第一章緒論1.1點(diǎn)陣廣告屏的研究背景和意義隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，廣告顯示牌，在廣告宣傳中發(fā)揮著越來越重要的角色，無論是在公交車站，地鐵站，股票市場(chǎng)，或者學(xué)校都不能缺少它，但是傳統(tǒng)的霓虹燈，無論是在顯示、功耗都不能滿足當(dāng)前社會(huì)的需要[1]。因此，改進(jìn)傳統(tǒng)霓虹燈是非常有必要的。LED顯示屏上漢字可以隨意改動(dòng)，修改簡單，使用靈活方便。點(diǎn)陣屏幕非常大，視野開闊、顯示方式又非常吸引人，靈活多變，廣告效果很好，被很多企業(yè)所應(yīng)用[2]。如：商業(yè)廣告和文化娛樂場(chǎng)所等。因此本文設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)的點(diǎn)陣廣告屏系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[3]。1.2本文主要研究內(nèi)容本文主要內(nèi)容將分為五大章節(jié)敘述：第1章主要講了點(diǎn)陣廣告屏的研究背景和研究意義，通過對(duì)通過目前戶外廣告的發(fā)展趨勢(shì)的敘述，提出了本課題的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)意義，介紹了點(diǎn)陣廣告屏的功能。第2章主要介點(diǎn)陣廣告屏紹系統(tǒng)的芯片和硬件電路的選擇，給出多種研究方案，并從中選出最有效的方案。第3章主要介紹系統(tǒng)的硬件組成部分，包括點(diǎn)陣模塊，單片機(jī)模塊，74HC595芯片和兩個(gè)移位寄存器74HC1138芯片等主要組成部分。第4章主要介紹系統(tǒng)的軟件部分，介紹了系統(tǒng)軟件流程圖和編寫思路。第5章主要介紹系統(tǒng)的調(diào)試，包括系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)工具介紹、調(diào)試工具簡介、硬件調(diào)試、系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試以及功能測(cè)試。第6章是總結(jié)和展望，對(duì)點(diǎn)陣廣告屏的發(fā)展進(jìn)行介紹。1.3本章小結(jié)本章主要介紹了基于單片機(jī)的點(diǎn)陣廣告屏的研究背景和應(yīng)用價(jià)值。同時(shí)本章還概述了系統(tǒng)的主要功能，硬件組成部分，和軟件設(shè)計(jì)方法。

第二章系統(tǒng)方案選擇與設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)本文所設(shè)計(jì)的點(diǎn)陣廣告屏系統(tǒng)采用stc89c52單片機(jī)作為主控制核心芯片[4]。單片機(jī)外圍結(jié)合晶振電路，復(fù)位電路共同構(gòu)成了整個(gè)系統(tǒng)的控制核心[5]。系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)是將單片機(jī)最小系統(tǒng)、列驅(qū)動(dòng)電路，將每個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊系統(tǒng)的組合在一起，總體設(shè)計(jì)框圖如圖2.1所示[6]。圖2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總圖2.2單片機(jī)型號(hào)方案選擇單片機(jī)以其性能穩(wěn)定，價(jià)格低廉并且功能豐富多樣，相對(duì)體積較小等特點(diǎn)，自從誕生就得到及其廣泛的應(yīng)用，到目前已經(jīng)發(fā)展出一系列的具有不同型號(hào)，真對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)合的單片機(jī)處理器。在基于單片機(jī)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的處理核心，其選型尤為重要，關(guān)系這后期的其他電路設(shè)計(jì)和相應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)。就本系統(tǒng)的應(yīng)用情況而言，常見的單片機(jī)在功能上均能滿足設(shè)計(jì)要求，在設(shè)計(jì)點(diǎn)陣廣告屏系統(tǒng)時(shí)，主要考慮以下兩種設(shè)計(jì)方案：方案一：系統(tǒng)采用AVR單片機(jī)作為處理核心，AVR單片機(jī)兼容的的是RISC(ReducedInstructionSetCPU)精簡指令集，處理速度快，是一款增強(qiáng)型內(nèi)置Flash的8位單片機(jī)，廣泛應(yīng)用在計(jì)算機(jī)控制，工業(yè)儀表等很多領(lǐng)域。