【正文】 對工程技術(shù)人員來說，抓住系統(tǒng)的原理構(gòu)成、軟件設(shè)計。行選和列驅(qū)動正確的話，至此，硬件部分的檢測結(jié)束。對I/O經(jīng)性檢查的過程中，首先檢查行選信號，檢查行選的時候，可以將列選芯片74HC595拔下來，在列行信號端某一列直接接入低電平，寫入行選信號，看是否能將某一列逐行點亮，檢測結(jié)果正確的話說明行選信號正確無誤。(5)用戶級I/O設(shè)備調(diào)試。一般先后寫入55H、AAH，再讀出比較，以此判斷是否正常。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，則排除地址重疊故障。(2) 檢查分時復(fù)用功能的地址鎖存是否正常。硬件電路調(diào)試的一般順序是：(1)檢查CPU的時鐘電路。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)計的準(zhǔn)確性。它可以運用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，免除了單片機的插拔。片內(nèi) 63K 程序空間可以隨時進行在線程序更新， 可以調(diào)試長達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。(2) 仿真調(diào)試：暫時排除目標(biāo)板的CPU和EPROM，將樣機接上仿真機的芯仿真插頭進行調(diào)試，調(diào)試各部分接口電路是否滿足設(shè)計要求。(1) 脫機檢查：用萬能表或邏輯測試筆逐步按照邏輯圖檢查機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。4 硬件調(diào)試根據(jù)設(shè)計的原理電路做好實驗樣機，便進入硬件調(diào)試階段。 本章小結(jié)硬件模塊主要完成 LED 顯示屏的驅(qū)動任務(wù)，通過與上位機間的通信接收文件信息并保存，通過行列驅(qū)動器控制完成 LED 點陣的驅(qū)動。事實上，LED顯示屏控制器，要求的數(shù)字信號處理能力并不高，主要要求的是顯示數(shù)據(jù)的訪問和控制信號的產(chǎn)生。在設(shè)計顯示屏的大小時，該因素是必需考慮的。對于以動態(tài)掃描方式工作的顯示系統(tǒng)，掃描時間的確定較為重要，根據(jù)人眼的視覺暫留時間，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，即完成對全屏的一次掃描時間為40ms，那么，只要每次完成對全屏的掃描時間不超過該值，將會得到較為穩(wěn)定的顯示。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，觀察者將不再感覺到閃爍。實驗表明視角越大,臨界閃爍頻率越高。但當(dāng)變化頻率很高時，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)定的圖像時的頻率叫做臨界閃爍頻率。在每個CLK的上升邊沿74HC595 會將DAT 的信號鎖存在8 個時鐘后所有的數(shù)據(jù)都已被鎖存這時STB的上升則將DA至DH送到QA至QH等8 個輸出腳當(dāng)2 個74HC595 是串接在一起時則送入16 個時鐘及16 個數(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LED 的矩陣則是送入808 個時鐘及數(shù)據(jù)以8 個為單位則需要調(diào)用74HC595 的發(fā)送函數(shù)8 次再鎖存一次其中有32 個數(shù)據(jù)是傳送LED 正極信號的這32 個里面而一次只有一個位是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 個數(shù)據(jù)是傳送LED 負極信號的調(diào)整其位置可以得到我們字庫所需要的次序一般次序為 字庫所需次序雙色顯示時先排列紅色再排列綠色當(dāng)紅色及綠色同時點亮?xí)r可以得到黃色信號一般的三色LED其是由紅色及綠色LED 成也稱為雙基色顯示屏。列驅(qū)動電路如下圖所示：圖 列驅(qū)動電路由 74HC595 組成的列驅(qū)動器中，第一片列驅(qū)動器的 SER 端連接單片機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、串行數(shù)據(jù)清除信號和輸出鎖存器打入信號。 