【正文】 理圖 河南城建學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)硬件設(shè)計 17 圖圖 74HC595 引引 腳腳 圖圖 符號 引腳 描述 Q0— Q7 1~7 并行數(shù)據(jù)輸出 GND 8 地 Q7’ 9 串行數(shù)據(jù)輸出 MR’ 10 主復位（低電平） SH_CP 11 移位寄存時鐘輸入 ST_CP 12 存儲寄存時鐘輸入 OE39。 工作順序：單片機先送 1 個 8 位數(shù)據(jù)到第一個 595 的內(nèi)部移位寄存器 然后數(shù)據(jù)會送到內(nèi)部的輸出寄存器 輸出 ,當 MR（ 10 引腳）為高電平， OE（ 13 引腳）為低電平時，數(shù)據(jù)在 SH_CP 上升沿進入移位寄存器，在 ST_CP 上升沿輸出到并行端口。 具體來說就是第一個時鐘信號來到時低位的數(shù)據(jù)向高位挪動一位，在這個程序中是SH_CP 信號，當 SH_CP 是一個上跳沿時，傳入的形參 Data 與 0x80 相與，得到的數(shù)為 1,則通過 SDATA 置 1,否通過置為 0,并存儲在 74HC595 的相應位置（最低位即 Q0 那）上， DS內(nèi)部也自動左移一位數(shù)據(jù)然后 dat 向左移一位，使次高位變?yōu)樽罡呶慌c 0x80 相與，并存儲。如果兩個時鐘連在一起，則移位寄存器總是比存河南城建學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)硬件設(shè)計 16 儲寄存器早一個脈沖。 河南城建學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)硬件設(shè)計 15 圖 為 74HC138 的引腳圖 表 74HC138 集成譯碼器功能表 . 列驅(qū)動 單元 設(shè)計 列驅(qū)動電路由 74HC595 構(gòu)成，它具有一個 8 位串入并出的移位寄存器和一個 8 位輸出鎖存器，而且移位寄存器和輸出鎖存器的控制是各自獨立的，可以實現(xiàn)在顯示本行各列數(shù)據(jù)的同時，傳送下一行的列數(shù)據(jù)，達到重疊處理的目的。除非 E1 和 E2 置低且 E3 置高，否則 74HC138 將保持所有輸出為高。 74HC138 譯碼器可接受 3 位二進制加權(quán)地址輸入（ A0,A1 和 A2），并當使能時，提供 8個互斥的低有效輸出（ Y0 至 Y7）。而采用了譯碼電路后僅僅需要7～ 9 個端口便可實現(xiàn)控制顯示。 具體電路如圖 所示 ： 河南城建學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)硬件設(shè)計 14 圖 行驅(qū)動電路圖 串并轉(zhuǎn)換器 74HC138 譯碼器 行驅(qū)動芯片 采用的是芯片 74HC138 譯碼器 。行譯碼所用器件為串并轉(zhuǎn)換器74HC138 譯碼器。按鈕復位是通過 RST 端經(jīng)電阻與電源 Vcc 接通來實現(xiàn)， 當按下復位按鍵時， RST 端產(chǎn)生高電平，使單片機復位。復位電路通常采用上電自動復位和按鈕復位兩種，如圖 和 所示。 圖 內(nèi)部時鐘方式 圖 外部時鐘方式 復位電路簡介 STC89C52 單片機的復位是由外部的復位電路實現(xiàn)的。為減少線間的寄生電容，晶振和電容應盡能安裝得與單片機靠近，保證晶振穩(wěn)定可靠的工作。 本實驗采用內(nèi)部時鐘方式，將 XTAL1 與 XTAL2 之間跨接一個石英晶振和微調(diào)電容，從而構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激震蕩器。 時鐘電路簡介 在 STC89C52 單片機片內(nèi)有一個高增益的反相放大器，反相放大器的輸入端為 XTAL1，輸出端為 XTAL2，由該放大器構(gòu)成的振蕩電路和時鐘電路一起構(gòu)成了單片機的時鐘方式。 12. 工作溫度范圍： 40～ +85℃（工業(yè)級） /0～ 75℃（商業(yè)級）。 4 路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路， Power Down 模式可 由外部中斷低電平觸發(fā) 中斷方式 喚醒。 9. 共 3 個 16 位 定時器 /計數(shù)器。 7. ISP（在系統(tǒng)可編程） /IAP（在應用可編程），無需專用 編程器 ，無 需專用 仿真器 ，可通過串口（ RXD/,TXD/）直接下載用戶程 序，數(shù)秒即可完成一片。 