但缺點(diǎn)是軟件設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，相對(duì)其他單片機(jī)價(jià)格較為貴，設(shè)計(jì)資料相對(duì)較少，入門難易程度也較高。方案二：系統(tǒng)采用STC89C52單片機(jī)作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)核心，STC系列單片機(jī)是深圳宏晶公司的產(chǎn)品，采用的是SST公司的技術(shù),并加以改進(jìn)，在保證功能強(qiáng)大的同時(shí)也做到了價(jià)格低廉，貨源充足，而且設(shè)計(jì)資料豐富。更為重要的是此款單片機(jī)的電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)都較為簡單?？紤]到本文所設(shè)計(jì)的點(diǎn)陣廣告屏系統(tǒng)的具體情況，系統(tǒng)對(duì)單片機(jī)處理速度要求并不高，STC89C52單片機(jī)完全可以滿足設(shè)計(jì)要求，為了降低設(shè)計(jì)難度，需要采用較為簡單的軟件設(shè)計(jì)，因此本系統(tǒng)采用STC89C52單片機(jī)作為核心處理器。2.3點(diǎn)陣方案選擇LED點(diǎn)陣顯示器是使用發(fā)光二極管點(diǎn)陣模塊組成的平面式顯示屏幕，它具有很多優(yōu)點(diǎn)。自二十一世紀(jì)初，在國外得到了廣泛的利用[]。LED點(diǎn)陣顯示器的種類有多種：根據(jù)陣列分為5×7，8×8，根據(jù)發(fā)光顏色可分為單色，三色，根據(jù)極性的排列方式可分為共陽極和陰極。LED（8*8）點(diǎn)陣顯示的基本原理[8]：8*8的點(diǎn)陣是由64個(gè)發(fā)光二極管組成，每個(gè)二極管都是分布在行線與列線的交點(diǎn)上，當(dāng)某一列的電平為1，某一行為0時(shí)，則對(duì)的二極管就會(huì)點(diǎn)亮[9]。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能的需要，本系統(tǒng)采用8*8點(diǎn)陣，然后利用4塊8*8點(diǎn)陣組成128*64矩陣[10]。2.4本章小結(jié)本章主要介紹了點(diǎn)陣廣告屏的系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)，包括單片機(jī)，點(diǎn)陣模塊，驅(qū)動(dòng)芯片等部分。同時(shí)本章還介紹了單片機(jī)的型號(hào)方案的選擇，LED點(diǎn)陣的選擇。

第三章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)微處理器3.1.1單片機(jī)概述 單片機(jī)自從1975年第一次面世以來，得到了快速的發(fā)展[11]。最早是美國的TI公司推出的TMS-1000單片機(jī)，雖然這只是一個(gè)4為單片機(jī)，功能也較為簡單，卻具有里程碑式的重要意義。后來慢慢出現(xiàn)了8位單片機(jī)，甚至32位的單片機(jī)，但如今在工業(yè)控制領(lǐng)域，智能家居等方面大顯身手的單片機(jī)，一般是指Intel公司研發(fā)的MCS-51單片機(jī)，也就是常見的51系列單片機(jī)。相對(duì)于前期的4位單片機(jī)來說，51系列的單片機(jī)功能更為強(qiáng)大，其內(nèi)部增加了用于串行通信的IO口，同時(shí)也具備了多級(jí)中斷處理能力，定時(shí)器位數(shù)也從8位慢慢擴(kuò)展到8位，個(gè)別系列甚至得到了數(shù)倍的提升。這種單片機(jī)性能穩(wěn)定，性價(jià)比明顯高于其他微處理器，得到了大量的應(yīng)用。因此可以說是微型處理器發(fā)展史上最“經(jīng)典的單片機(jī)”。 單片機(jī)實(shí)質(zhì)是單片微型計(jì)算機(jī)，其組成主要是在一塊微小芯片上集成微處理器（CPU），用來存放數(shù)據(jù)的RAM以及存儲(chǔ)程序的ROM，此外還包括總線，輸入輸出接口（IO口）等。如美國英特爾公司的MCS-48系列，MCS-51系列單片機(jī)，日本NEC公司的uPD7800單片機(jī)等，這些系列單片機(jī)均是以51單片機(jī)為內(nèi)核，而且各個(gè)型號(hào)系列的單片機(jī)在功能上基本都是相互兼容的，他們之間的差別主要是在單片機(jī)的執(zhí)行速度，內(nèi)部資源分配，片內(nèi)內(nèi)存大小或者指令系統(tǒng)等方面。