74HC595時序圖從74HC595的時序圖可以分析，對于列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備來說，其能夠?qū)崿F(xiàn)串入并出的移位功能，對于列數(shù)據(jù)的顯示來說，具有并行鎖存的功能。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，像上一級的級聯(lián)輸出。SCLR信號時移位寄存器的清零輸入端，當(dāng)其為低時移位寄存器的輸出全為0。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。 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鐘脈沖，在其上升沿發(fā)生移位，并將SI的下一個數(shù)據(jù)打入最低位?？梢詫崿F(xiàn)74LS164和74LS273共同實現(xiàn)的功能，器件少，可以使電路穩(wěn)定，減少了工作量，并且74HC595的價格和74LS164差不多，可以節(jié)省成本。另外，由于器件的增多，使系統(tǒng)的成本增加，故應(yīng)該尋找更加簡單實用的電路設(shè)計方式。當(dāng)CLK端從低電平上升到高電平(上生沿)時，輸入端(D8Dl )的數(shù)據(jù)鎖入Q8Ql的8位鎖存器中。74LS273是帶清除端的8D觸發(fā)器，只有清除端(CLR)為高電平時才具有鎖存功能，鎖存控制端為11腳CLK，在上升沿鎖存。硬件具體采用移位寄存器，其需要具有一個 8bit 串入并出的移位寄存器和一個 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立的，可以顯示本行數(shù)據(jù)的同時，傳送下一行的列數(shù)據(jù)，即達到重疊處理的目的。系統(tǒng)采用串行傳輸?shù)姆椒ǎ紫?，單片機從存儲器中讀出 8bit 并行數(shù)據(jù)進行并串轉(zhuǎn)換，按順序一位一位的輸出給列驅(qū)動器。8550采用共集電級接法，為電壓跟隨器，對電流進行放大，由于發(fā)光二極管的電流大約是25mA，每一行全部點亮的時候，所大約為1A左右的電流，為保證亮度，故采用兩級放大的形式，增大驅(qū)動能力。當(dāng)單片機給出掃描的行號時，該行經(jīng)過74LS138譯碼后輸出為低電平。下圖為行掃描電路的結(jié)構(gòu)框圖。只要一個掃描周期時間比人眼 1/25 秒的暫留時間短，就感覺不出閃爍。當(dāng)一行的掃描持續(xù)時間結(jié)束后，下一行又以同樣的方法進行顯示。由行譯碼器給出的行選通信號，從第一行開始，按順序依次對個行進行掃描。這樣，本行已準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)打入并行鎖存器進行顯示時，串并移位寄存器就可以準(zhǔn)備下一行的列數(shù)據(jù)，而不會影響本行的顯示。經(jīng)過上述分析，可以歸納出列驅(qū)動電路應(yīng)具備的主要功能。即在顯示本行列數(shù)據(jù)的同時，傳送下一行列的數(shù)據(jù)。對于串行傳輸方式來說，列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備時間可能相當(dāng)長，在行掃描周期確定的情況下，留給行掃描的時間就太少了，以至影響到LED的亮度。采用串行傳輸?shù)姆椒?，控制電路可只采用一根信號線，數(shù)據(jù)按順序一位一位傳往列驅(qū)動器，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行顯示。顯然采用并行方式時，從控制電路到列驅(qū)動器的線路數(shù)量大，相應(yīng)的硬件數(shù)目多。顯示時要把每一行中各列的數(shù)據(jù)都傳送到相應(yīng)的列驅(qū)動器上去，這就存在一個顯示數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴}。采用掃描方式進行顯示時，每行又一個驅(qū)動器，各行的同名列共用一個列驅(qū)動器。