led點(diǎn)陣畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、<p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）</p><p>　　設(shè)計(jì)(論文)題目： LED顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì) </p><p>　　學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： </p><p>　　二級學(xué)院： 信息技術(shù)學(xué)院 ?！　I(yè)： 通信工程 </p>

2、;<p>　　班　　級： 學(xué)　　號： </p><p>　　提交日期： 2012年4月20日 答辯日期： 2012年 5月12日 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要III</b>

3、;</p><p>　　AbstractIV</p><p><b>　　第1章 緒 論1</b></p><p>　　1.1 LED顯示屏的廣泛應(yīng)用1</p><p>　　1.2 最新的LED顯示屏技術(shù)1</p><p>　　1.3 本課題的主要內(nèi)容1</p><p

4、>　　第2章 系統(tǒng)硬件方案論證與選擇3</p><p>　　2.1 上位機(jī)部分方案選擇3</p><p>　　2.2 通信部分方案選擇3</p><p>　　2.3 控制部分方案選擇4</p><p>　　2.4 顯示部分方案選擇4</p><p>　　2.5 最終確定硬件設(shè)計(jì)方案6</p>

5、;<p>　　第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)7</p><p>　　3.1 硬件整體設(shè)計(jì)概述及功能分析7</p><p>　　3.2 控制單元設(shè)計(jì)7</p><p>　　3.3 行驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)9</p><p>　　3.4 列驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)11</p><p>　　3.5 單片機(jī)ISP下載編程器13<

6、;/p><p>　　3.6 USB電源接口14</p><p>　　3.7 MAX232串口通信電路14</p><p>　　3.8 系統(tǒng)總電路圖15</p><p>　　第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)17</p><p>　　4.1 系統(tǒng)軟件方案選擇17</p><p>　　4.2 系統(tǒng)軟件程序設(shè)

7、計(jì)17</p><p>　　第5章 系統(tǒng)調(diào)試21</p><p>　　5.1 系統(tǒng)硬件部分調(diào)試21</p><p>　　5.2 系統(tǒng)軟件調(diào)試21</p><p>　　5.3 系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試及結(jié)果22</p><p>　　5.4 調(diào)試結(jié)果分析23</p><p>　　第6章 結(jié) 論24

8、</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)25</b></p><p>　　附錄 1： 硬件原理圖26</p><p>　　附錄 2： 設(shè)計(jì)程序27</p><p>　　附錄 3： 系統(tǒng)PCB圖33</p><p><b>　　致 謝34</b></p>

9、<p><b>　　LED顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　在大型商場、車站、碼頭、地鐵站以及各類辦事窗口等越來越多的場所需要用LED點(diǎn)陣顯示圖形和漢字。LED行業(yè)已成為一個(gè)快速發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè)，市場空間巨大，前景廣闊。</p><p>　　本文介紹了一款以單片機(jī)

10、AT89S51為控制器的LED點(diǎn)陣顯示屏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)中英文字符的顯示和動(dòng)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(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)一個(gè)16×16分辨率的LED點(diǎn)陣顯示屏的掃描顯示。PC機(jī)與單片機(jī)之間的通信采用ISP下載編程器來實(shí)現(xiàn)。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

11、空間。</p><p>　　關(guān)鍵詞：AT89S51；LED點(diǎn)陣顯示；ISP</p><p>　　Design of LED display system</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Nowadays, more and more places need to use LED

12、dot matrix to display Chinese characters and graphics, such as the large shopping malls, railway stations, docks, subway stations , various kinds of service window and so on . LED industry has become a new and rapidly de

13、veloping industry with a huge market space and foreground capacious.</p><p>　　This paper introduces a design of the LED lattice display system base on MCU AT89S51. The system can display in both Chinese and

14、English characters of the show and from top to bottom and move around the magic show. The PC sends control commands and displays code to microcontroller, AT89S51 receives control commands from PC and shows the code. Driv

15、er module drives a 16×16-resolution LED lattice LED’s panel display scan showed. Communication between PC and the microcontroller using ISP download pr</p><p>　　Key words: AT89S51; lattice LED’s panel

16、display; ISP</p><p><b>　　第1章 緒 論</b></p><p>　　1.1 LED顯示屏的廣泛應(yīng)用</p><p>　　LED顯示屏可以顯示變化的數(shù)字、文字、圖形圖像；不僅可以用于室內(nèi)環(huán)境還可以用于室外環(huán)境，具有投影儀、電視墻、液晶顯示屏無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　LED點(diǎn)陣顯示屏

17、以亮度高、工作電壓低、功耗小、小型化、壽命長、耐沖擊和性能穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)迅速成長為平板顯示的主流產(chǎn)品，在信息顯示領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。LED的發(fā)展前景極為廣闊，目前正朝著更高亮度、更高耐氣候性、更高的發(fā)光密度、更高的發(fā)光均勻性、可靠性、全色化方向發(fā)展。LED顯示屏的應(yīng)用涉及社會經(jīng)濟(jì)的許多領(lǐng)域，主要包括：（1）證券交易、金融信息顯示。（2）機(jī)場航班動(dòng)態(tài)信息顯示。（3）港口、車站旅客引導(dǎo)信息顯示。（4）體育場館信息顯示。（5）道路交通信息顯示。

18、（6）調(diào)度指揮中心信息顯示。（7）郵政、電信、商場購物中心等服務(wù)領(lǐng)域的業(yè)務(wù)宣傳及信息顯示。（8）廣告媒體新產(chǎn)品等。</p><p>　　1.2 最新的LED顯示屏技術(shù)</p><p>　　隨著液晶（LCD）產(chǎn)品價(jià)格的下降，LCD顯示器也呈現(xiàn)出多樣化的發(fā)展趨勢：尺寸越來越大，寬屏逐漸成為消費(fèi)熱點(diǎn)，個(gè)性化產(chǎn)品層出不窮，多媒體應(yīng)用需求已經(jīng)顯現(xiàn)，黑插入技術(shù)取得進(jìn)展，計(jì)算機(jī)應(yīng)用向多媒體應(yīng)用靠攏，平板

