88LED點陣顯示課設(shè)

1、 目錄摘要引言第1章 設(shè)計容與設(shè)計方案 1.1本設(shè)計任務(wù) 1.2 總體設(shè)計方案和論證 1.3 方案設(shè)計與論證第2章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 2.1 AT89C51單片機的結(jié)構(gòu) 2.1.1 51系列單片機的概述 2.1.2 單片機的發(fā)展歷史2.1.3單片機的發(fā)展趨勢 2.1.4 單片機的特點2.1.5單片機的應(yīng)用2.1.6單片機的基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.1.7 單片機的組成 2.2 8×8 LED點陣顯示模塊的硬件設(shè)計與工作原理 2.2.1 LED簡介2.2.2 LED點陣2.2.3顯示原理第3章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 3.1 軟件流程 3.2數(shù)字字庫的提取 3.2.1數(shù)字的表示與編碼原理 3.2.2提取數(shù)字

2、的數(shù)字庫 3.3 程序代碼的設(shè)計第4章 系統(tǒng)調(diào)試與測試結(jié)果分析 4.1元器件清單 4.2 系統(tǒng)調(diào)試 4.2.1硬件調(diào)試 4.2.2軟件調(diào)試 4.2.3硬件軟件聯(lián)調(diào) 4.3 測試結(jié)果 心得體會致 參考文獻(xiàn)摘要LED是發(fā)光二極管Light Emitting Diode的英文縮寫, 是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的半導(dǎo)體。LED點陣是由發(fā)光二極管排列組成的顯示器件, 在我們?nèi)粘Ｉ畹碾娖髦须S處可見，極為普通也廣為人知。特別是它的發(fā)光類型屬于冷光源，效率與發(fā)熱量是普通發(fā)光器件難以比擬的，它采用低電壓掃描驅(qū)動，具有： 耗電少、使用壽命長、成本低、亮度高、故障少、視角大、可視距離遠(yuǎn)、規(guī)格品、可靠耐用、應(yīng)用靈

3、活、安全、響應(yīng)時間短、綠色環(huán)保、控制靈活種等特點。目前LED顯示屏作為新一代的信息傳播媒體，已經(jīng)成為城市信息現(xiàn)代化建設(shè)的標(biāo)志。隨著社會經(jīng)濟的不斷進(jìn)步，以與LED顯示技術(shù)的不斷完善，人們對LED顯示屏的認(rèn)識將越來越深入，數(shù)字電子技術(shù)已經(jīng)普與到我們生活，工作，科研，各個領(lǐng)域，而LED顯示以其組構(gòu)方式靈活、顯示穩(wěn)定、功耗低、壽命長、技術(shù)成熟、成本低廉等特點在車站、證券所、運動場館、交通干道與各種室/外顯示場合的信息發(fā)布，公益宣傳，環(huán)境參數(shù)實時，重大活動倒計時等等得到廣泛的應(yīng)用，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)絹碓綇V。，引言自20世紀(jì)80年代后期開始，隨著LED制造技術(shù)的不斷完善，在國外得到了廣泛的應(yīng)用。在我國改革開

4、放之后，提別是進(jìn)入90年代國民經(jīng)濟的高速增長，對公眾場合發(fā)布信息的需求日益強烈。而LED顯示屏作為信息傳播的一種重要手段，已經(jīng)成為城市信息現(xiàn)代化建設(shè)的標(biāo)志,LED顯示屏隨著社會經(jīng)濟的不斷進(jìn)步，以與LED制造技術(shù)的完善，人們對LED顯示屏的認(rèn)識將會越來越深入，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)絹碓綇V；LED顯示屏經(jīng)多年的開發(fā)、研制、生產(chǎn)，其技術(shù)目前已經(jīng)成熟。 現(xiàn)在各種廣告牌不再是白底黑字了，也不再是單一的非電產(chǎn)品，而是用上了豐富多彩的LED電子產(chǎn)品，為城市的增添了一道靚麗的風(fēng)景。而且它采用低電壓掃描驅(qū)動，具有耗電少、使用壽命長、成本低、發(fā)光效率高、故障少、視角大、可視距離遠(yuǎn)、可靠耐用、組態(tài)靈活、安全、響應(yīng)時間短、

5、綠色環(huán)保、控制靈活、色彩豐富以與對室外環(huán)境適應(yīng)能力強等特點。近年來LED顯示屏市場得到了迅猛的發(fā)展，已經(jīng)廣泛應(yīng)用到銀行、郵電、稅務(wù)、機場、車站、證券市場與其它交易市場、醫(yī)院、電力、海關(guān)、體育場等需要進(jìn)行多種公告、宣傳的場合。通過設(shè)計一個可顯示數(shù)字的8*8點陣控制器來學(xué)習(xí)和熟悉LED的使用。第1章 設(shè)計容與設(shè)計方案 1.1本設(shè)計任務(wù)結(jié)合微機原理、單片機技術(shù)知識，查閱有關(guān)資料，設(shè)計一個以單片機為核心的LED點陣顯示器系統(tǒng)，采用點陣LED作為顯示器顯示倒計時“9”“0”。1.2 總體設(shè)計方案和論證8*8顯示器設(shè)計電路（PROTUES）：1.3 方案論證與比較顯示部分 顯示部分是本次設(shè)計最核心的部分，