具體就1616地點陣來說，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間，然后熄滅；……第16行之后，又重新點亮第一行，反復(fù)輪回。因此在實際的應(yīng)用在應(yīng)用中的顯示屏幾乎不采用這種設(shè)計，而采用另外一種稱為動態(tài)掃描的的顯示方法。1616的點陣共有256個發(fā)光二極管，顯然單片機沒有那么多端口，如果我們采用鎖存器來擴展端口，按8位的鎖存器來計算，1616的點陣需要256/8＝32個鎖存器。MAX232旁邊的需加四個電容，他們的作用是倍壓的(升壓的)，也就是說和芯片一起共同作用把電壓從+5伏變到+10伏，負的變到10。接口電路的基本原理如下圖： 單片機與上位機通信接線圖MAX232是電平轉(zhuǎn)換電路，232電平的高電平是15伏到3伏，低電平是+3伏到+15伏，TTL電平的高電平的理想值是+5伏，低電平是0伏。系統(tǒng)采用美國電子工業(yè)協(xié)會頒布的RS232C 串行總線。 晶振電路 串口通信的設(shè)計串行通信是能把二進制數(shù)據(jù)能夠按位傳送的通信，且所需傳輸線極少，8051 內(nèi)部除了含有 4 個并行 I/O 接口外，還有一個串行 I/O 接口。一般的晶振振蕩電路都是在一個反相放大器（注意是放大器不是反相器）的兩端接入晶振，再有兩個電容分別接到晶振的兩端，每個電容的另一端再接到地，這兩個電容串聯(lián)的容量值就應(yīng)該等于負載電容，請注意一般IC的引腳都有等效輸入電容，這個不能忽略。由于晶體自身的特性致使這兩個頻率的距離相當(dāng)?shù)慕咏?，在這個極窄的頻率范圍內(nèi)，晶振等效為一個電感，所以只要晶振的兩端并聯(lián)上合適的電容它就會組成并聯(lián)諧振電路。 復(fù)位電路振蕩電路采用無源的晶振，石英晶片所以能做振蕩電路（諧振）是基于它的壓電效應(yīng)。 所示的RC復(fù)位電路可以實現(xiàn)上述基本功能。單片機系統(tǒng)包括電源電路，晶振電路和復(fù)位電路。公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51存儲器。 單片機系統(tǒng)的設(shè)計AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K(5) 傳輸數(shù)據(jù)的保存 通過 EPROM 89S52 單片機的存儲，固化保存待顯示信息。(4) 整體電路 顯示數(shù)據(jù)輸出電路主要功能是進行逐行掃描和將串行數(shù)據(jù)依次輸出到 LED 顯示單元模塊。(2) 數(shù)據(jù)鎖存模塊 用74HC595附帶輸出鎖存端子的 8 位移位寄存器。由于待顯示信息的字模提取通過軟件模塊完成，所以硬件系統(tǒng)不再增設(shè)字庫存儲模塊。最終確定了顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，并且畫出了結(jié)構(gòu)框圖，更具結(jié)構(gòu)框圖，進行下面的設(shè)計和器件的選型。各種控制信號用來使顯示屏正常工作，包括行選通信號、列數(shù)據(jù)移位信號、列數(shù)據(jù)輸出鎖存器打入信號、產(chǎn)生上下部分在時間上錯開的SRCLK 信號、清屏信號等。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖控制電路采用單片機，主要負責(zé)與上位機的通訊、控制存儲顯示數(shù)據(jù)模塊、安排控制信號的定時與順序、控制驅(qū)動 LED 顯示點陣的電路等。這種時序控制電路，可以由布線邏輯完成?？刂齐娐坟撠?zé)有序的選通各行，在選通每一行之前還要把該行各列的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好?？紤]到控制的方便，本設(shè)計采用的是掃描驅(qū)動方式。即在顯示本行各列數(shù)據(jù)的同時，準(zhǔn)備下一行的列數(shù)據(jù)，這就需要列數(shù)據(jù)的顯示具有鎖存功能。對于串行傳輸來說，數(shù)據(jù)要經(jīng)過并行到串行和串行到并行兩次變換，因此列數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備時間可能相當(dāng)長，在行掃描周期確定的情況下，留給行顯示的時間就少一些，以至影響到LED的亮度。