【正文】 通過了解我認(rèn)識到 LED 是一門當(dāng)今應(yīng)用非常廣泛的技術(shù)，整個產(chǎn)業(yè)每年都會有巨大的產(chǎn)值而且技術(shù)還在。通過這次設(shè)計收獲頗多，不僅是所作題目涉及到的軟硬件知識還有更為重要的實際經(jīng)驗和過程中所發(fā)現(xiàn)的問題。經(jīng)過調(diào)試和修改，系統(tǒng)實現(xiàn)了題目所要求的中英文顯示，動態(tài)顯示及上位機(jī)通信與控制的要求。（2）虛點的產(chǎn)生與軟件和三極管電壓有關(guān)。分析造成這一現(xiàn)象的原因為，焊接時三極管 8550 遭到了高溫?fù)p壞以致工作不穩(wěn)定和焊接的電路不夠牢靠，還有就是 8550 的 e 端所接電壓過高。具體表現(xiàn)為單片機(jī)接負(fù)載后電壓被拉低值 左右，無法滿足譯碼電路的輸入要求。 調(diào)試結(jié)果分析對調(diào)試中出現(xiàn)的問題進(jìn)行了分析，得出以下原因和修改辦法。再發(fā)送不同的顯示數(shù)據(jù)和顯示控制字，觀察各種顯示方式的運行情況和各種顯示方式之間的切換情況。（3）將串口通信，顯示，硬件聯(lián)合調(diào)試。一是發(fā)光點的下方會出現(xiàn)一個很微弱的亮點，影響了整體的顯示效果。系統(tǒng)運行時顯示如圖 51 所示，顯示圖像比較清晰，各動態(tài)顯示效果也能夠?qū)崿F(xiàn)。結(jié)果顯示顯示屏中只有邊角出有一個 LED 燈被燒壞，其他器件邏輯功能運行正常。聯(lián)合調(diào)試的具體方法如下：（1）編寫一個逐點掃描的顯示程序，再結(jié)合硬件電路運行。 系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試及結(jié)果經(jīng)過硬件調(diào)試和軟件調(diào)試，排除了硬件的連接問題和驗證了串口功能的可實現(xiàn)性。圖 53 串口調(diào)試圖串口程序測試成功后為顯示程序提供了準(zhǔn)確的顯示內(nèi)容。測試表明串口程序和串口電路實現(xiàn)了設(shè)計目的。PC 機(jī)向單片機(jī)發(fā)送的內(nèi)容為 aa 11223344556677889900aabbccddeeff11223344556677889900aabbccddeeff。串口程序的設(shè)計為：設(shè)定波特率位 9600，以 0XAA 為起始標(biāo)志位,單片機(jī)接收自起始標(biāo)志位后的 32 位十六進(jìn)制數(shù)再發(fā)送會 PC 機(jī)。并且能把發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)內(nèi)容顯示在狀態(tài)欄內(nèi)。其中測試串口程序的功能是否完善不但要連接單片機(jī)系統(tǒng)還要借助串口調(diào)試工具。C1+1 VDD 2C13C2+4C25VEE 6T2OUT 7R2IN 8R2OUT9T2IN10T1IN11R1OUT12 R1IN 13T1OUT 14GND15VCC 165MAX232ACPE12345678911101D Connector 9C1104C2104C3104C4104VCC TX RXVCC圖 52 串口硬件調(diào)試 系統(tǒng)軟件調(diào)試方法由于已經(jīng)進(jìn)行了硬件調(diào)試，所以軟件調(diào)試主要是軟件編譯和將各功能塊程序分別寫入以驗證其功能的可實現(xiàn)性。如果發(fā)送的數(shù)據(jù)能夠被接收則證明串口通信部分的硬件是正常的。具體電路圖如圖 52 所示，將 MAX232 的第 10 端和第 9 端直接短接。測試的結(jié)果為：各器件電源端在 ～ 之間滿足器件的電源電壓要求，單片機(jī)端口在未接負(fù)載時端口電壓為 。經(jīng)過觀察，沒有這些現(xiàn)象出現(xiàn)。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和由于虛焊引起檢測結(jié)果不真實的麻煩。 短路與虛焊檢測 檢測工具為萬用表，使用萬用表的短路報警功能，逐個測試相臨的兩個焊點檢測是否短路。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。實物完成后必須對其進(jìn)行調(diào)試，檢查設(shè)計功能是否實現(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，計算可得計數(shù)器初值的十六進(jìn)制表示為0XFD。