電梯轎廂顯示屏硬件電路設(shè)計(jì)案例綜述目錄TOC\o"1-3"\h\u63571.1單片機(jī)介紹 1303561.1.1電源電路設(shè)計(jì) 2263821.1.2復(fù)位電路設(shè)計(jì) 299021.1.3時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) 4271551.3樓層顯示模塊設(shè)計(jì) 4145341.2.116*16LED點(diǎn)陣介紹 4253311.2.274HC595緩存器介紹 6160761.3聲光報(bào)警模塊設(shè)計(jì) 811721.4按鍵檢測(cè)模塊設(shè)計(jì) 9本次設(shè)計(jì)的電梯轎廂顯示屏，以C52單片機(jī)作為核心控制單元，八個(gè)獨(dú)立按鍵作為電梯轎廂樓層按鍵，16*16LED點(diǎn)陣屏作為電梯轎廂樓層顯示屏，LED燈和蜂鳴器作為轎廂內(nèi)的聲光報(bào)警裝置。1.1單片機(jī)介紹從上世紀(jì)開始，計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)引發(fā)了信息革命，而微型計(jì)算機(jī)的橫空出世，成為工業(yè)領(lǐng)域的重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)。單片機(jī)作為微機(jī)的主要部分，以它獨(dú)特的機(jī)構(gòu)和功能，得以迅猛發(fā)展。這項(xiàng)技術(shù)被用到各種場(chǎng)合。[4]下面是對(duì)AT89C52單片機(jī)的介紹。（1）單片機(jī)的性能特點(diǎn)AT89C52單片機(jī)在生活和學(xué)習(xí)中廣泛使用，屬于ATMEL公司研發(fā)的第三代單片機(jī)，使用快閃存儲(chǔ)器，可以多次擦寫，具有非易失性，能夠很好的保存數(shù)據(jù)，相比于上一代產(chǎn)品，最高工作頻率可達(dá)34MHz，也不需要外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器，更加方便，（2）單片機(jī)在工業(yè)控制、家用電器、辦公自動(dòng)化和商業(yè)營銷及其他智能領(lǐng)域都有所應(yīng)用。（3）單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)指能維持單片機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)所需要的最基本電路系統(tǒng)，主要由時(shí)鐘電路、復(fù)位電路和電源電路組成。[6]如圖3-1所示為單片機(jī)最小系統(tǒng)。圖3-1單片機(jī)最小系統(tǒng)1.1.1電源電路設(shè)計(jì)單片機(jī)的電源電路，使用一個(gè)自鎖開關(guān)控制通斷，工作電壓一般為+5V。如圖3-2為自鎖開關(guān)實(shí)物圖。自鎖開關(guān)一共六個(gè)引腳，當(dāng)未按下狀態(tài)時(shí)，引腳2和6接通，引腳1和5接通；當(dāng)按下自鎖開關(guān)時(shí)，引腳4和6接通，引腳1和3接通，如圖3-3所示。圖3-2自鎖開關(guān)圖3-3引腳圖1.1.2復(fù)位電路設(shè)計(jì)單片機(jī)復(fù)位電路是必不可少的一部分，當(dāng)程序控制執(zhí)行動(dòng)作元件執(zhí)行完一系列操作后，復(fù)位電路可以重置單片機(jī)狀態(tài)，使其回到初始化。復(fù)位電路主要由電容、按鍵、電阻組成。外界一個(gè)電源和接地端，連接到單片機(jī)的RST端口。當(dāng)按下復(fù)位按鍵時(shí)，單片機(jī)會(huì)立即往RES端口發(fā)出高電平信號(hào)，此時(shí)單片機(jī)停止工作，各個(gè)元件回到初始化狀態(tài)。圖3-5復(fù)位電路圖3-6為復(fù)位電路在仿真圖中與單片機(jī)的連接：圖3-6復(fù)位電路1.1.3時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)單片機(jī)能夠平穩(wěn)運(yùn)行，離不開時(shí)鐘電路提供的時(shí)鐘周期，沒有時(shí)鐘周期就無法執(zhí)行代碼，單片機(jī)無法工作。時(shí)鐘電路由一個(gè)晶振和兩個(gè)電容組成，外接一個(gè)接地端。單片機(jī)有內(nèi)部晶振和外部晶振，內(nèi)部晶振準(zhǔn)確度不高，誤差較大，只能滿足一些精度不高的工作。外部晶振對(duì)環(huán)境要求較低，適用場(chǎng)合廣。精度也較高，當(dāng)停止工作時(shí)能自動(dòng)進(jìn)入休眠模式，降低對(duì)單片機(jī)的負(fù)擔(dān)。如圖3-7為單片機(jī)時(shí)鐘電路。圖3-7時(shí)鐘電路圖3-8為時(shí)鐘電路在仿真圖中與單片機(jī)的連接：圖3-8時(shí)鐘電路1.3樓層顯示模塊設(shè)計(jì)本模塊電路由16*16點(diǎn)陣屏和74HC595緩存器組成，其中點(diǎn)陣用于顯示樓層，74HC595用于驅(qū)動(dòng)led點(diǎn)陣。以下分別對(duì)三種元器件進(jìn)行介紹。