16×16點陣顯示屏電路印制板圖的設(shè)計

1、 基礎(chǔ)強(qiáng)化訓(xùn)練報告題 目：1616 點陣顯示屏電路印制板圖的設(shè)計專業(yè)班級：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：武漢理工大學(xué)信息工程學(xué)院2010 年 7 月 13 日 基礎(chǔ)強(qiáng)化訓(xùn)練任務(wù)書學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：專業(yè)班級：工作單位：題目:1616 點陣顯示屏電路印制板圖的設(shè)計主要目的就是對學(xué)生進(jìn)行基礎(chǔ)課程、基本技能、基本動手能力的強(qiáng)化訓(xùn)練，提高學(xué)生的基礎(chǔ)理論知識、基本動手能力，提高人才培養(yǎng)的基本素質(zhì)。一、 訓(xùn)練內(nèi)容和要求1、基礎(chǔ)課程和基本技能強(qiáng)化訓(xùn)練(1)設(shè)計一個 16 16 點陣顯示屏電路；(2)對所設(shè)計電路的基本原理進(jìn)行分析；2、文獻(xiàn)檢索與利用、論文撰寫規(guī)范強(qiáng)化訓(xùn)練要求學(xué)生掌握基本的文獻(xiàn)檢索方法，科學(xué)查找和利用文

2、獻(xiàn)資料，同時要求學(xué)生獲得正確地撰寫論文的基本能力，其中包括基本格式、基本排版技巧和文獻(xiàn)參考資料的寫法、公式編排、圖表規(guī)范制作、中英文摘要的寫法等訓(xùn)練。3、基本動手能力和知識應(yīng)用能力強(qiáng)化訓(xùn)練(1)學(xué)習(xí) PROTEL 軟件；(2)繪制電路的原理圖和 PCB 版圖，要求圖紙繪制清晰、布線合理、符合繪圖規(guī)范；4、查閱至少5 篇參考文獻(xiàn)，按武漢理工大學(xué)課程設(shè)計工作規(guī)范要求撰寫基礎(chǔ)強(qiáng)化訓(xùn)練報告書，全文用 A4 紙打印。二、 初始條件計算機(jī)；Microsoft Office Word 軟件；PROTEL 軟件三、 時間安排1、20010 年 7 月 12 日集中，作基礎(chǔ)強(qiáng)化訓(xùn)練具體實施計劃與報告格式要求的說

3、明；學(xué)生查閱相關(guān)資料，學(xué)習(xí)電路的工作原理。2、 2010 年 7 月 12 日，電路設(shè)計與分析。3、 2010 年 7 月 13 日至 2010 年 7 月 15 日，相關(guān)電路原理圖和 PCB 版圖的繪制。4、 2010 年 7 月 16 日上交基礎(chǔ)強(qiáng)化訓(xùn)練成果及報告，進(jìn)行答辯。指導(dǎo)教師簽名：年年月月日日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 武漢理工大學(xué)基礎(chǔ)強(qiáng)化訓(xùn)練報告目錄摘 要. IABSTRACT. II1緒論. 12軟件簡介. 23設(shè)計內(nèi)容及要求. 33.1 設(shè)計目的及主要任務(wù) . 33.1.1 設(shè)計目的 . 33.1.2 設(shè)計任務(wù)及主要技術(shù)指標(biāo) . 33.2 設(shè)計要求 . 34設(shè)計思路. 34

4、.1 顯示原理及控制方式分析 . 34.1.1 LED 點陣模塊結(jié)構(gòu) . 34.1.2 LED 動態(tài)顯示原理 . 44.1.3 LED 常見的控制方式 . 54.2 方案選擇 . 75設(shè)計原理及單元模塊設(shè)計. 85. 1 硬件設(shè)計模塊圖 . 85. 2 硬件電路設(shè)計. 95.2.1 單片機(jī)主控制模塊 . 95.2.2 1616 點陣顯示模塊 . 116原理圖的設(shè)計及 PCB 版圖的生成 . 126.1 原理圖的設(shè)計 . 126.2 PCB 版圖的制作 . 137. 軟件設(shè)計思路. 137.1 主程序設(shè)計流程圖如下所示 . 147.2 電路的 C 語言源程序設(shè)計 . 158強(qiáng)化訓(xùn)練心得體會. 1