6、對于LED8*8點陣顯示有以下兩種方案：方案一：靜態(tài)顯示，將一幀圖像中的每一個二極管的狀態(tài)分別用0 和1 表示,若為0 ,則表示LED無電流,即暗狀態(tài);若為1 則表示二極管被點亮。若給每一個發(fā)光二極管一個驅(qū)動電路,一幅畫面輸入以后,所LED的狀態(tài)保持到下一幅畫。對于靜態(tài)顯示方式,所需的譯碼驅(qū)動裝置很多,引線多而復(fù)雜,成本高,且可靠性也較低。方案二：動態(tài)顯示，對一幅畫面進(jìn)行分割,對組成畫面的各部分分別顯示,是動態(tài)顯示方式。動態(tài)顯示方式,可以避免靜態(tài)顯示的問題。但設(shè)計上如果處理不當(dāng),易造成亮度低,閃爍問題。因此合理的設(shè)計既應(yīng)保證驅(qū)動電路易實現(xiàn),又要保證圖像穩(wěn)定,無閃爍。動態(tài)顯示采用多路復(fù)用技術(shù)的動

7、態(tài)掃描顯示方式, 復(fù)用的程度不是無限增加的, 因為利用動態(tài)掃描顯示使我們看到一幅穩(wěn)定畫面的實質(zhì)是利用了人眼的暫留效應(yīng)和發(fā)光二極管發(fā)光時間的長短, 發(fā)光的亮度等因素. 我們通過實驗發(fā)現(xiàn), 當(dāng)掃描刷新頻率(發(fā)光二極管的停閃頻率) 為50Hz, 發(fā)光二極管導(dǎo)通時間1m s 時, 顯示亮度較好, 無閃爍感.。 鑒于上述原因, 我采用方案二驅(qū)動方式的選擇方案一：并行控制驅(qū)動方式就是顯示的數(shù)據(jù)是通過并行(8 位) 方式送入點(列) 驅(qū)動電路。每送入一個字節(jié)就完成了一個模塊的一個行的數(shù)據(jù)置入,其優(yōu)點是數(shù)據(jù)的刷新速度塊,這就減輕了上一級控制系統(tǒng)的壓力。在同樣的數(shù)據(jù)處理量的前提下,對處理速度要求的降低,就意味著

8、對系統(tǒng)投入的降低。同時處理速度的降低也相應(yīng)地提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。這一設(shè)計方案的特點是設(shè)計線路簡潔,控制方便快速。系統(tǒng)的整體投入成本比較低,這一設(shè)計方案將大提高系統(tǒng)的性能價格比。但是，并行控制驅(qū)動方式的缺點是:由于數(shù)據(jù)是并行輸入的,這就使得單元的線路接復(fù)雜。由此增加了單元的印刷線路板的設(shè)計難度。同時提高了印刷線路板的密度,對生產(chǎn)加工和調(diào)試提出了較高的要求。方案二：所謂串行控制驅(qū)動方式就是顯示的數(shù)據(jù)是通過串行方式送入點(列) 驅(qū)動電路。其特點是單元的線路連接簡單,這給印刷電路板的設(shè)計帶來了方便。同時也減少了印刷電路板的布線密度,從而為生產(chǎn)和調(diào)試帶來了有利的一面。然后,單元的可靠性也相應(yīng)的提高了。串

9、行控制驅(qū)動方式可選用的芯片有: MC409474LS595、74HC595、6B595、9094等等。在本次設(shè)計中我們采用的芯片是74HC595、74LS38。鑒于上述原因, 我采用方案二電源模塊 方案一：采用干電池作為LED點陣系統(tǒng)的電源，由于點陣系統(tǒng)耗電量較大，使用干電池需經(jīng)常換電池，不符合節(jié)約型社會的要求。點陣系統(tǒng)要懸掛在墻上，電池總量大，使用會有較大安全隱患。 方案二：采用200W/5V直流穩(wěn)壓電源作為系統(tǒng)電源，不僅功率上可以滿足系統(tǒng)需要，不需要更換電源，并且比較輕便，使用更加安全可靠 基于以上分析，我們決定采用方案二第2章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 2.1 AT89C51單片機的結(jié)構(gòu) 2.1.1

10、 51系列單片機的概述單片機也被稱作“單片機微型計算機”、“微控制器”、“嵌入式微控制器”，國際上采用“MCU”(Micro Controller Unit)稱呼單片機。如果將8位單片機的推出作為起點（1976年），那么單片機的發(fā)展的歷史大致可以分為4個階段。第一階段是單片機探索階段，主要探索如何把計算機的主要部件集成在單芯上；第二階段是單片機完善階段，完善了8位單片機的并行總線結(jié)構(gòu)、外圍功能單元由CPU集中管理模式、體現(xiàn)控制特性的位地址空間和位操作方式、指令系統(tǒng)趨于豐富和完善，并且增加了許多突出控制功能的指令；第三階段是向微控制器發(fā)展的階段，說的是在51系列的基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，加強了外圍電路

