【正文】 路完全依靠單片機(jī)的端口輸出來控制1616的LED點陣屏顯示，需要32個端口。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)存儲器和程序存儲器的擴(kuò)展用，以備內(nèi)部存儲器和程序存儲器不夠用的情況時使用[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僅訪問外部程序存儲器（地址為0000H－FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。當(dāng)為高電平使允許輸出；。由于端口的驅(qū)動能力有限所以該端口外接了5K的上拉電阻來提高驅(qū)動能力。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。 圖31 硬件原理圖 控制系統(tǒng)設(shè)計控制電路設(shè)計中采用的是單片機(jī)系統(tǒng)，該系統(tǒng)必須要是工作在一個最小系統(tǒng)（指單片機(jī)的可以的最小配置系統(tǒng)）。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。第3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)動電路和1616的點陣屏六部分組成。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。具體結(jié)構(gòu)如圖24所示。圖23 硬件設(shè)計方案 系統(tǒng)軟件方案軟件的設(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。 硬件設(shè)計方案最終方案如圖23所示，以PC機(jī)作為上位機(jī)存儲和處理顯示內(nèi)容用串行通信的方式將顯示內(nèi)容和控制指令傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)系統(tǒng)，單片機(jī)根據(jù)上位機(jī)傳輸來的內(nèi)容和指令通過端口譯碼擴(kuò)展后驅(qū)動4塊88LED點陣模塊構(gòu)成的1616的LED點陣顯示屏。51系列單片機(jī)端口低電平時，吸入電流可達(dá)２０ｍＡ，具有一定的驅(qū)動能力；而為高電平時，輸出電流僅數(shù)十μＡ甚至更?。娏鲗嶋H上是由腳的上拉電流形成的），基本上沒有驅(qū)動能力，所以單片機(jī)不能直接驅(qū)動LED顯示屏顯示。經(jīng)常采用的端口擴(kuò)展方法是用串并轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行譯碼。所以構(gòu)建一個1616的LED點陣屏選用四塊88點陣模塊。兩種方法相比較，決定采取模塊構(gòu)成的方法來制作一個LED點陣顯示屏。目前市場上普遍采用的點陣模塊有81616幾種；這兩種屏幕構(gòu)成方法各有有缺點，單個發(fā)光二極管構(gòu)成顯示屏優(yōu)點在于當(dāng)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(fù)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(dāng)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。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。 LED點陣顯示屏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。在單片機(jī)芯片中，UART已經(jīng)集成在其中，作為其組成部分，構(gòu)成一個串行口[6]。單由軟件實現(xiàn)會增加CPU負(fù)擔(dān)，降低其利用率，故目前常采用硬件實現(xiàn)。反之，又必須將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)輸入計算機(jī)中。在串行發(fā)送時，數(shù)據(jù)是一位一位按順序進(jìn)行的，而計算機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)是并行的。并行通信速度快，但用的通信線多、成本高，故不宜進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信。計算機(jī)數(shù)據(jù)通信主要采用并行通信和串行通信兩種方式。 通信系統(tǒng) 通信部分要滿足的設(shè)計要求就是穩(wěn)定、快速、簡單易實現(xiàn)。當(dāng)該腳作輸出腳使用時，則為高電平或低電平均可。其中應(yīng)用最廣泛的單片機(jī)首推Intel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(jī)學(xué)習(xí)的教材。三種設(shè)計方式相比較各有優(yōu)點且都能夠?qū)崿F(xiàn)控制功能，但單片機(jī)的技術(shù)門檻較低開發(fā)成本也較低非常適合初學(xué)者進(jìn)行學(xué)習(xí)和鍛煉使用。由于FPGA/CPLD可以通過軟件編程對該硬件的結(jié)構(gòu)和工作方式進(jìn)行重構(gòu)，修改軟件程序就相當(dāng)于改變了硬件，軟件編寫可以采用自頂向下的設(shè)計方案，而且可以多個人分工并行工作這樣便縮短了開發(fā)周期和上市時間，有利于在激烈的市場競爭中搶占先機(jī)。（3）EDAEDA(即Electronic Design Automation) 即電子設(shè)計自動化，它是以計算機(jī)為工具，在EDA 軟件平臺上，對用硬件描述語言HDL 完成的設(shè)計文件自動地邏輯編譯、邏輯化簡、邏輯分割、邏輯綜合及優(yōu)化、邏輯布局布線、邏輯仿真，直至對于特定目標(biāo)芯片進(jìn)行適配編譯、邏輯影射和編程下載等。DSP區(qū)別于一般微處理器的另一重要標(biāo)志是硬件乘法器以及特殊指令，一般微處理器用軟件實現(xiàn)乘法,逐條執(zhí)行指令，速度慢。現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用于通信、便攜式計算機(jī)和便攜式儀表、雷達(dá)、圖像、航空、家用電器、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域，DSP具有修正的哈佛結(jié)構(gòu)，多總線技術(shù)以及流水線結(jié)構(gòu)。（2）DSP 芯片DSP 又叫數(shù)字信號處理器。隨著超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，NMOS工藝單片機(jī)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)。其常用的電子設(shè)計方法有單片機(jī)、DSP、及EDA技術(shù)。