【正文】 度、用戶程序容量等有特殊要求；或?qū)?8051 的位置控制有特殊要求等。 （ 2）價(jià)格方面 不同廠家的 芯片 價(jià)格相差很大， 有的 能相差 40%以上。 在此設(shè)計(jì)中，我主要用到了 74LS245 芯片， 74LS138 芯片 ,74HC595 芯片和 4953 芯片，我主要對(duì)前三種新片介紹一下， 4953 芯片只具有控制行電路的 功能，在這我就不介紹了。因此，在設(shè)計(jì) 單片機(jī) 控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)遵循以下基本原則： (1)最大限度地滿足被控對(duì)象的控制對(duì)象。 (2)在滿足控制系統(tǒng)要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，使用及維修方便。 (4)考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝和改進(jìn) 。 C 語(yǔ)言是一種源于編寫(xiě) UNIX 操作系統(tǒng)的語(yǔ)言，是一種結(jié)構(gòu)化語(yǔ)言，可產(chǎn)生緊湊代碼口。 (2)單片機(jī) 的選擇。選擇 單片機(jī) ，應(yīng)包括機(jī)型選擇 、容量的選擇、 I/O 模塊的選擇、電源模塊的選擇等。 (4)設(shè)計(jì)控制程序。 11 (5)編制控制系統(tǒng)的技術(shù)文件。 (2)根據(jù)控制要求確定所需的用戶輸入、輸出設(shè)備。 (4)分配 單片機(jī)的 I/O 點(diǎn)，設(shè)計(jì) I/O 連接圖。 4. 畫(huà)電路圖 的注意事項(xiàng) (1)輸入 /輸出 接口 可以重復(fù)使用，無(wú)需復(fù)雜 的程序結(jié)構(gòu)來(lái)減少觸點(diǎn)的使用次數(shù)。 (3)芯片的接口必須一一對(duì)應(yīng)，不要出現(xiàn)單個(gè)的閑置接口。 (2)著手用 C語(yǔ)言編寫(xiě)程序。 (4)對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試和修改，直到滿足要求為止。若 沒(méi)有 滿足要求，再?gòu)男滦薷某绦蚧驒z查接線，直到 滿足為止。 (7)交付使用。 電源電路 本設(shè)計(jì)采用的是電腦開(kāi)關(guān)電源，它的主控芯片是 TL494。 TL494 的 管腳 如圖 31 所示。 3 腳為控制比較放大器和誤差比較放大器的公共輸出端，輸出時(shí)表現(xiàn)為或輸出控制特性，也就是就在兩個(gè)放大器中，輸出幅度大者起作用 ； 當(dāng) 3腳的電平變高時(shí)， TL494 送出的驅(qū)動(dòng)脈沖寬度變窄，當(dāng) 3 腳電平低時(shí)，驅(qū)動(dòng)脈沖寬度變寬。 6腳分別用于外接振蕩電阻和電容。 9腳和 1 12腳分別為 TL494 內(nèi)容末級(jí)兩個(gè)輸出三極管的集電極和發(fā)射極。 13 腳為功能控制端。 我們的設(shè)計(jì)使用電腦開(kāi)關(guān)電源提供的 12V，5V， 3 路電壓。此單片機(jī)由 4K 字節(jié)可重擦寫(xiě) Flash 閃速存儲(chǔ)器， 128*8 字節(jié)內(nèi)部 RAM， 32 個(gè)可編程 I/O 口線， 2 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器和 6個(gè)中斷源 [11]。 我們使用的是 8051 的最小系統(tǒng)電路，包括：電源、時(shí)鐘脈沖、復(fù)位電路和程序存儲(chǔ)器設(shè)定電路，暫時(shí)只是顯示很少的幾十個(gè)漢字，不用外接存儲(chǔ)擴(kuò)展。如圖 32所示。 1 8051 XTAL1 C1 C2 XTAL2 晶振 至內(nèi)部時(shí)鐘電路 14 復(fù)位操作可以使單片機(jī)初始化，也可以使死機(jī)狀態(tài)下的單片機(jī)重新啟動(dòng)，因此非常重要。當(dāng)加電時(shí)，電容 C充電，電路有電流通過(guò)，構(gòu)成回路，在電阻 R 上產(chǎn)生壓降， RESET 引腳為高電平；當(dāng)電容 C 充滿電后，電路相當(dāng)于斷開(kāi)， RESET的電位與地相同，復(fù)位結(jié)束。 圖 33 上電復(fù)位電路 程序及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器設(shè)定 因?yàn)閱纹瑱C(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器只有 128 Byte，非常有限，運(yùn)行大一點(diǎn)的程序就顯得捉襟見(jiàn)肘；而且程序存儲(chǔ)器空間也只有 4K，大一點(diǎn)的程序就存儲(chǔ)不下，尤其是在存儲(chǔ)漢字點(diǎn)陣信息的時(shí)候，每個(gè)漢字 32Byte， 100 個(gè)漢字就到了 ，程序也只有不到 1KB 的容量了。