其中較為顯著的區(qū)別一般是單片機(jī)是否自帶模數(shù)或者數(shù)模轉(zhuǎn)換，引腳是否可復(fù)用等。單片機(jī)有時(shí)候又稱作微型控制器，但單片機(jī)并不是一個(gè)只完成邏輯功能的芯片，它相當(dāng)于把一個(gè)整體計(jì)算機(jī)系統(tǒng)縮小到一個(gè)芯片上，這和常見的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有所差別。世界上第一個(gè)微處理器是intel公司開發(fā)出來的，這款微處理器只有4位，雖然很小，但卻是有歷史意義的一款微處理器。Intel公司的一個(gè)員工叫霍夫，他便是這款微處理器的創(chuàng)造者，他在1971年的時(shí)候在intel公司的研究室開發(fā)出了世界上第一款微處理器芯片，這也標(biāo)志著微處理器時(shí)代的開始。霍夫本人也因?yàn)檠邪l(fā)出了這款微處理器芯片而被《經(jīng)濟(jì)學(xué)家》提名為“最優(yōu)影響力的7位科學(xué)家”之一。在同年的11月，intel公司推出了基于這款微處理器的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。該系統(tǒng)大致由以下幾部分組成：ROM、RAM、移位寄存器以及微處理器。所使用的微處理器是由兩千三百多個(gè)晶體管組成的，長寬僅有3mm*4mm，可謂非常之小，但是其性能卻比當(dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)處理器芯片強(qiáng)了百倍有余。1972年4月，微處理器之父霍夫組成的團(tuán)隊(duì)研發(fā)出了一款性能完全超越之前的微處理器，這款微處理器被命名為Intel8008，其位數(shù)是初代的一倍，為八位。不過它的原理跟原來的是一致的（P溝道MOS），所以這款微處理器還是歸屬于第一代的處理器。1973年8月，第二代微處理器誕生，還是由霍夫的團(tuán)隊(duì)研發(fā)出來的，這代處理器的原理是用N溝道MOS電路來代替之前的P溝道。第二代微處理器被命名為Intel8080。Intel8080芯片采用2MHz的主頻，內(nèi)存有64KB，在當(dāng)時(shí)來說存儲(chǔ)量已經(jīng)非常大了，并且其運(yùn)算速度比之前的快了十倍。第二代微處理器的芯片采用的是當(dāng)時(shí)晶體管最新的技術(shù)，使用了6微米技術(shù)的晶體管，里面共包含有6000個(gè)晶體管。3.1.2STC89C52單片機(jī)主要特性本文所介紹的點(diǎn)陣廣告屏系統(tǒng)所采用的STC89C52單片機(jī)，是一款在國內(nèi)市場(chǎng)占有率極高的微處理器，它是深圳宏晶科技有限公司，在采用SST公司的新技術(shù)方案后，推出的新一代超強(qiáng)抗干擾的單片機(jī)，計(jì)算速度完全可以滿足普通工業(yè)設(shè)計(jì)需要，在系統(tǒng)功耗方面也基本上達(dá)到了低功耗的要求，此外STC89C52單片機(jī)指令代碼完全可以兼容其他系列的8051單片機(jī)。同時(shí)在單片機(jī)的計(jì)算速度上，可以設(shè)定12時(shí)鐘/機(jī)器周期或者6時(shí)鐘/機(jī)器周期，可以根據(jù)不同場(chǎng)合對(duì)計(jì)算周期進(jìn)行選擇?？傊?，STC89C52單片機(jī)的主要特性如下列表所示：工作電壓：5.5V～3.3V（5V單片機(jī)）/3.8V～2.0V（3V單片機(jī)）工作頻率范圍：0～40MHz，相當(dāng)于普通8051的0～80MHz，實(shí)際工作頻率可達(dá)48MHz用戶應(yīng)用程序空間為8K字節(jié)片上集成512字節(jié)RAM共3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。即定時(shí)器T0、T1、T2通用異步串行口（UART），還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè)UART表一：STC89C52單片機(jī)的主要特性 除了上表所列出的特性，單片機(jī)還在數(shù)據(jù)下載，工作模式選擇，中斷處理等方面也有很多有點(diǎn)，限于篇幅，在此就不一一列出。STC89C52單片機(jī)這款微處理器,目前在國內(nèi)市場(chǎng)受到很大的青睞，它的計(jì)算速度應(yīng)對(duì)普通的工業(yè)設(shè)計(jì)需求綽綽有余，而且其能耗較低也是非常符合條件的，并且此類單片機(jī)的指令代碼也能很好的兼容不屬同一系列的8051單片機(jī)。