19、顯示器與若干視聽設(shè)備相連的技術(shù)需求增加，如高分辨多媒體接口HDMI等數(shù)字傳輸技術(shù)，已開始應(yīng)用在LCD顯示器上。</p><p>　　高分辨多媒體接口HDMI（全稱是High-Definition Multimedia Interface）是2006初年日立、松下、飛利浦、索尼、湯姆遜、東芝和Silicon Image等7家公司聯(lián)合發(fā)布的接口規(guī)范，包括高清晰支持、高速傳輸以及與電腦的更簡易的連接方法。HDMI只需一

20、條線就可以傳輸數(shù)字音頻和視頻數(shù)據(jù)，使消費(fèi)者能夠方便地體驗(yàn)到高品質(zhì)的家庭影院效果。HDMI接口技術(shù)引起了計(jì)算機(jī)行業(yè)的關(guān)注，因?yàn)镠DMI定位于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字多媒體接口。在應(yīng)用方面，HDMI與低電壓交流電計(jì)算機(jī)的畫面控制終端的連接更加簡單和方便，有利于計(jì)算機(jī)與消費(fèi)電子類產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)真正意義上的融合。目前許多高清數(shù)字電視生產(chǎn)商都在產(chǎn)品中采用了HDMI接口，HDMI也已經(jīng)被運(yùn)用到計(jì)算機(jī)媒體播放器、DVD播放器、DVD錄音設(shè)備、有線電視機(jī)頂盒、衛(wèi)星電視機(jī)頂盒

21、以及A/V接收器中，也被應(yīng)用在游戲機(jī)和便攜式攝像機(jī)中。</p><p>　　1.3 本課題的主要內(nèi)容</p><p>　　針對本課題的特點(diǎn)，對論文的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)將做如下安排：</p><p>　　（1）初步方案的論證和選擇</p><p>　　搜集題目的有關(guān)資料，并參照目前通用的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法擬定幾套設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析比較。最終選定了以PC機(jī)

22、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(dòng)電路的設(shè)計(jì)方案。</p><p><b>　　（2）方案實(shí)現(xiàn)</b></p><p>　　以設(shè)計(jì)方案為指導(dǎo)思想選擇合適的器件來實(shí)現(xiàn)這一思想，選擇器件時(shí)要從功能和電氣特性兩方面來選擇和論證。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74HC138和鎖存器74HC573為譯碼電路器件，74HC595為

23、驅(qū)動(dòng)電路器件。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。 </p><p><b>　?。?）軟件編寫 </b></p><p>　　根據(jù)硬件特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要求，軟件選用C語言編寫。程序按功能分為靜態(tài)顯示、動(dòng)態(tài)顯示、通信等幾個(gè)功能上相對獨(dú)立的模塊。然后按照所劃分的模塊逐個(gè)編寫和調(diào)試，最后將

24、獨(dú)立的模塊整合起來。</p><p><b>　?。?）驗(yàn)證與測試</b></p><p>　　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。在硬件調(diào)試中發(fā)現(xiàn)有單片機(jī)端口驅(qū)動(dòng)能力不足、驅(qū)動(dòng)電路工作不穩(wěn)定等問題。在軟件調(diào)試中出現(xiàn)程序整合工作不協(xié)調(diào)等問題。通過分析，查找找出了問題原因并設(shè)法將其解決。</p><p><b>　　（5

25、）結(jié)論</b></p><p>　　設(shè)計(jì)完成后對設(shè)計(jì)中所遇到的問題、經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)、以及自己的想法進(jìn)行總結(jié)。</p><p>　　第2章 系統(tǒng)硬件方案論證與選擇</p><p>　　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。為方便檢修和維護(hù)硬件電路設(shè)計(jì)時(shí)常常采用模塊化的設(shè)計(jì)方法。硬件的設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)，既要滿足模塊本身功能又要能夠和整個(gè)系統(tǒng)

26、兼容。如圖2-1所示,根據(jù)顯示系統(tǒng)的功能特點(diǎn)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。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]。</p><p>　　圖2-1 系統(tǒng)硬件組成框圖</p><p>　　2.1 上位機(jī)部分方案選擇</p><p>　　其中系

27、統(tǒng)采用現(xiàn)在已經(jīng)非常普遍的PC機(jī)作為上位機(jī)，這樣對該顯示系統(tǒng)的硬件要求便降低了，增加了系統(tǒng)的通用性。上位機(jī)的作用是存儲并處理顯示內(nèi)容，然后通過通信系統(tǒng)傳送到控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)顯示。</p><p>　　LED顯示上位機(jī)的內(nèi)容一般有實(shí)時(shí)顯示和存儲顯示兩種方法。實(shí)時(shí)顯示及上位機(jī)屏幕上的內(nèi)容同時(shí)顯示在LED顯示屏上，上位機(jī)上內(nèi)容變化LED顯示屏也跟著變化。存儲顯示是將顯示內(nèi)容處理過后存儲在上位機(jī)中通過通信系統(tǒng)傳輸?shù)斤@示屏顯示[

28、9]。兩種顯示方法相比較：實(shí)時(shí)顯示屏幕能及時(shí)反應(yīng)上位機(jī)內(nèi)容的變化，顯示的效果和內(nèi)容的實(shí)時(shí)性好多用于新聞播報(bào)、實(shí)況轉(zhuǎn)播用，但實(shí)時(shí)顯示硬件開銷大，對通信系統(tǒng)要求高，工藝復(fù)雜，成本高；存儲顯示雖實(shí)時(shí)性不高但硬件開銷小，成本低廉。課題設(shè)計(jì)題目對顯示的實(shí)時(shí)性要求較低且所設(shè)計(jì)的顯示屏尺寸不大同時(shí)顯示的內(nèi)容不多，所以實(shí)時(shí)顯示就沒有必要。所以上位機(jī)選擇存儲顯示的方法，控制LED顯示屏的顯示內(nèi)容。</p><p>　　2.2 通信

29、部分方案選擇</p><p>　　通信部分要滿足的設(shè)計(jì)要求就是穩(wěn)定、快速、簡單易實(shí)現(xiàn)。因?yàn)橥ǔＧ闆r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。</p><p>　　ISP（In-System Programming）在系統(tǒng)編程，通過下載電纜直接對安裝在用戶目標(biāo)板上的器件編程，給電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)帶來許多革命性的變化。目前，比較成熟的ISP下載器大多是基于串口或者并口通信的

