【正文】 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(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。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)。而且MCU和DSP都是通過串行執(zhí)行指令來實(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。現(xiàn)在市場(chǎng)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(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）。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。計(jì)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。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。在串行發(fā)送時(shí)，數(shù)據(jù)是一位一位按順序進(jìn)行的，而計(jì)算機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)是并行的。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(jì)算機(jī)中。單由軟件實(shí)現(xiàn)會(huì)增加CPU負(fù)擔(dān)，降低其利用率，故目前常采用硬件實(shí)現(xiàn)。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(gè)串行口。 硬件設(shè)計(jì)方案最終方案如圖22所示，以單片機(jī)機(jī)作為核心控制器件存儲(chǔ)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)傳輸來的內(nèi)容和指令通過端口譯碼擴(kuò)展后驅(qū)動(dòng)16塊88LED點(diǎn)陣模塊構(gòu)成的1664的LED點(diǎn)陣顯示屏。串行通信單片機(jī)譯碼電路顯示驅(qū)動(dòng)電路1664LED顯示屏圖22 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，方便下載和編譯。具體結(jié)構(gòu)如圖23所示。編寫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。 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。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。C語(yǔ)言是一種源于編寫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。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。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)。基于以上理由決定采用C語(yǔ)言為該顯示系統(tǒng)的編程語(yǔ)言。因此在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中，編譯器必不可少。目前在單片機(jī)開發(fā)中普遍都是使用KEIL C51來進(jìn)行編譯。用74LS138作為行驅(qū)動(dòng)控制，控制點(diǎn)陣屏的行控制信號(hào)，兩個(gè)138芯片有十六根數(shù)據(jù)線接在點(diǎn)陣屏的十六個(gè)行控制信號(hào)端上，用74HC595作為列驅(qū)動(dòng)控制，控制點(diǎn)陣屏的列控制信號(hào)，同樣有三根數(shù)據(jù)線接在點(diǎn)陣屏的十六個(gè)列控制信號(hào)端。單片機(jī)列驅(qū)動(dòng)行驅(qū)動(dòng)點(diǎn)陣模塊時(shí)鐘電路復(fù)位電路圖 31 系統(tǒng)方框圖 單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì) STC89S52RC簡(jiǎn)介本設(shè)計(jì)使用的是STC89S52RC單片機(jī)，原因是此款單片機(jī)具有眾多優(yōu)點(diǎn)。片內(nèi)SRAM容量同樣是非常吸引的數(shù)字，最高可擁有1280Byte的SRAM。另外它還可以用串口直接仿真程序，不需要另外加用仿真器或者下載線。GND：接電源地端。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P2口：P2口為一個(gè)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(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷0） /INT1（外部中斷1） T0（計(jì)數(shù)器0外部輸入） T1（計(jì)數(shù)器1外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）RST：復(fù)位輸入。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。一般單片機(jī)正常工作所需要的供電電壓為+5V，由于單片機(jī)電路是時(shí)序數(shù)字電路，它需要穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)，因此在電源上電時(shí)，只有當(dāng)VCC在特定的工作電壓范圍內(nèi)以及晶體振蕩器穩(wěn)定工作時(shí)，復(fù)位信號(hào)才被撤除，單片機(jī)開始正常工作。復(fù)位電路工作原理如圖32所示，VCC上電時(shí)，C充電，在10k電阻上出現(xiàn)電壓，使得單片機(jī)復(fù)位；幾個(gè)毫秒后，C充滿，10k電阻上電流降為零，電壓也為零，使得單片機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)。S松手，C又充電，在10k電阻上出現(xiàn)電壓，使得單片機(jī)復(fù)位。圖32 復(fù)位電路 時(shí)鐘電路 內(nèi)部時(shí)鐘，是用芯片內(nèi)部振蕩電路，精度不高，溫飄也較大，不需要外部振蕩器件。STC89S52RC內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是反相放大器的輸入端和輸出端，由這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外晶體或搪瓷諧振器一起構(gòu)成了一個(gè)自激振蕩器，這種方式形成的時(shí)鐘信號(hào)稱為內(nèi)部時(shí)鐘方式?！?2MHz之間選擇。一般當(dāng)外接晶體時(shí)，電容選為30pF。圖33 時(shí)鐘電路 電源電路電源電路不單單是為單片機(jī)運(yùn)行提供工作電壓，還需要對(duì)單片機(jī)的外圍電路提供工作電源。 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，用來發(fā)送控制指令和顯示內(nèi)容，并且直接輸出數(shù)據(jù)通過譯碼電路控制LED顯示屏的顯示內(nèi)容和顯示狀態(tài)。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。根據(jù)這兩點(diǎn)要求，選擇STC89S52RC為控制單元的主控芯片。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35所示。由于端口的驅(qū)動(dòng)能力有限所以該端口外接了10K的上拉電阻來提高驅(qū)動(dòng)能力。向74HC138送入串行數(shù)據(jù)經(jīng)過其轉(zhuǎn)換后并行輸出； 74HC595的SCK，上升沿時(shí)移位寄存器的數(shù)據(jù)進(jìn)入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)寄存器，下降沿時(shí)存儲(chǔ)寄存器數(shù)據(jù)不變。引腳29，EA/VPP：外部訪問允許。因?yàn)闆]有擴(kuò)展外部程序存儲(chǔ)器所以將EA置為高電平。它具有一個(gè)8位串入并出的移位寄存器和一個(gè)8位輸出鎖存器的結(jié)構(gòu)，而且移位寄存器和輸出鎖存器的控制是各自獨(dú)立的，可以實(shí)現(xiàn)在顯示本行列數(shù)據(jù)的同時(shí)，傳送下一行的列數(shù)據(jù)，既達(dá)到重疊處理的目的。它的輸入側(cè)有8個(gè)串行移位寄存器，每個(gè)移位寄存器的輸出都連接一個(gè)輸出鎖存器。引腳ST是移位寄存器的移位時(shí)鐘脈沖，在其上升沿發(fā)生移位，并將SI的下一個(gè)數(shù)據(jù)打入最低位。列驅(qū)動(dòng)電路見圖38。RCK是輸出鎖存器的打入信號(hào)，其上升沿將移位寄存器的輸出打入輸出鎖存器。SCLR信號(hào)是移位寄存器清零輸入端，當(dāng)其為低時(shí)移位寄存器的輸出全部為零。芯片的輸出端為QA～QH，最高位QH可作為多片74HC595級(jí)聯(lián)應(yīng)用時(shí)，向上一級(jí)的級(jí)聯(lián)輸出。圖38列驅(qū)動(dòng)電路 將8片74HC595進(jìn)行級(jí)連，可共用一個(gè)移位時(shí)鐘SCK及數(shù)據(jù)鎖存信號(hào)RCK。 行驅(qū)動(dòng)本設(shè)計(jì)采用74LS154作為點(diǎn)陣屏列控制信號(hào)，因?yàn)?54可以輸出16位的控制信號(hào)，所以只要掃描頻率可以，點(diǎn)陣屏就可以看成是穩(wěn)定平滑過渡，沒有閃爍的感覺，給人以正常的視覺效果。圖39 74LS15474LS138可以將3 個(gè)二進(jìn)制編碼輸入譯成8 個(gè)彼獨(dú)立的輸出之一，還可以將數(shù)據(jù)從一個(gè)輸入線分配到8 個(gè)輸出的任意一個(gè)而實(shí)現(xiàn)解調(diào)功能。該譯碼器采用先進(jìn)的硅結(jié)構(gòu)CMOS