程序設(shè)計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。所以將元素數(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。16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際 LED列與數(shù)據(jù)邏輯列的方法來實現(xiàn)程序的左右移動。241。199。202。180。206。210。 202。 191。 202。NY191。253。202。207。200。16182。241。199。202。180。206。210。187。210。243。223。216。170。233。190。212。190。212。233。190。212。235。193。206。198。243。176。195。187。196。208。233。202。216。170。233。190。212。190。212。如此依次循環(huán)選通各列來顯示所需畫面 [17]。靜態(tài)顯示程序流程圖如圖 44 所示： 圖 44 靜態(tài)顯示程序流程圖顯示采用的是列掃描的顯示方式，選通一列后按照列與數(shù)據(jù)元素的對應(yīng)關(guān)系第讀取顯示數(shù)據(jù)依次選通列，行 74LS164 的CLOCK 端置低，鎖存器禁止輸出對應(yīng)行數(shù)組元素與 0X01 相與，相與結(jié)果寫入單片機(jī)端口輸出數(shù)組元素右移一位，對應(yīng)74LS164 CLOCK 端置高右移次數(shù)是否為 8？鎖存器允許輸出初 始 化NY開 始i 列對應(yīng)的行數(shù)據(jù)為數(shù)組中的第 i 和第 i+16 個元素。 顯示程序的設(shè)計 顯示程序分為靜態(tài)顯示程序、左移顯示、右移顯示、上移顯示、下移顯示五種種顯示方式。所以一幅畫面的數(shù)據(jù)量為 32 字節(jié)。8 個像素對應(yīng)一個字節(jié)，字節(jié)的位順序是上高下低，比如從上到下 8 個點的狀態(tài)是“**”(*為黑點，為白點)，則轉(zhuǎn)換的字模數(shù)據(jù)是 0x82(B1000_0010)。166。207。205。181。190。202。 176。224。168。188。221。253。180。166。207。205。181。190。202。176。2193。LED181。205。209。1193。LED181。205。209。16193。LED181。205。LED209。LED16161。LED16161。16161。253。208。181。211。218。161。193。208。221。253。211。221。202。196。166。212。218。161。193。208。221。253。211。208。218。168。161。208。218。168。161。247。230。188。193。221。196。190。212。170。232。249。161。193。208。218。168。161。221。202。196。166。212。218。161。193。208。221。253。211。在該顯示系統(tǒng)中掃描顯示的工作原理如圖 42 所示，先選通列然后再從行送入對應(yīng)列的數(shù)據(jù)，這樣從第 1 列到第 16 列循環(huán)往復(fù)，只要切換的速度足夠的快利用人眼的延時特性就可以看見一幅穩(wěn)定的畫面。 對靜態(tài)顯示來說，每一個發(fā)光二極管都需要一套驅(qū)動電路，一幀畫面輸入以后便可一勞永逸地顯示，除非我們改變了顯示內(nèi)容，需要重新輸出新的點陣數(shù)據(jù)．這種方式系統(tǒng)原理相對簡單一些，但所需的譯碼驅(qū)動裝量很多，引線多而繁雜，不便于大屏幕的制造，成本高，其可靠性也較低．另一種動態(tài)掃描顯示是把整個 LED 屏幕分成若干部分，每一幅畫面的顯示是顯示完一部分后，又顯示第二部分……直到顯示完最后一部分又重新開始顯示第一部分，重復(fù)循環(huán)進(jìn)行．在重復(fù)掃描速度足夠快的情況下，我們看到的就是一幅穩(wěn)定的畫面．也就是說采用動態(tài)掃描顯示需要不斷進(jìn)行畫面的刷新．在這種方式下其顯示驅(qū)動電路可重復(fù)利用，引線也大大減少，從而使硬件成本降低，且屏幕上的發(fā)光二極管輪流發(fā)光，使用時的耗電量大大降低．