5、6附錄I 1616 點陣顯示屏電路原理圖 . 17附錄 II 1616 點陣顯示屏電路 PCB 版圖 . 18附錄 III 設(shè)計電路元件清單 . 20附錄 IV 軟件設(shè)計程序 . 21參考文獻(xiàn). 23 武漢理工大學(xué)基礎(chǔ)強(qiáng)化訓(xùn)練報告摘 要電子技術(shù)的發(fā)展加快了電子產(chǎn)品更新的步伐，進(jìn)一步推動了整個信息社會的發(fā)展，特別是電子設(shè)計自動化（Electronic Design Automation,EDA）技術(shù)的發(fā)展，推動了整個電子設(shè)計技術(shù)的飛速發(fā)展。電子設(shè)計中少不了的是電子線路的設(shè)計PCB 印刷版板的設(shè)計。目前人們在計算機(jī)上利用電子CAD 軟件來完成產(chǎn)品的原理圖設(shè)計和印刷版設(shè)計。Protel 系列軟件以其

6、功能強(qiáng)、界面友好和操作簡便快捷等優(yōu)點已成為EDA 行業(yè)尤其是PCB 設(shè)計中發(fā)展最快應(yīng)用時間最長、運(yùn)用范圍最廣的MDA 軟件之一。Altium Designer 09 則是Protel 的最新推出版本，具有自動布線，自動布局，進(jìn)行邏輯檢測、邏輯模擬等強(qiáng)大功能。實現(xiàn)了與機(jī)械設(shè)計的協(xié)作，快速的交互式布線引擎，提高了電路板布線進(jìn)程。這些功能可以幫助電子工程師們設(shè)計更加精密復(fù)雜的電路板。本次設(shè)計選用Altium 公司的Altium designer09 作為軟件平臺，設(shè)計一個16*16 點陣顯示屏電路，以AT89s52 單片機(jī)為核心器件，主要包括串行輸入轉(zhuǎn)并行輸出模塊、單片機(jī)I/O 擴(kuò)展模塊、點陣顯示模

7、塊、電源供電模塊等幾大部分組成。能夠?qū)崿F(xiàn)1616 點陣漢字與圖形的左右上下滾動顯示，電路采用串行輸入轉(zhuǎn)并行輸出芯片74HC595，大大節(jié)約的單片機(jī)的I/O。關(guān)鍵字：電子設(shè)計；Protel； Altium designer；1616 點陣I 武漢理工大學(xué)基礎(chǔ)強(qiáng)化訓(xùn)練報告AbstractDevelopment of electronic technology to speed up the pace of the electronic productupdates, and further promoted the development of the information society, e

8、specially theelectronic design automation (Electronic Design Automation, EDA) technology, promoting therapid development of electronic design technology. Electronic design and ultimately the designof electronic circuit board PCB print design. At present it on a computer using electronic CADsoftware

9、to complete the schematic design of products and print design. Protel Series softwarefor its functionality, user-friendly and simple in the EDA industry, the advantages have becomeespecially PCB design of the fastest growing application of the longest and most widely usedsoftware of MDA. Protel Alti

10、um Designer 09 is the latest release version, with automatic routing,automatic layout, logical testing, logic simulation and other powerful features. Realized incollaboration with the mechanical design, fast interactive routing engine, improved circuit boardlayout process. These features can help el

11、ectronic engineers to design more sophisticated circuitboards.This design selected Altium companys Altium designer09 as a software platform todesign a 16 * 16 dot matrix display circuit to AT89s52 microcontroller as the core devices,including serial input parallel output switch module, MCU I / O exp

12、ansion modules, latticedisplay module, power supply module of several major components. To achieve 16 16 dotmatrix character and graphic scroll up and down the left and right, the circuit switch in parallelwith the serial input output chip 74HC595, significant savings in the MCU I / O.Keywords: elec

13、tronic design; Protel; Altium designer; 16 16 dot matII 武漢理工大學(xué)基礎(chǔ)強(qiáng)化訓(xùn)練報告1緒論電子技術(shù)突飛猛進(jìn)，正朝著大規(guī)模、高密度、小型化、微型化的方向發(fā)展，電路板的設(shè)計工藝日趨復(fù)雜、精美和完善。目前人們在計算機(jī)上利用電子 CAD 軟件來完成產(chǎn)品的原理圖設(shè)計和印刷版設(shè)計。Protel 系列軟件以其功能強(qiáng)、界面友好和操作簡便快捷等優(yōu)點已成為 EDA 行業(yè)尤其是 PCB 設(shè)計中發(fā)展最快應(yīng)用時間最長、運(yùn)用范圍最廣的軟件之一。Altium designer09 是 Altium 公司開發(fā)的一款基于 Windows 操作系統(tǒng)的電路輔助設(shè)計軟件，其功能

