【正文】 顯示系統(tǒng)中單片機(jī)、譯碼器，鎖存器，驅(qū)動電路的電源電壓均要求為 5V 所以可同時直接接入。檢測和修改完成后為下一步通電檢測排除了短路的危險(xiǎn)和由于虛焊引起檢測結(jié)果不真實(shí)的麻煩。 本科生畢業(yè)論文 30 短路與虛焊檢測 檢測工具為萬用表，使用萬用表的短路報(bào)警功能，逐個測試相臨的兩個焊點(diǎn)檢測是否短路。因此把硬件調(diào)試按照以下四部分分步來進(jìn)行： （ 1）測試所有焊點(diǎn)是否有短路和虛焊的現(xiàn)象存在； （ 2）通電測試所有硬件芯片的輸入輸出電壓是否在設(shè)計(jì)要求的范圍內(nèi)； （ 3）測試 ISP 下栽線的功能是否能夠?qū)崿F(xiàn)； （ 4）測試串口系統(tǒng)的通信功能是否能夠?qū)崿F(xiàn)。調(diào)試可分為硬件調(diào)試，軟件調(diào)試和系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試。實(shí)物完成后必須對其進(jìn)行調(diào)試，檢查設(shè)計(jì)功能是否實(shí)現(xiàn)了。 詳細(xì)程序見附錄 2。為了減小軟件的修改和優(yōu)化難度，先把各子程序?qū)憺橐粋€可單獨(dú)執(zhí)行的完整程序。接收到第 34 個字節(jié) 后便將收到的數(shù)據(jù)發(fā)送回 PC 機(jī)進(jìn)行驗(yàn)證比較。程序開始進(jìn)入中斷等待，當(dāng) PC 機(jī)向單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時產(chǎn)生中斷接收允許位 RI 置 1，將SBUF（緩沖寄存器）中的值輸入到暫存器中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。 設(shè)置串口工作方式 1，波特率 9600，計(jì)算可得計(jì)數(shù)器初值的十六進(jìn)制表示為0XFD。程序設(shè)計(jì)時還要考慮到中斷優(yōu)先級的問題。對應(yīng)位為 1 時允許其中斷，對應(yīng)位為 0 時，禁止其中斷。 CPU 屏蔽所有中斷。其控制位分布如表。編程時 通過設(shè)置其狀態(tài)來管理中斷系統(tǒng)。 MCS51 單片機(jī)的五個中斷源兩種類型：一類是外部中斷源；另一類是內(nèi)部中斷源，包括兩個定時器 /計(jì)數(shù)器（ T0 和 T1）的溢出中斷和串行口的接收和發(fā)送中斷。所以將元素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行邏輯位移便能產(chǎn)生上下移動的效果 [18]。 顯示數(shù)組中，第 1 至 16 個元素的第 8 至第 1 位 LED 顯示屏中的第 1 至第 8 行。所以當(dāng) ULN2803 選通時，而送入后一列的數(shù)據(jù)則相當(dāng)于畫面左移移位，同理送入前一列數(shù)據(jù)相當(dāng)于右移一位。 顯 示顯 示 數(shù) 組 元 素 在 數(shù) 組中 的 位 置 前 / 后 移 一 位讀 入 顯 示 數(shù) 組NY顯 示顯 示 數(shù) 組 元 素 邏 輯左 / 右 移 一 位移 位 次 數(shù) 是否 為 1 6讀 入 顯 示 數(shù) 組NY開 始 開 始移 位 次 數(shù) 是否 為 1 6 圖 45 左右移 /上下移程序流程圖 動態(tài)顯示程序流程如圖 45 所示，根據(jù)顯示數(shù)據(jù)的存儲原理通過改變實(shí)際 LED列與數(shù)據(jù)邏輯列的方法來實(shí)現(xiàn)程序的左右移動。將對應(yīng)元素的由低至高位依次從端口輸出具體做法為將元素向右邏輯移位后再與 0X01 相與，所得結(jié)果通過單片機(jī)端口輸出到串并轉(zhuǎn)換器的 A 端，鎖存在鎖存器里完成一列數(shù)據(jù)移位后再將其輸出。其中上下左右移動程序都調(diào)用了靜態(tài)顯示程序?yàn)?子程序。畫面顯示時選通的第 i 列對應(yīng)的數(shù)組元素為第 i 和 i+16 個元素 [16]。如圖 (43)所示，一幅 1616 的點(diǎn)陣畫面點(diǎn)陣數(shù)據(jù)按照 B1B2B3……B31B32 存儲。 