【正文】 在這次設(shè)計(jì)中應(yīng)用了大量的單片機(jī)、 數(shù)字電子以及模擬電子方面的知識(shí)，而這三門(mén)課都是本專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，對(duì)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課進(jìn)行深入理解，為我以后的專(zhuān)業(yè)課的鞏固學(xué)習(xí)和以后工作上的學(xué)習(xí)研究打下了良好的基礎(chǔ) ,對(duì)自身素質(zhì)的提高是有很大好處的 本次設(shè)計(jì)到這里就已經(jīng)結(jié)束了，設(shè)計(jì)中存在不足的地方，還請(qǐng)各位老師加以批評(píng)指教。 通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我學(xué)得了許多新的知識(shí)，同時(shí)也是對(duì)大學(xué)四年學(xué)習(xí)生活的總結(jié)，它讓我把所學(xué)的東西更加系統(tǒng)化。 在設(shè)計(jì)中，通過(guò)計(jì)算證明，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)單片機(jī)的晶振的選取為 12MHz，由系統(tǒng)所給的參數(shù)指標(biāo)中的波特率 9600bps 計(jì)算可知，系統(tǒng)存在誤差 7%，超過(guò) 5%,故應(yīng)將晶振改為 ,以減少誤差。 詳細(xì)的子程序流程圖及程序清單詳見(jiàn)附件。 在這里僅說(shuō)一下幾個(gè)子程序的編程思想：首先，上電復(fù)位，即復(fù)位清屏，和將數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)送向移位寄存器的思想一樣，因?yàn)?CD4094 的輸出端為高電平時(shí)，發(fā)光二極管不亮，所以將高電平信號(hào)作為數(shù)據(jù) 8 位 8 位送出，同時(shí)每輸出 24 位送一個(gè)時(shí)鐘脈沖，將高電平信號(hào)送向大屏幕，達(dá)到清屏目的；其次，初始化設(shè)置波特率，根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)給出的波特率 9600，計(jì)算出時(shí)間常數(shù)，設(shè)置串行口工作方式。 33 第四節(jié) 編程思想 畫(huà)面的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)處理即顯示方式以子程序方式編寫(xiě)，有多少種顯示方式即有多少個(gè)顯示子程序。因?yàn)樵O(shè)計(jì)選擇方式 1，所以 波特率 = （ SMOD2 /32）定時(shí)器 T1的溢出率 （ 1） 定 時(shí) 器 的 溢 出 率 = 定 時(shí) 器 T1 的 溢 出 次 數(shù) / 秒 （ 2） 對(duì)于一般情況，定時(shí)器 T1 溢出一次所需時(shí)間為： （ 82 N） 12 時(shí)鐘周期 =（ 82 N） 12 1/fosc （ 3） 于是，定時(shí)器每秒所溢出的次數(shù)，即 定時(shí)器 T1 的溢出率 =fosc/12（ 82 N） （ 4） 本系統(tǒng)的主要參數(shù)波特率為 9600。 表 4— 1 串行口工作方式 SM0 SM1 方式 功能說(shuō)明 0 0 0 移位寄存器方式 0 1 1 8 位 UART，波特率可變 1 0 2 9 位 UART，波特率為 fosc/64 或 fosc/32 1 1 3 9 位 UART，波特率可變 設(shè)計(jì)選擇方式 1：當(dāng) SCON 中的 SM0， SM1 兩位為 01時(shí)，串行口以方式 1工作，此時(shí)串行口為 8位通 訊接口。在這里我們選用串行通訊，串行通訊又分為同步和異步通訊，我們選用異步通訊， 第二節(jié) 串行口工作方式 串行接口的工作方式有四種，由 SCON 中的 SM0、 SM1 定義，在這四種工作方式中，串行通訊只使用方式 3。系統(tǒng)中的接收數(shù)據(jù)、輸出數(shù)據(jù)、輸出移位時(shí)鐘脈沖部分是軟件設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。 故 R =（ 82） V/10mA=600Ω 30 31 第四章 軟件設(shè)計(jì)部分 在對(duì)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和硬 件原理進(jìn)行說(shuō)明之后，軟件部分也很重要，因?yàn)樗泄δ艿膶?shí)現(xiàn)都是通過(guò)軟件的控制。