上位機(jī)通過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)計采用模塊化設(shè)計，既要滿足模塊本身功能又要能夠和整個系統(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，所以對硬件的質(zhì)量要求非常的高。通過分析，查找找出了問題原因并設(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)動能力不足、驅(qū)動電路工作不穩(wěn)定等問題。然后按照所劃分的模塊逐個編寫和調(diào)試，最后將獨立的模塊整合起來。 （3）軟件編寫 根據(jù)硬件特點和設(shè)計要求，軟件選用C語言編寫。經(jīng)過對比選擇選定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)動電路的設(shè)計方案。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RS—232C通信標(biāo)準(zhǔn)來實現(xiàn)。并且可以通過級連的方式來擴(kuò)大顯示屏幕的尺寸以達(dá)到增加顯示內(nèi)容的目的。本科生畢業(yè)論文摘要：本文介紹了一款以單片機(jī)AT89S51為控制器的LED點陣顯示屏系統(tǒng)的設(shè)計。該系統(tǒng)可實現(xiàn)中英文字符的顯示和動態(tài)特效顯示。系統(tǒng)采用PC機(jī)作為上位機(jī)，上位機(jī)向單片機(jī)發(fā)送控制命令和上位機(jī)所存儲的顯示代碼，AT89S51單片機(jī)接收并處理PC機(jī)的控制命令以及顯示代碼，由顯示驅(qū)動模塊驅(qū)動一個1616分辨率的LED點陣顯示屏的掃描顯示。所選用的AT89S51單片機(jī)具有價格低廉程序?qū)懭敕奖愕奶攸c使得整個系統(tǒng)方便維護(hù)和檢修。關(guān)鍵字：AT89S51；LED點陣顯示；串行通對設(shè)計題目的特點，作者對論文的內(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)計思想和設(shè)計方法擬定幾套設(shè)計方案進(jìn)行分析比較。（2）方案實現(xiàn)以設(shè)計方案為指導(dǎo)思想選擇合適的器件來實現(xiàn)這一思想，選擇器件時要從功能和電氣特性兩方面來選擇和論證。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。程序按功能分為靜態(tài)顯示、動態(tài)顯示、通信等幾個功能上相對獨立的模塊。（4）驗證與測試 調(diào)試分為硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試幾步來進(jìn)行。在軟件調(diào)試中出現(xiàn)程序整合工作不協(xié)調(diào)等問題。（5）結(jié)論 設(shè)計完成后對設(shè)計中所遇到的問題、經(jīng)驗教訓(xùn)、以及自己的想法進(jìn)行總結(jié)。為方便檢修和維護(hù)硬件電路設(shè)計時常常采用模塊化的設(shè)計方法。如圖21所示,根據(jù)顯示系統(tǒng)的功能特點確定系統(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。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)和控制指令處理過后控制顯示部分顯示內(nèi)容。幾種設(shè)計方法比較各有其特點：（1）單片機(jī)單片機(jī)是集成了CPU，ROM，RAM和I/ O口的微型計算機(jī)。單片機(jī)品種齊全,型號多樣 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，函數(shù)發(fā)生器，鍵盤控制等。除此之外單片機(jī)還具有低電壓和低功耗的特點。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]。顧名思義，DSP主要用于數(shù)字信號處理領(lǐng)域，非常適合高密度，重復(fù)運算及大數(shù)據(jù)容量的信號處理。將程序與數(shù)據(jù)存儲器分開，使用多總線，取指令和取數(shù)據(jù)同時進(jìn)行，以及流水線技術(shù)，這使得速度有了較大的提高。而DSP 依靠硬件乘法器單周期完成乘法運算，而且還具有專門的信號處理指令，如TM320 系列的FIRS ，LMS，MACD指令等[5]。設(shè)計者只需用HDL 語言完成系統(tǒng)功能的描述，借助EDA工具就可得到設(shè)計結(jié)果,將編譯后的代碼下載到目標(biāo)芯片就可在硬件上實現(xiàn)。而且MCU和DSP都是通過串行執(zhí)行指令來實現(xiàn)特定功能，不可避免低速，而FPGA/CPLD則可實現(xiàn)硬件上的并行工作，在實時測控和高速應(yīng)用領(lǐng)域前景廣闊；另一方面，F(xiàn)PGA/CPLP器件在功能開發(fā)上是軟件實現(xiàn)的，但物理機(jī)制卻和純硬件電路一樣，十分可靠。現(xiàn)在市場上常用的單片機(jī)主要有MCS5AVR、ARM、PIC等。且51系列的I/O腳的設(shè)置和使用非常簡單，當(dāng)該腳作輸入腳使用時，只須將該腳設(shè)置為高電平（復(fù)位時，各I/O口均置高電平）。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。因為通常情況下顯示屏和上位機(jī)的距離不會很遠(yuǎn)，所以通信距離的要求不是很高。（1）并行通信并行通信時數(shù)據(jù)的各個位同時傳送，可以字或字節(jié)為單位并行進(jìn)行。（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，因此串行適用于長距離而速度要求不高的場合。因此，當(dāng)計算機(jī)向外發(fā)送數(shù)據(jù)時，必須將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)再發(fā)送。這種轉(zhuǎn)換即可以用硬件實現(xiàn)也可以用軟件實現(xiàn)。通用的通用異步接收/發(fā)送器，簡稱UART（Universal Asynchromous Receeiver/Trabsnitter）是完成這一功能的硬件電路。 綜上所述，題目設(shè)計已經(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。由于單片機(jī)的I/O口有限要不能直接用I/O口來驅(qū)動LED顯示屏，所以需要對單片機(jī)IO口進(jìn)行擴(kuò)展增加單片機(jī)并行輸出的能力。構(gòu)成LED屏幕的方法有兩種，一是由單個的發(fā)光二極管逐點連接起來，如圖22所示；二是選用一些由單個發(fā)光二極管構(gòu)成的LED點陣子模塊構(gòu)成大的LED點陣模塊。這就加大了維修的成本。為了避免模塊的缺點，選擇點陣數(shù)較小的模