本科生畢業(yè)論文 24 從 數(shù) 據(jù) 中 讀 取第 1 列 對 應(yīng) 的行 數(shù) 據(jù)選 通 第 2 列讀 取 所 需 要 顯示 的 數(shù) 據(jù) 至 顯示 寄 存 器選 通 第 1 列 選 通 第 1 6 列從 數(shù) 據(jù) 中 讀 取第 2 列 對 應(yīng) 的行 數(shù) 據(jù)從 數(shù) 據(jù) 中 讀 取第 1 6 列 對 應(yīng) 的行 數(shù) 據(jù)1 6 1 6 L E D 1 6 1 6 L E D 1 6 1 6 L E D選 通 L E D 第1 6 列選 通 L E D 第1 列選 通 L E D 第2 列按 數(shù) 據(jù) 導(dǎo) 通相 應(yīng) 行按 數(shù) 據(jù) 導(dǎo) 通相 應(yīng) 行按 數(shù) 據(jù) 導(dǎo) 通相 應(yīng) 行 圖 42 掃描顯示程序原理圖 點(diǎn)陣數(shù)據(jù)表達(dá)方式 該顯示系統(tǒng)的顯示數(shù)據(jù)采取縱向取模方向正向的數(shù)據(jù)存儲方式如圖 43， 圖 43 點(diǎn)陣數(shù)據(jù)原理圖 即數(shù)據(jù)是縱向的，一個像素對應(yīng)一個位。 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。 顯示程序的設(shè)計(jì) LED 顯示屏的顯示方式 LED 點(diǎn)陣屏顯示方式主要由靜態(tài)顯示和動態(tài)掃描顯示兩種。中斷程序設(shè)定了 LED 點(diǎn)陣顯示屏所要顯示的內(nèi)容和顯示的方式，最后執(zhí)行的是各種顯示程序。串行中斷包括發(fā)送中斷和接收中斷都是由軟件觸發(fā)。初始化完成后程序進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)等待中斷的發(fā)生，該程序中主要用到了兩個外部中斷源和串行中斷。通信程序接收上位機(jī)數(shù)據(jù)，交給主程序處理再通過控制程序選擇不同的顯示程序進(jìn)行顯示。首先分析程序所要實(shí)現(xiàn)的功能，程序要實(shí)現(xiàn)串口通信，靜態(tài)顯示，動態(tài)顯示三大功能。 詳細(xì)硬件原理圖見附錄 1。 L E D 點(diǎn) 陣 模 塊 L E D 點(diǎn) 陣 模 塊L E D 點(diǎn) 陣 模 塊驅(qū) 動 電 路譯 碼 電 路單 片 機(jī) 系 統(tǒng)驅(qū) 動 電 路譯 碼 電 路單 片 機(jī) 系 統(tǒng)驅(qū) 動 電 路譯 碼 電 路單 片 機(jī) 系 統(tǒng)電 源上 位 機(jī) 圖 311 由子系統(tǒng)構(gòu)建大屏幕 LED 顯示屏 在實(shí)際應(yīng)用中通常采用內(nèi)部擴(kuò)展和外部級連聯(lián)合使用的 方法來構(gòu)建大屏幕LED 顯示屏幕。使用這種級連的辦法可以避免 51 單片機(jī)晶振頻率低的弱點(diǎn)，更容易實(shí)現(xiàn)大屏幕的顯示。如圖 311 所示，由獨(dú)立的 LED 顯示系統(tǒng)組成一個大的 LED 顯示系統(tǒng)。從端口輸出的顯示數(shù)據(jù)的顯示也要作出相應(yīng)的改變。這種級連的優(yōu)點(diǎn)在于一塊單片機(jī)可以 同時控制更多的 LED 點(diǎn)陣顯示屏，且 74LS164 的價格低廉整體成本得到了降低。 級連大屏幕 LED 顯示屏 要實(shí)現(xiàn) LED 的大屏幕顯示主要采用內(nèi)部譯碼器級連和多個單片機(jī)系統(tǒng)級連的方法。 圖 39 電源原理圖 本科生畢業(yè)論文 20 如圖所示，用 220V 轉(zhuǎn) 12V 的變壓器進(jìn)行降壓后再通過一個橋式整流電路將交流電整流為直流電。此時需要對民用的 220V 進(jìn)行降壓整流為 5V 直流電壓為顯示系統(tǒng)供電。電路如圖 38 所示： C 1+1VDD2C 13C 2+4C 25V E E6T 2O U T7R 2I N8R 2O U T9T 2I N10T 1I N11R 1O U T12R 1I N13T 1O U T14GND15V C C165M A X 232A C P E12345678911101D C onne c t or 9C1104C2104C3104C4104V C CP T XP R XV C C 圖 38 串口通信系統(tǒng)電路圖 電源設(shè)計(jì) 在系統(tǒng)中 MAX23 74LS16 74LS37 AT89S51 都需要 5V 的供電電壓，在系統(tǒng)開發(fā)過程中可以使用電腦 USB 供電。 在通用的電平轉(zhuǎn)換芯片中 MAX232 系列的芯片以集成度高，單＋ 5V 電源工作，只需外接 5 個小電容即可完成 RS232C 與 TTL 電平之間的轉(zhuǎn) 換而成為單片機(jī)本科生畢業(yè)論文 19 系統(tǒng)中的常用芯片。 