我們暫時(shí)只是顯 示幾十個(gè)漢字研究原理，所以僅僅用內(nèi)部存儲(chǔ)器就足夠了，所以把 31 腳接高電位，就僅僅使用內(nèi)部的 4K 程序C + R 1k 8051 VCC RESET／ＶＰＤ VSS 22μ F Vcc 15 存儲(chǔ)空間。但是在現(xiàn)實(shí)大屏幕顯示應(yīng)用中，一般要擴(kuò)展 RAM，比如 HY62256A（ 32K*8bit RAM），因?yàn)榇罅康臄?shù)據(jù)是由電腦傳送過(guò)來(lái)的，每個(gè)單片機(jī)只是負(fù)責(zé)自己控制的一行字符，這些數(shù)據(jù)是要隨時(shí)更新的，采用 RAM 可以隨時(shí)更新內(nèi)容；而且一般的顯示程序優(yōu)化以后的代碼 4K 也夠用了。計(jì)算機(jī)將所要顯示的漢字的內(nèi)碼經(jīng)串口發(fā) RS232C 的通信模塊，實(shí)現(xiàn) 計(jì)算機(jī) 與 單片機(jī)之間 通信， 2 RS232C 是由美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì) EIA（ Electronic Industry Association）在 1969 年頒布的一種串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)。 RS232C 總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)有 25 條信號(hào)線，包括一個(gè)主通 道和一個(gè)輔助通道。 RS232C 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為每秒 150、 300、 600、 1200、 2400、 4800、9600、 19200 波特。傳輸距離短的另一原因是 RS232 屬單端信號(hào)傳送，存在共地 噪聲和不能抑制共模干擾等問(wèn)題，因此一般用于 20m 以內(nèi)的通信。但都是在 RS232標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)改進(jìn)而形成的。 RS232C 標(biāo)準(zhǔn)是美國(guó) EIA(電子工業(yè)聯(lián)合會(huì)）與 BELL 等公司一起開(kāi)發(fā)的 1969 年公布的通信協(xié)議。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)串行 通信接口 的有關(guān)問(wèn)題，如信號(hào)線功能、電器特性都作了明確規(guī)定。 EIARS232C 對(duì)電器特性、 邏輯電平 和各種信號(hào)線功能都作了規(guī)定。對(duì)于數(shù)據(jù)（信息碼）：邏輯 “1”（傳號(hào)）的電平低于 3V，邏輯 “0” （空號(hào)）的電平高于 +3V；對(duì)于控制信號(hào)；接通狀態(tài)（ ON）即信號(hào)有效的電平高于 +3V，斷開(kāi)狀態(tài) (OFF)即信 號(hào)無(wú)效的電平低于 3V，也就是當(dāng)傳輸電平的絕對(duì)值大于 3V時(shí)，電路可以有效地檢查出來(lái)，介于 3～ +3V 之間的電壓無(wú)意義，低于 15V 或高于 +15V 的電壓也認(rèn)為無(wú)意義，因此，實(shí)際工作時(shí)，應(yīng)保證電平在 177。 RS232C 與 TTL 轉(zhuǎn)換： EIA RS232C 是用正負(fù)電壓來(lái)表示邏輯狀態(tài)，與 TTL 以高低電平表示邏輯狀態(tài)的規(guī)定不同。實(shí)現(xiàn)這種變換的方法可用分立元件，也可用集成電路芯片 。 MAX232 芯片可完成 TTL←→EIA 雙向電平轉(zhuǎn)換。在一定的條件下，必須要自己制作一個(gè)相應(yīng)的 圓頭或者是 D 型的 232 串口。 同一個(gè)串口的接收腳和發(fā)送腳直接用線相連對(duì) 9 針串口和 25針串口，均是 2 與3 直接相連； 兩個(gè)不同串口（不論是同一臺(tái)計(jì)算機(jī)的兩個(gè)串口或分別是不同計(jì)算機(jī)的串口） DB9DB9 23,32,55 DB25DB25 23,32,77 DB9DB25 23,32,57 上面是對(duì)微機(jī)標(biāo)準(zhǔn)串行口而言的，還有許多非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，如接收 GPS 數(shù)據(jù)或電子羅盤(pán)數(shù)據(jù)，只要記住一個(gè)原則：接收數(shù)據(jù)針腳（或線）與發(fā)送數(shù)據(jù)針腳（或線）相連，彼此交 叉，信號(hào)地對(duì)應(yīng)相接。 