(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。 圖 36 74HC595 外形及內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖 20 74HC595 的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 36 所示。它的輸入端有 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。引腳 SI 是串行數(shù)據(jù)的輸入端。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 存器的輸入端。 RCK 是輸出鎖存器的打入信號，其上升沿將移位寄存器的輸出打入到輸出鎖存器。引腳 G是輸出三態(tài)門的開放信號，只有當(dāng)其為低時(shí)鎖存器的輸出才開放，否則輸出端為高阻狀態(tài)。 SCLR 信號是移位寄存器的清 0 輸入端，當(dāng)其為低時(shí)移位寄存器的輸出全部為 0。由于 SCK 和 RCK兩個(gè)信號是互相獨(dú)立的，所以能夠做到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 級聯(lián)應(yīng)用時(shí)向上一級的級聯(lián)輸出。但因 QH 受輸出鎖存器打人控制，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聯(lián)輸出。 圖 37 74HC595 在不同的工作電壓下的時(shí)鐘頻率 由于 74HC595 在 供電的情況下（ 25℃），可以達(dá)到 21MHz 以上的時(shí)鐘頻率，而我們采用的 8051 的時(shí)鐘頻率只有 24MHz，串口方式 0的時(shí)鐘頻率只有 fosc/12=2MHz，所以74HC595 完全勝任；由于 74HC595 輸出高電平時(shí)每個(gè)管腳的驅(qū)動(dòng)電流只有 20mA，而每個(gè)LED 發(fā)光管的驅(qū)動(dòng)電流也是 20mA，要是 8個(gè)發(fā)光管同時(shí)輪流點(diǎn)亮的時(shí)候瞬間電流必定大于20mA，所以我們采用是采用吸收電流的方式直驅(qū) LED 發(fā)光管。 行驅(qū)動(dòng)電 路 總體規(guī)劃及實(shí)驗(yàn)電路 單片機(jī) P2口低 4位輸出的行選信號經(jīng) 74LS245八 位數(shù)據(jù) 緩沖器 將數(shù)據(jù)緩沖后送往 3/8譯碼器 74LS138 譯碼的輸入端，生成 8條行選通信號線，再經(jīng)過 反相器 將信號取反后使 二極管 導(dǎo)通再去驅(qū)動(dòng)對應(yīng)的行 LED 顯示。其硬件電路如圖 38 所示： 21 圖 38 行驅(qū)動(dòng)電路硬件 38 線譯碼器 74LS138 我們前面的列驅(qū)動(dòng)電路里面只是用了單片機(jī)的串口跟 P1 口，還剩下 P0 以及 P2 口可以直接接到 8個(gè) LED 的行選端，但是為了整個(gè)大屏幕方便以后擴(kuò)展控制，防止直接驅(qū)動(dòng)損壞單片機(jī)以及隔離外界干擾信號，使用了 74LS138 這個(gè) 3— 8譯碼器作為行選芯片。 74LS138 譯碼器的引腳圖，邏輯圖及真值表如下圖 3表 32 所示： 圖 39 74LS138 的 內(nèi)部原理圖 與引腳圖 22 表 32 3線 8線譯碼器 74LS138 的真值表 輸 入 輸 出 S1 S2+S3 A1 A2 A3 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 0 X 1 1 1 1 1 1 1 1 X 1 0 0 0 0 0 0 0 1 X X X X X X 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 由上看以看出，只要在信號輸入端 A， B， C 輸入特定組合的 0的組合序列，就可以在輸出端輪只有一個(gè)流輸出低 電壓 0，這樣我們就可以有選擇的控制行電路。 雙向八位數(shù)據(jù)緩沖器 74LS245 我們?yōu)榱烁綦x外界的干擾信號，使用了 74LS245 八 位數(shù)據(jù) 緩沖器 。因?yàn)槿魏螘r(shí)候74HC595 里面的數(shù)據(jù)是不確定的，只要顯示屏只要稍微有一點(diǎn)外界干擾，導(dǎo)致 74LS138 使能端 E 變低， 74LS138 就是會有輸出信號的（通過它的真值表可以看到全 0 全 1 都有一行是被選中輸出低電位的），這樣顯示屏就顯示一些不確定的圖案，就不符合我們的設(shè)計(jì)要求了。 