數(shù)據(jù)串行傳輸?shù)乃俣缺容^慢，但它可以大大簡化傳輸線路，對于大屏幕來說，采用串行傳輸方式比較合適。在行掃描列控制顯示時，把顯示數(shù)據(jù)從存儲器中取出傳送到每一行對應(yīng)的列驅(qū)動器上，這就存在一個列數(shù)據(jù)傳輸方式的問題。在實際的LED大屏幕顯示中，很少有采用靜態(tài)驅(qū)動的。另外，對于靜態(tài)顯示方式，需要較多的譯碼驅(qū)動裝置，需要的引線也比較多。靜態(tài)顯示每一個像素需要一套驅(qū)動電路，如果顯示屏為nm個像素屏，則需要nm套驅(qū)動電路。靜態(tài)顯示是指將一幅畫面輸入以后要保持到下一幅畫面的輸入。當(dāng)掃描到H2行時，L1列的電位就應(yīng)該為低。一個m行n列結(jié)構(gòu)的LED顯示屏，當(dāng)采用行掃描列控制的驅(qū)動方式時，H1到Hm輪流將高電位接通各行線，使連接到各行的LED器件接通正電源，但具體哪一個LED導(dǎo)通，還要看它的負電源是否接通，這就是列控制所要完成的工作。所謂“掃描”的含義，就是指一行一行地循環(huán)接通整行的LED器件，而不問這一行的哪一列的LED器件是否應(yīng)該點亮，某一列的LED器件是否應(yīng)該點亮，由所謂的列控制電路來負責(zé)。在掃描驅(qū)動方式下可以按行掃描，按列控制。 行掃描列控制原理及波形圖(2)掃描驅(qū)動掃描驅(qū)動是通過數(shù)字邏輯電路，使若干LED器件輪流導(dǎo)通，用以節(jié)省控制驅(qū)動電路。其次是脈沖重復(fù)頻率的選擇，通過對視覺暫留特性的分析，要使人眼感覺不到LED器件閃爍，那么脈沖電流的重復(fù)頻率必須高于24Hz。首先，脈沖電流幅值的選擇，當(dāng)脈沖驅(qū)動的平均值與直流驅(qū)動的電流值相等時，我們?nèi)搜鄣母杏X是相同的，也就是說兩者的發(fā)光強度相當(dāng)。(1)脈沖驅(qū)動所謂脈沖驅(qū)動方式，就是利用人眼的視覺暫留效應(yīng)，以脈沖的方式對LED器件進行供電，使之間歇性地點亮。在實際應(yīng)用中，往往需要調(diào)節(jié)LED器件的發(fā)光強度，通常我們是通過調(diào)節(jié)流經(jīng)LED器件的電流的平均時間來實現(xiàn)的。程序校驗時，需要外部上拉電阻。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。8051單片機的P0口包括一個真正的一個輸出鎖存器，兩個三態(tài)緩沖器，一個輸出驅(qū)動電路和一個輸出控制電路，當(dāng)P0口作為一般的I/O口使用時，在CPU向端口輸出數(shù)據(jù)時，對應(yīng)的輸出控制信號應(yīng)為0，模擬轉(zhuǎn)換開關(guān)將把輸出級與鎖存器端接通。P1口低2位與列驅(qū)動器相連，送出列信號；P0口低四位與行驅(qū)動器相連，送出行選信號；～。由于需要具有較快的刷新頻率，以獲得較高的刷新頻率，使顯示穩(wěn)定，既具有較快的時鐘頻率，又方便進行計算機的通信。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止?？山抵?Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51存儲器。MCS51 單片機具有擴展性強，功能強大，價格較低等優(yōu)點，因此，采用Atmel公司的AT89S52 單片機。傳輸距離短的另一原因是RS232屬單端信號傳送，存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問題，因此一般用于20m以內(nèi)的通信。RS232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為每秒50、7100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。RS是英文“推薦標(biāo)準(zhǔn)”的縮寫，232為標(biāo)識號，C表示修改次數(shù)。AWG的四芯電纜。其中1號電纜為屏蔽電纜， 內(nèi)有三對雙絞線，每對由22 AWG 組成，其外覆以屏蔽網(wǎng)。所以采用DB9的9芯插頭座，傳輸線采用