9 針 D 型串口： 2RXD“ ， 3”TXD“ ， 5邏輯地 。RS485 采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。 RS485采用半雙工工作方式，任何時(shí)候只能有一點(diǎn)處于發(fā)送狀態(tài)，因此，發(fā)送電路須由使能信號(hào)加以控制。應(yīng)用 RS485 可以聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成分布式系統(tǒng)，其允許最多并聯(lián) 32 臺(tái)驅(qū)動(dòng)器和 32 臺(tái)接收器。 (2)傳輸速率較低，在異步傳輸時(shí)，波特率為 20Kbps；因此在 “ 南方的老樹(shù)51CPLD 開(kāi)發(fā)板 ” 中，綜合程序波特率只能采用 19200，也是這個(gè)原因。 (4)傳輸距離有限，最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為 50 英尺，實(shí)際上也只能用在 50 米左右。 總體規(guī)劃及實(shí)驗(yàn)電路 每個(gè)漢字需要 4個(gè) 8*8 的 LED 點(diǎn)陣，要想實(shí)現(xiàn) 4 行掃描驅(qū)動(dòng)，每個(gè)漢字是按照 16*16取模，所以需要 8 個(gè) 74HC595 來(lái)驅(qū)動(dòng)一個(gè)漢字，我的電路設(shè)計(jì)的是 2 個(gè)漢字，所以需要8*2=16 個(gè) 74HC595 來(lái)實(shí)現(xiàn) 4行掃描顯示。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，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)在顯示本行各列數(shù)據(jù)的同時(shí)，傳送下一行的列數(shù)據(jù)，即達(dá)到重疊處理的目的。它的輸入端有 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 SCK 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。 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到輸出鎖存器。 SCLR 信號(hào)是移位寄存器的清 0 輸入端，當(dāng)其為低時(shí)移位寄存器的輸出全部為 0。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 37 74HC595 在不同的工作電壓下的時(shí)鐘頻率 由于 74HC595 在 供電的情況下（ 25℃），可以達(dá)到 21MHz 以上的時(shí)鐘頻率，而我們采用的 8051 的時(shí)鐘頻率只有 24MHz，串口方式 0的時(shí)鐘頻率只有 fosc/12=2MHz，所以74HC595 完全勝任；由于 74HC595 輸出高電平時(shí)每個(gè)管腳的驅(qū)動(dòng)電流只有 20mA，而每個(gè)LED 發(fā)光管的驅(qū)動(dòng)電流也是 20mA，要是 8個(gè)發(fā)光管同時(shí)輪流點(diǎn)亮的時(shí)候瞬間電流必定大于20mA，所以我們采用是采用吸收電流的方式直驅(qū) LED 發(fā)光管。其硬件電路如圖 38 所示： 21 圖 38 行驅(qū)動(dòng)電路硬件 38 線譯碼器 74LS138 我們前面的列驅(qū)動(dòng)電路里面只是用了單片機(jī)的串口跟 P1 口，還剩下 P0 以及 P2 口可以直接接到 8個(gè) LED 的行選端，但是為了整個(gè)大屏幕方便以后擴(kuò)展控制，防止直接驅(qū)動(dòng)損壞單片機(jī)以及隔離外界干擾信號(hào)，使用了 74LS138 這個(gè) 3— 8譯碼器作為行選芯片。 雙向八位數(shù)據(jù)緩沖器 74LS245 我們?yōu)榱烁綦x外界的干擾信號(hào)，使用了 74LS245 八 位數(shù)據(jù) 緩沖器 。 74LS245是一個(gè)常用的 八緩沖器 ，它的管腳圖 如圖 310所示： 23 圖 310 74LS245 的管腳圖 74LS245 類(lèi)似于單片機(jī)的端口，其口線能做輸出，也能做輸入 。 小結(jié) 本章介紹了硬件的連接方法以及原理，并且包含了部分電路圖，此電路已經(jīng)試驗(yàn)證明可以顯示漢字信息，并且可動(dòng)態(tài)顯示，其中運(yùn)用了 74HC595 以及 74LS245 芯片， 74HC595的功能是串入并出，并且?guī)в墟i存和移位的功能；而 74LS245 的作用就是完全屏蔽掉外界的干擾，只有單片機(jī)發(fā)出的正確的信號(hào)才被它選擇通過(guò)，一般的電路干擾，電磁干擾不會(huì)對(duì)顯示屏造成亂碼。 