74LS245是一個(gè)常用的 八緩沖器 ，它的管腳圖 如圖 310所示： 23 圖 310 74LS245 的管腳圖 74LS245 類似于單片機(jī)的端口，其口線能做輸出，也能做輸入 。 由于 51單片機(jī)的數(shù)據(jù)／地址／控制總線端口都有一定的負(fù)載能力，如果負(fù)載超過單片機(jī)負(fù)載能力一般應(yīng)加驅(qū)動(dòng)器，所以總線驅(qū)動(dòng)器可以使用 TTL 型三態(tài)緩 沖門電路 [13]。 小結(jié) 本章介紹了硬件的連接方法以及原理，并且包含了部分電路圖，此電路已經(jīng)試驗(yàn)證明可以顯示漢字信息，并且可動(dòng)態(tài)顯示，其中運(yùn)用了 74HC595 以及 74LS245 芯片， 74HC595的功能是串入并出，并且?guī)в墟i存和移位的功能；而 74LS245 的作用就是完全屏蔽掉外界的干擾，只有單片機(jī)發(fā)出的正確的信號才被它選擇通過，一般的電路干擾，電磁干擾不會對顯示屏造成亂碼。而行驅(qū)動(dòng)則是使用了 3－ 8線譯碼器 74LS138 驅(qū)動(dòng)，因?yàn)槿绻脝纹瑱C(jī)直接連接 LED 點(diǎn)陣，引腳不夠，同時(shí)驅(qū)動(dòng)能力也不行，而用了這個(gè) 譯碼器，可以節(jié)省引腳，并且方便以后擴(kuò)展。 24 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 顯示屏軟件的主要功能是向顯示屏提供顯示數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生各種控制信號，使屏幕按設(shè)計(jì)的要求顯示。根據(jù)軟件分層次設(shè)計(jì)的原理，可把顯示屏的軟件系統(tǒng)分成兩大層：第一層是底層的顯示驅(qū)動(dòng)程序，第二層是上層的系統(tǒng)應(yīng)用程序。顯示驅(qū)動(dòng)程序負(fù)責(zé)向點(diǎn)陣屏傳送特定組合的顯示數(shù)據(jù)，并負(fù)責(zé)產(chǎn)生行掃描信號和其它控制信號，配合完成 LED 顯示屏的掃描顯示工作。顯示驅(qū)動(dòng)程序由顯示子程序?qū)崿F(xiàn)；系統(tǒng)環(huán)境設(shè)置 (初始化 )由系統(tǒng)初始化程序完成；顯示效果處理等工作，則由主程序通過調(diào)用子程序 來實(shí)現(xiàn) [14]。 一般來說，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則為： 1. 單片機(jī) 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 任何一種電氣控制系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)被控對象（生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程）的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在設(shè)計(jì) 單片機(jī) 控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)遵循以下基本原則： (1)最大限度地滿足被控對象的控制對象。設(shè)計(jì)前，應(yīng)深入現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查研究，收集資料，并于機(jī)械部分的設(shè)計(jì)人員和實(shí)際操作人員密切配合，共同擬訂電氣控制方案，協(xié)同解決設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的各種問題。 (2) 在滿足控制系統(tǒng)要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)，使用及維修方便。 (3)保 證控制系統(tǒng)的安全、可靠。 (4)考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝和改進(jìn) 。 2. 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 應(yīng)用軟件 本次軟件的編程用的是 C 語言。 C 語言是一種源于編寫 UNIX 操作系統(tǒng)的語言，是一種結(jié)構(gòu)化語言，可產(chǎn)生緊湊代碼口。 C 語言可以進(jìn)行許多機(jī)器級函數(shù)控制而不用匯編語言。用 C 語言來編寫目標(biāo)系統(tǒng)軟件，會大大縮短開發(fā)周期，且明顯的增加軟件的可讀性，便于改進(jìn)和擴(kuò)充，從而研制出規(guī)模更大、性能更完備的系統(tǒng) [15]。 