1.2.116*16LED點(diǎn)陣介紹點(diǎn)陣的內(nèi)部結(jié)構(gòu)由大量的發(fā)光二極管組成，每個(gè)二極管放置在行線和列線的交叉點(diǎn)上。采用共陽極接法時(shí)，在共陽端置高電平，共陰極端置低電平時(shí)，點(diǎn)陣內(nèi)部發(fā)光二極管導(dǎo)通。只要控制相應(yīng)的二極管被點(diǎn)亮，便可以實(shí)現(xiàn)上下箭頭和數(shù)字的顯示。如圖3-9所示為一個(gè)8*8LED點(diǎn)陣的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。圖3-98*8LED點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)考慮到電梯轎廂顯示的效果，本次設(shè)計(jì)沒有采用8*8的點(diǎn)陣屏，而是采用擁有256個(gè)高亮度發(fā)光二極管，組成了16行16列的發(fā)光點(diǎn)陣。如圖3-10所示為一個(gè)16*16LED點(diǎn)陣的組成結(jié)構(gòu)。圖3-1016*16點(diǎn)陣的構(gòu)成LED點(diǎn)陣屏一般使用掃描式顯示，主要分為點(diǎn)掃描、行掃描和列掃描三種方式。當(dāng)采用點(diǎn)掃描時(shí)，為了能夠符合人視覺暫留效應(yīng)，掃描頻率要很大。以16*16點(diǎn)陣屏為例，點(diǎn)掃描時(shí)，其頻率要大于32X256=8192Hz,周期小于1ms。這對(duì)于單片機(jī)的運(yùn)行效率和響應(yīng)速度影響較大，對(duì)于單片機(jī)的性能要求較高。若采用行掃描和列掃描，頻率比點(diǎn)掃描時(shí)小很多，周期也較大，普通單片機(jī)也可使用。豎直方向掃描，即逐行輪流掃描。采用逐行掃描方式，在驅(qū)動(dòng)電路連接時(shí)可以實(shí)現(xiàn)多行的同名列共用一套列驅(qū)動(dòng)器。以16×16點(diǎn)陣為例，采用共陽極接法，把同一行的發(fā)光管的陽極連在一起。在掃描時(shí)，系統(tǒng)會(huì)對(duì)第一行的發(fā)光管進(jìn)行亮滅操作，同時(shí)系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)鎖存。然后控制第一行的二極管常亮一段時(shí)間，再熄滅；然后控制第二行的發(fā)光管重復(fù)第一行二極管的操作，以此類推，一直重復(fù)到第十六行，然后重新回到第一行，再做相同的動(dòng)作，這樣便完成了第一輪的掃描。當(dāng)掃描速度足夠快時(shí)，由于人眼的視覺暫留效應(yīng)，就能看到點(diǎn)陣屏上穩(wěn)定的圖形。由于數(shù)據(jù)傳輸采用串行傳輸，控制電路只使用一根信號(hào)線，在硬件成本和維護(hù)方面是十分可靠的[14]。圖3-6為點(diǎn)陣電路在仿真圖中與緩存器的連接：圖3-10點(diǎn)陣電路1.2.274HC595緩存器介紹74HC595緩存器是硅結(jié)構(gòu)的CMOS器件，兼容低電壓TTL電路，是一種串入并出的芯片，在圖形和文字的點(diǎn)陣屏顯示中作為驅(qū)動(dòng)使用。74HC595有一個(gè)移位寄存器和存儲(chǔ)器，并具備三態(tài)輸出功能。移位寄存器和存儲(chǔ)器互不干涉，各自使用獨(dú)立的時(shí)鐘。如圖3-11所示為74HC595的引腳圖[16]。圖3-1174HC595如表3-1為引腳功能說明:表3-174HC595引腳說明引腳名功能說明Q0--Q7八位并行輸出端口Q7'級(jí)聯(lián)輸出端,連接下一個(gè)級(jí)的DS端DS串行數(shù)據(jù)輸入端,級(jí)聯(lián)接上一級(jí)的Q7'/MR低電平時(shí)將數(shù)據(jù)清零,防止數(shù)據(jù)清零，通常接到VCCSH_CP高電平時(shí)寄存器的數(shù)據(jù)移位，低電平時(shí)數(shù)據(jù)不變ST_CP高電平時(shí)移位寄存器的數(shù)據(jù)進(jìn)入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)寄存器，低電平時(shí)存儲(chǔ)寄存器數(shù)據(jù)不變/OE輸出數(shù)據(jù)控制端，低電平時(shí)有效圖3-12為74HC595緩存器在仿真圖中與單片機(jī)的連接：圖3-12緩存器電路1.3聲光報(bào)警模塊設(shè)計(jì)聲光報(bào)警主要由發(fā)光二極管和蜂鳴器組成，當(dāng)電梯到達(dá)樓層后，二極管和蜂鳴器同時(shí)導(dǎo)通，發(fā)出聲光報(bào)警。蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子器件，主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器。采用直流供電，在電子玩具和報(bào)警器等電子產(chǎn)品中作為發(fā)聲部件。由于蜂鳴器的工作電流比較大，單片機(jī)的接口無法與之直接連接使用，需要用到放大電路來驅(qū)動(dòng)。三極管經(jīng)常被用來作為放大電流元件。圖3-13為聲光報(bào)