11、的功能，突出了單片機的控制功能，將一些用測控對象的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、程序運行監(jiān)視器、脈寬調(diào)制器等納入芯片中，體現(xiàn)單片機的微控制器特征；第四階段是單片機的全面發(fā)展階段，很多大半導(dǎo)體和電氣廠商都開始加入單片機的研制和生產(chǎn)，單片機世界出現(xiàn)了百花齊放，欣欣向榮的景象。隨著單片機在各個領(lǐng)域全面深入地發(fā)展和應(yīng)用，出現(xiàn)了高速、大尋址圍、強運算能力的8位、16位、32位通用型單片機，以與小型謙價的專用型單片機。2.1.2單片機的發(fā)展歷史1970年微型計算機研制成功后，隨著就出現(xiàn)了單片機。美國Intel公司在1971推出了4位單片機4004；1972年推出雛形8位單片機8008。特別是在1976年推出MC

12、S-48單片機以后的30年中，單片機與其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了數(shù)次的更新?lián)Q代。其發(fā)展大約每三、四年要更新一代，集成度增加一倍，功能翻番。 盡管單片機出現(xiàn)的歷史并不長，但以8位單片機的推出為起點，單片機的發(fā)展已經(jīng)歷了4個階段。 第一階段(1976-1978年)：初級單片機階段。這個階段的單片機以Intel公司的MC-48為代表。這個系列的單片機集成有8位CPU、I/O接口、8位定時器/計數(shù)器，尋址圍不大于4KB，具有簡單的中斷功能，無串行接口。第二階段(1978-1982年)：單片機完善階段。在這一階段推出的單片機其功能有較大的增強，能夠應(yīng)用于更多的場合。這個階段的單片機普遍帶有串行I/O口，多級

13、中斷處理系統(tǒng)，16位定時器/計數(shù)器，片集成的RAM、ROM容量加大，尋址圍可達(dá)64KB。一些單片機片還集成了A/D轉(zhuǎn)換接口。這類單片機的典型代表有Intel公司的MCS-51、Motorola公司的6081和Zilog公司的Z8等。 第三階段(1982-1992)：8位單片機鞏固發(fā)展與16位高級單片機發(fā)展階段。在此階段，盡管8位單片機的應(yīng)用已廣泛普與，但為了更好地滿足測控系統(tǒng)嵌入式應(yīng)用的要求，單片機集成的外圍接口電路有了更大的擴充。這個階段的代表為8051系列。許多半導(dǎo)體公司和生產(chǎn)廠以MCS-51的8051核，推出了滿足各種嵌入式應(yīng)用的多種類型和型號的單片機。其主要技術(shù)發(fā)展如下： 1 外圍功能

14、集成。滿足模擬量直接輸入的ADC接口；滿足伺服驅(qū)動的PWM；保證程序可靠運行的程序監(jiān)控定時器WDT(俗稱看門狗)。 2 出現(xiàn)了為滿足串行外圍擴展要求的串行擴展總線和接口，如SPI、I2C總線、單總線(1-Wire)等。 3 出現(xiàn)了滿足分布系統(tǒng)并突出控制功能的現(xiàn)場總線接口，如CAN等。 4 在程序存儲器方面廣泛使用了片程序存儲器技術(shù)，出現(xiàn)了片集成EPROM、EEPROM、Flash ROM、Mask ROM、OTP ROM等各種類型的單片機，以滿足不同產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)的需要，也為最終取消外部儲存器擴展奠定了良好的基礎(chǔ)。 與此同時，一些面向更高層次的應(yīng)用，推出了16位單片機，典型代表有Intel公司

15、的MCS-96系列單片機 第四階段(1993-現(xiàn)在)：百花齊放階段?，F(xiàn)階段單片機發(fā)展的顯著特點是百花齊放和技術(shù)創(chuàng)新，以滿足日益增長的廣泛需要。其主要方面如下： 1 單片機嵌入式系統(tǒng)是面對最底層的電子技術(shù)應(yīng)用，從簡單的玩具、小家電到復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)、智能儀表、電器控制，以與發(fā)展到機器人、個人信息終端、機頂盒等，因此，面對不同的應(yīng)用對像，不斷推出適用于不同領(lǐng)域要求的、從簡易性能到多功能的單片機系列。 2 大力發(fā)展專用型單片機。早期的單片機以通用型為主。由于單片機設(shè)計、生產(chǎn)技術(shù)的提高，周期的縮短，成本的下降，以與許多特定的電子產(chǎn)品，如家電類產(chǎn)品的巨大市場需求能為，推動了專用型單片機的發(fā)展。在這類產(chǎn)

16、品中采用專用型單片機，具有成本低、資源利用率高、系統(tǒng)外圍電路少、可靠性高的優(yōu)點。因此，專用單片機也是單片機發(fā)展的一個主要方向。 3 致力于提高單片機的綜合品質(zhì)。采用先進(jìn)的技術(shù)來提高單片機的綜合品質(zhì)，如提高I/O口的驅(qū)動能力，增強抗靜電和抗干擾措施，加寬(降低)工作電壓，降低功耗。2.1.3 單片機的發(fā)展趨勢 綜觀30多年的發(fā)展過程，作為嵌入式系統(tǒng)的核心-單片機，正在朝著多功能、多選則、高速度、低功耗、低價格、大容量與加強I/O功能等方向發(fā)展。其進(jìn)一步的發(fā)展趨勢是多方面的。 1全盤CMOS化 COMS電路具有許多優(yōu)點，例如極寬的工作圍、極佳的低功耗管理特性等。CMOS化已經(jīng)成為目前單片機與其外圍