這樣就完成了發(fā)光二極管的連接。雖然應(yīng)用的發(fā)光二極管比較多，達(dá)到幾萬(wàn)個(gè)，但它們的接法和原理并不復(fù)雜。每 24*24 個(gè)移位寄存器均連接同一個(gè)時(shí)鐘脈沖，當(dāng)收到一個(gè)時(shí)鐘脈沖信號(hào)， 24*24 個(gè)移位寄存器均移動(dòng)一位，移動(dòng) 192次后，轉(zhuǎn)為下 24*24 個(gè)移位寄存器，以次類(lèi)推，完成 24 塊，并將數(shù)據(jù)傳送給發(fā)光二極管，達(dá)到顯示目的。再將每一個(gè)移位寄存器的 STR 端STR1D2CLK3OE15Q1 4Q2 5Q3 6Q4 7Q5 14Q6 13Q7 12Q8 11QS 9QS 10XU44094 28 與 連接控制寄存器的輸出端鎖存。在 STROBE 輸入低電平時(shí)，每一個(gè)移位暫存器的輸出端的鎖存器鎖存數(shù)據(jù)；當(dāng)STROBE 輸入高電平時(shí)，數(shù)據(jù)移入鎖存器 3 態(tài)輸出門(mén)，這些輸出門(mén)在 OUTPUT ENABLE高電平時(shí)有效。在正的移位時(shí)鐘脈沖的作用下，數(shù)據(jù)一位一位的移位到移位寄存器中，輸出端的最后一級(jí) QS能夠用來(lái)層疊使用。因此，利用移位寄存器可以實(shí)現(xiàn)代碼的串行 —— 并行轉(zhuǎn)換。 例如，在 4 個(gè)時(shí) 鐘周期內(nèi)輸入代碼依次為 1011，而移位寄存器的初始狀態(tài)為Q0Q1Q2Q3=0000，那么在移位脈沖（也就是觸發(fā)器的時(shí)鐘脈沖）的作用下，移位寄存器里代碼的移動(dòng)情況將如表所示。同時(shí)，加到寄存器輸入端 D1 的代碼存入 FF0。因?yàn)閺?CP 上升沿到達(dá)開(kāi)始到輸出端新?tīng)顟B(tài)的建立需要經(jīng)過(guò)一段傳輸延遲時(shí)間，所以當(dāng) CP 的上升沿同時(shí)作用與所有的觸發(fā)器時(shí)，它們輸入端的狀態(tài)還沒(méi)有改變。因此，移位寄存器不但可以用來(lái)寄存代碼，還可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的串行 —— 并行轉(zhuǎn)換、數(shù)值的運(yùn)算以及數(shù) 據(jù)處理等。 移位寄存器除了具有存儲(chǔ)代碼的功能以外，還具有移位功能。所以需要很多移位寄存器。在每個(gè)輸出端的負(fù)載電阻后端連接 3個(gè)并聯(lián)的非門(mén)，用來(lái)產(chǎn)生脈沖，之所以選擇 3個(gè)并聯(lián)是為了增加驅(qū)動(dòng)能力。同樣要控制發(fā)光二極管的亮滅，單憑芯片的驅(qū)動(dòng)能力是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，所以，我們?cè)谧g碼器的每一個(gè)輸出端連接一個(gè) 74F07OC 門(mén)，來(lái)驅(qū)動(dòng)電路。采用 P1 P1 P13進(jìn)行片選，當(dāng) P1 P1 P13 為 000 時(shí)，由譯碼器的功能可知，三片譯碼器均不被選通，不工作；當(dāng) P1 P1 P13 為 001 時(shí)，第一片譯碼器被選通， P1 P1P10 為 000 時(shí)輸出信號(hào) Y0 經(jīng)過(guò)非門(mén)產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，為了避免其他 輸出端在此時(shí)產(chǎn)生脈沖信號(hào)，將第一片譯碼器的輸出端重新置 1，經(jīng)非門(mén)變?yōu)榈碗娖?，再?P1P1 P10 置為 000 使輸出信號(hào) Y0 經(jīng)過(guò)非門(mén)再產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，依此方法，將 192個(gè)脈沖送向 24*24 個(gè)移位寄存器。這里只講一下脈沖產(chǎn)生的具體做法，如圖 11 所示，譯碼器通過(guò) P10~P17 口進(jìn)行片選和地址輸入。故采用三個(gè) 74LS138 譯碼器級(jí)連來(lái)輸出 24 個(gè)信號(hào)，通過(guò)非門(mén)產(chǎn)生高低電平進(jìn)而產(chǎn)生脈沖信號(hào)，根據(jù)系統(tǒng)要求送向 24 區(qū)，每一個(gè)時(shí)鐘脈沖同時(shí)送給一個(gè)區(qū)的 24*24 個(gè)移位寄存器，選定一個(gè)區(qū)后，連續(xù)輸送 192 個(gè)脈沖，更新完這一區(qū)后，選擇下一區(qū)。 