14、非常強(qiáng)大，是電路 CAD 領(lǐng)域的主流產(chǎn)品。它是第一個將所有的設(shè)計工具集成于一身的板級設(shè)計系統(tǒng)，從最初的項目模塊規(guī)劃到最終形成生產(chǎn)數(shù)據(jù)都可以按照設(shè)計者自己的設(shè)計方式實現(xiàn)。Altium designer09 采用優(yōu)化的設(shè)計瀏覽器，通過把設(shè)計輸入仿真、PCB 繪制編輯、拓?fù)渥詣硬季€、信號完整性分析和輸出等技術(shù)的完美融合，為用戶提供了全新的設(shè)計解決方案，使用戶可以輕松的進(jìn)行各種復(fù)雜的電路板設(shè)計。LED 點陣顯示屏作為一種新興的顯示器件是由多個獨立的 LED 發(fā)光二極管封裝組成。LED 顯示屏的發(fā)展前景極為廣闊，目前正朝著更高亮度、更高氣候耐受性、更高的發(fā)光密度、更高的發(fā)光均勻性，可靠性、多色化方向發(fā)展

15、。LED 點陣顯示屏可以顯示數(shù)字、符號，通常用來顯示時間、速度、簡單的字等。本文給出基于 AT89s52單片機(jī)的 1616 點陣 LED電子顯示屏電路的設(shè)計方案包括系統(tǒng)的硬件設(shè)計方案硬件電路圖及 PCB 設(shè)計板圖。在負(fù)載允許范圍內(nèi)只需要簡單的級聯(lián)就可以對屏進(jìn)行擴(kuò)展，是一種成本低廉的圖文顯示方案。作為電子專業(yè)的學(xué)生，學(xué)會幾種電路設(shè)計軟件是十分必要的，科技的發(fā)展步伐越來越快，一些簡單的數(shù)字元件是不能滿足發(fā)展的需求的，為滿足社會的發(fā)展需求，集成電路應(yīng)運(yùn)而生，從小規(guī)模集成電路到超大規(guī)模集成電路，使單個芯片的功能越來越高，對于一個設(shè)計方案的衡量通常是以使用芯片的數(shù)目和價格達(dá)到最少作為技術(shù)、經(jīng)濟(jì)的最佳指標(biāo)

16、。因此，為了跟上時代的步伐，鞏固所學(xué)的理論知識，學(xué)校給予了大力支持。為能夠把理論與實踐相結(jié)合，達(dá)到學(xué)以致用目的，在學(xué)期末安排了 Protel 軟件的強(qiáng)化訓(xùn)練，增強(qiáng)了學(xué)生解決實際問題的能力，強(qiáng)化了學(xué)生的動手能力。Altium designer09 則是 Protel 系列設(shè)計電路尤其是 PCB 印刷電路制作中很實用的一款。具有自動布線，自動布局，進(jìn)行邏輯檢測、邏輯模擬等強(qiáng)大功能。這些功能可以幫助電子工程師們提高電路板布線進(jìn)程，設(shè)計更加精密復(fù)雜的電路板。1 武漢理工大學(xué)基礎(chǔ)強(qiáng)化訓(xùn)練報告2軟件簡介本次設(shè)計以 Altium Designer 為軟件平臺。Altium Designer 09 是 Pro

17、tel 軟件原廠商Altium 公司推出的 Protel 系列軟件的最新高端版本。Altium Designer 是完全一體化電子產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)的一個新版本，也是世界第一款也是唯一一種完整的板級設(shè)計解決方案。AltiumDesigner 是業(yè)界首例將設(shè)計流程、集成化 PCB 設(shè)計、可編程器件（如 FPGA）設(shè)計和基于處理器設(shè)計的嵌入式軟件開發(fā)功能整合在一起的產(chǎn)品，一種同時進(jìn)行 PCB 和 FPGA 設(shè)計以及嵌入式設(shè)計的解決方案，具有將設(shè)計方案從概念轉(zhuǎn)變?yōu)樽罱K成品所需的全部功能。Altium Designer 提供了唯一一款統(tǒng)一的應(yīng)用方案，其綜合電子產(chǎn)品一體化開發(fā)所需的所有必須技術(shù)和功能。Alti

