電梯轎廂顯示屏硬件電路設計案例綜述目錄TOC\o"1-3"\h\u63571.1單片機介紹 1303561.1.1電源電路設計 2263821.1.2復位電路設計 299021.1.3時鐘電路設計 4271551.3樓層顯示模塊設計 4145341.2.116*16LED點陣介紹 4253311.2.274HC595緩存器介紹 6160761.3聲光報警模塊設計 811721.4按鍵檢測模塊設計 9本次設計的電梯轎廂顯示屏，以C52單片機作為核心控制單元，八個獨立按鍵作為電梯轎廂樓層按鍵，16*16LED點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)的聲光報警裝置。1.1單片機介紹從上世紀開始，計算機的出現(xiàn)引發(fā)了信息革命，而微型計算機的橫空出世，成為工業(yè)領域的重要轉折點。單片機作為微機的主要部分，以它獨特的機構和功能，得以迅猛發(fā)展。這項技術被用到各種場合。[4]下面是對AT89C52單片機的介紹。（1）單片機的性能特點AT89C52單片機在生活和學習中廣泛使用，屬于ATMEL公司研發(fā)的第三代單片機，使用快閃存儲器，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34MHz，也不需要外部擴展存儲器，更加方便，（2）單片機在工業(yè)控制、家用電器、辦公自動化和商業(yè)營銷及其他智能領域都有所應用。（3）單片機最小系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)指能維持單片機運轉所需要的最基本電路系統(tǒng)，主要由時鐘電路、復位電路和電源電路組成。[6]如圖3-1所示為單片機最小系統(tǒng)。圖3-1單片機最小系統(tǒng)1.1.1電源電路設計單片機的電源電路，使用一個自鎖開關控制通斷，工作電壓一般為+5V。如圖3-2為自鎖開關實物圖。自鎖開關一共六個引腳，當未按下狀態(tài)時，引腳2和6接通，引腳1和5接通；當按下自鎖開關時，引腳4和6接通，引腳1和3接通，如圖3-3所示。圖3-2自鎖開關圖3-3引腳圖1.1.2復位電路設計單片機復位電路是必不可少的一部分，當程序控制執(zhí)行動作元件執(zhí)行完一系列操作后，復位電路可以重置單片機狀態(tài)，使其回到初始化。復位電路主要由電容、按鍵、電阻組成。外界一個電源和接地端，連接到單片機的RST端口。當按下復位按鍵時，單片機會立即往RES端口發(fā)出高電平信號，此時單片機停止工作，各個元件回到初始化狀態(tài)。圖3-5復位電路圖3-6為復位電路在仿真圖中與單片機的連接：圖3-6復位電路1.1.3時鐘電路設計單片機能夠平穩(wěn)運行，離不開時鐘電路提供的時鐘周期，沒有時鐘周期就無法執(zhí)行代碼，單片機無法工作。時鐘電路由一個晶振和兩個電容組成，外接一個接地端。單片機有內(nèi)部晶振和外部晶振，內(nèi)部晶振準確度不高，誤差較大，只能滿足一些精度不高的工作。外部晶振對環(huán)境要求較低，適用場合廣。精度也較高，當停止工作時能自動進入休眠模式，降低對單片機的負擔。如圖3-7為單片機時鐘電路。圖3-7時鐘電路圖3-8為時鐘電路在仿真圖中與單片機的連接：圖3-8時鐘電路1.3樓層顯示模塊設計本模塊電路由16*16點陣屏和74HC595緩存器組成，其中點陣用于顯示樓層，74HC595用于驅動led點陣。以下分別對三種元器件進行介紹。1.2.116*16LED點陣介紹點陣的內(nèi)部結構由大量的發(fā)光二極管組成，每個二極管放置在行線和列線的交叉點上。采用共陽極接法時，在共陽端置高電平，共陰極端置低電平時，點陣內(nèi)部發(fā)光二極管導通。只要控制相應的二極管被點亮，便可以實現(xiàn)上下箭頭和數(shù)字的顯示。如圖3-9所示為一個8*8LED點陣的內(nèi)部結構。圖3-98*8LED點陣結構考慮到電梯轎廂顯示的效果，本次設計沒有采用8*8的點陣屏，而是采用擁有256個高亮度發(fā)光二極管，組成了16行16列的發(fā)光點陣。如圖3-10所示為一個16*16LED點陣的組成結構。圖3-1016*16點陣的構成LED點陣屏一般使用掃描式顯示，主要分為點掃描、行掃描和列掃描三種方式。當采用點掃描時，為了能夠符合人視覺暫留效應，掃描頻率要很大。以16*16點陣屏為例，點掃描時，其頻率要大于32X256=8192Hz,周期小于1ms。這對于單片機的運行效率和響應速度影響較大，對于單片機的性能要求較高。若采用行掃描和列掃描，頻率比點掃描時小很多，周期也較大，普通單片機也可使用。豎直方向掃描，即逐行輪流掃描。采用逐行掃描方式，在驅動電路連接時可以實現(xiàn)多行的同名列共用一套列驅動器。以16×16點陣為例，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，系統(tǒng)會對第一行的發(fā)光管進行亮滅操作，同時系統(tǒng)對數(shù)據(jù)鎖存。然后控制第一行的二極管常亮一段時間，再熄滅；然后控制第二行的發(fā)光管重復第一行二極管的操作，以此類推，一直重復到第十六行，然后重新回到第一行，再做相同的動作，這樣便完成了第一輪的掃描。當掃描速度足夠快時，由于人眼的視覺暫留效應，就能看到點陣屏上穩(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線，在硬件成本和維護方面是十分可靠的[14]。圖3-6為點陣電路在仿真圖中與緩存器的連接：圖3-10點陣電路1.2.274HC595緩存器介紹74HC595緩存器是硅結構的CMOS器件，兼容低電壓TTL電路，是一種串入并出的芯片，在圖形和文字的點陣屏顯示中作為驅動使用。74HC595有一個移位寄存器和存儲器，并具備三態(tài)輸出功能。移位寄存器和存儲器互不干涉，各自使用獨立的時鐘。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'級聯(lián)輸出端,連接下一個級的DS端DS串行數(shù)據(jù)輸入端,級聯(lián)接上一級的Q7'/MR低電平時將數(shù)據(jù)清零,防止數(shù)據(jù)清零，通常接到VCCSH_CP高電平時寄存器的數(shù)據(jù)移位，低電平時數(shù)據(jù)不變ST_CP高電平時移位寄存器的數(shù)據(jù)進入數(shù)據(jù)存儲寄存器，低電平時存儲寄存器數(shù)據(jù)不變/OE輸出數(shù)據(jù)控制端，低電平時有效圖3-12為74HC595緩存器在仿真圖中與單片機的連接：圖3-12緩存器電路1.3聲光報警模塊設計聲光報警主要由發(fā)光二極管和蜂鳴器組成，當電梯到達樓層后，二極管和蜂鳴器同時導通，發(fā)出聲光報警。蜂鳴器是一種一體化結構的電子器件，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，單片機的接口無法與之直接連接使用，需要用到放大電路來驅動。三極管經(jīng)常被用來作為放大電流元件。圖3-13為聲光報