【正文】 邏輯狀態(tài)，可用來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載或總線。所以選擇鎖存器 74LS373 來(lái)完成這一功能。結(jié)果就是顯示屏無(wú)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(gè)為高電平，則另一個(gè)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(gè) 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(gè)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) 外部中斷 1 做按鍵中斷，控制運(yùn)行模式AT89S51 單片機(jī)的 P1 在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，P2 口在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。因?yàn)闆](méi)有擴(kuò)展外部程序存儲(chǔ)器所以將 EA 置為高電平。 端口 30，EA/VPP：外部訪問(wèn)允許。具體接法為： ， ， 分別接四塊 74LS164的 A 端，向 74LS164 送入串行數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)其轉(zhuǎn)換后并行輸出； 和 分別接列和行的 74LS164 的 CLOCK 端，產(chǎn)生移位脈沖是串行數(shù)據(jù)并行輸出； 和 接列和行的 CLEAR 端，在一組數(shù)據(jù)完成串并轉(zhuǎn)換后清除 164 芯片中的內(nèi)容轉(zhuǎn)換新的數(shù)據(jù)；其中 還復(fù)用為 ISP 下載功能口。由于端口的驅(qū)動(dòng)能力有限所以該端口外接了 5K 的上拉電阻來(lái)提高驅(qū)動(dòng)能力。根據(jù)功能選擇一定的單片機(jī)端口添加外圍的器件，具體電路如圖 32 所示。 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制電路設(shè)計(jì)中采用的是單片機(jī)系統(tǒng)，該系統(tǒng)必須要是工作在一個(gè)最小系統(tǒng)（指單片機(jī)的可以的最小配置系統(tǒng)） ?？臻e方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。靈活的在系統(tǒng)編程（ISP 字節(jié)或頁(yè)寫(xiě)模式） AT89S51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k 字節(jié) Flash 閃速存儲(chǔ)器，128 字節(jié)內(nèi)部RAM，32 個(gè) I/O 口線，看門(mén)狗（WDT） ，兩個(gè)數(shù)據(jù)指針，兩個(gè) 16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè) 5 向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。看門(mén)狗（WDT）及雙數(shù)據(jù)指針低功耗空閑和掉電模式6 個(gè)中斷源32 個(gè)可編程 I/O 口線三級(jí)程序加密鎖－ 的工作電壓范圍4k 字節(jié)在系統(tǒng)編程（ISP）Flash 閃速存儲(chǔ)器AT989S51 具有以下特點(diǎn)： AT89S51 簡(jiǎn)介AT89S51 是美國(guó) ATMEL 公司生產(chǎn)的低功耗，高性能 CMOS8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4k bytes 的可系統(tǒng)編程的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器 ,器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) 8051 指令系統(tǒng)及引腳。還有就是為了提高 LED 顯示屏的掃描速度，單片機(jī)的執(zhí)行速度要盡可能的快。在 51 系列單片機(jī)中選定一款合適的機(jī)型來(lái)作為控制單元的主控芯片。 控制單元設(shè)計(jì)控制單元是整個(gè)顯示系統(tǒng)的核心，該系統(tǒng)中采用 51 系列單片機(jī)為核心器件，用來(lái)和上位機(jī)通信處理上位機(jī)發(fā)送的控制指令和顯示內(nèi)容。（5）單片機(jī)由 ISP 下載線下載程序和供電，可不設(shè)立專用供電電源。（4）單片機(jī)要能接收上位機(jī)的指令和顯示內(nèi)容且能夠處理后控制 LED 顯示屏的顯示，并且端口驅(qū)動(dòng)能力要足以驅(qū)動(dòng)譯碼電路。（2）驅(qū)動(dòng)電路要能提供 LED 顯示所需范圍內(nèi)的電壓和電流要求。圖 31 硬件原理圖 該系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能和要求有以下幾點(diǎn)：（1）LED 顯示屏的面積必須滿足至少顯示一個(gè)漢字的標(biāo)準(zhǔn)。212。181。185。188。