【正文】 發(fā)光二極管列結(jié)合程序定時(shí)的亮滅。其顯示原理如圖13所示。其旋轉(zhuǎn)成像是一個(gè)柱面顯示屏，并且觀看視角可達(dá)360176。較平面點(diǎn)陣顯示屏，LED用量少，易檢修。 系統(tǒng)最終方案框圖如圖14所示，以51單片機(jī)機(jī)作為控制顯示效果主控制器件，用串行通信ISP下載線將顯示內(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)下載來(lái)的內(nèi)容和指令通過(guò)端口電平輸出來(lái)驅(qū)動(dòng)2塊各有16個(gè)LED燈組成的顯示模塊構(gòu)成的216的LED縱列顯示模塊。串行通信單片機(jī)驅(qū)動(dòng)電路216LED顯示排供電模塊旋轉(zhuǎn)電路圖14 硬件設(shè)計(jì)方案中斷程序主程序字符數(shù)組顯示程序初始化程序軟件的設(shè)計(jì)除了滿足基本的顯示功能外還必須要滿足易讀寫(xiě)，易檢錯(cuò)，程序精簡(jiǎn)提高下載和編譯效率。具體結(jié)構(gòu)如圖15所示。編寫(xiě)軟件之前得需要選擇一種合適的編寫(xiě)語(yǔ)言以及配套的編輯器和編譯軟件。 單片機(jī)編程語(yǔ)言目前單片機(jī)編程語(yǔ)言有匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言兩種。它的執(zhí)行速度快，內(nèi)存空間占用量少，但在編寫(xiě)復(fù)雜程序時(shí)具有明顯的局限性，可讀性差，匯編語(yǔ)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[6]。C語(yǔ)言可以進(jìn)行許多機(jī)器級(jí)函數(shù)控制。這種程序結(jié)構(gòu)化方式，改善了程序的可讀性；程序編譯和調(diào)試時(shí)間短，效率從而提高；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；可移植性好，因?yàn)樗哂蟹奖愕哪K化編程技術(shù)。我在剛?cè)雽W(xué)時(shí)學(xué)過(guò)C語(yǔ)言課程，對(duì)匯編語(yǔ)言不了解，以及后來(lái)在51單片機(jī)的學(xué)習(xí)中我一直使用的是C語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)程序的。 系統(tǒng)軟件編譯器選擇我們采用C語(yǔ)言編寫(xiě)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。支持用C語(yǔ)言編程的C51編譯器主要有兩種：Franklin C51編譯器和KEIL C編譯器[8]。第2章 硬件系統(tǒng)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)主要由通信系統(tǒng)，單片機(jī)系統(tǒng)，顯示驅(qū)動(dòng)電路和216 點(diǎn)陣排列屏五部分組成。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。 圖21 功能結(jié)構(gòu)框圖該系統(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)。(2) 驅(qū)動(dòng)電路要能提供LED顯示正常工作范圍內(nèi)的電壓和電流要求。(4) 單片機(jī)要能夠控制LED顯示屏的顯示，并且端口驅(qū)動(dòng)能力要足以驅(qū)動(dòng)顯示電路，執(zhí)行頻率要能達(dá)到掃描顯示的最低要求。 控制單元設(shè)計(jì) C51芯片的選擇 控制系統(tǒng)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)處理控制指令和顯示內(nèi)容，并且直接通過(guò)I/O口輸出電平通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路來(lái)控制LED顯示屏的顯示內(nèi)容和顯示狀態(tài)。常見(jiàn)的51系列單片機(jī)有以下幾種，如表21所示。STC89系列單片機(jī)還具備除滿足以上基本條件以外的超強(qiáng)抗干擾、高速、低功耗、指令代碼與傳統(tǒng)8051單片機(jī)完全兼容的增強(qiáng)型8051單片機(jī)等諸多優(yōu)點(diǎn)。 STC89C51RC簡(jiǎn)介：STC89C51RC是國(guó)內(nèi)宏晶科技有限公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)具備超強(qiáng)抗干擾、高速、低功耗、指令代碼與傳統(tǒng)8051單片機(jī)完全兼容的增強(qiáng)型8051單片機(jī)。