17、器件與其外圍器件流行的半導(dǎo)體工藝。 2 采用RISC體系結(jié)構(gòu) 早期的單片機大多采用CISC體系結(jié)構(gòu)，指令復(fù)雜，指令代碼、周期數(shù)不統(tǒng)一；指令運行很難實現(xiàn)流水線操作，大大阻礙了運行速度的提高。例如，MCS-51系列單片機，當(dāng)外部時鐘為12MHz,其單周期指令運行速度僅為1MIPS。采用RISC體系結(jié)構(gòu)和精簡指令后，單片機的指令絕大部分成為單周期指令，而且通過增加程序儲存器的寬度(8位增加到16位)實現(xiàn)了一個地址單元存儲一條指令。在這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，很容易實現(xiàn)并行流水線的操作，大大提高了指令的運行速度。目前一些RISC體系結(jié)構(gòu)的單片機，如美國ATMEL公司AVR系列單片機已實現(xiàn)了一個時鐘周期執(zhí)行一條指

18、令。與MCS-51相比，在一樣的12MHz外部時鐘下，單周期指令運行的速度可達(dá)12MIPS。這樣，一方面可以獲得指令的高速運行，另一方面，在一樣的運行速度下，可大大降低時鐘的頻率，有利于獲得良好的電磁兼容效果。3 多功能集成化單片機在部已集成了越來越多的部件，這些部件不僅包括一般常用的電路，例如定時器/計數(shù)器、模擬比較器、A/D轉(zhuǎn)換器、串行通信接口、WDT電路、LCD控制器等，有的單片機為了構(gòu)成控制網(wǎng)絡(luò)或形成局部網(wǎng)絡(luò)，部含有局部網(wǎng)絡(luò)控制模塊CAN總線，以方便地構(gòu)成一個控制成一個控制網(wǎng)絡(luò)。為了能在變頻控制中方便地使用單片機，形成最具有經(jīng)濟效益的嵌入式控制系統(tǒng)。有的單片機部清空設(shè)置了專門用于變頻控

19、制的脈寬調(diào)制電路PWM。4 片存儲器的改進(jìn)與發(fā)展目前新型單片機一般在片集成了兩種類型的存儲器：隨機讀/寫存儲器SRAM，作為臨時數(shù)據(jù)存儲器用于存放工作數(shù)據(jù)；只讀ROM，作為程序存儲器用于存放系統(tǒng)控制程序和固定不變的數(shù)據(jù)。片存儲器的改進(jìn)與發(fā)展方向是擴大容量，以與提高ROM數(shù)據(jù)的易寫和性等。 1) 片存儲容量的增加。新型單片機一般在片集成的SRAM 128字節(jié)1KB，ROM的容量一般為48KB。為了適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)、音視頻等高端產(chǎn)品的需要，高檔單片機在片集成了更大容量的RAM和ROM存儲器。例如ATMEL公司的ATmega16片的SRAM為1KB，F(xiàn)lash ROM為16KB。而該系列的高端產(chǎn)品ATmeg

20、a256片集成了8KB的SRAM、256KB的Flash ROM 和4KB的EEPROM。 2) 片程序存儲器由EPROM型向Flash ROM發(fā)展。早期單片機在片往往沒有程序存儲器或片集成了EPROM型的程序存儲器。將程序存儲器集成在單片機，可以大大提高單片機的抗干擾能力，提高程序的性，減少硬件設(shè)計的復(fù)雜性和空間等許多優(yōu)點，因此片集成程序存儲器已成為新型單片機的標(biāo)準(zhǔn)方式，但EPROM具有須用12V高壓編程寫入。紫外線光照擦除以與重寫入次數(shù)有限等缺點，這給使用帶來了不便。新型單片機則采用Flash ROM、Mask ROM、OTP ROM 作為片程序存儲器，F(xiàn)lash ROM在通常(如5V/3

21、V)下就可以實現(xiàn)程序的寫入和擦除操作，重寫次數(shù)在10 000次以上，并可實現(xiàn)在線編程寫入的ISP技術(shù)優(yōu)點，為使用帶來了極大的方便。采用Mask ROM的微控制器稱為掩膜芯片，它在芯片制造過程中就將程序“寫入”其中，并永遠(yuǎn)不能改寫。采用OTP ROM的微控制器，其芯片出廠時片程序存儲器是“空的”，它允許用戶將自己編寫好的程序一次性地編程寫入，之后再已無法更改了。Mask ROM 和OTP ROM適用于大批量產(chǎn)品的生產(chǎn)，而EPROM和Flash ROM則適用于產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)與學(xué)習(xí)培訓(xùn)時使用。 3)程序化。一個單片機嵌入式系統(tǒng)的系統(tǒng)程序是系統(tǒng)最重要的部分，是知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)的核心。為了防止片程序被非法讀

22、出復(fù)制，新型單片機往往對片程序存儲器進(jìn)行加鎖加密。當(dāng)系統(tǒng)程序?qū)懭肫绦虼鎯ζ骱?，可以再對加密保護(hù)單元編程，使芯片加鎖。加鎖加密后，從芯片外部則無法讀取片系統(tǒng)程序代碼。若將加密單元擦除，則片程序也同時被擦除掉，這樣便達(dá)到了程序的目的。5 ISP、IAP與 ISP、IAP技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用ISP(In System Programmable)稱為在線系統(tǒng)可編程技術(shù)。隨著微控制器在片集成EEPROM、Flash ROM的發(fā)展，推動了ISP技術(shù)在單片機中的應(yīng)用。在ISP技術(shù)的基礎(chǔ)上立首先實現(xiàn)了系統(tǒng)程序的串行編程寫入，使得不必將焊在PCB印刷電路板上的芯片取下，就可直接將程序下載到單片機的程序存儲器中，淘

