【正文】 1 00 0 uSS W D2L E D+_ 3． 2 單片 機系統(tǒng)及外圍電路 3． 2． 1 單片機的選擇 單片機采用 89C51 或其兼容系列的芯片進行控制， 它負責(zé)控制整個電路以及相應(yīng)的程序的運行、以及給屏體電路部分發(fā)送命令。 3． 2． 2 AT89C51 芯片介紹 AT89C51 AT89C51 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的 8 位 Flash ROM 單片機。因此可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 圖 32 電源電路圖 7 P 1. 01P 1. 12P 1. 23P 1. 34P 1. 45P 1. 56P 1. 67P 1. 78R S T / V P D9P 3. 0 / R x D10P 3. 1 / T xD11P 3. 2 / I N T 012P 3. 3 / I N T 113P 3. 4 / T 014P 3. 5 / T 115P 3. 6 / W R16P 3. 7 / R D17X T A L 218X T A L 119GND20P 2. 021P 2. 122P 2. 223P 2. 324P 2. 425P 2. 526P 2. 627P 2. 728P S E N29A L E / P R O G30E A / V p p31P 0. 732P 0. 633P 0. 534P 0. 435P 0. 336P 0. 237P 0. 138P 0. 039V C C40U1A T 8 9 C 5 1AT89C51 單片機一般采用雙列直插 DIP 封裝，共 40 個引腳，圖 33 為其引腳排列圖。 一． 電源 Vcc—— 芯片電源，接 +5V； GND—— 接地端。 三． 控制線 控制線共有 4 根，其中 3 根是復(fù)用線。 1． ALE/ PROG —— 地址鎖存允許 /片內(nèi) EPROM 編程脈沖。 AT89C51 在并行擴展外存儲器時， P0 口用于分時傳送低 8 位地址和數(shù)據(jù)信號，且均為二進制數(shù)。在 ALE 信號的下降沿，鎖定 P0 口傳送的內(nèi)容，即低 8 位地址信號。但是，當(dāng)CPU 執(zhí)行 MOVX 指令時， ALE 將跳過一個 ALE 脈沖。 2． PSEN —— 外 ROM 讀選通信號。 PSEN 可作為外 ROM芯片輸出允許 OE 的選通信號。 3． RST/VPD—— 復(fù)位 /備用電源。 （ 2） VPD 功能：在 VCC 掉電情況下，該引腳可接上備用電源，由 VPD 向片內(nèi) RAM供電，以保持片內(nèi) RAM 中的數(shù)據(jù)不丟失。 （ 1） EA功能：正常工作時， EA為內(nèi)外 ROM 選擇端。當(dāng) EA保持高電平時，先訪問內(nèi)ROM， 但當(dāng) PC 值超過 4KB 時，將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行外 ROM 中的程序。 （ 2） VPP功能：片內(nèi)有 EPROM 的芯片，在 EPROM 編程期間，此引腳用于施加編程電源。 P0 口是一組 8 位漏級開路型雙向 I/O 口，也即地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。在訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，它是分時多路轉(zhuǎn)換的地址（低8 位） /數(shù)據(jù)總線，在訪問期間激活了內(nèi)部的上拉電阻。驗證時，要求外接上拉電阻。當(dāng)作為輸入腳時被外部信號拉低的 P1口會因為內(nèi)部上拉而輸出一個電流。 P2 口是帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O口，向 P2口寫入 1時 P2口被內(nèi)部上拉為高電平可用作輸入口，當(dāng)作為輸入腳時被外部拉低的 P2口會因為內(nèi)部上拉而輸出電流 。 Flash編程和程序校驗時， P2也接收高位地址和一些控制信號。 