850200。188。210。191。196。213。LED181。188。209。191。196。213。LED181。198。213。LED181。196。201。185。191。196。213。181。8161。74LS164AT89S51 ULN2803MAX23 74LS16474LS16474LS164ULN280374LS374191。 74LS37PC187。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(shí)現(xiàn)所要求的功能還要能兼容至整個(gè)系統(tǒng)之中。第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 硬件整體設(shè)計(jì)概述及功能分析 顯示系統(tǒng)具體設(shè)計(jì)主要由上位機(jī)，通信系統(tǒng)，單片機(jī)系統(tǒng)，譯碼電路，顯示驅(qū)動(dòng)電路和 1616 的點(diǎn)陣屏六部分組成。課題設(shè)計(jì)題目對(duì)顯示的實(shí)時(shí)性要求較低且所設(shè)計(jì)的顯示屏尺寸不大同時(shí)顯示的內(nèi)容不多，所以實(shí)時(shí)顯示就沒(méi)有必要。存儲(chǔ)顯示是將顯示內(nèi)容處理過(guò)后存儲(chǔ)在上位機(jī)中通過(guò)通信系統(tǒng)傳輸?shù)斤@示屏顯示 [9]。LED 顯示上位機(jī)的內(nèi)容一般有實(shí)時(shí)顯示和存儲(chǔ)顯示兩種方法。 上位機(jī)控制傳輸軟件其中系統(tǒng)采用現(xiàn)在已經(jīng)非常普遍的 PC 機(jī)作為上位機(jī)，這樣對(duì)該顯示系統(tǒng)的硬件要求便降低了，增加了系統(tǒng)的通用性。目前在單片機(jī)開(kāi)發(fā)中普遍都是使用 KEIL C51 來(lái)進(jìn)行編譯。因此在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中，編譯器必不可少?；谝陨侠碛蓻Q定采用 C 語(yǔ)言為該顯示系統(tǒng)的編程語(yǔ)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(shí)間顯著縮短，從而提高效率；提供的庫(kù)包含許多標(biāo)準(zhǔn)子程序，具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力；已編好程序可容易的植入新程序，因?yàn)樗哂蟹奖愕哪K化編程技術(shù)。C 可以進(jìn)行許多機(jī)器級(jí)函數(shù)控制而不用匯編語(yǔ)言。C 語(yǔ)言是一種源于編寫(xiě) UNIX 操作系統(tǒng)的語(yǔ)言，它是一種結(jié)構(gòu)化語(yǔ)言，可產(chǎn)生壓縮代碼。匯編語(yǔ)言(Assembly Language)是面向機(jī)器的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，是一種功能很強(qiáng)的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，也是利用計(jì)算機(jī)所有硬件特性并能直接控制硬件的語(yǔ)言。 單片機(jī)編程語(yǔ)言現(xiàn)在主要運(yùn)用的單片機(jī)編程語(yǔ)言為匯編語(yǔ)言和 C 語(yǔ)言。編寫(xiě)軟件之前得首先選擇一種合適的語(yǔ)言以及配套的編輯器和編譯軟件。242。204。190。212。167。216。242。204。190。212。172。178。242。204。247。242。204。198。216。242。204。197。168。具體結(jié)構(gòu)如圖 24 所示。圖 23 硬件設(shè)計(jì)方案 系統(tǒng)軟件方案軟件的設(shè)計(jì)除了滿足設(shè)計(jì)功能外還必須要滿足易讀寫(xiě)，方便下載和編譯。PC187。168。208。180。194。181。182。199。202。207。190。212。193。181。235。172。165。題目將以此方案為指導(dǎo)思想展開(kāi)具體的硬件電路設(shè)計(jì)。在單片機(jī)和顯示屏之間還需要增加以功能放大位目的的驅(qū)動(dòng)電路 [7]。常用的串并轉(zhuǎn)換芯片有 74LS154（4 線16 線譯碼器） 、74LS164（8 位串并轉(zhuǎn)換器） 、74HC595 等。圖 22 LED 點(diǎn)陣圖一個(gè) 1616 的 LED 顯示屏行和列各有 16 支引腳，不能單靠 51 單片機(jī)的端口驅(qū)動(dòng)所以必須要對(duì)單片機(jī)的端口個(gè)數(shù)進(jìn)行擴(kuò)展。為了避免模塊的缺點(diǎn)，選擇點(diǎn)陣數(shù)較小的模塊來(lái)減小出現(xiàn)這一問(wèn)題的風(fēng)險(xiǎn)。這就加大了維修的成本。構(gòu)成 LED 屏幕的方法有兩種，一是由單個(gè)的發(fā)光二極管逐點(diǎn)連接起來(lái)，如圖 22 所示；二是選用一些由單個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成的 LED 點(diǎn)陣子模塊構(gòu)成大的 LED 點(diǎn)陣模塊。