23、汰了專用程序下載寫入設(shè)備。其次基于ISP技術(shù)的實現(xiàn)，使得模擬仿真開發(fā)技術(shù)重新興起。在單時鐘、單指令運行的RSIC結(jié)構(gòu)的單片機中，可實現(xiàn)PC機通過串行電纜對目標(biāo)板系統(tǒng)的在線仿真調(diào)試。在ISP技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，又發(fā)展了IAP(In Application Programmable)技術(shù)，也稱在應(yīng)用可編程技術(shù)。利用IAP技術(shù)，實現(xiàn)了用戶可隨時根據(jù)需要對原有系統(tǒng)方便地在線更新軟件、修改軟件，還能實現(xiàn)對系統(tǒng)軟件的遠(yuǎn)程診斷、遠(yuǎn)程調(diào)試和遠(yuǎn)程更新。6 實現(xiàn)全面的功能管理采用CMOS工藝后，單片機具有極佳的低功耗和功耗管理功能，它包括傳統(tǒng)CMOS單片機的低功耗運行方式，即休閑方式(Idle Mode)、掉電方式

24、(Power Down Mode)。雙時鐘技術(shù)。配置高速(主時鐘)和低速(子時鐘)兩個時鐘系統(tǒng)。當(dāng)不需要高速運行時，轉(zhuǎn)入子時鐘控制下，以降低功耗。片外圍電路的電源管理。對集成在片的外圍接口電路實行供電管理，當(dāng)外圍電路不再運行時，關(guān)閉其供電。低電壓節(jié)能技術(shù)。CMOS電路的功耗與電源電壓有關(guān)，降低系統(tǒng)的供電電壓，能大幅降低器件的功耗。新型單片機往往具有寬電壓(35V)或低電壓(3V)運行的特點，低電壓、低功耗是手持便攜式系統(tǒng)重要的追求目標(biāo)，也是綠色電子的發(fā)展方向。 7 以串行總線方式為主的外圍發(fā)展 目前，單片機與外圍器件接口技術(shù)發(fā)展的一個重要方向是由并行外圍總線接口向串行外圍總線接口的發(fā)展。采用串

25、行總線方式擴展的外圍擴展技術(shù)具有方便、靈活、電路簡單與占用I/O資源少的特點。采用串行總線雖然比采用并行接口數(shù)據(jù)傳輸慢，但隨著半導(dǎo)體電路技術(shù)的發(fā)展，大批采用標(biāo)準(zhǔn)串行總線通信協(xié)議(如SPI、I2C、1-Wire等)的外圍芯片器件的出現(xiàn)，使傳輸速度不斷提高(可達(dá)到110Mb/s)。采用片集成程序存儲器而不必外部并行擴展程序存儲器，加之單片機嵌入式系統(tǒng)有限速度的要求，使得串行總線方式為主的外圍擴展方式能夠滿足大多數(shù)系統(tǒng)的需求，成為流行的提擴展方式，而采用并行接口的擴展技術(shù)則成為輔助方式。 8 單片機向片上系統(tǒng)SOC發(fā)展 SOC(System On Chip)是一種高度集成化、固化的芯片級集成技術(shù)，其

26、核心思想是把除了無法集成的某些外部電路和機械部分之外所有外圍電路全部集成在一片芯片之中?，F(xiàn)在一些新型單片機(如AVR系列單片機)已經(jīng)是SOC的雛形，在一片芯片中集成了各種類型和更大容量的存儲器，以與更多性能、更加完善、更強大的功能電路接口，這使得原來需要幾片甚至十幾片芯片組成的系統(tǒng)，現(xiàn)在只用一片就可以實現(xiàn)。其優(yōu)點不僅減少了系統(tǒng)的體積，降低了成本，而且也大大提高了系統(tǒng)硬件的可靠性和穩(wěn)定性。2.1.4 單片機的特點單片機芯片作為控制系統(tǒng)的核心部件，它除了具備通用微機CPU的數(shù)值計算功能外，還必須具有靈活，強大的控制功能，以便實現(xiàn)實時監(jiān)測系統(tǒng)的輸入量，控制系統(tǒng)的輸出量，實現(xiàn)自動控制。由于單片機主要面

27、向工業(yè)控制，工作環(huán)境比較惡劣，如高溫，強電磁干擾，甚至含有腐蝕性的氣體，因而單片機控制系統(tǒng)還必須具有抗輻射能力。單片機CPU與通用微機CPU相比，具有以下的特點：1 抗干擾性強，工作溫度圍寬。通用微機CPU一般要求在室溫下工作，抗干擾能力較低。2 可靠性高。在工業(yè)控制中，任何差錯都有可能造成極其嚴(yán)重的后果。3 控制功能很強，數(shù)值計算能力較差。而通用微機CPU具有很強的數(shù)值運算能力，但是控制能力相對較弱，將通用微機用于工業(yè)控制時，一般需要增加一些專用的接口電路。4 指令系統(tǒng)比通用微機系統(tǒng)簡單。5 更新?lián)Q代速度比通用微機處理器慢得多，Intel公司1980年推出標(biāo)準(zhǔn)MCS-51核8051，80C5

