【正文】 4P A CK A G E = L E DD 2 5P A CK A G E = L E DD 2 6P A CK A G E = L E DD 2 7P A CK A G E = L E DD 2 8P A CK A G E = L E DD 2 9P A CK A G E = L E DD 3 0P A CK A G E = L E DD 3 1P A CK A G E = L E DD 3 2P A CK A G E = L E DR15 6 0R25 6 0R35 6 0R45 6 0R55 6 0R65 6 0R75 6 0R85 6 0R95 6 0R 1 05 6 0R 1 15 6 0R 1 25 6 0R 1 35 6 0R 1 45 6 0R 1 55 6 0R 1 65 6 0R 1 75 6 0R 1 85 6 0R 1 95 6 0R 2 05 6 0R 2 15 6 0R 2 25 6 0R 2 35 6 0R 2 45 6 0R 2 55 6 0R 2 65 6 0R 2 75 6 0R 2 85 6 0R 2 95 6 0R 3 05 6 0R 3 15 6 0R 3 25 6 01234J15 4 5 4 8 0 4 7 0D 3 51 N59 1 8 BC72 2 0 uR 3 71k洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 模塊供電設(shè)計(jì)方案 主控 供電方案： (1)通過線圈耦合（相當(dāng)于變壓器原理） 無線輸電的方法，無觸點(diǎn) 。 29 號(hào)引腳 EA/VPP 要執(zhí)行內(nèi)部程序不需訪問外部存儲(chǔ)器，所以其直接和 38 號(hào)引腳（ Vcc）同時(shí)接在整流二極管負(fù)極，即電源正極 。具體 做 法 是 ： 將 、 兩位端口和電源正負(fù)極接在 4 針彎針的同一側(cè)即可。由于端口的驅(qū)動(dòng) 電壓電流 有限 ， 所以 在這些 端口 都 外接了 560Ω 的上拉電阻來提高驅(qū)動(dòng)能力。 STC89C51RC 的最小系統(tǒng)包括了 外部 時(shí)鐘電路和復(fù)位電路 ，選定一定數(shù)量的 I\O 口作為控制口控制外部的各 個(gè) 器件和數(shù)據(jù)的輸出。當(dāng) RST 釋放后 EA 腳的值被鎖存，任何時(shí)序的改變都將無效 [11]。 EA/VPP—— 外部尋址使能 /編程電壓，在訪問整個(gè)外部程序存儲(chǔ)器（地址 0000HFFFFH）， EA 端必需保持低電平（接地）。 RST—— 復(fù)位輸入。 P3 口第一功能同 P P2 口。對(duì)于端口 P2 作輸入口時(shí)寫“ 1”，原理同 P1 口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流 [10]。 P1 口 —— P1 口是一組內(nèi)部帶上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門電路。 P0 口也可以在訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，作地址的低字節(jié)；訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器作數(shù)據(jù)總線，此時(shí)通過內(nèi)部強(qiáng)上拉傳送 1。 圖 22 芯片管腳圖 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 ： VCC—— 電源電壓 GND—— 地 P0 口 —— P0 口是一組雙向 8 位三態(tài) I/O 口，可向其寫入 1 使其狀態(tài)為懸浮，用作高阻輸入。 