P3口除了作為一般的 I/O口線外，更重要的是它的第二功能，如表 3． 1所示： 9 GNDC43 3p FC53 3p FV C CY11 2M H zR28 .2 k ΩGND V C CP 1. 01P 1. 12P 1. 23P 1. 34P 1. 45P 1. 56P 1. 67P 1. 78R S T / V P D9P 3. 0 / R x D10P 3. 1 / T xD11P 3. 2 / I N T 012P 3. 3 / I N T 113P 3. 4 / T 014P 3. 5 / T 115P 3. 6 / W R16P 3. 7 / R D17X T A L 218X T A L 119GND20P 2. 021P 2. 122P 2. 223P 2. 324P 2. 425P 2. 526P 2. 627P 2. 728P S E N29A L E / P R O G30E A / V p p31P 0. 732P 0. 633P 0. 534P 0. 435P 0. 336P 0. 237P 0. 138P 0. 039V C C40U1A T 89 C 5 1+C61 0uABCDG1GNDT X D － S C KR X D － SIS C L RRCK 3． 2． 3 單片機系統(tǒng)外圍電路 單片機系統(tǒng)外圍電路形式如圖 34 所示。電容 C C5 是晶振的負載電容，主要起頻率微調(diào)和穩(wěn)定的作用。移位數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收均以 8 位為一幀，不設(shè)起始位和停止位，無論輸入 /輸出，均低位在前高位在后。兩種數(shù)據(jù)的輸出在時間上是錯開的。 P0 和 P2 口空著，在有必要的時候可以擴展系統(tǒng)的 ROM 和 RAM。 74HC595 的管腳及內(nèi)部結(jié)構(gòu)形式如圖 35 所示 。引腳 SER 是串行數(shù)據(jù)的輸入端。移位后的各位信號出現(xiàn)在各移位寄存器的輸出端，也就是輸出鎖存器的輸入端。引腳 OE 是輸出三態(tài)門的開放信號，只有當(dāng)其為低時鎖存器的輸出才開放，否則為高阻態(tài)。 兩個信號是互相獨立的，所以能夠做到輸入串行移位與輸出鎖存互不干擾。但因 QH受輸出鎖存器打入控制，所以還從輸出鎖存器前引出了 QH′，作為與移位寄存器完全同步的級連輸出。該圖由兩片 74HC595 組成 16 列的驅(qū)動，由 16 個行驅(qū)動器驅(qū)動 16 行。兩片相應(yīng)的 SRCLK、 SRCLR 、 RCLK 端分別并聯(lián)，作為統(tǒng)一的串行數(shù)據(jù)移位信號、串行數(shù)據(jù)清除信號和輸出鎖存器打入信號。移位過程結(jié)束之后，控制器輸出 RCLK 打入信號， 16 列顯示 數(shù)據(jù)一起打入相應(yīng)的輸出鎖存器。 圖 37 顯示驅(qū)動電路 圖 36 移位寄存和輸出鎖存的時序波形圖 12 3． 4 行驅(qū)動電路 3． 4． 1 行驅(qū)動芯片 74HC154 介紹 譯碼器是一個多輸入、多輸出的組合邏輯電路。 74HC154 為 變量譯碼器，也稱二進制譯碼器，它是一種 四線 — 十六線譯碼器 , 譯碼的輸入端有 4 個，輸出端有24=16 個， 并有兩個選通端（使能端），它的管腳形式如圖 38 所示，當(dāng)選通端 E E 2 均為低電平時，譯碼器處于工作狀態(tài)，可將地址輸入端（ A0～ A3）的二進制編碼在一個對應(yīng)的輸出端以低電平譯出。 0Y ～ 15Y 為譯碼輸出端， 輸出是低電平有效，即在 選通 時，每輸入一個二進制代碼將使對應(yīng)的一個輸出端為低電平，而其它輸出 端均為高電平的無效信號，也可以說對應(yīng)的輸出端被 “譯中 ”。 表 3． 2 74HC154 譯碼器的真值表 14 R10R16R8R15R13R6R17R18R9R12R5 R7R3200ΩR4R14R11Q8Q10Q9Q6Q14Q5Q11Q12Q7Q130 OUT11 OUT22 OUT33 OUT44 OUT55 OUT66 OUT77 OUT88 OUT99 OUT1010 OUT1111 OUT1312 OUT1413 OUT1514 OUT1615 OUT17G118G219D20C21B22A23U2 74HC154Q4Q3Q2Q18550Q15Q16VCCP1.0P1.1P1.2P1.3P1.7200Ω16個855016個GNDLED0LED1LED2LED3LED4LED5LED6LED7LED8LED9 LED10 LED11 LED12 LED13 LED14 LED153． 