28、1單片機芯片后，持續(xù)生產(chǎn)，使用10年，直到1996年3月才被增強型MCS-51核8XC5X系列取代。2.1.5 單片機的應(yīng)用目前單片機的應(yīng)用已經(jīng)深入國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域，對各個行業(yè)的技術(shù)改造和產(chǎn)品的更新?lián)Q代起著重要的推動作用，其應(yīng)用領(lǐng)域主要有智能儀器表，機電一體化，實時控制，民用電子產(chǎn)品與國防工業(yè)等。其主要體現(xiàn)在以下幾個方面：1單片機在智能儀表中的應(yīng)用單片機廣泛地應(yīng)用于實驗室，交通運輸工具，計量等各種儀器儀表中，可使用儀器儀表智能化，提高了它們的測量精度，加強了它們的功能，簡化了它們的結(jié)構(gòu)，便于使用，維護(hù)和改進(jìn)。例如：電度表校驗儀，電阻，電容，電感測量儀器，船舶航行狀態(tài)記錄儀器，煙葉水分測試器，

29、智能超聲波測厚儀器等。單片機在智能儀表中的應(yīng)用，不僅使傳統(tǒng)的儀器儀表發(fā)生了根本性的變化，也促進(jìn)儀器儀表行業(yè)的發(fā)展。2單片機在機電一體化中的應(yīng)用機電一體化是機械工業(yè)發(fā)展的重要方向。機電一體化產(chǎn)品是指集機械技術(shù)，微電子技術(shù)，自動化技術(shù)和計算機技術(shù)于一體，具有智能化特征的機電產(chǎn)品。例如：微機控制的數(shù)控機床等。單片機的出現(xiàn)促進(jìn)了機電一體化的進(jìn)程，它作為機電產(chǎn)品中的控制器，能充分發(fā)揮它的體積小，可靠性高，控制功能強，安裝方便等優(yōu)點，大大提高了機器的功能，提高了機器的自動化，智能化程度。3單片機在實時控制中的應(yīng)用單片機也可廣泛地應(yīng)用于各種實時控制系統(tǒng)中，如對工業(yè)上各種窯爐的溫度，酸度，化學(xué)成分的測量和控制

30、，使系統(tǒng)工作于最佳狀態(tài)，提高系統(tǒng)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的質(zhì)量。在航空航天通信，遙控，遙測，工業(yè)機器人控制等各種實時控制和實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中都可以用單片機作為控制器。4在軍工領(lǐng)域的應(yīng)用利用單片機的可靠性高，適應(yīng)的溫度圍寬，能適應(yīng)各種惡劣的環(huán)境的特點可以廣泛應(yīng)用于導(dǎo)彈控制，智能武器裝備，航天飛機導(dǎo)航系統(tǒng)等領(lǐng)域。5單片機在分布式多機系統(tǒng)中的應(yīng)用利用單片機可以構(gòu)成分布式多機系統(tǒng)，系統(tǒng)中由若干臺單片機組成的功能各異的儀器設(shè)備各自完成特定的任務(wù)，再通過通信相互聯(lián)系，協(xié)調(diào)完成整個任務(wù)。這使得系統(tǒng)可同時采集 或處理的信息更多，單片機的應(yīng)用進(jìn)入了一個新的階段。6在民用電子產(chǎn)品中的應(yīng)用單片機在民用電子產(chǎn)品中的應(yīng)用，能明

31、顯提高產(chǎn)品的性能價格比，提高產(chǎn)品在市場的競爭能力，受到了產(chǎn)品開發(fā)商和用戶的雙重青睞。目前高檔的家用電器，電子玩具等幾乎都是由單片機來作為控制器的。 2.1.6 單片機的基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)單片機的基本系統(tǒng)也稱為最小系統(tǒng)，這種系統(tǒng)所選擇的單片機部資源已能滿足系統(tǒng)的硬件需求，不需要外接存儲器或I/O接口。這種單片機含有用戶的程序存儲器。例如：EPROM型單片機，F(xiàn)lash Memory型單片機，定制的ROM型單片機。單片機是一種集成電路芯片，采用超大規(guī)模技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力(如算術(shù)運算，邏輯運算、數(shù)據(jù)傳送、中斷處理)的微處理器(CPU)，隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM)，只讀程序存儲器(ROM)，輸入輸出電

32、路(I/O口)，可能還包括定時計數(shù)器，串行通信口(SCI)，顯示驅(qū)動電路(LCD或LED驅(qū)動電路)，脈寬調(diào)制電路(PWM)，模擬多路轉(zhuǎn)換器與A/D轉(zhuǎn)換器等電路集成到一塊單塊芯片上，構(gòu)成一個最小然而完善的計算機系統(tǒng)。單片機基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2-1所示：單片機時鐘電路電源電路輸入/輸出設(shè)備復(fù)位電路 圖2-1 單片機基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.1.7 單片機的組成下圖是單片機典型組成框圖，由圖可見它通過部總線把計算機的各主要部件連為一體，其部總線包括地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線。其中，地址總線的作用是為進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時提供地址，CPU通過將地址輸出到存儲器或I/O接口；數(shù)據(jù)總線用于在CPU與存儲器或I/O接口之間或