6 時(shí)鐘 /機(jī)器周期和 12 時(shí)鐘 /機(jī)器周期可任意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051；工 作電壓： （ 5V 單片機(jī)） /（ 3V單片機(jī)）；工作頻率范圍： 0~40MHz，實(shí)際工作頻率可達(dá) 48MHz；用戶可應(yīng)用程序存儲(chǔ)空間分為： 4K/8K/13K/16K/32K/64K 字節(jié)；片上集成 1280 字節(jié)或 512字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間 RAM；通用 I/O 口（ 35/39 個(gè)）；復(fù)位后為： P1/P2/P3/P4是準(zhǔn)雙向口 /弱上拉（普通 8051 傳統(tǒng) I/O 口）； P0 口作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上電阻，作為 I/O 口用時(shí)，需要加上拉電阻；最具特點(diǎn)是支持在系統(tǒng)可編程 ISP（ insystem programming），無需專用編程器，無需專用仿真器，可通過串口（ RxD/， TxD/）直接下載所編程序，即可就能完成；有 E2PROM 功能（ electrically erasable programmable read only memory 電可擦寫可編程 只讀存儲(chǔ)器 ） ， 是用戶可更改的只讀存儲(chǔ)器（ ROM） ；內(nèi)部 看門狗（ WDT）定時(shí)器；共有 三 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，其中定時(shí)器 0 還可以當(dāng)成 2 個(gè) 8 位定時(shí)器使用； 有四路 路外部中斷，下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷， Power Down 模式可由中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒；通用異步串行收發(fā)口（ UART），還可結(jié)合定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè) UART；工作溫度范圍：40~+85C（工業(yè)級(jí)） /1~75C（商業(yè)級(jí)）；封裝形式： PDIP40， PLCC44，PQFP44[9]。加之在大三時(shí)，我學(xué)習(xí)的課程就是以 STC89C51 架構(gòu)來開展的 ， 因此這里我就 選擇 國產(chǎn)宏晶科技 生產(chǎn)的 STC89C51RC 為控制單元的主控芯片 ，采用的是 PQFP44 封裝類型。 表 21 51 單片機(jī)芯片廠商產(chǎn)品 公司名稱 產(chǎn)品 AT(Atmel) AT89C51， AT89C52， AT89C53， AT89S51 等 Philips P80C54， P80C58， P87C54， P87C58， P87C524 等 Intel i87C54， i87C58， i87L54， i87L54 等 STC STC89C51RC， STC89C52RC， STC89LE51RC 等 根據(jù)題目的 設(shè)計(jì) 要求 ，所選 芯片必須要具有的就是方便的編程 下載 能力， 足夠的 I/O 端口和中斷引腳，足夠高低運(yùn) 行速度。 在 51 系列單片機(jī)中選定一款合適的 型號(hào) 來作為控制單元的主控芯片。 (5) 單片機(jī)由 ISP 下載線下載程序 ，由無線 振動(dòng)電路以及耦合線圈給顯示和控制系統(tǒng) 供電， 需外接 5V 直流電源給振蕩模塊和旋轉(zhuǎn)電機(jī)供電。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 (3) I/O 口 高低電平的區(qū)分能力以及 其 輸入輸出頻率必須滿足單片機(jī)以及驅(qū)動(dòng)電路 響應(yīng) 的要求 。并且顯示要清晰 。通過查閱資料和對(duì)比最終的硬件原理圖如圖 21 所示。具體 操作和工作 流程為： 用串行下載下借助 PC 機(jī)上的下載軟件向單片機(jī)載入 控制指令和顯示代碼內(nèi)容 ；下載完畢后，給系統(tǒng)上電， 執(zhí)行控制指令 ， 處理顯示代碼將顯示內(nèi)容通過 I/O 口輸出并且控制 各個(gè) I/O 端口電平變化 ，最后由顯示驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行電壓和電流的處理 ， 以達(dá)到 LED 顯示屏 所需大小 的顯示電壓電流要求 ， 進(jìn)而使顯示屏顯示 出 內(nèi)容。 