2. STC89C51RC的PQFP44封裝芯片管腳圖如圖22所示。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門(mén)電路，對(duì)端口P0寫(xiě)“1”時(shí)，可作為高阻抗輸入端用。在FLASH編程時(shí)，P0口輸出指令字節(jié)，要求外接“上拉電阻”。對(duì)端口寫(xiě)“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。：(1) T2（定時(shí)/計(jì)數(shù)器2外部計(jì)數(shù)脈沖輸入），時(shí)鐘輸出；(2) T2EX（定時(shí)/計(jì)數(shù)2捕獲/重裝載觸發(fā)和方向控制）；P2口——P2是一組內(nèi)部帶上拉電阻的8位雙向I/O口，P2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(mén)電路。P3口——P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。 P3口除作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表22所示。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將是單片機(jī)復(fù)位。如果EA為高時(shí)，將執(zhí)行內(nèi)部程序。表22 P3口的第二功能口線第二功能類(lèi)型名稱RXDI串行輸入口P TXDO串行輸出口INTOI外中斷0INT1I外中斷1TOI定時(shí)/計(jì)數(shù)器0T1I定時(shí)/計(jì)數(shù)器1WRO外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通信號(hào)RDO外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通信號(hào) 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)。根據(jù)實(shí)現(xiàn)功能選擇一定的單片機(jī)端口添加外圍器件，具體電路如圖23所示圖23 控制系統(tǒng)電路圖在該控制系統(tǒng)中，P0、PPP3口主要用作LED顯示數(shù)據(jù)的控制輸出。、。29號(hào)引腳EA/VPP要執(zhí)行內(nèi)部程序不需訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器，所以其直接和38號(hào)引腳（Vcc）同時(shí)接在整流二極管負(fù)極，即電源正極。 模塊供電設(shè)計(jì)方案主控供電方案：(1)通過(guò)線圈耦合（相當(dāng)于變壓器原理）無(wú)線輸電的方法，無(wú)觸點(diǎn)。而若接觸壓力大，電刷磨損快，壽命短，并且由于阻力的因素，容易造成電機(jī)發(fā)熱量多，功耗大。綜上比較，結(jié)合本題目實(shí)際特點(diǎn)，選擇第一種方案。 其引腳從左向右依次為e發(fā)射極 b基極 c集電極；對(duì)于中小功率塑料三極管按圖使其平面朝向自己，三個(gè)引腳朝下放置，則從左到右依次為e b c，如圖27所示：圖27 S9014外形引腳圖 穩(wěn)壓整流電路安裝在旋轉(zhuǎn)模塊上的次級(jí)線圈因耦合得到的電動(dòng)勢(shì)是同初級(jí)線圈同頻率交流振蕩電壓，經(jīng)整流二極管D1變成單向電流，220UF電解電容做一次濾波，104電容為二次率波。這里發(fā)光二極管一律采用共陽(yáng)接法。單片機(jī)與計(jì)算機(jī)不能直接相連進(jìn)行通信必須將RS232C與TTL電平進(jìn)行轉(zhuǎn)換[12]。芯片MAX232為下載模塊中最重要的組成部分。程序要實(shí)現(xiàn)串口通信，靜態(tài)顯示，畫(huà)面切換顯示三大功能。通信程序接收數(shù)據(jù)，交給主程序處理再通過(guò)控制程序選擇不同的顯示程序進(jìn)行顯示。初始化完成后，中斷源有外部中斷INT定時(shí)器T0、定時(shí)器T0組成。定時(shí)中斷程序設(shè)定了LED點(diǎn)陣顯示屏所要顯示的內(nèi)容和顯示的方式，最后執(zhí)行的是各種顯示程序。子函數(shù)中，主要是有一個(gè)while循環(huán)構(gòu)成的一個(gè)有限循環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)字符數(shù)組中的元素值向緩沖數(shù)組的轉(zhuǎn)移。以后的顯示直接從緩沖數(shù)組中取值，顯示內(nèi)容的更新與顯示時(shí)刻不沖突，避免了彼此的干擾沖突。