30、，但是也存在著以下問題：（1）用戶PC機(jī)的主頻、硬件和操作系統(tǒng)不同，可能會造成控制信號錯(cuò)誤；（2）不同的廠商提供不同的ISP下載器，互不兼容，給嵌入式開發(fā)帶來不便；（3）限于串、并口的通信協(xié)議，ISP數(shù)據(jù)傳輸速率較低，影響嵌入式產(chǎn)品的開發(fā)。而USB ISP完美地解決了這些問題，它具有較強(qiáng)的易用性，可靠性和兼容性，數(shù)據(jù)傳輸速率也較快。</p><p>　　基于以上原因，本設(shè)計(jì)選擇了一種將單片機(jī)和USB總線相結(jié)合，進(jìn)

31、行ISP下載的方法。</p><p>　　2.3 控制部分方案選擇</p><p>　　控制部分是整個(gè)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。</p><p><b>　　（1）單片機(jī)</b></p><p>　　單片機(jī)是集成了CPU，ROM，RAM和I/ O口的微

32、型計(jì)算機(jī)。它有很強(qiáng)的接口性能，非常適合于工業(yè)控制,因此又叫微控制器(MCU)。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(dòng)，函數(shù)發(fā)生器，鍵盤控制等。它們的價(jià)格也高低不等，這樣極大地滿足了開發(fā)者的選擇自由。除此之外單片機(jī)還具有低電壓和低功耗的特點(diǎn)。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

33、過渡。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]。</p><p><b>　?。?）DSP 芯片</b></p><p>　　DSP又叫數(shù)字信號處理器。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(yùn)算及大數(shù)據(jù)容量的信號處理。現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用于通信、便攜式計(jì)算機(jī)和便攜式儀表、雷達(dá)、圖像、航空

34、、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)。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(shí)進(jìn)行，以及流水線技術(shù)，這使得速度有了較大的提高。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(shí)現(xiàn)乘法,逐條執(zhí)行指令，速度慢。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處理指令，如TM320 系列的FIRS ，LMS，MACD指令等[5]。</

35、p><p>　　兩種設(shè)計(jì)方式相比較各有優(yōu)點(diǎn)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?，F(xiàn)在市場上常用的單片機(jī)主要有MCS-51、AVR、ARM、PIC等。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。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(shí)，只須將該

36、腳設(shè)置為高電平（復(fù)位時(shí)，各I/O口均置高電平）。當(dāng)該腳作輸出腳使用時(shí)，則為高電平或低電平均可。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。</p><p>　　2.4 顯示部分方案選擇</p><p>　　顯示部分包括了一塊至少可以顯示一個(gè)漢字的顯示屏，以及驅(qū)動(dòng)該顯示屏的驅(qū)動(dòng)電路。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(dòng)LED顯示屏，所以需要對單片機(jī)IO口

37、進(jìn)行擴(kuò)展增加單片機(jī)并行輸出的能力。</p><p>　　LED顯示屏是由一個(gè)一個(gè)的發(fā)光二極管點(diǎn)陣構(gòu)成的，要構(gòu)成大屏幕的LED顯示屏就需要多個(gè)發(fā)光二極管。構(gòu)成LED屏幕的方法有兩種，一是由單個(gè)的發(fā)光二極管逐點(diǎn)連接起來，如圖2-2所示；二是選用一些由單個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成的LED點(diǎn)陣子模塊構(gòu)成大的LED點(diǎn)陣模塊。目前市場上普遍采用的點(diǎn)陣模塊有8×8、16×16幾種；這兩種屏幕構(gòu)成方法各有有缺點(diǎn)，單個(gè)發(fā)

38、光二極管構(gòu)成顯示屏優(yōu)點(diǎn)在于當(dāng)單個(gè)的發(fā)光二極管出現(xiàn)問題時(shí)只需更換一個(gè)二極管即可，檢修的成本較低，缺點(diǎn)在于連接線路復(fù)雜；而點(diǎn)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(gè)LED出現(xiàn)問題時(shí)同在一個(gè)模塊的所有LED都必須被更換。這就加大了維修的成本。</p><p>　　兩種方法相比較，決定采取模塊構(gòu)成的方法來制作一個(gè)LED點(diǎn)陣顯示屏。為了避免模塊的缺點(diǎn)，選擇點(diǎn)陣數(shù)較小的模塊來減小出現(xiàn)這一問題的風(fēng)險(xiǎn)

39、。所以構(gòu)建一個(gè)16×16的LED點(diǎn)陣屏選用四塊8×8點(diǎn)陣模塊。</p><p>　　圖 2-2 LED點(diǎn)陣圖</p><p>　　一個(gè)16×16的LED顯示屏行和列各有16支引腳，不能單靠51單片機(jī)的端口驅(qū)動(dòng)所以必須要對單片機(jī)的端口個(gè)數(shù)進(jìn)行擴(kuò)展。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。常用的串并轉(zhuǎn)換芯片有74LS154（4線-16線譯碼器）、74HC1

40、38（8位串并轉(zhuǎn)換器）、74HC595等。51系列單片機(jī)端口低電平時(shí)，吸入電流可達(dá)２０ｍＡ，具有一定的驅(qū)動(dòng)能力；而為高電平時(shí)，輸出電流僅數(shù)十μＡ甚至更?。娏鲗?shí)際上是由腳的上拉電流形成的），基本上沒有驅(qū)動(dòng)能力，所以單片機(jī)不能直接驅(qū)動(dòng)LED顯示屏顯示。在單片機(jī)和顯示屏之間還需要增加以功能放大位目的的驅(qū)動(dòng)電路[7]。</p><p>　　2.5 最終確定硬件設(shè)計(jì)方案</p><p>　　最終方

41、案如圖2-3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(dòng)4塊8×8LED點(diǎn)陣模塊構(gòu)成的16×16的LED點(diǎn)陣顯示屏。題目將以此方案為指導(dǎo)思想展開具體的硬件電路設(shè)計(jì)。</p><p>　　圖2-3 硬件設(shè)計(jì)方案</p><p>　　第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p&

42、gt;<p>　　3.1 硬件整體設(shè)計(jì)概述及功能分析</p><p>　　顯示系統(tǒng)具體設(shè)計(jì)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(dòng)電路和16×16的點(diǎn)陣屏組成。具體工作流程為：上位PC機(jī)通過通信系統(tǒng)向單片機(jī)發(fā)送控制指令和顯示代碼內(nèi)容，單片機(jī)接收后執(zhí)行控制指令處理顯示代碼將顯示內(nèi)容通過I/O口串行輸出并且控制譯碼電路完成串并轉(zhuǎn)換并行輸出，最后由顯示驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行電壓和電流的處理以

