【正文】 依次移位到 QH,第二位數(shù)據(jù)會(huì)從 QA 依次移位到QG，依次類推在八位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成之前 74LS164 芯片的輸出會(huì)出現(xiàn)一段時(shí)間的亂序輸出，這一結(jié)果會(huì)通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路表現(xiàn)在顯示屏上。 本科生畢業(yè)論文 16 表 31 74LS164 工作參數(shù) 參數(shù) 最小值 標(biāo)準(zhǔn)值 最大值 單位 高電平輸入電壓 2 — — V 低電平輸入電壓 — — V 高電平輸出電壓 V 低電平輸出電壓 — V 時(shí)鐘頻率 0 — 25 MHZ 這就要求單片機(jī)的引腳輸出的高低電平要在芯片的識(shí)別范圍內(nèi)，由于采用了列選通行傳送顯示代碼的方法所以行譯碼電路上也加上了 74L373 鎖存芯片。當(dāng) A、 B 任意一個(gè)為低電平，則禁止新數(shù)據(jù)輸入，在時(shí)鐘端（ CLOCK）脈沖上升沿作用下 Q0為低電平。當(dāng)清除端（ CLEAR）為低電平時(shí)，輸出端（ QA－ QH）均為低電平。大大減少了 I/O 口的占用數(shù)目，為單片機(jī)擴(kuò)展其他功能預(yù)留下來(lái)了空間。如果不采用譯碼電路完全依靠單片機(jī)的端口輸出來(lái)控制 1616 的 LED 點(diǎn)陣屏顯示，需要 32 個(gè)端口。行譯碼所用器件為串并轉(zhuǎn)換器 74LS164 和鎖存器 74LS373。所以 P1 和 P2 口留為外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展用，以備內(nèi)部存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器不夠用的情況時(shí)使用 [12]。 圖 32 控制部分電路圖 由于 P3 口是特殊功能口，在該系統(tǒng)中 基本是采用其第二功能。欲使 CPU 僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為 0000H－ FFFFH）， EA 端必須保持低電平（接地）。 接 164 芯片的使能控制端，當(dāng)為高電平使允許輸出； 和 接鎖存器 74LS373 的 OE 和 LE 端控制鎖存器的工作狀態(tài)。其中 還復(fù)用為 ISP 下載功能口。 在該系統(tǒng)中， P1 各口主要用作 LED 顯示數(shù)據(jù)的控制輸出。 AT89S51 的最小系統(tǒng)包括了外界時(shí)鐘電路和復(fù)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。掉電方式保存 RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。同時(shí)， AT89S51可降至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。掉電標(biāo)識(shí)和快速編程特性 中斷可從空閑模喚醒系統(tǒng) 全雙工串行 UART 通道 2 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1288 字節(jié)內(nèi)部 RAM 本科生畢業(yè)論文 13 全靜態(tài)工作模式： 0Hz－ 33MHz 1000 次擦寫周期 與 MCS51 產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容 它集 Flash 程序存儲(chǔ)器既可在線編程（ ISP）也可用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編程及通用 8 位微處理器于單片芯片中，ATMEL 公司的功能強(qiáng)大，低價(jià)位 AT89S51 單片機(jī)可提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。根據(jù)這兩點(diǎn)要求，選擇美國(guó) ATMEL 公司生產(chǎn)的AT89S51 為控制單元的主控芯片。根據(jù)題目的要求該芯片必須要具有的就是方便的編程能力，因?yàn)樵谲浖O(shè)計(jì)時(shí)方便的程序下載對(duì)程序的驗(yàn)證和編寫非常有用。并且直接輸出數(shù)據(jù)通過(guò)譯碼電路控 制 LED 顯示屏的顯示內(nèi)容和顯示狀態(tài)。 （ 6）由串口完成單片機(jī)與上位機(jī)的通信，通信速度和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃砸_(dá)到顯示要求。執(zhí)行頻率要能達(dá)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(jī)以及驅(qū)動(dòng)電路的要求。并且顯示要清晰。通過(guò)查閱資料和對(duì)比最終的硬件原理圖如圖 31 所示。具體工作流程為：上位 PC 機(jī)通過(guò)通信系統(tǒng)向單片機(jī)發(fā)送控制指令和顯示代碼內(nèi)容，單片機(jī)接收后執(zhí)行控制指令處理顯示代碼將顯示內(nèi)容通過(guò) I/O 口串行輸出并且控制譯碼電路完成串并轉(zhuǎn)換并行輸出，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 顯示屏的顯示電流，電壓要求進(jìn)而使顯示屏顯示內(nèi)容。所以上位機(jī)選擇存儲(chǔ)顯示的方法，控制 LED顯示屏的顯示內(nèi)容。兩種顯示方法相比較：實(shí)時(shí)顯示屏幕能及時(shí)反應(yīng)上位機(jī)內(nèi)容的變化，顯示的效果和內(nèi)容的實(shí)時(shí)性好多用于新聞播報(bào)、實(shí)況轉(zhuǎn)播用，但實(shí)時(shí)顯示硬件開銷大，對(duì)本科生畢業(yè)論文 10 通信系統(tǒng)要求高，工藝復(fù)雜，成本高；存儲(chǔ)顯示雖實(shí)時(shí)性不高但硬件開銷小，成本低廉。