18、um Designer 在單一設(shè)計環(huán)境中集成板級和 FPGA 系統(tǒng)設(shè)計、基于 FPGA 和分立處理器的嵌入式軟件開發(fā)以及 PCB 版圖設(shè)計、編輯和制造。并集成了現(xiàn)代設(shè)計數(shù)據(jù)管理功能,使得 Altium Designer 成為電子產(chǎn)品開發(fā)的完整解決方案一個既滿足當(dāng)前，也滿足未來開發(fā)需求的解決方案。Altium 創(chuàng)新電子設(shè)計平臺，形成了一個完整的一體化電子設(shè)計環(huán)境，以全新的方式創(chuàng)建和推出智能型關(guān)聯(lián)電子產(chǎn)品。Altium Designer Winter 09 則具有電路板設(shè)計和制造功能，具有自動布線，自動布局，進(jìn)行邏輯檢測、邏輯模擬等強(qiáng)大功能。2 武漢理工大學(xué)基礎(chǔ)強(qiáng)化訓(xùn)練報告3設(shè)計內(nèi)容及要求3.1

19、設(shè)計目的及主要任務(wù)3.1.1 設(shè)計目的（1）學(xué)習(xí)基本理論在實踐中綜合運(yùn)用的初步經(jīng)驗，掌握 Protel 系列軟件設(shè)計原理圖、制作 PCB 板圖的基本方法。（2）加強(qiáng)對單片機(jī)的認(rèn)識，通過調(diào)試來進(jìn)一步認(rèn)識其功能。（3）培養(yǎng)實踐技能，提高分析和解決實際問題的能力。3.1.2 設(shè)計任務(wù)及主要技術(shù)指標(biāo)應(yīng)用 51 系列單片機(jī)設(shè)計一個 1616 點陣顯示屏電路，完成如下基本任務(wù)：（1）能夠?qū)崿F(xiàn) 1616 點陣的靜態(tài)和動態(tài)圖形或漢字的顯示；（2） 顯示屏要求余光小，能夠?qū)崿F(xiàn)顯示圖形的左右上下滾動循環(huán)顯示；（3）具有較好的擴(kuò)展性，能夠?qū)崿F(xiàn)多個系統(tǒng)的級聯(lián) 。3.2 設(shè)計要求（1）使用 Protel 系列軟件繪制

20、1616 點陣顯示屏電路原理圖。（2）使 用 Protel 系列軟件對 1616 點陣顯示屏電路進(jìn)行檢查調(diào)試，生成電路 PCB 版圖。4設(shè)計思路4 .1 顯示原理及控制方式分析4.1.1 LED 點陣模塊結(jié)構(gòu)八十年代以來出現(xiàn)了組合型 LED 點陣顯示器模塊，以發(fā)光二極管為像素，它用高亮度發(fā)光二極管芯陣列組合后，環(huán)氧樹脂和塑模封裝而成。這種一體化封裝的點陣 LED 模塊，3 武漢理工大學(xué)基礎(chǔ)強(qiáng)化訓(xùn)練報告具有高亮度、引腳少、視角大、壽命長、耐濕、耐冷熱、耐腐蝕等特點。LED 點陣規(guī)模常見的有 44、48、57、58、88、1616 等等。根據(jù)像素顏色的數(shù)目可分為單色、雙基色、三基色等。像素顏色不同

21、，所顯示的文字、圖像等內(nèi)容的顏色也不同。單色點陣只能顯示固定色彩如紅、綠、黃等單色，雙基色和三基色點陣顯示內(nèi)容的顏色由像素內(nèi)不同顏色發(fā)光二極管點亮組合方式?jīng)Q定，如紅綠都亮?xí)r可顯示黃色，如果按照脈沖方式控制二極管的點亮?xí)r間，則可實現(xiàn) 256 或更高級灰度顯示，即可實現(xiàn)真彩色顯示。圖 1 示出最常見的 88 單色 LED 點陣顯示器的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)和外型規(guī)格，其它型號點陣的結(jié)構(gòu)與引腳可試驗獲得。圖 1 88 單色 LED 模塊內(nèi)部電路LED 點陣顯示器單塊使用時，既可代替數(shù)碼管顯示數(shù)字，也可顯示各種中西文字及符號。如 5x7 點陣顯示器用于顯示西文字母，58 點陣顯示器用于顯示中西文，8x8 點陣可

