【正文】 同時(shí)也增加了程序和硬件顯示的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)難度。 程序完善 顯示多樣化由于第4章的所載程序只是一個(gè)基本的驗(yàn)證程序，他的功能只是檢驗(yàn)硬件電路的正確性和合理完善性。找到問題所在處后，重新調(diào)整焊接了各I\O口LED燈位排列次序，使其從高到低排序是從Px^7到Px^0（x=0,1,2,3）。問題在于：原理圖上，發(fā)現(xiàn)其上P0、PP2 、P口從上到下順序?yàn)?～7，而由通用LED字符代碼生成器生成的字符代碼放在程序數(shù)組中賦給各個(gè)I\O口是上到下的順序?yàn)?～0。在借助萬用表確認(rèn)焊接元器件無短路、斷路、遺漏情況，與原理圖相一致，元器件并無損壞，電路電氣特性良好，但顯示效果混亂。ISP下載操作界面如圖41所示。這里，程序是一個(gè)最基本的引腳控制顯示程序，僅有頭文件,字符代碼數(shù)組，main()函數(shù)，總線賦值，定時(shí)器中斷，while循環(huán)。此次目的在于根據(jù)顯示效果和出現(xiàn)的問題，來確定硬件是否有未發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤或設(shè)計(jì)不合理的地方，進(jìn)而修改完善硬件電路。換了一個(gè)5V直流電源后，LED屏旋轉(zhuǎn)；但LED燈不亮，使用萬用表檢查LED燈及相關(guān)電路沒有問題，但通過比較前后使用的兩個(gè)電源發(fā)現(xiàn)第二個(gè)電源輸出額定電流值只有800mA,又更換一個(gè)5V1A電源，上述問題解決。 加電初步檢測(cè)連接電源，打開開關(guān)，旋轉(zhuǎn)顯示屏不轉(zhuǎn)動(dòng)，且沒有一盞LED燈點(diǎn)亮。//取出的數(shù)據(jù)到P2輸出口24第4章 電路焊接及調(diào)試 焊接為了做到統(tǒng)一規(guī)劃，盡可能少出錯(cuò)，避免將來后期硬件焊接完畢后或者出錯(cuò)檢查相當(dāng)困難，這里做了如下安排：(1)認(rèn)真檢查電路原理圖，確保電路原理正確可行；(2)針對(duì)原理圖中所涉及到的所有元器件，一一確認(rèn)型號(hào)、參數(shù)、數(shù)目；(3)借助萬用表一一檢測(cè)電阻，二極管，三極管，電容等元件，確保完好無損，參數(shù)正確；(4)電路焊接遵循“注意正負(fù)，認(rèn)準(zhǔn)型號(hào)，一個(gè)模塊一個(gè)模塊依次焊接，先小件后大件，焊一件測(cè)一件，測(cè)通路檢短路”的原則；(5)焊接完畢后，再次與原理圖一一對(duì)照，確認(rèn)無誤，并檢測(cè)焊接在電路板上的元件好壞。如下：P0=~V1[2*j]。原理圖中二極管是共陽連接。仿真結(jié)果如圖36所示。在操作編輯窗口，雙擊每個(gè)元件編輯相應(yīng)參數(shù)，按照原理電路圖布線連接，仿真電路如圖35所示。?它擁有超過27000個(gè)仿真器件：可以通過內(nèi)部原型或使用廠家的SPICE文件自行設(shè)計(jì)仿真器件，Labcenter也在不斷地發(fā)布新的仿真器件，還可導(dǎo)入第三方發(fā)布的仿真器件；支持主流的CPU類型：如ARM8051/5AVR、808PIC10/1PIC1PIC1PIC2等；支持通用外設(shè)模型：如直流/步進(jìn)/伺服電機(jī)、LCD點(diǎn)陣和圖形模塊、LED顯示模塊、電子溫度計(jì)、按鍵、RS232虛擬終端等等，其COMPIM（COM口物理接口模型）還能夠?qū)崿F(xiàn)通過PC機(jī)串口使仿真電路和外部電路實(shí)現(xiàn)雙向異步串行通信；可以與第三方集成編譯環(huán)境（如Keil C、IAR和Hitech）結(jié)合，進(jìn)行高級(jí)語言的源碼級(jí)仿真與調(diào)試；從原理圖到PCB的快捷轉(zhuǎn)換：即原理圖設(shè)計(jì)完成后，可一鍵進(jìn)入ARES的PCB設(shè)計(jì)環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)從原理概念圖到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)；先進(jìn)的自動(dòng)布局/布線功能：支持器件的人工/自動(dòng)布局；支持無網(wǎng)格自動(dòng)布線或人工線；支持門交換與引腳交換功能，使PCB設(shè)計(jì)更具合理性[15]。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，再配合顯示及輸出，能看到運(yùn)行后輸入輸出的效果。用戶可以實(shí)時(shí)采用諸如RAM，ROM，鍵盤，馬達(dá)，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分I2C（Inter Ic Bus）器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。圖33 字符代碼生成窗口21 Proteus仿真 軟件介紹Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件（該軟件中國總代理為廣州風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司）。復(fù)制生成的代碼放入所編程序中，下載到硬件電路中運(yùn)行顯示即可。 字符代碼生成器打開通用LED點(diǎn)陣代碼生成器，如圖33所示。 