其基本操作有：(1)打開(kāi)Keil C窗口界面；(2)新建工程文件夾（ProjectNew Project），選擇路徑，輸入工程名稱，選擇對(duì)應(yīng)單片機(jī)型號(hào)；(3)新建編輯區(qū)，輸入所需代碼，保存為擴(kuò)展名為“.c”的文件格式；(4)再在Source Group 1中添加上步保存的“.c”文件；(5)選擇Target，勾選Create HEX File選項(xiàng)框，點(diǎn)擊“OK”；(6)然后依次點(diǎn)擊Translate current file、Build target、Rebuilt all target file圖標(biāo)。該生成器，只需在文字預(yù)覽框里輸入要顯示的字符，點(diǎn)擊“旋轉(zhuǎn)點(diǎn)陣”并選擇“C51”或“匯編”來(lái)生成相應(yīng)的顯示字符代碼。此軟件無(wú)需安裝及驅(qū)動(dòng)，直接運(yùn)行即可使用，操作簡(jiǎn)單，字符代碼生成質(zhì)量高，速度快。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。該軟件具有其它EDA工具軟件（如multisim）的功能。可以仿真MCS51系列、AVR、PIC、ARM等常用主流單片機(jī)。配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等，Proteus建立了完備的電子設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)環(huán)境[14]。 打開(kāi)軟件窗口，點(diǎn)擊打開(kāi)元器件庫(kù)（Pick parks from libraries）窗口界面，在元件查找欄輸入要查找的單片機(jī)和其他元器件,雙擊元器件名稱添加，如圖34所示。圖34 元器件添加窗口圖35 仿真電路 電路仿真完成電路原理圖連線后，雙擊單片機(jī)，在彈出的界面中的Program File一欄中選擇Keil C編譯過(guò)生成的“.HEX文件”，點(diǎn)擊“OK”，并開(kāi)始仿真。圖36 仿真結(jié)果顯示 借助仿真初步完善軟件程序由于編程時(shí)忽略發(fā)光二極管共陰、共陽(yáng)問(wèn)題。焊接完成后，芯片引腳出來(lái)的是高電平控制，二極管又共陽(yáng)連接，導(dǎo)致二極管與預(yù)期控制亮滅反向，所以把程序中的端口賦值按位取反。//取出的數(shù)據(jù)到P0輸出口P2=~V1[2*j+1]。 調(diào)試按照上述步驟，硬件焊接完畢，認(rèn)真比對(duì)檢查，初步確認(rèn)焊接與原理圖一致后。發(fā)現(xiàn)電源指示燈不亮，用萬(wàn)用表測(cè)電源接頭電壓值為0V，即電源損壞。 載入程序驗(yàn)證利用串口線，通過(guò)STC網(wǎng)站提供的ISP下載軟件向單片機(jī)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中載入一個(gè)基本的驗(yàn)證性程序。若經(jīng)過(guò)多次修改完善下載程序，并確定程序正確無(wú)誤，則要重新檢查審視電路原理和硬件電路焊接的正確性與合理性。此程序旨在對(duì)硬件實(shí)物電路基本功能的測(cè)試（LED的焊接情況，電路電氣正確性，功能基本實(shí)現(xiàn)情況等）。圖41 ISP程序下載窗口這里，經(jīng)反復(fù)核對(duì)修繕驗(yàn)證程序，觀察硬件顯示效果。多次比對(duì)I/O口賦值與原理圖發(fā)現(xiàn)，電路設(shè)計(jì)初衷沒(méi)有考慮到的合理性。在設(shè)計(jì)時(shí)只是簡(jiǎn)單亦步亦趨的按照原理圖上的芯片引腳連接的LED排列，沒(méi)有注意到在實(shí)際的軟件程序編寫(xiě)過(guò)程中可能出現(xiàn)的不便操作，甚至是出現(xiàn)不可能實(shí)現(xiàn)的效果。重新載入程序，加電實(shí)驗(yàn)，可以顯示預(yù)期的簡(jiǎn)單字符。要實(shí)現(xiàn)多樣化顯示，需要結(jié)合51單片機(jī)特點(diǎn)和硬件電路，在程序中要進(jìn)行相應(yīng)的中斷、子函數(shù)調(diào)用、數(shù)組等操作。STC89C51RC 單片機(jī)PQFP44封裝，它有足夠的I/O端口，并且擁有四個(gè)外部中斷（INT0、INTINTINT3）和三個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中斷（T0、TT2），這就方便了在不使用鎖存器呵占用I/O口的情況下，可以用多余的外部中斷和內(nèi)部定時(shí)計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)初始化、函數(shù)調(diào)用、顯示內(nèi)容變換。