22、以用于顯示簡單的中文文字，也可用于簡單圖形顯示。用多塊點陣顯示器組合則可構(gòu)成大屏幕顯示器，但這類實用裝置常通過 PC 機(jī)或單片機(jī)控制驅(qū)動。4.1.2 LED 動態(tài)顯示原理LED 點陣顯示系統(tǒng)中各模塊的顯示方式： 有靜態(tài)和動態(tài)顯示兩種。靜態(tài)顯示原理簡單、控制方便，但硬件接線復(fù)雜，在實際應(yīng)用中一般采用動態(tài)顯示方式，動態(tài)顯示采用掃描的方式工作，由峰值較大的窄脈沖電壓驅(qū)動，從上到下逐次不斷地對顯示屏的各行進(jìn)行選通，同時又向各列送出表示圖形或文字信息的列數(shù)據(jù)信號，反復(fù)循環(huán)以上操作，就可顯4 武漢理工大學(xué)基礎(chǔ)強(qiáng)化訓(xùn)練報告示各種圖形或文字信息。點陣式 LED 漢字廣告屏絕大部分是采用動態(tài)掃描顯示方式，這種顯

23、示方式巧妙地利用了人眼的視覺暫留特性。將連續(xù)的幾幀畫面高速的循環(huán)顯示，只要幀速率高于 24 幀/秒，人眼看起來就是一個完整的，相對靜止的畫面。最典型的例子就是電影放映機(jī)。在電子領(lǐng)域中，因為這種動態(tài)掃描顯示方式極大的縮減了發(fā)光單元的信號線數(shù)量，因此在 LED 顯示技術(shù)中被廣泛使用。以 88 點陣模塊為例，說明一下其使用方法及控制過程。圖 2 中，紅色水平線 Y0、Y1Y7 叫做行線，接內(nèi)部發(fā)光二極管的陽極，每一行8 個 LED 的陽極都接在本行的行線上。相鄰兩行線間絕緣。同樣，藍(lán)色豎直線X0、X1X7 叫做列線，接內(nèi)部每列 8 個LED 的陰極，相鄰兩列線間絕緣。在這種形式的 LED 點陣模塊中

24、，若在某行線上加高電平（用“1”表示），在某列線上加低電平（用“0”表示）。則行線和列線交叉點處的 LED 就會有電流流過而發(fā)光?，F(xiàn)描述一下用動態(tài)掃描顯示的方式，顯示字符“B”的過程。其過程如圖 2所示圖 2 用動態(tài)掃描顯示字符“B”的過程4.1.3 LED 常見的控制方式目前常見的是并行傳輸方式如圖 3 所示，通過 8 位鎖存器將 8 位總線上的列數(shù)據(jù)進(jìn)行鎖存顯示，各 8 位鎖存器的片選信號由譯碼器提供。此種方式的優(yōu)點是傳輸速度快，對微控制器（MCU）的通信速度要求較低。但是這種方案最大的缺點是不便于隨意擴(kuò)展顯示單元的數(shù)目。每增加一個 1616 點陣的全角漢字顯示單元，就需要在之前的電路上多

25、增加兩5 武漢理工大學(xué)基礎(chǔ)強(qiáng)化訓(xùn)練報告根地址線，這就要求在 PCB 布線的時候要留有充足的地址線冗余量。再一個缺點是，每個單元的 PCB 隨著安放位置的不同，布線結(jié)構(gòu)也不相同，不利于廠家批量生產(chǎn)。并行傳輸需要的芯片較多，因此市場上已經(jīng)出現(xiàn)用 FPGA,CPLD 等高密度可編程邏輯器件（PLD）來取代傳統(tǒng)鎖存器 IC 的方案。成本有所下降，但可擴(kuò)展性仍舊較差。因此，并行傳輸方式適用于顯示單元數(shù)目確定的條屏。圖 3隨著廣告屏顯示內(nèi)容的多媒體化，對控制器傳輸速度，運(yùn)算能力的要求越來越高。因此控制器的種類也在不斷發(fā)展以適應(yīng)要求，從最初的 8051 單片機(jī)，到 PIC 單片機(jī)，又到FPGA，直到現(xiàn)在的

26、ARM 處理器。不同功能檔次的廣告屏對應(yīng)著不同的處理器。（1）以傳統(tǒng) 8051 單片機(jī)為控制器的 LED 顯示屏。因受到單片機(jī)運(yùn)算速度及通信速率的限制，LED 動態(tài)顯示的刷新率不可能做得太高。對顯示效果和移動算法的處理也比較吃力，在實際顯示效果上有比較明顯的閃爍感。除此之外，傳統(tǒng) 8051 單片機(jī)的內(nèi)部資源貧乏，僅 128 字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器，幾 K 字節(jié)的程序存儲器，無 E2PROM，SPI。這就需要對單片機(jī)擴(kuò)展外設(shè)，無疑增加了硬件成本。因此，8051 控制的條屏只能用于顯示內(nèi)容及其簡單，不需要經(jīng)常更改顯示內(nèi)容的場合。（2）以 PIC 單片機(jī)為控制器的 LED 顯示屏。因 PIC 單片機(jī)是 R