我大二學(xué)習(xí) 51 單片機(jī)時(shí)，我熟悉并熟練操作的也是 KEIL C 編譯開發(fā)洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 環(huán)境， 目前在單片機(jī)開發(fā)中普遍都是使用 KEIL C 來進(jìn)行編譯 ，圖書館和網(wǎng)絡(luò)上關(guān)于 51 單片機(jī)學(xué)習(xí)開發(fā)資源上絕大多數(shù)講解教授的是 KEIL C 編譯器 ，所以這里我采用了 KEIL C 編譯開發(fā)環(huán)境。因此在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中， 需要 編譯器。 基于以上理由決定采用 C 語言為該顯示系統(tǒng)的編程語言。 C 語言作為一種非常方便的語言而得到廣泛的支持， C 語言程序本身并不依賴于機(jī)器硬件系統(tǒng)，基本上不做修改就可根據(jù)單片機(jī)的不同較快地移植過來 [7]。對(duì)單片機(jī)的指令系統(tǒng)不要求了解，僅要求對(duì) 51 的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)有 基本 了解；可由編譯器管理寄存器 的 分配、不同存儲(chǔ)器的尋址及數(shù)據(jù)類型等細(xì)節(jié)； 用 C 語言編寫的 程序有規(guī)范的結(jié)構(gòu)。 C 語言是一種源于編寫 UNIX 操作系統(tǒng)的語言，它是一種結(jié)構(gòu)化語言，可產(chǎn)生壓縮代碼。 匯編語言 (Assembly Language)是面向機(jī)器的程序設(shè)計(jì)語言，功能 強(qiáng)大，可以 利用計(jì)算機(jī)所有硬件特性 并直接控制硬件。最后還要選擇一款與所選單片機(jī)的下載器或下載軟件來把編寫的程序下載到單片機(jī)中執(zhí)行。 圖 15 軟件功能結(jié)構(gòu)框圖 中斷程序 主程序 字符數(shù)組 顯示程序 初始化程序 串行通信 單片機(jī) 驅(qū)動(dòng)電路 2 16LED 顯示排 供電模塊 旋轉(zhuǎn)電路 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 軟件的編 譯過程 需要借助軟件編輯器和編譯軟件，編譯完成后還需要下載到單片機(jī)中執(zhí)行。 在顯示 目標(biāo)和硬件總體 構(gòu)架 確定的情況下，軟件可以 大致 分為主程序，顯示子程序 等 子程序，通 信程序三個(gè)主要 程序模塊 部分組成。 此設(shè)計(jì)題目以此方案為 總體指導(dǎo) 展開具體的硬件電路設(shè)計(jì)。 所以，在此我選擇旋轉(zhuǎn) LED 顯示屏。需要 32 個(gè) LED，可以充分利用 I/O 口，通過程序進(jìn)行位操作實(shí)現(xiàn) 。 圖 13 旋轉(zhuǎn) LED 顯示屏原理 a),b),c)是 在不同 時(shí) 間 的顯示 效果， d)是 我們 人眼看到的 整體 畫面 “ 3”。 這里直接通過直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)來帶動(dòng) LED 列的旋轉(zhuǎn)， 運(yùn)行到某一位置時(shí)就 初始化 該位置的狀態(tài) ， 到 一 定時(shí)間 后又顯示下一狀態(tài) 的圖像 ， 即一列顯示器件要由 電機(jī) 轉(zhuǎn)動(dòng)來更換位置實(shí)現(xiàn)完成全部圖像的顯示 。顯示部分包括 兩列 LED 顯示 排列（每列十六組 LED 發(fā)光二極管即每列占用兩組 I/O 口）， 驅(qū)動(dòng)電路。 在這種 LED 顯示屏中 ， 采用的是逐行下移掃描點(diǎn)亮器件的方式 ，整個(gè)顯示屏 不論有沒有點(diǎn)亮的 LED， 每一行都必須 要有足夠多的 LED 顯示器件 ， 這就 增加了 顯示屏的 制作 成本 。 傳統(tǒng) 的 LED 點(diǎn)陣顯示屏 逐行掃描循環(huán)點(diǎn)亮 ，當(dāng) 刷新速率足夠大 時(shí)，看到的 即 是一 整 幅 穩(wěn)定 的畫面。 由于課題任務(wù)要求是基于 51 單片機(jī) 的 開發(fā)方式 ， 單片機(jī)內(nèi)已經(jīng)集成UART， 在此 選擇串行通信方式。 并行通信 ， 數(shù)據(jù)的各個(gè)位可以字或字節(jié)為單位并行同時(shí)進(jìn)行傳送。 通用異步接收 /發(fā)送器，簡稱 UART（ Universal Asynchromous Receeiver/Trabsnitter） ， 是 一種 硬件電路。 