實(shí)時(shí)顯示及上位機(jī)屏幕上的內(nèi)容同時(shí)顯示在 LED 顯示屏上，上位機(jī)上內(nèi)容變化 LED 顯示屏也跟著變化。上位機(jī)的作用是存儲(chǔ)并處理顯示內(nèi)容，然后通過(guò)通信系統(tǒng)傳送到控 制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)顯示。 因此軟件設(shè)計(jì)最終方案為采用 C 語(yǔ)言為程序語(yǔ)言， KELC 為編譯工具按照控制、通信、顯示等幾個(gè)功能模塊來(lái)編寫程序。支持 MCS－ 51 用 C 語(yǔ)言編程的編譯器主要有兩種： Franklin C51 編譯器和 KEILC51 編譯器。 系統(tǒng)軟件編譯器介紹 C 語(yǔ)言編寫的程序并不能被單片機(jī)直接執(zhí)行還需要編譯為單片機(jī)可執(zhí)行的機(jī)器語(yǔ)言。 C 語(yǔ)言作為一種非常方便的語(yǔ)言而得到廣泛的支持， C 語(yǔ)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(guò)來(lái)。與匯編相比，有如下優(yōu)點(diǎn)：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)有初步了解；寄存器分配、不同存儲(chǔ)器的尋址及數(shù)據(jù)類型等細(xì)節(jié)可由編譯器管理；程序有規(guī)范的結(jié)構(gòu)，可分為不同的函數(shù)。 C 語(yǔ)言結(jié)構(gòu)是以括號(hào) { }而不是子和特殊符號(hào)的語(yǔ)言。其具有執(zhí)行 速度快，占內(nèi)存空間少等優(yōu)點(diǎn)，但在編寫復(fù)雜程序時(shí)具有明顯的局限性，匯編語(yǔ)本科生畢業(yè)論文 9 言依賴于具體的機(jī)型，不能通用，也不能在不同機(jī)型之間移植 [8]。兩種語(yǔ)言相比較各有優(yōu)點(diǎn)。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(lái)把編寫的程序下載到單片機(jī)中執(zhí)行。 通 信 程 序控 制 程 序主 程 序靜 態(tài) 顯 示 程 序特 效 顯 示 程 序 圖 24 軟件功能結(jié)構(gòu)框圖 軟件的編寫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。設(shè)計(jì)目標(biāo)和硬件總體結(jié)構(gòu)確定的情況下，軟件可以分為主程序，顯示子程序，各種特效顯示子程序，通信程序三個(gè)主要部分組成。題目將以此方案為指導(dǎo)思想展開具體的硬件電路設(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下本科生畢業(yè)論文 6 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 MCS5 AVR、 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， FPGA/CPLP 器件在功能開發(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，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， “ 看門狗 ”， PWM，顯示驅(qū)動(dòng)，函數(shù)發(fā)生器，鍵盤控制等。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)。 通 信 部 分 控 制 部 分 顯 示 部 分上 位 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。如圖 21 所示 ,根據(jù)顯示系統(tǒng)的功能特點(diǎn)確定 系統(tǒng)硬件由顯示屏部分，控制部分，通信系統(tǒng)及上位機(jī)四部分組成。為方便檢修和維護(hù)硬件電路設(shè)計(jì)時(shí)常常采用模塊化的設(shè)計(jì)方法。 （ 5）結(jié)論 設(shè)計(jì)完成后對(duì)設(shè)計(jì)中所遇到的問(wèn)題、經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)、以及自己的想法進(jìn)行總結(jié)。在軟件調(diào)試中出現(xiàn)程序整合工作不協(xié)調(diào)等問(wèn)題。 （ 4）驗(yàn)證與測(cè)試 調(diào)試分為硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試幾步來(lái)進(jìn)行。程序按功能分為靜態(tài)顯示、動(dòng)態(tài)顯示、通信等幾個(gè)功能上相對(duì)獨(dú)立的模塊。論文列出了詳細(xì)的器件參數(shù)和在系統(tǒng)中的連接使用方法。 （ 2）方案實(shí)現(xiàn) 以設(shè)計(jì)方案為指導(dǎo)思想選擇合適的器件來(lái)實(shí)現(xiàn)這一思想，選擇器件時(shí)要從功能和電氣特性兩方面來(lái)選擇和論證。 本科生畢業(yè)論文 3 論文主要內(nèi)容 針對(duì)設(shè)計(jì)題目的特點(diǎn)，作者對(duì)論文的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)將做如下安排： （ 1）初步方案的論證和選擇 搜集題目的有關(guān)資料，并參照目前通用的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法擬定幾套設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析比較。但同時(shí)應(yīng)該清楚的認(rèn)識(shí)到我國(guó)的 LED 技術(shù)雖然發(fā)展迅速但和世界先進(jìn)水平還