43、達(dá)到LED顯示屏的顯示電流，電壓要求進(jìn)而使顯示屏顯示內(nèi)容[11]。</p><p>　　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。通過查閱資料和對比最終的硬件原理框圖如圖3-1所示：</p><p>　　圖3-1 硬件原理框圖</p><p>　　該系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能和要求有以下幾點(diǎn)：</p><

44、p>　　（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)。并且顯示要清晰。</p><p>　?。?）驅(qū)動(dòng)電路要能提供LED顯示所需范圍內(nèi)的電壓和電流要求。</p><p>　　（3）譯碼電路的高低電平的區(qū)分能力以及譯碼的輸入輸出頻率必須滿足單片機(jī)以及驅(qū)動(dòng)電路的要求。</p><p>　　（4）單片機(jī)要能接收上位機(jī)的指令和顯示內(nèi)容且能夠處理后控制LED顯

45、示屏的顯示，并且端口驅(qū)動(dòng)能力要足以驅(qū)動(dòng)譯碼電路。執(zhí)行頻率要能達(dá)到掃描顯示的最低要求。</p><p>　　（5）單片機(jī)由ISP下載線下載程序和供電，可不設(shè)立專用供電電源。</p><p>　?。?）由USB接口完成與上位機(jī)的通信速度和數(shù)據(jù)傳 的可靠性要達(dá)到顯示要求。</p><p>　　3.2 控制單元設(shè)計(jì)</p><p>　　3.2.1 控

46、制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　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)（指單片機(jī)的可以的最小配置系統(tǒng)）。AT89S51的最小系統(tǒng)包括了外界時(shí)鐘電路和復(fù)位電路，選定一定數(shù)量的IO口作為控制口控制外部的各種器件和數(shù)據(jù)的輸出。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3-2所示。</p><p>　　在該系統(tǒng)中，P0各口主要用作LED顯示數(shù)據(jù)的行控制輸出

47、。具體接法為：P0.4，P0.5,P0.6分別接74HC138的A端，B端,C端向74HC138送入串行數(shù)據(jù)經(jīng)過其轉(zhuǎn)換后并行輸出；P0.3,P0.7接138芯片的使能控制端，當(dāng)為低電平使允許輸出；P0.0,P0.1,P0.2接595的SH_CP端,ST_CP端,DS端控件系統(tǒng)的列輸入，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）。因?yàn)闆]有擴(kuò)展外部程序存儲器所以將EA置為高電平。P1.5,P

48、1.6,P1.7分別接ISP的1，7，5引腳，用于向芯片燒寫程序。具體電路如圖3-2所示：</p><p>　　圖3-2 控制部分電路圖</p><p>　　3.2.2 AT89S51簡介</p><p>　　AT89S51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k bytes的可系統(tǒng)編程的Flash只讀程序存儲器,器件采用ATMEL公司

49、的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)8051指令系統(tǒng)及引腳。它集Flash程序存儲器既可在線編程（ISP）也可用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編程及通用8位微處理器于單片芯片中，ATMEL公司的功能強(qiáng)大，低價(jià)位AT89S51單片機(jī)可提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。</p><p>　　AT989S51具有以下特點(diǎn)：</p><p>　　·與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容

50、</p><p>　　·4k字節(jié)在系統(tǒng)編程（ISP）Flash閃速存儲器</p><p>　　·1000次擦寫周期</p><p>　　·4.0－5.5V的工作電壓范圍</p><p>　　·全靜態(tài)工作模式：0Hz－33MHz</p><p><b>　　·三

51、級程序加密鎖</b></p><p>　　·128×8字節(jié)內(nèi)部RAM</p><p>　　·32個(gè)可編程I/O口線</p><p>　　·2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器</p><p><b>　　·6個(gè)中斷源</b></p><p>　　&#

52、183;全雙工串行UART通道</p><p>　　·低功耗空閑和掉電模式</p><p>　　·中斷可從空閑模喚醒系統(tǒng)</p><p>　　·看門狗（WDT）及雙數(shù)據(jù)指針</p><p>　　·掉電標(biāo)識和快速編程特性</p><p>　　·靈活的在系統(tǒng)編程（ISP字節(jié)

53、或頁寫模式）</p><p>　　AT89S51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k字節(jié)Flash閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個(gè)I/O口線，看門狗（WDT），兩個(gè)數(shù)據(jù)指針，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89S51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)

54、繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。</p><p>　　3.3 行驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　3.3.1 行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　行驅(qū)動(dòng)電路的功能是為了解決單片機(jī)I/O端口不足。行譯碼所用器件為串并轉(zhuǎn)換器74HC138。兩個(gè)138級聯(lián)成4線-16線譯碼器，三級管Q1-Q16接顯示屏H1-

55、H8解決了顯示屏供電不足的問題。具體電路如圖3-3所示：</p><p>　　圖3-3 行驅(qū)動(dòng)電路圖</p><p>　　3.3.2 串并轉(zhuǎn)換器74HC138</p><p>　　行譯碼采用的是芯片74HC138。如果不采用譯碼電路完全依靠單片機(jī)的端口輸出來控制16×16的LED點(diǎn)陣屏顯示，需要32個(gè)端口。而采用了譯碼電路后僅僅需要7～9個(gè)端口便可實(shí)現(xiàn)控制

56、顯示。大大減少了I/O口的占用數(shù)目，為單片機(jī)擴(kuò)展其他功能預(yù)留下來了空間。</p><p>　　74HC138譯碼器可接受3位二進(jìn)制加權(quán)地址輸入（A0,A1和A2），并當(dāng)使能時(shí)，提供8個(gè)互斥的低有效輸出（Y0至Y7）。74HC138特有3個(gè)使能輸入端：兩個(gè)低有效（E1和E2）和一個(gè)高有效（E3）。除非E1和E2置低且E3置高，否則74HC138將保持所有輸出為高。</p><p>　　表3-

57、1 74HC138集成譯碼器功能表</p><p>　　3.4 列驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　列驅(qū)動(dòng)電路由74HC595構(gòu)成，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)，達(dá)到重疊處理的目的。數(shù)據(jù)在SH_CP的上升沿輸入，在ST_CP的上升沿進(jìn)入的存儲寄存器中去。如果兩個(gè)時(shí)鐘