33、存儲器與外設(shè)之間交換數(shù)據(jù)；控制總路線包括CPU發(fā)出的控制信號線和外部送入CPU的應(yīng)答線等。單片機結(jié)構(gòu)框圖 51系列有3種封裝形式，一種是DIP（Dual Inline Package）封裝形式，一種是LCC（Quad Flat Package）封裝形式。這種形式是具有44個“J”形腳的方型芯片。另一種是QFP（Quad Flat Package）封裝形式, 這種形式是具有44個“J”形腳的方型芯片,但它的體積更小、更薄，是一種表面貼焊的封裝形式。下面介紹下89S52單片機的引腳的功能和其部結(jié)構(gòu)圖。AT89S52單片機實際有郊的引腳為40個，以下是89S52單片機的DIP封裝形式的引腳的名稱，如

34、圖8。 下圖是89c51的部結(jié)構(gòu)圖，由圖可以看到在單片機部除了有CPU、RAM、ROM和定時器、串行口等主要功能部件之外，還有驅(qū)動器、鎖存器、指令寄存器、地址寄存器等輔助電路部分，以與各功能模塊在單片機中的位置和相互關(guān)系。 89c51的部結(jié)構(gòu)圖2.2 8×8 LED點陣顯示模塊的硬件設(shè)計與工作原理 顯示屏是由發(fā)光二極管行列組成的LED點陣模塊組成顯示屏體。2.2.1 LED簡介LED發(fā)光燈結(jié)構(gòu)如圖2所示，它由芯片3、陽極引腳1、陰極引腳2和環(huán)氧樹脂封裝外殼四部分組成。它核心部分是具有復(fù)合發(fā)光功能的PN結(jié)，即芯片3。環(huán)氧樹脂封裝外殼具有保護(hù)芯片的作用，還有透光聚光的能力，以增強顯示效果

35、。圖22.2.2 LED點陣隨著LED應(yīng)用領(lǐng)域的擴大，要求生產(chǎn)更為直接和方便的LED顯示器件。因而出現(xiàn)了數(shù)碼管、字符管、電平管、LED點陣等多種LED顯示器。不管顯示器的結(jié)構(gòu)怎么變，它的核心部件仍然是發(fā)光半導(dǎo)體芯片。例如一個8*8的點陣是由64個發(fā)光二極管按一個規(guī)律組成的，如圖3。如圖3所示的發(fā)光二極管，行接低電平，列接高電平，發(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)光。2.2.3顯示原理人眼的亮度感覺不會因光源的消失而立即消失，要有一個延遲時間，這就是視覺的惰性。視覺惰性可以理解為光線對人眼視覺的作用、傳輸、處理等過程都需要時間，因而使視覺具有一定的低通性。實驗表明，當(dāng)外界光源突然消失時，人眼的亮度感覺是按指數(shù)規(guī)律

36、逐漸減小的。這樣當(dāng)一個光源反復(fù)通斷，在通斷頻率較低時，人眼可以發(fā)現(xiàn)亮度的變化；而通斷頻率增高時，視覺就逐漸不能發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的亮度變化了。不致于引起閃爍感覺的最低反復(fù)通斷頻率稱為臨界閃爍頻率。通過實驗證明臨界閃爍頻率大約為24Hz。因此采用每秒24幅畫面的電影，在人看起來就是連續(xù)活動的圖象了。同樣的原理，日光燈每秒通斷50次，而人看起來卻是一直亮的。由于視覺具有惰性，人們在觀察高于臨界閃爍頻率的反復(fù)通斷的光線時，所得到的主觀亮度感受實際上是客觀亮度的平均值。視覺惰性可以說是LED顯示屏得以廣泛應(yīng)用的生理基礎(chǔ)。首先，在LED顯示屏中可以利用視覺惰性，改善驅(qū)動電路的設(shè)計，形成了目前廣為采用的掃描驅(qū)動方式

37、。掃描驅(qū)動方式的優(yōu)點在于LED顯示屏不必對每個發(fā)光燈提供單獨的驅(qū)動電路，而是若干個發(fā)光燈為一組共用一個驅(qū)動電路，通過掃描的方法，使各組發(fā)光燈依次點燃，只要掃描頻率高于臨界閃爍頻率，人眼看起來各組燈都在發(fā)光。由于LED顯示屏所使用的發(fā)光燈數(shù)量很大，一般在幾千只到幾十萬只的圍，所以節(jié)約驅(qū)動電路的效益是十分可觀的。顯示屏的原理圖與結(jié)構(gòu) 圖4 行掃描部分圖5 列掃描部分第3章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 3.1 軟件流程 3.2數(shù)字字庫的提取3.2.1數(shù)字的表示與編碼原理如顯示10個數(shù)字，先將這10個數(shù)字的點陣從字庫中讀出，放到顯示緩存,如果要實現(xiàn)左移或者其它的顯示效果則將顯示緩存中的每個位進(jìn)行移位或者其它處理,

38、然后再調(diào)用掃描顯示函數(shù)就可以實現(xiàn)所規(guī)定的效果。掃描顯示函數(shù)是顯示緩存的容，如果要實現(xiàn)不同的容，比如說圖片、漢字、英文等容，只需要將這些容按掃描顯示函數(shù)對顯示緩存的協(xié)議要求就可以顯示出來。 數(shù)字由8*8個發(fā)光二極管的亮管組成。如500H,00H,72H,51H,51H,51H,4EH,00H（字庫） 第二，三四，五，六，七，八，一列0為暗，1為亮。第一、二、三列為（00000000）B，所以均暗；第四列為（01110010）B，所以2、3、4、7行為亮；第五列為（01010001）B，所以2、4、8行為亮；同理可知其它列的亮暗情況。所有列的亮二極管組成數(shù)字5。同理可得90的數(shù)字顯示情況。3.2.