由于單片機(jī)的 I/O 口有限要不能直接用 I/O 口來(lái)驅(qū)動(dòng) LED 顯示屏，所以需要對(duì)單片機(jī) IO 口進(jìn)行擴(kuò)展增加單片機(jī)并行輸出的能力。 綜上所述，題目設(shè)計(jì)已經(jīng)選定了單片機(jī)為開(kāi)發(fā)方式而單片機(jī)的 UART 已經(jīng)集成在單片機(jī)內(nèi)，所以通信系統(tǒng)選擇串行通信為通信方式。通用的通用異步接收/發(fā)送器，簡(jiǎn)稱 UART（Universal Asynchromous Receeiver/Trabsnitter）是完成這一功能的硬件電路。這種轉(zhuǎn)換即可以用硬件實(shí)現(xiàn)也可以用軟件實(shí)現(xiàn)。因此，當(dāng)計(jì)算機(jī)向外發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，必須將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)再發(fā)送。（2）串行通信串行通信數(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(zhǎng)，因此串行適用于長(zhǎng)距離而速度要求不高的場(chǎng)合。（1）并行通信并行通信時(shí)數(shù)據(jù)的各個(gè)位同時(shí)傳送，可以字或字節(jié)為單位并行進(jìn)行。因?yàn)橥ǔＧ闆r下顯示屏和上位機(jī)的距離不會(huì)很遠(yuǎn)，所以通信距離的要求不是很高。所以在控制部分方案的選擇中選定 51 系列單片機(jī)作為控制部分的核心器件。且 51 系列的 I/O 腳的設(shè)置和使用非常簡(jiǎn)單，當(dāng)該腳作輸入腳使用時(shí)，只須將該腳設(shè)置為高電平（復(fù)位時(shí)，各 I/O 口均置高電平） ?，F(xiàn)在市場(chǎng)上常用的單片機(jī)主要有 MCS5AVR、 ARM、PIC 等。而且 MCU 和 DSP 都是通過(guò)串行執(zhí)行指令來(lái)實(shí)現(xiàn)特定功能，不可避免低速，而 FPGA/CPLD 則可實(shí)現(xiàn)硬件上的并行工作，在實(shí)時(shí)測(cè)控和高速應(yīng)用領(lǐng)域前景廣闊；另一方面，F(xiàn)PGA/CPLP 器件在功能開(kāi)發(fā)上是軟件實(shí)現(xiàn)的，但物理機(jī)制卻和純硬件電路一樣，十分可靠。設(shè)計(jì)者只需用 HDL 語(yǔ)言完成系統(tǒng)功能的描述，借助 EDA 工具就可得到設(shè)計(jì)結(jié)果 ,將編譯后的代碼下載到目標(biāo)芯片就可在硬件上實(shí)現(xiàn)。而 DSP 依靠硬件乘法器單周期完成乘法運(yùn)算，而且還具有專門(mén)的信號(hào)處理指令，如 TM320 系列的 FIRS ，LMS，MACD 指令等 [5]。將程序與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開(kāi)，使用多總線，取指令和取數(shù)據(jù)同時(shí)進(jìn)行，以及流水線技術(shù)，這使得速度有了較大的提高。顧名思義，DSP 主要用于數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域，非常適合高密度，重復(fù)運(yùn)算及大數(shù)據(jù)容量的信號(hào)處理。供電電壓由 5V 降到 3V，2V 甚至到 1V，工作電流由 mA降至 μA ，這在便攜式產(chǎn)品中大有用武之地 [4]。除此之外單片機(jī)還具有低電壓和低功耗的特點(diǎn)。單片機(jī)品種齊全,型號(hào)多樣 CPU 從 8， 16，32 到 64 位，多采用 RISC 技術(shù)，片上 I/O 非常豐富，有的單片機(jī)集成有 A/ D， “ 看門(mén)狗” ， PWM，顯示驅(qū)動(dòng)，函數(shù)發(fā)生器，鍵盤(pán)控制等。幾種設(shè)計(jì)方法比較各有其特點(diǎn)：（1）單片機(jī)單片機(jī)是集成了 CPU，ROM，RAM 和 I/ O 口的微型計(jì)算機(jī)。圖 21 系統(tǒng)硬件組成框圖 顯示屏主控制器控制部分是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，其功能為與上位機(jī)通信接收上位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)和控制指令處理過(guò)后控制顯示部分顯示內(nèi)容。187。207。214。191。190。212。214。191。198。216。214。191。197。168。上位機(jī)通過(guò)通信部分向控制部分發(fā)送控制指令和顯示內(nèi)容代碼，控制部分執(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)采用模塊化設(shè)計(jì)，既要滿足模塊本身功能又要能夠和整個(gè)系統(tǒng)兼容。第 2 章 方案論證與選擇 系統(tǒng)硬件方案大多數(shù)的 LED 顯示屏都在戶外，所以對(duì)硬件的質(zhì)量要求非常的高。通過(guò)分析，查找找出了問(wèn)題原因并設(shè)法將其解決。在硬件調(diào)試中發(fā)現(xiàn)有單片機(jī)端口驅(qū)動(dòng)能力不足、驅(qū)動(dòng)電路工作不穩(wěn)定等問(wèn)題。