27、ISC 架構(gòu)的工業(yè)專用單片機(jī)，處理指令的速度有所增加，抗干擾能力優(yōu)秀，型號種類繁多。作為條屏的控制器，可以明顯的改善顯示效果，同時 PIC 單片機(jī)內(nèi)部的資源較豐富，可節(jié)省外部電路設(shè)計難度，同時降低了硬件成本。因此，以 PIC 單片機(jī)為控制器的條屏目前仍是單色條屏市場的主流。(3)以 FPGA（復(fù)雜可編程邏輯門陣列）為控制器的 LED 顯示屏。FPGA 以高速、并6 武漢理工大學(xué)基礎(chǔ)強(qiáng)化訓(xùn)練報告行著稱。是近年來新興的可編程邏輯器件。用他作為 LED 顯示屏的控制器，能夠高速的處理色階 PWM 信號、高速的完成動態(tài)掃描邏輯、高速的完成字符移動算法。因此被運(yùn)用于雙基色、三基色的顯示系統(tǒng)。但是其成本較

28、高，開發(fā)難度較大。(4)以 ARM（32 位 RISC 架構(gòu)高性能微處理器）為控制器的 LED 顯示屏。ARM 有著極高的指令效率，極高的時鐘頻率。因此其運(yùn)算能力非常強(qiáng)大，內(nèi)部資源也十分豐富，極大的簡化了硬件設(shè)計的難度，縮短了開發(fā)周期。在條屏的運(yùn)用中，能用 ARM 來實現(xiàn)花樣繁多的顯示方式，以及高色階，多像素的全彩屏驅(qū)動。ARM 與 FPGA 的組合更是功能強(qiáng)大，除了海量存儲技術(shù)，無線更新技術(shù)外，還能實時地顯示視頻信號。因此，以 ARM為控制器的顯示屏常為視頻全彩屏。4.2 方案選擇基于系統(tǒng)功能與價格等多方面考慮，本次設(shè)計采用 At89s52 單片機(jī)為核心控制器件，運(yùn)用四個 74HC573 來

29、控制四個點陣的行和列，采用動態(tài)掃描的方式，巧妙地利用了人眼的視覺暫留特性，來實現(xiàn)將連續(xù)的幾幀畫面高速的循環(huán)顯示，從而顯示出一幅圖或一個漢字。通過移動行或列的掃描方向來實現(xiàn)上下左右滾動顯示。7 武漢理工大學(xué)基礎(chǔ)強(qiáng)化訓(xùn)練報告5設(shè)計原理及單元模塊設(shè)計5. 1 硬件設(shè)計模塊圖根據(jù)設(shè)計任務(wù)的要求，經(jīng)過分析可以將整個點陣顯示屏電路系統(tǒng)分成七個模塊，即為單片機(jī)小系統(tǒng)模塊、I/O 口擴(kuò)展模塊、1616 點陣顯示模塊以及串行輸入轉(zhuǎn)并行輸出模塊等。本設(shè)計的原理框圖如下圖 4 所示：供電模塊串口轉(zhuǎn)并口模塊ISP復(fù)位電路I/O 擴(kuò)展模塊圖 41616 點陣顯示屏原理框圖8 武漢理工大學(xué)基礎(chǔ)強(qiáng)化訓(xùn)練報告5. 2 硬件電

30、路設(shè)計5.2.1 單片機(jī)主控制模塊本此設(shè)計綜合考慮成本及功能，選擇 ATMEL公司的 89 系列單片機(jī)，它是具有卓越的性能、低廉的價格、完美兼容性、快捷便利的電擦除操作、低電壓，低電源，低功耗的一款應(yīng)用廣泛的八位單片機(jī)。如圖 5 所示 AT89s52是 40 腳雙列直插封裝的 8 位微處理器。圖 5復(fù)位方式有兩種：按鍵復(fù)位與軟件復(fù)位。由考慮到程序的簡潔、避免冗長，本設(shè)計采用按鍵復(fù)位，在芯片的復(fù)位端口外接復(fù)位電路，通過按鍵對單片機(jī)輸入一個高電平脈沖，達(dá)到復(fù)位的目的。如圖 6 為外接復(fù)位按鍵復(fù)位方式：9 武漢理工大學(xué)基礎(chǔ)強(qiáng)化訓(xùn)練報告圖 6 單片機(jī)復(fù)位電路10 武漢理工大學(xué)基礎(chǔ)強(qiáng)化訓(xùn)練報告5.2.2