在此前驗(yàn)證程序的基礎(chǔ)上，加入中斷、子函數(shù)、多個(gè)字符顯示代碼數(shù)組。 硬件優(yōu)化影響硬件顯示效果和程序設(shè)計(jì)中的時(shí)間協(xié)調(diào)性的主要因素有：旋轉(zhuǎn)屏的旋轉(zhuǎn)速度，線圈耦合系數(shù)，次級(jí)線圈得到的電壓電流值。如圖51所示。一對(duì)有磁耦合的線圈，若流過(guò)其中一個(gè)線圈的電流隨時(shí)間變化，則在另一線圈兩端將出現(xiàn)感應(yīng)電壓，反之亦然。直流激勵(lì)下電路的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)中沒(méi)有互感現(xiàn)象。無(wú)線供電模塊中的線圈耦合原理，就等同于變壓器耦合原理，都是利用了麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的基本觀點(diǎn)：變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)；變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)，也即磁耦合。這里采用了直徑小于初級(jí)線圈直徑的增加了匝數(shù)的漆包線線圈做次級(jí)線圈，并在次級(jí)線圈內(nèi)部加裝一個(gè)磁導(dǎo)體曾加磁通量，來(lái)有效增加磁耦合。旋轉(zhuǎn)的LED點(diǎn)陣顯示屏此前也早已有之。最大的亮點(diǎn)是：以LED旋轉(zhuǎn)顯示顯示屏為中心將已有的不同技術(shù)，融合了起來(lái)：結(jié)合放大震蕩電路將低壓直流轉(zhuǎn)化成低壓交流電；引用磁耦合技術(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)線供電；才用紅外收發(fā)二極管實(shí)現(xiàn)程序的初始化；使用STC出品的PQFP44封裝的51單片機(jī)，充分利用了I/O口，簡(jiǎn)單易設(shè)計(jì)；硬件電路的構(gòu)建簡(jiǎn)單，原理易懂。該顯示技術(shù)已經(jīng)在兒童玩具、科技趣味制作中有廣泛的應(yīng)用。謝 辭首先，我要感謝我的指導(dǎo)老師對(duì)我的悉心指導(dǎo)和硬件焊接條件提供。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，秦老師給了我非常大的幫助和支持，從選題、開(kāi)題報(bào)告、中期檢查、硬件設(shè)計(jì)、到最后電路焊接完成，再到論文定稿都離不開(kāi)他的悉心指導(dǎo)。這里我還要感謝科協(xié)的同學(xué)張亞威和楊許豪。每次他們都并不厭其煩的認(rèn)真幫著分析解決，并在不方便時(shí)給我提供重新修改焊接的工具和平臺(tái)。誠(chéng)摯的再次謝謝大家！參考文獻(xiàn)[1][J].世界電子元器件,2000,(02):277301[2]關(guān)積珍,[J].現(xiàn)代顯示, 2004,(02):3437[3][M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2003:59102[4]高勝東,[J],1998, (03):108120[5][J].電子技術(shù)應(yīng)用,1996,(08):5677[6][M].北京:電子工業(yè)出版社,2009:129[7],2012512[8][D]. 黑龍江:佳木斯大學(xué), 2011:67[9]李蒙,[M].北京:中國(guó)輕工業(yè)出版社,2010:45[10]李蒙,[M].北京:中國(guó)輕工業(yè)出版社,2010:56[11],201304[12],20070519[13][M].北京:電子工業(yè)出版社,2009:21[14],20101113[15] ,20121024[16]于歆杰,朱桂萍,[M].北京:清華大學(xué)出版社,2007:312313附　錄 附錄一 元器件清單旋轉(zhuǎn)LED顯示屏元器件清單元件名稱型號(hào)（大?。?shù)量旋轉(zhuǎn)部分貼片ICSTC89C51RC1個(gè)貼片發(fā)光二極管（0805）綠色16個(gè)紅色16個(gè)貼片電阻56032個(gè)10K4個(gè)貼片電容104P3個(gè)20P2個(gè)穩(wěn)壓二極管1個(gè)開(kāi)關(guān)二極管41481個(gè)晶振1個(gè)電解電容1個(gè)紅外接收管方形2*5*61個(gè)晶振1個(gè)次級(jí)線圈248。 10*101個(gè)高頻磁環(huán)248。 9*101個(gè)彎針插頭4針1個(gè)電路主板