然后按照所劃分的模塊逐個(gè)編寫(xiě)和調(diào)試，最后將獨(dú)立的模塊整合起來(lái)。 （3）軟件編寫(xiě) 根據(jù)硬件特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要求，軟件選用 C 語(yǔ)言編寫(xiě)。經(jīng)過(guò)對(duì)比選擇選定 AT89S51 單片機(jī)為核心控制器件，由串并轉(zhuǎn)換器 74LS164 和鎖存器 74LS373 為譯碼電路器件，三極管 8550 和ULN2803 為驅(qū)動(dòng)電路器件。最終選定了以 PC 機(jī)為上位機(jī)，單片機(jī)為核心控制器件，外加譯碼電路和驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)方案。因此此課題不論是對(duì)自己的就業(yè)還是對(duì)我國(guó) LED 顯示技術(shù)的發(fā)展都有非?，F(xiàn)實(shí)與積極的意義。目前我國(guó)的信息行業(yè)發(fā)展迅速，作為主要平面顯示媒介的 LED 顯示屏的作用也越練越廣泛，相關(guān)的從業(yè)人員也會(huì)越來(lái)越緊缺。并且對(duì)大學(xué)期間所學(xué)習(xí)的一些理論進(jìn)行了實(shí)踐，使我們對(duì)所學(xué)過(guò)的理論知識(shí)有了新的認(rèn)識(shí)。未來(lái) LED 顯示屏?xí)蛑鴺?biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)多樣化的方向發(fā)展 [2]。LED 產(chǎn)品性能的提高，使全彩色顯示屏的亮度、色彩、白平衡均達(dá)到比較理想的效果，完全可以滿足戶外全天候的環(huán)境條件要求，同時(shí)，由于全彩色顯示屏價(jià)格性能比的優(yōu)勢(shì)，預(yù)計(jì)在未來(lái)幾年的發(fā)展中，全彩色 LED 顯示屏在戶外廣告媒體中會(huì)越來(lái)越多地代替?zhèn)鹘y(tǒng)的燈箱、霓紅燈、磁翻板等產(chǎn)品，體育場(chǎng)館的顯示方面全彩色 LED 屏更會(huì)成為主流產(chǎn)品。基礎(chǔ)材料的產(chǎn)業(yè)化。 （2）LED 顯示屏的發(fā)展趨勢(shì)現(xiàn)代信息社會(huì)中，作為人一機(jī)信息視覺(jué)傳播媒體的顯示產(chǎn)品和技術(shù)得到迅速發(fā)展，進(jìn)入二十一世紀(jì)的顯示技術(shù)將是平板顯示的時(shí)代，LED 顯示屏作為平板顯示的主導(dǎo)產(chǎn)品之一無(wú)疑會(huì)有更大的發(fā)展，并有可能成為二十一世紀(jì)平板顯示的代表性主流產(chǎn)品。LED 顯示屏產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)形成了一批 LED 顯示屏科技隊(duì)伍，在全國(guó) LED 顯示屏行業(yè)的從業(yè)人數(shù) 6000 人中，科技人員有 2800 多人，將近50%。技術(shù)水平相對(duì)領(lǐng)先,我國(guó) LED 顯示屏產(chǎn)業(yè)在規(guī)模發(fā)展的同時(shí)，產(chǎn)品技術(shù)推陳出新，一直保持比較先進(jìn)的水平。全國(guó)從事 LED 顯示屏的各類企業(yè)有 100 余家，從業(yè)人員近 6000 人，行業(yè)年度銷售總額近 8 億元人民幣，1996 年、1997 年的增長(zhǎng)速度均保持 40%左右，1998 年略有回落。 研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)（1）我國(guó) LED 產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀我國(guó)的 LED 顯示屏產(chǎn)業(yè)經(jīng)過(guò)幾年的發(fā)展，基本形成了一批具有一定規(guī)模的骨干企業(yè)。 （7）郵政、電信、商場(chǎng)購(gòu)物中心等服務(wù)領(lǐng)域的業(yè)務(wù)宣傳及信息顯示。 （5）道路交通信息顯示。 （3）港口、車站旅客引導(dǎo)信息顯示。LED 顯示屏的應(yīng)用涉及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的許多領(lǐng)域，主要包括：（1）證券交易、金融信息顯示。在短短的十來(lái)年中，LED 點(diǎn)陣顯示屏就以亮度高、工作電壓低、功耗小、小型化、壽命長(zhǎng)、耐沖擊和性能穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)迅速成長(zhǎng)為平板顯示的主流產(chǎn)品，在信息顯示領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。而藍(lán)色和純綠色 LED 的開(kāi)發(fā)已經(jīng)達(dá)到了實(shí)用階段。利用不同的材料可以制造不同色彩的 LED 像素點(diǎn)。除此之外，該系統(tǒng)只占用了單片機(jī)少量的 I /O 口和內(nèi)存，為系統(tǒng)留下了功能擴(kuò)展的空間。PC 機(jī)與單片機(jī)之間的通信采用 R