31、 1616 點陣顯示模塊考慮節(jié)約單片機(jī)的 I/O 口資源以及顯示系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，本次設(shè)計采用串行輸入轉(zhuǎn)并行輸出控制器 74HC595 分別來控制點陣的行和列。如下圖 7 所示，控制四個點陣只需四個端口 D1D4 即可，大大節(jié)約了單片機(jī)的 I/O 口資源。圖11 武漢理工大學(xué)基礎(chǔ)強(qiáng)化訓(xùn)練報告6原理圖的設(shè)計及 PCB 版圖的生成6.1 原理圖的設(shè)計本次設(shè)計以 Altium Designer Winter 09 為軟件平臺，為了更好的熟悉與學(xué)習(xí) AltiumDesigner 軟件，設(shè)計中自己繪制了一些元件庫與封裝庫，如下圖 8 所示圖 8-2 88 點陣圖 8-1 89s52 單片機(jī)圖 8-3 88

32、 點陣封裝圖原理圖繪制中應(yīng)注意總線的繪制方法，添加總線標(biāo)識符。制作封裝時應(yīng)以元件實際12 武漢理工大學(xué)基礎(chǔ)強(qiáng)化訓(xùn)練報告大小為標(biāo)準(zhǔn)，畫封裝圖。繪制中應(yīng)注意元件封裝圖與原理圖引腳序號對應(yīng)。6.2 PCB 版圖的制作PCB 版圖的設(shè)計是電路設(shè)計的第二個重要階段，也是電路設(shè)計步驟的最終環(huán)節(jié)。只有在完成 PCB 設(shè)計后才能真正進(jìn)行實際電路的最后設(shè)計。本次設(shè)計采用雙面板來完成 1616 點陣顯示屏 PCB 版的制作。雙面板包括頂層和底層，頂層一般為元器件界面，底層一般為焊層面。利用 Altium Designer Winter 09 來設(shè)計印刷電路板時如下圖 9 為設(shè)計 PCB板的流程圖：，圖 9 PCB

33、 制作流程在生成網(wǎng)絡(luò)表的時候仔細(xì)檢查封裝引腳圖序號與原理圖引腳圖序號是否一致，知道沒錯誤為止，導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表，生成PCB 圖，規(guī)劃好板子的大小與層數(shù)等要素，按照連線就進(jìn)原則，擺好元件位置。布線時先進(jìn)行自動布線，布好后進(jìn)行手動改動與調(diào)整。最后進(jìn)行敷銅操作，敷銅時注意板層的分開操作，逐步進(jìn)行。最后生成 3D 效果圖檢查連接與元件是否正確。7. 軟件設(shè)計思路本次設(shè)計采用了 C51 語言編寫程序。在程序設(shè)計過程中，為了有效的完成任務(wù)，把所有要完成的任務(wù)精心的分割成若干個相對獨立的任務(wù)模塊，這些模塊是得任務(wù)便得相對簡單，容易編寫，容易檢測，容易閱讀和維護(hù)。這是所謂的模塊化程序設(shè)計思想。13 武漢理工大學(xué)基礎(chǔ)

34、強(qiáng)化訓(xùn)練報告7.1 主程序設(shè)計流程圖如下所示根據(jù)設(shè)計要求，本項目的軟件工作應(yīng)完成串行輸入轉(zhuǎn)并行輸出、16 16 點陣顯示圖形漢字、電源供電及 ISP 程序下載等功能。軟件流程框圖如下圖 10 所示。圖 1014 武漢理工大學(xué)基礎(chǔ)強(qiáng)化訓(xùn)練報告7.2 電路的 C 語言源程序設(shè)計根據(jù)點陣顯示屏系統(tǒng)電路的軟件流程圖，可以得知最終要實現(xiàn)的功能是 1616 點陣顯示不同圖形與漢字。能夠?qū)崿F(xiàn)圖形或漢字的左右上下滾動顯示，從而可以簡單地將這幾種顯示用幾個不同的顯示函數(shù)來表示，即為void displayl(uchar code *p)； /左移動顯示函數(shù)void displayr(uchar code *p)

35、； /右移動顯示函數(shù)void displayu(uchar code *p)； /上移動顯示函數(shù)void displayd(uchar code *p)； /下移動顯示函數(shù)根據(jù)一般的顯示函數(shù)的編法方法，要保證顯示的持久性一般采用死循環(huán)語句來實現(xiàn)。因此顯示程序不能單獨執(zhí)行太久，需要與其他指示程序分時執(zhí)行。要求掃描速度很快才能穩(wěn)定顯示。為了使整個系統(tǒng)時間精確穩(wěn)定，采用定時器中斷處理變量。主要的函數(shù)如下所示：#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit SHCP=P10;sbit STCP=P11;sbit DI=