大屏幕的制造、維護(hù)要容易許多，可靠性也增加了．兩種顯示方式的比較再結(jié)合 51 單片機(jī) IO 口數(shù)量有限的原因決定采用動態(tài)掃描的方式進(jìn)行顯示。按照設(shè)定的方式和內(nèi)容顯示出所需要的內(nèi)容。中斷產(chǎn)生后由預(yù)先初始化時設(shè)定跳轉(zhuǎn)執(zhí)行中斷子程序。外部中斷源由按鍵的電平變化觸發(fā)，外部中斷主要功能是選擇 LED 點陣顯示屏的控制方式是由按鍵控制還是上位機(jī)控制和顯示狀態(tài)是靜態(tài)顯示還是動態(tài)顯示。 主程序的工作流程如圖 41 所示：圖 41 主程序流程圖程序開始時首先必須對單片機(jī)進(jìn)行初始化，其中初始化的內(nèi)容包括：中斷優(yōu)先級的設(shè)定，中斷初始化，串行通信時通信方式的選擇和波特率的設(shè)定，各 IO 口功能系統(tǒng)初始化從顯示數(shù)組讀取數(shù)據(jù)到顯示寄存器讀取顯示控制命令選擇顯示方式調(diào)用相應(yīng)顯示程序RI=1?起始位？接收顯示數(shù)據(jù)及控制命令將顯示數(shù)據(jù)移入顯示數(shù)組將控制命令賦值給控制字符NNYY開 始中斷開始中 斷 返 回的設(shè)定等。其功能結(jié)構(gòu)如圖24 所示。第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 程序設(shè)計系統(tǒng)軟件采用 C 語言編寫，按照模塊化的設(shè)計思路設(shè)計。即增加單個顯示系統(tǒng)顯示屏幕大小的同時又將單個的顯示系統(tǒng)級連。206。 201。212。181。205。207。187。198。181。231。194。210。194。181。182。 199。205。207。187。198。181。231。194。210。194。181。182。 199。205。207。187。198。181。231。194。210。194。181。182。199。191。196。213。LED181。191。196。213。 LED181。191。196。213。LED181。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，更容易實現(xiàn)大屏幕的顯示。如圖 311 所示，由獨立的 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)點在于一塊單片機(jī)可以同時控制更多的 LED 點陣顯示屏，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：C1+1 VDD 2C13C2+4C25VEE 6T2OUT 7R2IN 8R2OUT9T2IN10T1IN11R1OUT12 R1IN 13T1OUT 14GND15VCC 165MAX232ACPE12345678911101D Connector 9C1104C2104C3104C4104VCC TX RXVCC圖 38 串口通信系統(tǒng)電路圖 電源設(shè)計在系統(tǒng)中 MAX2374LS1674LS37AT89S51 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)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]。廣泛用于計算機(jī)，工業(yè)和消費類產(chǎn)品中。圖 35 8550 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 列驅(qū)動電路設(shè)計列驅(qū)動采用 ULN2803。231。168。213。168。213。193。175。253。246。228。186。208。179。202。198。235。故 8550 在驅(qū)動電路中起到提供驅(qū)動電流和選通開關(guān)的作用。發(fā)射極0v產(chǎn)生和電子擴(kuò)散方向相反的電流，由于基極電子大量擴(kuò)散到發(fā)射極集電極電子擴(kuò)散到基極中形成了電流 。發(fā)射極 e 接 5V 電源，基極接譯碼信號輸出端，集電極接輸出驅(qū)動 LED 點陣屏。246。228。231。194。210。188。209。198。213。 行驅(qū)動采用PNP 三極管 8550 接法如圖 34 示：1K5V LED181。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