5. 片上集成 512 字節(jié) RAM。 范圍： 0～ 40MHz，相當于普通 8051 的 0～ 80MHz，實際工作 頻率可達 48MHz。 STC89C52 具有以下參數(shù) ： 8051 單片機 ， 6 時鐘 /機器周期 和 12 時鐘 /機器周期可以任意 選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051。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位為止。另外 STC89X52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C52 為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具體電路如圖 所示 ： 河南城建學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)硬件設(shè)計 11 圖 控制部分電路圖 STC89C52 簡介 STC89C52 是 STC 公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。注意加密方式 1 時， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當 /EA 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。另外，該引腳被 略微拉高。如想禁止 ALE 的 輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。當振蕩器復位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將 輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3 口： P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL 門電流。在給出地址“ 1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。這是由于內(nèi)部上拉河南城建學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)硬件設(shè)計 10 的緣故。 P2 口： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個TTL 門電流，當 P2 口被寫“ 1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼 輸入口，當FIASH 進行校驗時， P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。當 P1 口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。 GND：接地。 STC89C52 單片機 的最小系統(tǒng)包括了外界時鐘電路和復位電路，選定一定數(shù)量的 IO 口作為控制口控制外部的各種器件和數(shù)據(jù)的輸出 ， 根據(jù)功能選擇一定的單片機端口添加外圍的器件。當列數(shù)很多時，并列傳輸?shù)姆桨甘遣豢扇〉摹目刂齐娐返搅序?qū)動器的數(shù)據(jù)傳輸可以采用并列方式或串行方式。顯示數(shù)據(jù)通常存儲在單片機的存儲器中，按 8 位一個字節(jié)的形式順序排放。當這樣輪回的速度足夠快（每秒 24 次以上），由于人眼的視覺暫留現(xiàn)象，就能夠看到顯示屏上穩(wěn)定的圖形了。 動態(tài)掃描的意 思簡單地說就是逐行輪流點亮，這樣掃描驅(qū)動電路就可以實現(xiàn)多行（比如 8 行）的同名列共用一套驅(qū)動器。 16*32 的點陣共有 512 個發(fā)光二極管，顯然單片機沒有這么多的端口，這個數(shù)字很龐大，在實際應用中的顯示屏往往要大得多，這樣在鎖存器上 STC89C52 單片機 復位電路 時鐘電路 獨立鍵盤電路 行驅(qū)動電路 列驅(qū)動電路 16*32LED 點陣 顯示屏 河南城建學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)硬件設(shè)計 9 花的成本將是一個很龐大的數(shù)字。