58、連在一起，則移位寄存器總是比存儲寄存器早一個(gè)脈沖。移位寄存器有一個(gè)串行移位輸入（DS），和一個(gè)串行輸出（Q7）,和一個(gè)異步的低電平復(fù)位，存儲寄存器有一個(gè)并行8位的，具備三態(tài)的總線輸出，當(dāng)使能OE時(shí)（為低電平），存儲寄存器的數(shù)據(jù)輸出到總線。</p><p>　　工作順序：單片機(jī)先送1個(gè)8位數(shù)據(jù)到第一個(gè)595的內(nèi)部移位寄存器->然后數(shù)據(jù)會送到內(nèi)部的輸出寄存器->輸出,當(dāng)MR（10引腳）為高電平，OE（13

59、引腳）為低電平時(shí)，數(shù)據(jù)在SHCP上升沿進(jìn)入移位寄存器，在STCP上升沿輸出到并行端口。具體電路如圖3-4所示：</p><p>　　圖3-4 列驅(qū)動(dòng)原理圖</p><p>　　3.5 點(diǎn)陣顯示模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　如圖3-5所示，本設(shè)計(jì)采用了4個(gè)8*8的點(diǎn)陣發(fā)光二級管模塊，組成了16*16的LED點(diǎn)陣顯示屏。LED驅(qū)動(dòng)顯示采用的動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)掃描方法，動(dòng)態(tài)掃描方式

60、是逐行輪流點(diǎn)亮，把所有同一行的發(fā)光管的陽極連在一起，把所有同一列的發(fā)光管的陰極連在一起，先送出對應(yīng)第一行發(fā)光管亮滅的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第一行使其點(diǎn)亮一定的時(shí)間，然后熄滅；再送出第二行的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第二行使其點(diǎn)亮相同的時(shí)間，然后熄滅；…第十六行之后，又重新點(diǎn)亮第一行，反復(fù)輪回。當(dāng)這樣的輪回速度足夠快（每秒24次以上），由于人眼的視覺暫留現(xiàn)象，就能看到顯示屏上穩(wěn)定的圖形。該方法能驅(qū)動(dòng)較多的LED，控制方式較靈活，而且節(jié)省單片機(jī)的資

61、源。</p><p>　　圖3-5點(diǎn)陣顯示電路</p><p>　　3.5 單片機(jī)ISP下載編程器</p><p>　　單片機(jī)系統(tǒng)傳統(tǒng)的編程方式是將單片機(jī)先從電路板上取下，放入專用的編程器進(jìn)行編程，再放人電路板進(jìn)行調(diào)試。其缺點(diǎn)是頻繁的拔插器件容易損壞器件的引腳；如果頻繁的調(diào)試程序，必須重復(fù)拔插，大大降低了開發(fā)效率。ISP技術(shù)是未來發(fā)展的方向，其優(yōu)勢是無需編程器就可進(jìn)

62、行單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)和開發(fā)，單片機(jī)器件可直接焊接到電路板上，調(diào)試結(jié)束即為成品，免去調(diào)試時(shí)由于頻繁插入取出對器件和電路板造成的損壞和帶來的不便。 ISP可降低研發(fā)成本；縮短從設(shè)計(jì)、制造到現(xiàn)場調(diào)試的時(shí)間，簡化生產(chǎn)流程，大大提高工作效率；在試驗(yàn)新品或?qū)W生試驗(yàn)等常需用不同的程序調(diào)試器件的場合中，在線編程技術(shù)尤為重要。</p><p>　　設(shè)計(jì)AT89S51單片機(jī)開發(fā)板，采用ISP下載線實(shí)現(xiàn)在Keil C軟件開發(fā)環(huán)境下調(diào)試的匯編

63、語言程序機(jī)器碼能即時(shí)下載到AT89S51單片機(jī)片內(nèi)Flash中，并可在線修改。</p><p>　　在系統(tǒng)可編程ISP(In-System Programmable)，指電路板上的空白器件可編程寫入最終用戶代碼，而無需從電路板取下器件，已編程的器件也可用ISP方式擦除或再編程。ISP的提出改變了傳統(tǒng)硬件系統(tǒng)開發(fā)的流程，大大方便了開發(fā)者，加快了開發(fā)速度，將單片機(jī)和USB總線相結(jié)合，進(jìn)行ISP下載。</p>

64、;<p>　　本設(shè)計(jì)中ISP電路如圖3-6所示：</p><p>　　圖3-6 ISP下載電路</p><p>　　3.6 USB電源接口</p><p>　　本設(shè)計(jì)除了可以用ISP接口供電，還可以采用USB電源接口供電，開關(guān)S1連接了一個(gè)發(fā)光二級管，用于指示電源的通斷。</p><p>　　具體電路如圖3-7所示：</p

65、><p>　　圖3-7 USB電源接口電路</p><p>　　3.7 MAX232串口通信電路</p><p>　　本課題中還設(shè)計(jì)了另一種通信方式，當(dāng)所采用控制芯片不為AT系列，而是STC系列時(shí)，采用MAX232串口通信。</p><p>　　具體電路如圖3-8所示：</p><p>　　圖3-8 232串口通信電路&l

66、t;/p><p>　　MAX232芯片是美信公司專門為電腦的RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的接口電路,使用+5v單電源供電。</p><p>　　內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本可分三個(gè)部分：</p><p>　　第一部分是電荷泵電路。由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生+12v和-12v兩個(gè)電源，提供給RS-232串口電平的需要。</p><p>　　第

67、二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由7、8、9、10、11、12、13、14腳構(gòu)成兩個(gè)數(shù)據(jù)通道。其中13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1IN、T2IN輸入轉(zhuǎn)換成RS-232數(shù)據(jù)從T1OUT、T2OUT送到電腦DB9插頭；DB9插頭的RS-232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入

68、轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUT、R2OUT輸出。</p><p>　　第三部分是供電。15腳GND、16腳VCC（+5v）。</p><p>　　3.8 系統(tǒng)總電路圖</p><p>　　第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 系統(tǒng)軟件方案選擇</p><p>　　軟件的設(shè)計(jì)除了滿足設(shè)計(jì)功能外還必須