在結(jié)構(gòu)上，單片機(jī)最小系統(tǒng)包括了單片機(jī)、電源電路、復(fù)位電路和時(shí)鐘電路等部分，單片機(jī)內(nèi)的各種操作時(shí)序是基于時(shí)鐘信號(hào)完成的，通過復(fù)位操作可以初始化片內(nèi)電路，讓單片機(jī)回歸催生狀態(tài)。可采用外部振蕩方式或者內(nèi)部振蕩方式獲得時(shí)鐘信號(hào)，涉及的引腳包括XTAL1、XTAL2。如果復(fù)位引腳RST上的高電平維持時(shí)間超過2個(gè)機(jī)器周期，即可激活復(fù)位操作；若時(shí)間繼續(xù)延長，單片機(jī)將轉(zhuǎn)入到循環(huán)復(fù)位態(tài)勢(shì)。為了滿足應(yīng)用場(chǎng)景，復(fù)位操作包括上電復(fù)位與上電或開關(guān)復(fù)位等兩種形式。經(jīng)過復(fù)位操作之后，單片機(jī)恢復(fù)到初始化狀態(tài)，一個(gè)基本標(biāo)志是程序計(jì)數(shù)器PC＝0000H。51系列單片機(jī)是由Intel研發(fā)成功的，具有制造簡易，功能強(qiáng)大，數(shù)據(jù)分析快等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，可是，Intel并未把它作為業(yè)務(wù)重點(diǎn)，因此在具有市場(chǎng)知名度之后，就悄然把它轉(zhuǎn)讓給了日本和美國的幾家電子生產(chǎn)巨頭。及至現(xiàn)在，雖然涌現(xiàn)出越來越多地單片機(jī)型號(hào)、規(guī)格，但是多數(shù)仍然沿用著51系列的核心技術(shù)，只是對(duì)功能性部分做了優(yōu)化誰。由于主流單片機(jī)能夠兼容于51指令，使得該類單片機(jī)擁有了良好的兼容效果，這也推動(dòng)了電子制造行業(yè)的協(xié)調(diào)發(fā)展。3.1.3單片機(jī)引腳說明 STC89C52單片機(jī)的引腳可分為功能引腳和接地，RST復(fù)位引腳，XTAL1/XTAL2引腳，電壓引腳等，其中輸入輸入輸出引腳為P0-P3端口。電源電壓VCC是40引腳，接地引腳VSS為第20引腳。常見的PDIP-40封裝的STC89C52單片機(jī)引腳圖如下圖所示。圖3-1STC89C52單片機(jī)引腳圖 P0端口是指STC89C52單片機(jī)的P0.0～P0.7，對(duì)應(yīng)的引腳為39～32引腳，P0口是一個(gè)漏極開路的8位雙向I/O口。P1端口是指單片機(jī)的P1.0～P1.7，對(duì)應(yīng)的引腳為1～8引腳，P1口是一個(gè)單片機(jī)內(nèi)部自帶上拉電阻的8位I/O口，同時(shí)也是一個(gè)雙向IO口。P2端口是指單片機(jī)的P2.0～P2.7，對(duì)應(yīng)的引腳為21～28引腳，P2口也是內(nèi)部自帶上拉電阻的8位雙向I/O端口，不需要外接電阻可以直接使用。P3端口是指單片機(jī)的P3.0～P3.7，對(duì)應(yīng)的引腳為10～17引腳，P3比較特殊，此端口作為通用IO口是一個(gè)8位雙向I/O端口，同時(shí)P3口除作為一般I/O口外，還有其他一些復(fù)用功能，復(fù)用功能如下表所示。P3.0口可以作為串行輸入口使用，P3.1口可以作為串行輸出口使用，P3.2是外部中斷0，P3.3是外部中斷1，P3.4是定時(shí)器0的外部輸入，P3.5是定時(shí)器1的外部輸入，P3.6和P3.7都是外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通接口。引腳號(hào)復(fù)用功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2（外部中斷0）P3.3（外部中斷1）P3.4T0（定時(shí)器0的外部輸入）P3.5T1（定時(shí)器1的外部輸入）P3.6（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）P3.7（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）表二：P3口引腳復(fù)用功能3.2單片機(jī)的復(fù)位電路 復(fù)位電路是確保單片機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定工作所必須的電路，是單片機(jī)設(shè)計(jì)必不可少的重要組成部分，復(fù)位電路主要功能就是上電復(fù)位，單片機(jī)所需要的供電電壓一般都為5V，根據(jù)技術(shù)文檔的描述，電壓可以上下浮動(dòng)±5%。