執(zhí)行頻率要能達到掃描顯示的最低要求。 （ 3） 譯碼電路的高低電平的區(qū)分能力以及譯碼的輸入輸出頻率必須滿足單片機以及驅(qū)動電路的要求。 圖 硬件原理圖 該系統(tǒng)所要實現(xiàn)的功能和要求有以下幾點： （ 1） LED 顯示屏的面積必須滿足至少顯示一個漢字的標準 ， 并且顯示要清晰。 根據(jù)硬件的功能結(jié)構(gòu)圖選取合適器件，器件不但要求能實現(xiàn)所要求的功能還要能兼容至整個系統(tǒng)之中。 河南城建學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)硬件設(shè)計 8 第三章 系統(tǒng)硬件 設(shè)計 硬件整體設(shè)計概述及功能分析 顯示系統(tǒng)具體設(shè)計主要由單片機系統(tǒng)， 按鍵 電路，顯示驅(qū)動電路和 16 32 的點陣 顯示屏電路四 部分組成。目前在單片機開發(fā)中普遍都是使用 KEIL C51來進行編譯。因此在系統(tǒng)軟件設(shè)計中，編譯器必不可少。 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。這種方式可使程序結(jié)構(gòu)化；將可變的選擇與特殊操作組合在一起的能力，改善了程序的可讀性；編程及程序調(diào)試時間顯著縮短，從而提高效率；提供的庫包含許多標準子程序，具有較強的數(shù)據(jù)處理能力；已編好程序可容易的植入新程序，因為它具有方便的模塊化編程技術(shù)。 C 可以進行許多機器級函數(shù)控制而不用匯編語言。 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)是面向機器的程序設(shè)計語言，是一種功能很強的程序設(shè)計語言，也是利用計算機所有硬件特性并能直接控制硬件的語言。 單片機編程語言選擇 現(xiàn)在主要運用的單片機編程語言為匯編語言和 C 語言。編寫軟件之前得首先選擇一種合適的語言以及配套的編輯器和編譯軟件。 系統(tǒng)軟件方案 選擇 軟件的設(shè)計除了滿足設(shè)計功能外還必須要滿足易讀寫，方便下載和編譯。常用的串并轉(zhuǎn)換芯片有 74LS154（ 4 線 16 線譯碼器）、 74HC138（ 8 位串并轉(zhuǎn)換器）、74HC595 等。 圖 LED 點陣圖 河南城建學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 功能要求與方案選擇 6 一個 1616 的 LED 顯示屏行和列各有 16 支引腳 ， 不能單靠 51 單片機的端口驅(qū)動所以必須要對單片機的端口個數(shù)進行擴展。為了避免模塊的缺點，選擇點陣數(shù)較小的模塊來減小出現(xiàn)這一問題的風險。目前市場上普遍采用的點陣模塊有 88 、 1616 等 幾種；這兩種 屏幕構(gòu)成方法各有 各的 缺點，單個發(fā)光二極管構(gòu)成顯示屏優(yōu)點在于當單個的發(fā)光二極管出現(xiàn)問題時只需更換一個二極管即可，檢修的成本較低，缺點在于連接線路復雜；而點陣模塊構(gòu)成的方法卻正好與之相反，模塊構(gòu)成省約了大量的連線，不過當一個 LED 出現(xiàn)問題時同在一個模塊的所有 LED 都必須被更換 ， 這就加大了維修的成本。 LED 顯示屏是由一個一個的發(fā)光二極管點陣構(gòu)成的，要構(gòu)成大屏幕的 LED 顯示屏就需要多個發(fā)光二極管。 顯示部分方案選擇 顯示部分包括了一塊至少可以顯示一個漢字的顯示屏，以及驅(qū)動該顯示屏的驅(qū)動電路。當該腳作輸出腳使用時，則為高電平或低電平均可。其中 應用最廣泛的單片機首推 Intel 按鍵部分 控制部分 顯示屏部分 河南城建學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 功能要求與方案選擇 5 的 51 系列，由于產(chǎn)品硬件結(jié)構(gòu)合理，指令系統(tǒng)規(guī)范，加之生產(chǎn)歷史 “ 悠久 ” ，有先入為主的優(yōu)勢常作為單片機學習的教材。 單片機的技術(shù)門檻較低開發(fā)成本也較低非常適 合初學者進行學習和鍛煉使用。隨著超大規(guī)模集成電路的發(fā)展， NMOS 工藝單片機被 CMOS 代替，并開始向 HMOS 過渡。它們的價格也高低不等，這樣極大地滿足了開發(fā)者的選擇自由。它有很強的接口性能，非常適合于工業(yè)控制 ,因此又叫微控制器 (MCU)。