69、要滿足易讀寫，方便下載和編譯。軟件的編寫需要借助軟件編輯器和編譯軟件，編譯完成后還需要下載到單片機(jī)中執(zhí)行。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。最后還要選擇一款與所選單片機(jī)的下載器或下載軟件來把編寫的程序下載到單片機(jī)中執(zhí)行。</p><p>　　4.1.1 單片機(jī)編程語言選擇</p><p>　　現(xiàn)在主要運(yùn)用的單片機(jī)編程語言為匯編語言和C語言。兩種語言相比較各有優(yōu)

70、點(diǎn)。</p><p>　　匯編語言(Assembly Language)是面向機(jī)器的程序設(shè)計(jì)語言，是一種功能很強(qiáng)的程序設(shè)計(jì)語言，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言。其具有執(zhí)行速度快，占內(nèi)存空間少等優(yōu)點(diǎn)，但在編寫復(fù)雜程序時(shí)具有明顯的局限性，匯編語言依賴于具體的機(jī)型，不能通用，也不能在不同機(jī)型之間移植[8]。</p><p>　　C語言是一種源于編寫UNIX操作系統(tǒng)的語言，它是一

71、種結(jié)構(gòu)化語言，可產(chǎn)生壓縮代碼。C語言結(jié)構(gòu)是以括號{ }而不是子和特殊符號的語言。C可以進(jìn)行許多機(jī)器級函數(shù)控制而不用匯編語言。與匯編相比，有如下優(yōu)點(diǎn)：對單片機(jī)的指令系統(tǒng)不要求了解，僅要求對51的存儲器結(jié)構(gòu)有初步了解；寄存器分配、不同存儲器的尋址及數(shù)據(jù)類型等細(xì)節(jié)可由編譯器管理；程序有規(guī)范的結(jié)構(gòu)，可分為不同的函數(shù)。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

72、的庫包含許多標(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)。C語言作為一種非常方便的語言而得到廣泛的支持，C語言程序本身并不依賴于機(jī)器硬件系統(tǒng)，基本上不做修改就可根據(jù)單片機(jī)的不同較快地移植過來。</p><p>　　基于以上理由決定采用C語言為該顯示系統(tǒng)的編程語言。</p><p>　　4.1.2 系統(tǒng)軟件編譯工具選擇</p>

73、<p>　　C語言編寫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)器語言。因此在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中，編譯器必不可少。支持MCS－51用C語言編程的編譯器主要有兩種：Franklin C51編譯器和KEILC51編譯器。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。</p><p>　　因此軟件設(shè)計(jì)最終方案為采用C語言為程序語言，KELC為編譯工具按照控制、通信、顯示等幾個(gè)功能模塊來

74、編寫程序。</p><p>　　4.2 系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)</p><p>　　設(shè)計(jì)目標(biāo)和硬件總體結(jié)構(gòu)確定的情況下，軟件可以分為主程序，顯示程序兩大部分。</p><p>　　4.2.1 主程序設(shè)計(jì)</p><p>　　系統(tǒng)軟件采用C語言編寫，按照模塊化的設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)。首先分析程序所要實(shí)現(xiàn)的功能，程序要實(shí)現(xiàn)靜態(tài)顯示，動(dòng)態(tài)顯示兩大功能。其通信程序

75、接收上位機(jī)數(shù)據(jù)，交給主程序處理再通過控制程序選擇不同的顯示程序進(jìn)行顯示。</p><p>　　主程序的工作流程如圖4-1所示：</p><p>　　圖4-1 主程序流程圖</p><p>　　程序開始時(shí)首先必須對單片機(jī)進(jìn)行初始化，其中初始化的內(nèi)容包括：中斷優(yōu)先級的設(shè)定，中斷初始化，通信方式的選擇和波特率的設(shè)定，各IO口功能的設(shè)定等。初始化完成后程序進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)等待中

76、斷的發(fā)生，該程序中主要用到了兩個(gè)外部中斷源和串行中斷。外部中斷源由按鍵的電平變化觸發(fā)，外部中斷主要功能是選擇LED點(diǎn)陣顯示屏的控制方式是由按鍵控制還是上位機(jī)控制和顯示狀態(tài)是靜態(tài)顯示還是動(dòng)態(tài)顯示。串行中斷包括發(fā)送中斷和接收中斷都是由軟件觸發(fā)。中斷產(chǎn)生后由預(yù)先初始化時(shí)設(shè)定跳轉(zhuǎn)執(zhí)行中斷子程序。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。按照設(shè)定的方式和內(nèi)容顯示出所需要的內(nèi)容。</p>&l

77、t;p>　　4.2.2 顯示程序的設(shè)計(jì)</p><p>　　顯示程序分為靜態(tài)顯示程序、左移顯示2種種顯示方式。其中左移動(dòng)程序調(diào)用了靜態(tài)顯示程序?yàn)樽映绦颉?lt;/p><p>　　對靜態(tài)顯示來說，每一個(gè)發(fā)光二極管都需要一套驅(qū)動(dòng)電路，一幀畫面輸入以后便可一勞永逸地顯示，除非我們改變了顯示內(nèi)容，需要重新輸出新的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)．這種方式系統(tǒng)原理相對簡單一些，但所需的譯碼驅(qū)動(dòng)裝量很多，引線多而繁雜，不便

78、于大屏幕的制造，成本高，其可靠性也較低．</p><p>　　另一種動(dòng)態(tài)掃描顯示是把整個(gè)LED屏幕分成若干部分，每一幅畫面的顯示是顯示完一部分后，又顯示第二部分……直到顯示完最后一部分又重新開始顯示第一部分，重復(fù)循環(huán)進(jìn)行．在重復(fù)掃描速度足夠快的情況下，我們看到的就是一幅穩(wěn)定的畫面．也就是說采用動(dòng)態(tài)掃描顯示需要不斷進(jìn)行畫面的刷新．在這種方式下其顯示驅(qū)動(dòng)電路可重復(fù)利用，引線也大大減少，從而使硬件成本降低，且屏幕上的發(fā)

79、光二極管輪流發(fā)光，使用時(shí)的耗電量大大降低．大屏幕的制造、維護(hù)要容易許多，可靠性也增加了．</p><p>　　兩種顯示方式的比較再結(jié)合51單片機(jī)IO口數(shù)量有限的原因決定采用動(dòng)態(tài)掃描的方式進(jìn)行顯示。</p><p>　　動(dòng)態(tài)掃描分為行掃描和列掃描兩種方式區(qū)別在于選通端和數(shù)據(jù)輸入端分別是行還是列。在該顯示系統(tǒng)中掃描顯示的工作原理如圖4-2所示，先選通列然后再從行送入對應(yīng)列的數(shù)據(jù)，這樣從第1列到