單片機(jī) 控制系統(tǒng)是由 計(jì)算機(jī) 與用戶輸入、輸出設(shè)備連接而成的，因此， 單片機(jī) 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容應(yīng)包括： (1)用戶輸入設(shè)備（按鈕、 計(jì)算機(jī)的鍵盤 等）、輸出設(shè)備（ LED 燈 ）。 (2)單片機(jī) 的選擇。 單片機(jī) 是 此 控制系統(tǒng)的核心部件，正確選擇 單片機(jī) 對于保證整個(gè)控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)起到重要的作用。選擇 單片機(jī) ，應(yīng)包括機(jī)型選擇、容量的選擇、 I/O 模塊的選擇、電源模塊的選擇等。 (3)分配 I/O 點(diǎn)， 用 ProtelSe99 繪制 I/O 連接圖。 25 (4)設(shè)計(jì)控制程序。控制程序設(shè)計(jì)必須經(jīng)過反復(fù)調(diào)試、修改，直到滿足要求為止。 (5)編制控制系統(tǒng)的技術(shù)文件。 3. 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟 (1)根據(jù)生產(chǎn)的工藝過程分析控制要求。 (2)根據(jù)控制要求確定所需的用戶輸 入、輸出設(shè)備。 (3)選擇 單片機(jī) 系統(tǒng)。 (4)分配 單片機(jī)的 I/O 點(diǎn)，設(shè)計(jì) I/O 連接圖。 (5)進(jìn)行 單片機(jī)的 程序設(shè)計(jì)。 4. 畫電路圖 的注意事項(xiàng) (1)輸入 /輸出 接口 可以重復(fù)使用，無需復(fù)雜的程序結(jié)構(gòu)來減少觸點(diǎn)的使用次數(shù)。 (2)電路圖的節(jié)點(diǎn)不要出現(xiàn)虛點(diǎn)，否則在 PCB 圖上會出現(xiàn)不必要的錯(cuò)誤。 (3)芯片的接口必須一一對應(yīng)，不要出現(xiàn)單個(gè)的閑置接口。 (1)對于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，需繪制系統(tǒng)控制流程土，用以清楚地表明動(dòng)作的順序和條件。 (2)著手用 C語言編寫程序。 (3)用編程器將程序輸入到 單片機(jī) 的 存儲器中，并檢查輸入的程序是否正確。 (4)對程序進(jìn)行調(diào)試和修改，直到滿足要求為止。 (5)待控制臺及現(xiàn)場施工完成后，就可以進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試。若沒有滿足要求，再從新修改程序或檢查接線，直到滿足為止。 (6)編寫技術(shù)文件。 (7)交付使用。 顯示驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 然后顯示驅(qū)動(dòng)程序查詢當(dāng)前燃亮的行號，從顯示緩存區(qū)內(nèi)讀取下一行的顯示數(shù)據(jù)，并通過串口發(fā)送給移位寄存器。為消除在切換行顯示數(shù)據(jù)的時(shí)候產(chǎn)生拖尾現(xiàn)象，驅(qū)動(dòng)程序先要關(guān)閉顯示屏，即消隱，等數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后輸出 74HC595 的鎖存信號，將顯示數(shù)據(jù)打入輸出鎖存器并鎖存 ，然后再輸出新的行號，并打開顯示。圖 41為顯示驅(qū)動(dòng)程序 (顯示屏掃描函數(shù) )流程圖 。 26 圖 41 顯示驅(qū)動(dòng)程序流程圖 部分源程序 以下 是 16*32 點(diǎn)陣 LED 電 子顯示屏的源程序， 采用 C 語言編寫，在 Keil μ（ ）以及 MedWin 版環(huán)境下均測試通過。 移位寄存程序 for(j=0。j2。j++) { for(z=0。z4。z++) { WR_595(word1[8*z+j+2*i])。 } 27 } for(j=0。j2。j++) { for(z=0。z4。z++) { WR_595(word2[8*z+j+2*i])。 } } for(j=0。j2。j++) { for(z=0。z4。z++) { WR_595(word3[8*z+j+2*i])。 } } for(j=0。j2。j++) { for(z=0。z4。z++) { WR_595(word4[8*z+j+2*i])。 } } OUT_595()。 28 for(j=0。j16。j++) { WR_595(0xff)。 } OUT_595()。 將移位寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)鎖存到輸出寄存器 v