而 將最初送入的數(shù)據(jù)覆蓋，因此并不影響下一個(gè)區(qū)數(shù)據(jù)的移位，依此方式傳送數(shù)據(jù)。因?yàn)橄到y(tǒng)中這種門(mén)電路工作在開(kāi)路， 所以每一個(gè) 74F07 需要接一個(gè)上拉電阻， 1K 阻值的電阻即達(dá)到其要求。 因?yàn)槊恳晃粩?shù)據(jù)信號(hào)通過(guò)移位寄存器要控制發(fā)光二極管的亮滅，單憑芯片的驅(qū)動(dòng)能力是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，所以，我們?cè)阪i存器的每一個(gè)輸出端連接一個(gè) 74F07OC 門(mén)，它是 6位驅(qū)動(dòng) 器，為 LED 提供一定的驅(qū)動(dòng)電流。從上表可以知道， 3— 8譯碼器沒(méi)有選通是輸出端全都是 1，所以經(jīng)過(guò)或門(mén)后 273 鎖存器不工作，當(dāng) 3— 8 譯碼器輸入 100 時(shí)， Y4 為 0，其他端為 1，經(jīng)過(guò)或門(mén)變?yōu)榈碗娖疆a(chǎn)生一個(gè)下降沿，在將 3— 8 譯碼器輸入 111，使 Y4 為 1，經(jīng)過(guò)或門(mén)變?yōu)楦唠娖疆a(chǎn)生一個(gè)上升沿，故第一片 273 鎖存器鎖存 8位數(shù)據(jù)；當(dāng) 3— 8 譯碼器輸入 101 時(shí)， Y5 為 0，其他端為 1，對(duì)于 Y5 來(lái)說(shuō)產(chǎn)生了一個(gè)下降沿，將 3— 8 譯碼器輸入 111時(shí)， Y5 為 1，經(jīng)過(guò)或門(mén)產(chǎn)生了一個(gè)上升 沿，第二片 273 鎖存器鎖存 8 位數(shù)據(jù)；依次類(lèi)推，當(dāng) 3— 8 譯碼器先后輸入 110 和 111 后， Y6 端產(chǎn)生一個(gè)上升沿，第三片23 鎖存器鎖存 8 位數(shù)據(jù)。因?yàn)?74LS273 的 CLK 引腳是鎖存的控制端，在上升沿鎖存，所以使用 74LS138譯碼器通過(guò)輸出端高低電平的變化控制 CLK 的電平的上升、下降，達(dá)到控制鎖存的目的。由 74LS138 譯碼器進(jìn)行片選，逐個(gè)選通 74LS273 鎖存器，達(dá)到向寄存器輸入 24 位數(shù)據(jù)的 目的。在設(shè)計(jì)中，它的取址范圍是 0000H～ 7FFFH。 本設(shè)計(jì)選用 62256靜態(tài) RAM，它是 32K*8位的靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器芯片，它采用 CMOS工藝制造，單一 +5V 供電，額定功耗 200mW，典型存取時(shí)間 200ns。在圖中， P0 口為 RAM 的復(fù)用地址 /數(shù)據(jù)線， P2 口的三根線用于對(duì) RAM 進(jìn)行 頁(yè)面址。 四、外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展原理 單片機(jī)擴(kuò)展外部 RAM 的電路原理如圖 3— 12 所示： 圖 3— 12 擴(kuò)展外部 RAM 電路原理圖 從圖可以看出：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器只使用 WR 、 RD 控制線而不用 PSEN 。 G 稱(chēng)為數(shù)據(jù)打入線，當(dāng) 74LS373 用作地址鎖存器時(shí)，首先應(yīng)使三態(tài)門(mén)的使能信號(hào) OE 為低電平，這時(shí)，當(dāng) G 輸入端為高電平時(shí)，鎖存器輸出狀態(tài)和輸入狀態(tài)相同；當(dāng) G 端從高電平返回到低電平時(shí)，輸入端的數(shù)據(jù)鎖入的 8位鎖存器中。 通常， 地址鎖存器可使用帶三態(tài)緩沖輸出的 8D 鎖存器 74LS373 或 8282，也可以使用清除端的 8D鎖存器 74LS273，地址鎖存信號(hào)為 ALE。 27512 為 28線雙列直插式封裝，其管 腳配置如下圖 310 所示： 20 圖 310 27512 引腳圖 各管腳含義如下： A0~A15 為地址線； O0~O7 為數(shù)據(jù)輸出線； CE 為片選線， OE /Vpp 是數(shù)據(jù)輸出選通 /編程電源。最后 PSEN 作為選通 EPROM/EEPROM 的信號(hào)，將指令碼讀入單片機(jī)。 