80、第16列循環(huán)往復(fù)，只要切換的速度足夠的快利用人眼的延時(shí)特性就可以看見一幅穩(wěn)定的畫面。</p><p>　　圖4-2 掃描顯示程序原理圖</p><p>　　顯示采用的是列掃描的顯示方式，選通一列后按照列與數(shù)據(jù)元素的對應(yīng)關(guān)系第i列對應(yīng)的行數(shù)據(jù)為數(shù)組中的第i和第i+16個(gè)元素。將對應(yīng)元素的由低至高位依次從端口輸出具體做法為將元素向右邏輯移位后再與0X01相與，所得結(jié)果通過單片機(jī)端口輸出到串并轉(zhuǎn)

81、換器的A端，鎖存在鎖存器里完成一列數(shù)據(jù)移位后再將其輸出。如此依次循環(huán)選通各列來顯示所需畫面[17]。</p><p>　　圖4-5 左移程序流程圖</p><p>　　動(dòng)態(tài)顯示程序流程如圖4-5所示，根據(jù)顯示數(shù)據(jù)的存儲原理通過改變實(shí)際LED列與數(shù)據(jù)邏輯列的方法來實(shí)現(xiàn)程序的左移。顯示數(shù)據(jù)與列的對應(yīng)關(guān)系為：第i列對應(yīng)的數(shù)據(jù)為數(shù)組中i和第2×i個(gè)數(shù)據(jù)。顯示數(shù)組中，第1至16個(gè)元素的第8

82、至第1位LED顯示屏中的第1至第8行。同理第17至32個(gè)元素的第8至第1位LED顯示屏中的第9至第16行。所以將元素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行邏輯位移便能產(chǎn)生左移動(dòng)的效果[18]。</p><p><b>　　第5章 系統(tǒng)調(diào)試</b></p><p>　　軟件硬件完成后開始進(jìn)行調(diào)試。調(diào)試可分為硬件調(diào)試，軟件調(diào)試和系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試。</p><p>　　5.1 系統(tǒng)硬

83、件部分調(diào)試</p><p>　　硬件調(diào)試主要是調(diào)試各部分的焊接是否合格和各芯片的輸出輸入電壓是否符合設(shè)計(jì)要求，最后測試各硬件部分能否完成設(shè)計(jì)功能。因此把硬件調(diào)試按照以下四部分分步來進(jìn)行：</p><p>　?。?）測試所有焊點(diǎn)是否有短路和虛焊的現(xiàn)象存在；</p><p>　?。?）通電測試所有硬件芯片的輸入輸出電壓是否在設(shè)計(jì)要求的范圍內(nèi)；</p>&l

84、t;p>　?。?）測試ISP下載線的功能是否能夠?qū)崿F(xiàn)；</p><p>　?。?）測試串口系統(tǒng)的通信功能是否能夠?qū)崿F(xiàn)。</p><p>　　由于最重要的顯示系統(tǒng)功能的測試需要軟件配合所以在硬件調(diào)試部分只測試單片機(jī)復(fù)位電平，功能部分測試放在系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試部分來完成。</p><p>　　5.1.1 短路與虛焊檢測</p><p>　　檢測工

85、具為萬用表，使用萬用表的短路報(bào)警功能，逐個(gè)測試相臨的兩個(gè)焊點(diǎn)檢測是否短路。按照電路圖檢測需要連接的兩點(diǎn)是否短路來檢測是否已經(jīng)連接上，以此來檢測虛焊的情況。檢測和修改完成后為下一步通電檢測排除了短路的危險(xiǎn)和由于虛焊引起檢測結(jié)果不真實(shí)的麻煩。</p><p>　　5.1.2 上電測試</p><p>　　由于系統(tǒng)測試時(shí)是采用USB電源為系統(tǒng)電源，所以電源輸入都為5V。顯示系統(tǒng)中單片機(jī)、譯碼器，

86、鎖存器，驅(qū)動(dòng)電路的電源電壓均要求為5V所以可同時(shí)直接接入。</p><p>　　上電后首先觀察電路是否有過熱，異味，冒煙的現(xiàn)象出現(xiàn)。經(jīng)過觀察，沒有這些現(xiàn)象出現(xiàn)。然后測試各器件的電源，接地及一些電平應(yīng)該固定的端口的電壓。測試的結(jié)果為：各器件電源端在4.3V～4.8V之間滿足器件的電源電壓要求，單片機(jī)端口在未接負(fù)載時(shí)端口電壓為4.5V。</p><p>　　5.2 系統(tǒng)軟件調(diào)試</p&g

87、t;<p>　　由于已經(jīng)進(jìn)行了硬件調(diào)試，所以軟件調(diào)試主要是軟件編譯和將各功能塊程序分別寫入以驗(yàn)證其功能的可實(shí)現(xiàn)性。在進(jìn)行功能調(diào)試前必須用KEIL C對所有程序進(jìn)行編譯，編譯成功生產(chǎn)可執(zhí)行的.hex后將程序燒入芯片中。如圖5-1,5-2所示</p><p>　　圖5-1生成.hex</p><p>　　圖5-2將程序燒入芯片</p><p>　　5.3

88、系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試及結(jié)果</p><p>　　經(jīng)過硬件調(diào)試和軟件調(diào)試，排除了硬件的連接問題和驗(yàn)證了程序的可實(shí)現(xiàn)性。其余功能的軟件便可以在此基礎(chǔ)上調(diào)試驗(yàn)證其功能的正確性。聯(lián)合調(diào)試的具體方法如下：</p><p>　　（1）編寫一個(gè)逐點(diǎn)掃描的顯示程序，再結(jié)合硬件電路運(yùn)行。這樣做的目的在于檢測各器件是否能夠正常運(yùn)行和顯示屏的各個(gè)LED燈是否有損壞。結(jié)果顯示顯示屏中只有邊角出有一個(gè)LED燈被燒壞，其他器