RS232C 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了 PC 機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)總線 TXD 和接收數(shù)據(jù)總線 RXD 采用 EIA 電平，即傳送數(shù)字 “1”時傳輸線上的電平在－ 3～－ 15V 之間；傳送數(shù)字 “0”時，傳輸線上的電平在＋ 3～＋ 15 之間。 圖 37 列驅(qū)動原理圖 通信系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) AT89S51單片機(jī)具有全雙工串行 UART通道，支持單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的串行傳輸。相對應(yīng)的輸出取反，并能提供較大的灌電流來吸收行驅(qū)動流出進(jìn)過顯示屏后的電流。集電極輸出功率可達(dá) 50V600mA[13]。廣泛用于計(jì)算機(jī)， 工業(yè)和消費(fèi)類產(chǎn)品中。 P N P5 V譯 碼 器 輸 出 信 號輸 出 驅(qū) 動 L E D 屏eI0v 0v空 穴 空 穴電 子 圖 35 8550 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 本科生畢業(yè)論文 18 列驅(qū)動電路設(shè)計(jì) 列驅(qū)動采用 ULN2803。當(dāng)譯碼器端口輸出高電平時發(fā)射極與基極之間的電勢差為 5V－ 0V － BV ，由于 發(fā)射極與基極之間電勢差的減少基極電子向發(fā)射極擴(kuò)散的電子數(shù)量減少故集電極電流也隨之減少。當(dāng)譯碼器端口輸出為低電平時，發(fā)射極與基極電勢差為 5V－ 0v 基極中帶負(fù)電的電子越過 PN 結(jié)擴(kuò)散到發(fā)射區(qū)。 行驅(qū)動采用 PNP 三極管 8550 接法如圖 34 示： 1 K5 VL E D 點(diǎn) 陣 屏 陽 極譯 碼 電 路 輸 出 圖 34 行驅(qū)動器件 8550 的接法 8550 為 PNP 型三極管，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 35 示。 PN 結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。 表 32 74LS373 工作參數(shù)表 參數(shù) 最小值 額定值 最大值 單位 電源電壓 5 V 輸入高電平電壓 2 — — V 輸入低電平電壓 — — V 輸出高電平電壓 — — － mA 輸出低電平電壓 — — 24 mA 本科生畢業(yè)論文 17 由表與表比較可以看出， 74LS164 的輸出條件與 74LS373 的輸入條件相匹配，理論上可以實(shí)現(xiàn)鎖存器對譯碼器的數(shù)據(jù)鎖存。當(dāng)鎖存允許端 LE 為高電平時， O 隨數(shù)據(jù) D 而變。 373 為三態(tài)輸出的八 D透明鎖存器 ,共有 54/74S373 和 54/74LS373 兩種線路結(jié)構(gòu)形式當(dāng)三態(tài)允許控制端 OE為低電平時， O0~O7 為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅(qū)動負(fù)載或總線。所以選擇鎖存器 74LS373 來完成這一功能。結(jié)果就是顯示屏無序?qū)ㄩW爍，不能顯示所需內(nèi)容。這就要求 74LS164 芯片的輸出要滿足鎖存芯片的高低電平區(qū)分范圍和頻率要求。當(dāng) A、 B 有一個為高電平，則另一個就允許輸入數(shù)據(jù)，并在 CLOCK 上升沿作用下決定 Q0 的狀態(tài)。串行數(shù)據(jù)輸入端（ A， B）可控制數(shù)據(jù)。 74LS164 為一個 8 位數(shù)據(jù)的串并轉(zhuǎn)換器。而采用了譯碼電路后僅僅需要 7～ 9 個端口便可實(shí)現(xiàn)控制顯示。具體電路如圖 33 所示 圖 33 行譯碼電路圖 串并轉(zhuǎn)換器 74LS164 列譯碼采用的是芯片 74LS164。 譯碼電路設(shè)計(jì) 譯碼電路的功能是為了解決 單片機(jī) I/O 端口不足。其第二功能和實(shí)際運(yùn)用如表 31 所示： 表 31 AT89S51P3 口第二功能的應(yīng)用 端口 第二功能 實(shí)際作用 RXD（串行輸入口） 與上位機(jī)通信的數(shù)據(jù)輸入口 TXD(串行輸出口 ) 與上位機(jī)通信的數(shù)據(jù)輸出口 外部中斷 0 做按鍵中斷，控制顯示狀態(tài) 外