4． 2 行驅(qū)動電路 行驅(qū)動電路相對簡單。采用譯碼器的方案，還可以保證同一時刻只選通一條行線，從而達到顯示的穩(wěn)定性。如 0Y 端輸出低電平，此信號 傳至相應(yīng)的 PNP 型三極管 Q1，此時，三極管的基極為低電平，因此，發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置，三極管導(dǎo)通，其集電極再將高電平加于 LED 陣列的對應(yīng)的行上，即將此行選通；而同時 74HC154 的其它端輸出高電平而致使該行對應(yīng)的 三極管 截止，從而所對應(yīng) LED行線不被選通。行信號 A、 B、 C、 D 的順序變化范圍從 0000、 00000至 l111，來一個選通信號，行信號順序就變化一次，其頻率由掃描電路決定。 3． 5 LED 顯示屏電路 LED 顯示屏是將發(fā)光二極管按行按列布置的，驅(qū)動時也就按行按列驅(qū)動。 LED 顯示屏現(xiàn)多采用 一 塊 1616 點陣 顯示 ，以滿足漢字顯示的要求 。 1616 點陣 LED 結(jié)構(gòu)如圖 310 所示： 16 圖 310 1616 點陣 LED 引腳 圖 17 從圖中（本圖的 LED 陣列采用共陽的接法）可以看出， 1616 點陣共需要 256個發(fā)光二極管組成，且每個發(fā)光二極管是放置在行線和列線的交叉點上。 當(dāng)采用按行掃描按列控制的驅(qū)動方式時， LED 顯示屏 8 行的同名列共用一套列驅(qū)動器。應(yīng)用時還應(yīng)在各條行線或列線上接上限流電阻。當(dāng)對應(yīng)的某一列置 0 電平，則相應(yīng)的二極管就亮；反之則不亮。這樣行線上只管一行一行的輪流導(dǎo)通，列線上進行通斷控制，實現(xiàn)了行掃描列控制的驅(qū)動方式。 軟件的設(shè)計是設(shè)計控制系統(tǒng)的應(yīng)用程序。 在進行系統(tǒng)總體設(shè)計時，曾經(jīng)規(guī)劃過軟件結(jié)構(gòu)，但由于硬件系統(tǒng)尚未仔細確定，軟件結(jié)構(gòu)框圖十分粗糙，當(dāng)硬件設(shè)計接口擴展及各功能模塊與 CPU 連接關(guān)系確定后，就能夠具體明確對軟件設(shè)計的要求。根據(jù)軟件分層次設(shè)計的原理，可把顯示屏的軟件 系統(tǒng)分成兩大層：第一層是底層的顯示驅(qū)動程序，第二層是上層的系統(tǒng)應(yīng)用程序。顯示驅(qū)動程序由定時器 T0 中斷程序?qū)崿F(xiàn)。 從有利于實現(xiàn)語言的直觀，易于記憶和檢查，可讀性較好和使語言程序占用較少的單片機存儲空間，實時處理系統(tǒng)可以快速的執(zhí)行指令的角度考慮，本設(shè)計中顯示屏程序采用 C 語言編寫。 系統(tǒng)的主程序開始以后，首先是對系統(tǒng)環(huán)境初始化，包括設(shè)置串口、定時器、中斷和端口；然后 LED 顯示屏進入開機狀態(tài)，轉(zhuǎn)入正常的顯示。由于單片機沒有停機指令，所以可以設(shè)置系統(tǒng)程序不斷地循環(huán)執(zhí)行上述顯示效果。根據(jù)總體結(jié)構(gòu)，可將程序劃分為幾個功能化模塊：串行口中斷服務(wù)程序、 多字滾動顯示子程序、單字顯示子程序、掃描程序 。這樣可方便程序調(diào)用，程序整體層次清晰，結(jié)構(gòu)一目了然，方便閱讀。根據(jù)流程圖可以編寫出相應(yīng)的顯示程序。 T0 初值 =2 N － 機周時間定時時間 20 其中 N 與工作方式有關(guān)，本設(shè)計定時 /計數(shù)器工作于方式 1，如圖 43 所示，方式 1 構(gòu)成一個 16 位定時計數(shù)器，即 N=16。 機周時間與主振頻率有關(guān)，機器周期是時鐘周期的 12