89、件邏輯功能運(yùn)行正常。</p><p>　　（2）將靜態(tài)顯示子程序與動(dòng)態(tài)顯示程序結(jié)合硬件電路進(jìn)行調(diào)試。顯示存在兩個(gè)問題。一是發(fā)光點(diǎn)的下方會出現(xiàn)一個(gè)很微弱的亮點(diǎn)，影響了整體的顯示效果。二是同一列的LED燈被點(diǎn)亮的數(shù)量與其亮度出反比，即如果同一列的燈都被點(diǎn)亮則亮度比只點(diǎn)亮幾個(gè)時(shí)要暗一點(diǎn)。</p><p>　?。?）將USB通信，顯示，硬件聯(lián)合調(diào)試。按照設(shè)定的通信協(xié)議，先由PC機(jī)向單片機(jī)發(fā)送起始控

90、制字，接著再發(fā)送顯示數(shù)據(jù)，最后發(fā)送控制顯示方式的顯示控制字。再發(fā)送不同的顯示數(shù)據(jù)和顯示控制字，觀察各種顯示方式的運(yùn)行情況和各種顯示方式之間的切換情況。結(jié)果是顯示屏執(zhí)行顯示控制指令，顯示所發(fā)送的內(nèi)容。</p><p>　　5.4 調(diào)試結(jié)果分析</p><p>　　對調(diào)試中出現(xiàn)的問題進(jìn)行了分析，得出以下原因和修改辦法。</p><p>　　（1）硬件的工作表現(xiàn)出不穩(wěn)定，

91、主要是表現(xiàn)在LED顯示屏的驅(qū)動(dòng)電路部分和單片機(jī)系統(tǒng)部分。具體表現(xiàn)為單片機(jī)接負(fù)載后電壓被拉低值1.7V左右，無法滿足譯碼電路的輸入要求。顯示時(shí)會有一些行驅(qū)動(dòng)的輸出不夠設(shè)計(jì)指標(biāo) ，導(dǎo)致所驅(qū)動(dòng)的那一行在顯示屏上表現(xiàn)為選定的點(diǎn)不能夠很好區(qū)分，圖像出現(xiàn)模糊。分析造成這一現(xiàn)象的原因?yàn)椋附訒r(shí)三極管遭到了高溫?fù)p壞以致工作不穩(wěn)定和焊接的電路不夠牢靠，還有就是胡級管的e端所接電壓過高。修改辦法為將單片機(jī)輸出端口外接5K的上拉電阻，替換損壞三極管。<

92、/p><p>　　（2）虛點(diǎn)的產(chǎn)生與軟件和三極管電壓有關(guān)。修改辦法是將軟件中的延時(shí)時(shí)間調(diào)至恰當(dāng)值。</p><p>　　經(jīng)過調(diào)試和修改，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了題目所要求的漢字顯示，左移顯示及上位機(jī)通信與控制的要求。最終實(shí)物圖如圖5-3所示</p><p><b>　　圖5-3實(shí)物圖</b></p><p><b>　　第6章

93、結(jié) 論</b></p><p>　　經(jīng)過一段時(shí)間的工作，終于完成了基于51單片機(jī)的LED顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)所要求的功能全部達(dá)到。通過這次設(shè)計(jì)收獲頗多，不僅是所作題目涉及到的軟硬件知識還有更為重要的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和過程中所發(fā)現(xiàn)的問題。</p><p>　　接手題目之后從互聯(lián)網(wǎng)上對LED進(jìn)行了詳細(xì)的資料收集，從技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的兩方面對LED進(jìn)行了了解。通過了解我認(rèn)識到LED是一門當(dāng)今應(yīng)用非

94、常廣泛的技術(shù)，整個(gè)產(chǎn)業(yè)每年都會有巨大的產(chǎn)值而且技術(shù)還在不斷發(fā)展和創(chuàng)新[20]。</p><p>　　從設(shè)計(jì)之初就確定了參照大屏幕顯示屏的實(shí)現(xiàn)方法和實(shí)際情況設(shè)計(jì)一款小屏幕的LED點(diǎn)陣顯示屏。在查閱了大量的大屏幕顯示屏資料后確定了題目的設(shè)計(jì)方案。整個(gè)設(shè)計(jì)采用AT89S51做核心控制器，74HC138做成譯碼電路，74HC595做成列驅(qū)動(dòng)。在實(shí)現(xiàn)這一設(shè)計(jì)的過程中所遇到的問題和困難給我留下了寶貴的經(jīng)驗(yàn)和深刻教訓(xùn)。這些經(jīng)驗(yàn)

95、和教訓(xùn)是：</p><p>　?。?）設(shè)計(jì)之前應(yīng)該進(jìn)行大量的資料收集和分析，確定一個(gè)清晰的設(shè)計(jì)思路；</p><p>　?。?）器件選擇時(shí)要詳細(xì)閱讀器件使用手冊，不但要考慮器件的功能實(shí)現(xiàn)還要考慮器件在整個(gè)系統(tǒng)中的兼容性；</p><p>　?。?）硬件的系統(tǒng)的建立必須合理和穩(wěn)定，實(shí)物建立之前最好進(jìn)行仿真這樣才能為軟件提供一個(gè)可靠的試驗(yàn)平臺；</p>&

96、lt;p>　　（4）軟件的編寫不但要實(shí)現(xiàn)功能還要不斷的優(yōu)化、簡練、易讀。</p><p>　　隨著課題的進(jìn)行，對LED的了解也越來越深入。認(rèn)為LED技術(shù)也會進(jìn)一步發(fā)展，LED應(yīng)用將會更加廣泛?？梢栽O(shè)想利用LED的高穩(wěn)定性和低能耗，再與無線通信技術(shù)相結(jié)合在沙漠深處或者人跡罕至的雪山之顛樹立一塊依靠太陽能充電，通過無線傳輸方式更改顯示內(nèi)容的信息板為登山者提供指示和天氣信息，為沙漠迷路的人指引方向。</p&

97、gt;<p>　　設(shè)計(jì)結(jié)束了，但學(xué)習(xí)還在繼續(xù)。我相信通過此次設(shè)計(jì)所得到的知識、心得、經(jīng)驗(yàn)?zāi)酥粮惺芏紩屛以谝院蟮娜兆永锸芤娣藴\。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 關(guān)積珍.LED.顯示屏發(fā)展?fàn)顩r及趨勢[J].世界電子元器件，2000, (02)：277-301.</p><p>　　[2]

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