24 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 顯示屏軟件的主要功能是向顯示屏提供顯示數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生各種控制信號(hào)，使屏幕按設(shè)計(jì)的要求顯示。顯示驅(qū)動(dòng)程序負(fù)責(zé)向點(diǎn)陣屏傳送特定組合的顯示數(shù)據(jù)，并負(fù)責(zé)產(chǎn)生行掃描信號(hào)和其它控制信號(hào)，配合完成 LED 顯示屏的掃描顯示工作。 一般來(lái)說(shuō)，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則為： 1. 單片機(jī) 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 任何一種電氣控制系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象（生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程）的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。設(shè)計(jì)前，應(yīng)深入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查研究，收集資料，并于機(jī)械部分的設(shè)計(jì)人員和實(shí)際操作人員密切配合，共同擬訂電氣控制方案，協(xié)同解決設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的各種問(wèn)題。 (3)保 證控制系統(tǒng)的安全、可靠。 2. 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 應(yīng)用軟件 本次軟件的編程用的是 C 語(yǔ)言。 C 語(yǔ)言可以進(jìn)行許多機(jī)器級(jí)函數(shù)控制而不用匯編語(yǔ)言。 單片機(jī) 控制系統(tǒng)是由 計(jì)算機(jī) 與用戶輸入、輸出設(shè)備連接而成的，因此， 單片機(jī) 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容應(yīng)包括： (1)用戶輸入設(shè)備（按鈕、 計(jì)算機(jī)的鍵盤(pán) 等）、輸出設(shè)備（ LED 燈 ）。 單片機(jī) 是 此 控制系統(tǒng)的核心部件，正確選擇 單片機(jī) 對(duì)于保證整個(gè)控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)起到重要的作用。 (3)分配 I/O 點(diǎn)， 用 ProtelSe99 繪制 I/O 連接圖?？刂瞥绦蛟O(shè)計(jì)必須經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)試、修改，直到滿足要求為止。 3. 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟 (1)根據(jù)生產(chǎn)的工藝過(guò)程分析控制要求。 (3)選擇 單片機(jī) 系統(tǒng)。 (5)進(jìn)行 單片機(jī)的 程序設(shè)計(jì)。 (2)電路圖的節(jié)點(diǎn)不要出現(xiàn)虛點(diǎn)，否則在 PCB 圖上會(huì)出現(xiàn)不必要的錯(cuò)誤。 (1)對(duì)于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，需繪制系統(tǒng)控制流程土，用以清楚地表明動(dòng)作的順序和條件。 (3)用編程器將程序輸入到 單片機(jī) 的 存儲(chǔ)器中，并檢查輸入的程序是否正確。 (5)待控制臺(tái)及現(xiàn)場(chǎng)施工完成后，就可以進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試。 (6)編寫(xiě)技術(shù)文件。 顯示驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 然后顯示驅(qū)動(dòng)程序查詢當(dāng)前燃亮的行號(hào)，從顯示緩存區(qū)內(nèi)讀取下一行的顯示數(shù)據(jù)，并通過(guò)串口發(fā)送給移位寄存器。圖 41為顯示驅(qū)動(dòng)程序 (顯示屏掃描函數(shù) )流程圖 。 移位寄存程序 for(j=0。j++) { for(z=0。z++) { WR_595(word1[8*z+j+2*i])。j2。z4。 } } for(j=0。j++) { for(z=0。z++) { WR_595(word3[8*z+j+2*i])。j2。z4。 } } OUT_595()。j16。 } OUT_595()