這種轉(zhuǎn)換可以用軟硬件 來 實(shí)現(xiàn)。因此，當(dāng)計(jì)算機(jī) 接受 數(shù)據(jù)時(shí)，必須將 串 行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為 并 行數(shù)據(jù)。 串行通信數(shù)據(jù)是一位一位順序傳送，只用很少幾根通信線，串行傳送的速度低，但傳送的距離長，因此串行適用于長距離而速度要求不高的場合。 通信 模塊 通信部分 的最重 要的 設(shè)計(jì)要求就是要滿足快速簡單、穩(wěn)定、易實(shí)現(xiàn)。 它們的價(jià)格也高低不等，這樣極大地滿足了開發(fā)者的選擇自由。它有很強(qiáng)的接口性能，非常適合于工業(yè)控制 ,因此又叫微控制器(MCU)。 這里 用的電子設(shè)計(jì)方法 是采用 單片機(jī)。 單片 機(jī)通過通信 模塊下載得到的 控制指令和顯示內(nèi)容代碼，執(zhí)行顯示指令并將顯示代碼處理后控制顯示部分的顯示內(nèi)容和顯示方式 [3]。 硬件的設(shè)計(jì) 這里 采用模塊化設(shè)計(jì)，要 同時(shí)兼 滿足模塊本身功能 和 系統(tǒng)兼容。洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 第 1 章 方案論證與選擇 系統(tǒng) 總 方案 由于旋轉(zhuǎn) LED 顯示屏 高速旋轉(zhuǎn) ，所以對(duì)硬件的 質(zhì)量要求非常的高。 第 3章詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的開發(fā)平臺(tái) ， 系統(tǒng) 要 實(shí)現(xiàn)的主要功能 ，軟件仿真程序 設(shè)計(jì) 及結(jié)果 。 第 1章主要介紹系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 及可行性論證。 所以， 通過該課題設(shè)計(jì) ，學(xué)習(xí)和熟悉 51 單片機(jī)的的軟硬件開發(fā)工具的 使用方法 和實(shí)際問題的解決能力 ， 激發(fā)創(chuàng)新意識(shí)，活躍思維能力， 為以后從事相關(guān)行業(yè)的工作積累了實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)。目前中國國內(nèi)龐大的需求應(yīng)用給 LED 下游廠商創(chuàng)造了巨 大的發(fā)展機(jī)會(huì)，這為我國 LED 產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了良好的機(jī)遇 [1]。 而現(xiàn)如今， LED 產(chǎn)業(yè)從全球分工來看，中國臺(tái)灣已成為全球 LED 重要的生產(chǎn)基地，而美國、日本、歐盟在 LED 上游外延片、芯片生產(chǎn)上仍擁有巨大的技術(shù)優(yōu)勢。通過低壓直流電來驅(qū)動(dòng)電機(jī)，使加載在直流電機(jī)上的設(shè)計(jì)電路達(dá)到勻速穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)的效果，通過 C 語言程序在高速旋轉(zhuǎn)中控制單片機(jī)相應(yīng)引腳電平高低，來實(shí)現(xiàn)發(fā)光二極管在旋轉(zhuǎn)中顯示文字字符的效果。 靜止時(shí)，各個(gè)發(fā)光二極管等間距排布。 在 本 文所設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn) LED 顯示屏 以 STC89C51 單片機(jī)為核心，最大限度的利 用單片機(jī)的資源，實(shí)現(xiàn)顯示功能。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） V 目 錄 前 言 ....................................................................................................... 1 第 1 章 方案論證與選擇 ............