39、2提取數(shù)字的數(shù)字庫 00H,00H,32H,49H,49H,49H,3EH,00H ；900H,00H,36H,49H,49H,49H,36H,00H ；800H,00H,40H,40H,40H,4FH,70H,00H ；700H,00H,3EH,49H,49H,49H,26H,00H ；600H,00H,72H,51H,51H,51H,4EH,00H ；500H,00H,0CH,14H,24H,7FH,04H,00H ；400H,00H,22H,49H,49H,49H,36H,00H ；300H,00H,27H,45H,45H,45H,39H,00H ；2 00H,00H,00H,00H,2

40、1H,7FH,01H,00H ；1 00H,00H,3EH,41H,41H,41H,3EH,00H ；03.3 程序代碼的設(shè)計TCOUNT EQU 30HR_CNT EQU 31HNUMBEQU 32HORG 00HLJMP STARTORG 0BHLJMP INT_T0START: MOV TCOUNT,#00HMOV R_CNT,#00HMOV NUMB,#00HMOV TMOD,#01HMOV TH0,#(65536-4000)/256 ;定時4毫秒MOV TL0,#(65536-4000) MOD 256SETB TR0MOVIE,#82HSJMP $INT_T0:MOV TH0,#(

41、65536-4000)/256MOV TL0,#(65536-4000) MOD 256MOV DPTR,#TAB ;取列碼MOV A,R_CNTMOVC A,A+DPTRMOV P3,AMOV DPTR,#NUB ;取行碼MOV A,NUMBMOV B,#8MUL ABADD A,R_CNTMOVC A,A+DPTRCPLAMOV P0,A ;輸出行碼INC R_CNTMOV A,R_CNTCJNE A,#8,NEXTMOV R_CNT,#00HNEXT: INC TCOUNTMOV A,TCOUNTCJNE A,#250,NEX ;每個數(shù)字顯示1秒MOV TCOUNT,#00HINC NU

42、MBMOV A,NUMBCJNE A,#10,NEX ;9到0循環(huán)顯示MOV NUMB,#00HNEX:RETI TAB:DB0FEH,0FDH,0FBH,0F7H,0EFH,0DFH,0BFH,07FHNUB: DB 00H,00H,32H,49H,49H,49H,3EH,00H DB 00H,00H,36H,49H,49H,49H,36H,00H DB 00H,00H,40H,40H,40H,4FH,70H,00H DB 00H,00H,3EH,49H,49H,49H,26H,00H DB 00H,00H,72H,51H,51H,51H,4EH,00H DB 00H,00H,0CH,14H

43、,24H,7FH,04H,00H DB 00H,00H,22H,49H,49H,49H,36H,00H DB 00H,00H,27H,45H,45H,45H,39H,00H DB 00H,00H,00H,00H,21H,7FH,01H,00H DB 00H,00H,3EH,41H,41H,41H,3EH,00H END 第4章 系統(tǒng)調(diào)試與測試結(jié)果分析 4.1元器件清單8*8顯示器4.2 系統(tǒng)調(diào)試 4.2.1硬件調(diào)試 這次做單片機的課程設(shè)計，我的課題是LED陣列的數(shù)組顯示屏設(shè)計。在第一次給電路板供電并用專用軟件給單片機芯片寫程序后，8*8點陣沒一個燈顯示，大致檢查后發(fā)現(xiàn)電路板的電源端沒有供電，于

44、是趕緊接上電源，并小心檢查有沒有漏接的地方。在確定需要連接的地方都連接好后重新給電路板的電源端供電，由于單片機芯片已經(jīng)寫入程序，所以沒有必要再重新寫入程序，直接供電即可，結(jié)果還是沒有燈亮。使用電壓表小心檢查限流電路部分與驅(qū)動電路部分時，發(fā)現(xiàn)驅(qū)動電路中的8個三極管的兩端電壓不正常，后取下三極管測量才發(fā)現(xiàn)當(dāng)初焊接時發(fā)射極和集電極接錯了（當(dāng)時測量時測得放大倍數(shù)36倍就認(rèn)為測正確了，而實際上反過來測放大倍數(shù)可以達(dá)到200多倍）。在把所有三極管都嚴(yán)格測完更正后，于是原來一直不亮的燈現(xiàn)在亮了，但隨之而來的問題是這些燈并沒有按程序的規(guī)則循環(huán)顯示數(shù)字0-9，而是一大片一大片的亮，況且換著亮，偶爾能顯示出一些數(shù)字的模樣，但不清晰。于是又重新開始對電路進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)8*8點陣的焊接處由于連線較多加上焊接技術(shù)不是特別好，而導(dǎo)致好幾處串線，所以一些不該給電流的地方給了電流，使得許多不該亮的燈亮了。為了能徹底解決問題，于是我們把點陣顯示屏處的所有線重新理了理，確保正確且沒