開發(fā)編譯環(huán)境Keil μVision4 介紹目前，單片機(jī)C語言的開發(fā)環(huán)境主要是Keil μVision，該軟件用于MCS51單片機(jī)開發(fā)工具，可以支持匯編和C語言；μVision這一開發(fā)環(huán)境集成了項(xiàng)目管理器、擁有完善功能的編輯器、仿真器、選項(xiàng)設(shè)置工具以及在線幫助，其是目前51系列單片機(jī)最佳的軟件開發(fā)工具[13]。當(dāng)轉(zhuǎn)移完全后，以后顯示，端口賦值直接從緩沖數(shù)組里取值。 定時(shí)中斷控制流程兩個(gè)定時(shí)中斷控制流程如圖32所示.定時(shí)T0中斷初值重賦變量過？接收顯示數(shù)據(jù)及控制命令，檢查接收是否完畢將顯示數(shù)據(jù)移入顯示數(shù)組并賦值給對(duì)應(yīng)I\O口定時(shí)返回定時(shí)T1中斷初值重賦計(jì)時(shí)，計(jì)數(shù)判斷設(shè)置時(shí)間和累計(jì)數(shù)值是否到達(dá)，到達(dá)時(shí)，重置變量歸零定時(shí)返回圖32 定時(shí)中斷流程圖 顯示子程序介紹 在主函數(shù)中，根據(jù)定時(shí)器計(jì)數(shù)，來控制顯示狀態(tài)變量的值來判斷下一步顯示內(nèi)容，即要調(diào)用那一個(gè)顯示子函數(shù)。外部中斷由紅外接收管的電平變化引起INT2的觸發(fā)，外部中斷主要功能是不斷初始化程序設(shè)置。程序的總體流程如圖31所示：定時(shí)器T0中斷定時(shí)器T1中斷電源開始系統(tǒng)初始從顯示數(shù)組讀取顯示數(shù)據(jù)到寄存讀取控制命令，調(diào)用相應(yīng)子程序選擇顯示內(nèi)容外部中斷INT2圖31 主程序流程圖程序開始時(shí)首先必須對(duì)單片機(jī)進(jìn)行初始化，其中初始化的內(nèi)容包括：定時(shí)器中斷的開啟和偏差量初值的設(shè)定，I/O端口電平重新置高初始，顯示起始位置。其功能結(jié)構(gòu)如圖31所示。電路如圖210所示：圖210 串口下載線電路圖17洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第3章 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)程序方案 程序整體規(guī)劃系統(tǒng)程序按照模塊化的設(shè)計(jì)思路采用C語言編寫。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(gè)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。圖29 驅(qū)動(dòng)連接電路圖 通信系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)STC89C51RC單片機(jī)具有通用異步串行口（UART），支持單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的串行傳輸。原理電路如圖28所示圖28 穩(wěn)壓整流電路圖 驅(qū)動(dòng)電路先用上拉電阻把各個(gè)I/O口和LED燈依次連接起來，并把所有二極管的正極連接在5V穩(wěn)壓整流電源的正端，確保穩(wěn)定的+5V驅(qū)動(dòng)電壓，構(gòu)成完整的驅(qū)動(dòng)電路，電路如圖29所示。其供電系統(tǒng)整體框架如圖24所示：高頻振蕩供電驅(qū)動(dòng)穩(wěn)壓整流初次級(jí)線圈 5V圖24 供電系統(tǒng)框圖 高頻振蕩電路高頻振蕩電路模塊原理圖，該電路由5V 1000MA直流電源放大電路、LC振蕩電路、穩(wěn)頻選頻電路組成，如下25所示：圖25 供電系統(tǒng)框圖其中三極管Q1是PNP型B772，如圖26所示：圖26 B772外形引腳圖Q2是S9014，相關(guān)介紹如下：三極管S9014 的結(jié)構(gòu)是NPN，集電極發(fā)射極電壓 45V，集電極基電壓 50V，射極基極電壓 5V，耗散功率 ，結(jié)溫150℃，最小特征頻率150MHZ，放大倍數(shù)：2090。(3)直接用電池給主板供電，成本高，電池裝在主板上隨主板轉(zhuǎn)動(dòng)，影響轉(zhuǎn)速。(2)用電動(dòng)機(jī)電刷的方法，簡單有效，但這樣如果電刷與觸點(diǎn)接觸不充分或壓力不足，影響供電效果。14號(hào)和15號(hào)引腳（XTAL2和XTAL1），與兩個(gè)20P電容組成時(shí)鐘電路。具體做法是：、。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：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PhilipsP80C54，P80C58，P87C54，P87C58，P87C524等Inteli87C54，i87C58，i87L54，i87L54等STCSTC89C51RC，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。(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)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?nèi)搜劭吹降恼w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