36、P12;/Shift regster/Storage regester/date invoid delay(uint);/delay 函數(shù)void set(uchar); / 串行輸入函數(shù)void displayl(uchar code *p)； /左移動顯示函數(shù)void displayr(uchar code *p)； /右移動顯示函數(shù)void displayu(uchar code *p)； /上移動顯示函數(shù)void displayd(uchar code *p)； /下移動顯示函數(shù)uchar code tableh=；/顯示字符代碼- C51 取模軟件void main()15 武漢理工

37、大學(xué)基礎(chǔ)強(qiáng)化訓(xùn)練報告8強(qiáng)化訓(xùn)練心得體會歷時一周的 Protel 系列軟件強(qiáng)化訓(xùn)練終于結(jié)束了，在這一周的訓(xùn)練實踐中我掌握Altium Designer Winter 09的基本操作，學(xué)會如何設(shè)計原理圖與 PCB 板。起初對 AltiumDesigner 軟件并不是很熟悉，在初學(xué)時遇到了很多困難，好多操作都不會，尤其是對如何進(jìn)行仿真更是“一竅不通”，再就是如何自己畫元件庫與元件封。萬事開頭難，我并沒有被困難嚇倒，經(jīng)過幾天的查閱資料與學(xué)習(xí)，學(xué)會了自己制作元件庫與封裝，學(xué)會了自己制作PCB 圖。掌握了 Altium Designer 的基本操作。在做本次強(qiáng)化訓(xùn)練過程中，我感觸最深的當(dāng)屬查閱資料與軟件學(xué)

38、習(xí)了。為了讓自己的設(shè)計更加完善，更加符合工程標(biāo)準(zhǔn)，一次次翻閱電子類書籍是十分必要的，同時也是必不可少的。只有認(rèn)真學(xué)好理論基礎(chǔ)知識 ，再加以實踐，才能學(xué)好一項技術(shù)。作為一名電子專業(yè)的學(xué)生掌握一種或幾種仿真軟件與繪圖軟件同樣是必不可少的，Altium Designer 就是其中的一種。另外，課堂上學(xué)到的部分知識不太清楚或理解不深刻，于是通過實踐來親手操作一下，能夠更好的理解與掌握所學(xué)知識，同樣在實踐中鞏固了所學(xué)知識。這也是我作本次課程設(shè)計的第二大收獲。由于現(xiàn)在還處于初學(xué)階段，對好多所學(xué)知識理解不夠深刻，尤其是軟件運(yùn)用方面還有待進(jìn)一步提高。在調(diào)試中遇到了很多問題，但最重要的是要有耐心，一步步的排查。

39、有時候善于向別人尋求幫助是很好的解決問題的方法，通過被人的講解與討論，你不僅可以解決問題，還可以學(xué)到一種解決問題的新思路。其實當(dāng)真正掌握一門技巧時也覺得其實也不像想象的那么難，只要不怕失敗，敢于嘗試，就一定會成功的。對于整個設(shè)計我基本上還算滿意，由于水平有限，難免會有錯誤，還望老師批評指正。由此我可用更好地了解到自己的不足，以便課后加以彌補(bǔ)。16 武漢理工大學(xué)基礎(chǔ)強(qiáng)化訓(xùn)練報告附錄 I 1616 點陣顯示屏電路原理圖17 武漢理工大學(xué)基礎(chǔ)強(qiáng)化訓(xùn)練報告附錄 II 1616 點陣顯示屏電路 PCB 版圖1. 生成的未敷銅的 PCB 板圖2. 正面敷銅的 PCB 板圖18 武漢理工大學(xué)基礎(chǔ)強(qiáng)化訓(xùn)練報告3.反面敷銅的 PCB 版圖4生成 3D 效果圖19 武漢理工大學(xué)基礎(chǔ)強(qiáng)化訓(xùn)練報告附錄 III 設(shè)計電路元件清單20 武漢理工大學(xué)基礎(chǔ)強(qiáng)化訓(xùn)練報告附錄 IV 軟件設(shè)計程序#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit SHCP=P10;sbit STCP=P11;/Shift regster/Storage regestersbit DI=P12; /date invoid delay(uint); /delay 函數(shù)void set(uchar); /置數(shù)函數(shù)v