圖 3— 8 外部振蕩信號(hào)結(jié) 構(gòu)圖 這里我們選擇內(nèi)部時(shí)鐘方式， 12MHz 的晶體振蕩器 如圖 37[2][9] 二、 外部程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展原理 單片機(jī)擴(kuò)展外部程序存儲(chǔ)器的硬件電路如圖 39 所示： 19 圖 3— 9 MCS51 單片機(jī)程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 單片機(jī)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器所使用的控制信號(hào)有： ALE：低 8位地址鎖存控制； PSEN ：外部程序存儲(chǔ)器“讀取”控制。在 0MHz，能量 消耗和在掉電方式下是相同的 （六）、振蕩器特點(diǎn) 一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的反相放大器，引腳 XTAL1 和 XTAL2 分別是放大器的輸入端，如圖 37 所示，使用石英晶體或陶瓷諧振器。 表 3— 1 電源控制寄存器功能表 標(biāo)志符 位置 名稱(chēng)及功能 SMOD 雙波特率選擇位， SMOD=1，在串行口方式 1， 2， 3情況下波特率提高一倍 一 無(wú)定義 一 無(wú)定義 一 無(wú)定義 GF1 通用標(biāo)志位 GF0 通用標(biāo)志位 PD 掉電方式位 ,設(shè)置該位來(lái)激活掉電方式工作 IDL 待機(jī)方式位 ,設(shè)置該位來(lái)激活待機(jī)方式工作 SMOD GF1 GF0 PD IDL 18 如果將 PD 和 IDL 同時(shí)置 1，先進(jìn)入掉電方式。這些特殊方式被經(jīng)過(guò)特殊功能寄存器軟件 PCON（電源控制）所激活，它的硬件地址是 87H， PCON 沒(méi)有位尋址功能。在單片機(jī)內(nèi)部，他是一個(gè)反相放大器構(gòu)成的振蕩電路的輸出端，當(dāng)外部振蕩器工作時(shí)，此引腳應(yīng)懸空。當(dāng)外部振蕩器工作時(shí)，此引腳作為驅(qū)動(dòng)端接收外部 振蕩器信號(hào)。 EA必須不能懸空 外接晶體引腳 XTAL1 和 XTAL2 XTAL1 接外部晶體的一個(gè)引腳。 （ 4） EA 當(dāng) EA保持高電平時(shí)， cpu 訪問(wèn)內(nèi) 部程序存儲(chǔ)器，但在 PC（程序計(jì)數(shù)器）值超過(guò) 0FFFH（ 8031）或 1FFFH（ 8052）時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器內(nèi)的程序。在從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器取指令時(shí) PSEN 不工作。 ALE 端可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）八個(gè) LSTTL 邏輯電路的輸入端，它沒(méi)有外部上拉可以驅(qū)動(dòng) CMOS 輸入端。即使不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器， ALE 端仍以不變的頻率（振蕩器頻率的 1/6）周期性的發(fā)出正脈沖信號(hào)，因此，它可以用作對(duì)外輸出的時(shí)鐘，或用于定時(shí)目的。設(shè)計(jì)中選用上電復(fù)位。推薦在此引腳與 Vss引腳之間連接一個(gè)約 ，與 Vcc 引腳之間連接一個(gè)約 10ｕ F 的電容，以保證可靠的復(fù)位。當(dāng)電壓信號(hào)為 +5～ +15 時(shí)， VCC 經(jīng)過(guò)二極管將電壓鉗制在高于 VCC+，當(dāng)電壓信號(hào)為 5～ 15 時(shí)， GND 通過(guò)二極管將電壓鉗制在 ，從而送給單片機(jī)高低電平信號(hào)，如下圖 34所示 圖 3— 4 電平轉(zhuǎn)換電路 控制或與其它電源復(fù)用引腳 （ 1）復(fù)位 單片機(jī)的復(fù)位都是靠外部電路實(shí)現(xiàn)的，在 振蕩器運(yùn)行的情況下，要實(shí)現(xiàn)復(fù)位，必須使 RST 引腳保持 2個(gè)機(jī)器周期的高電平。 作為串行輸入端與串行口 232 相連，因?yàn)?232傳來(lái)的負(fù)信號(hào)，所以在前端加一個(gè)非門(mén)，把信號(hào)變?yōu)檎摹?（ WR）， （ RD ） 作為選通信號(hào)與片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器相連接。 P3 口能驅(qū)動(dòng) 3 個(gè)低功耗 LSTTL 邏輯電路的輸入端，能在沒(méi)有外部上拉作用的情況下驅(qū)動(dòng) CMOS 輸入端。它同樣提供 51 系列特點(diǎn)一致的各種特定功能，如下： RXD （串性輸入） TXD （串行輸出） INT0 （外部中斷 0輸入）