因?yàn)閱纹瑱C(jī)電路實(shí)質(zhì)是時(shí)序數(shù)字電路，必須結(jié)合運(yùn)行穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)才能正常工作，所以當(dāng)單片機(jī)的電源電壓處于5V±5%時(shí)，復(fù)位信號(hào)才會(huì)撤銷，單片機(jī)才能開始正常工作[12]。單片機(jī)系統(tǒng)正常運(yùn)行離不開復(fù)位電路的支持，否則將無法工作。單片機(jī)正常工作的電壓范圍是4.75～5.25V。時(shí)序數(shù)字電路(單片機(jī)電路的實(shí)質(zhì))在時(shí)鐘信號(hào)穩(wěn)定配合下才能正常運(yùn)行，因此，當(dāng)單片機(jī)的電壓在4.75～5.25V范圍內(nèi)時(shí)，已發(fā)出的復(fù)位信號(hào)被取消，這樣單片機(jī)就被啟動(dòng)。本設(shè)計(jì)的復(fù)位電路采用的電容是10U、電阻是10K。復(fù)位又分為上電、手動(dòng)兩種復(fù)位方式。上電復(fù)位是在上電一瞬間使得通過電容C的電流最大，這樣單片機(jī)的RST引腳進(jìn)入高電平狀態(tài)，單片機(jī)復(fù)位。當(dāng)復(fù)位電路中的電容C的電壓在4.75～5.25V范圍內(nèi)時(shí)，沒有電流通過電容，由于電容的特性，單片機(jī)的RST引腳是低電平的，這樣單片機(jī)內(nèi)部的程序就可以正常工作了。 同理，手動(dòng)復(fù)位也是利用改變單片機(jī)RST引腳的電平實(shí)現(xiàn)的。復(fù)位鍵被松開時(shí)，系統(tǒng)電源VCC對(duì)電容C開始充電，最終讓電路進(jìn)入開路狀態(tài)，RST實(shí)現(xiàn)低電平，單片機(jī)啟動(dòng)。反之，單片機(jī)復(fù)位，停止工作。此外，單片機(jī)工作必須在晶振電路的配合下才能有序進(jìn)行。晶振的電路結(jié)構(gòu)與一個(gè)電阻和兩個(gè)電容互相串聯(lián)作用相同。 按照電氣理論中這方面的介紹，晶振的震蕩頻率與單片機(jī)運(yùn)行速度呈正相關(guān)，不過高速運(yùn)行的單片機(jī)需要更高質(zhì)量的系統(tǒng)來支持。為了維持單片的高速運(yùn)轉(zhuǎn)，系統(tǒng)必須能更快的存儲(chǔ)速度并配備高質(zhì)量的電路板。鑒于系統(tǒng)設(shè)計(jì)的綜合考量，結(jié)合單片機(jī)運(yùn)行效率最終確定了最佳的晶振頻率的范圍，即6MHZ至12MHZ。盡管電容的大小并不會(huì)對(duì)并聯(lián)諧振電路產(chǎn)生影響，不過它對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性十分關(guān)鍵，應(yīng)進(jìn)行合理的選用，通常選擇的范圍為20-100pF。為便于軟件設(shè)計(jì)，降低系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最佳狀態(tài)，本系統(tǒng)的時(shí)鐘電路選擇了11.0592MHZ的晶振，選擇了30pF的電容。本文所設(shè)計(jì)的點(diǎn)陣廣告屏系統(tǒng)復(fù)位電路選用的電阻為10K，電容為10U，單片機(jī)復(fù)位電路圖如下圖所示：圖3-2STC89C52單片機(jī)復(fù)位電路圖 復(fù)位又可以分為上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位兩種。上電復(fù)位時(shí)，上電的瞬間，復(fù)位電路中的電容C充電電流達(dá)到最大，這時(shí)候電容是短路的，單片機(jī)的RST引腳為高電平狀態(tài)，會(huì)自動(dòng)進(jìn)行復(fù)位，當(dāng)復(fù)位電路中的電容C電壓達(dá)到5V時(shí)（可以上下浮動(dòng)低于5%的電壓），電容的充電電流變?yōu)?，根據(jù)電容的特性原理，此時(shí)電容開路，單片機(jī)的RST引腳為低電平，單片機(jī)內(nèi)部的程序開始運(yùn)行。 手動(dòng)復(fù)位的原理實(shí)質(zhì)和上電復(fù)位類似都是通過改變單片機(jī)RST引腳的電平達(dá)到復(fù)位的目的。當(dāng)按下復(fù)位按鍵時(shí)，根據(jù)電路圖所示，RST引腳此時(shí)直接與VCC相連，RST引腳變?yōu)楦唠娖剑瑔纹瑱C(jī)復(fù)位。當(dāng)復(fù)位電路上的按鍵松開時(shí)，系統(tǒng)電源VCC對(duì)電容C開始充電，RST引腳依然為高電平，仍然是處于復(fù)位狀態(tài)，充電完成后，電路中的電容相當(dāng)于開路，RST為低電平，復(fù)位結(jié)束，單片機(jī)開始軟件程序的開始處執(zhí)行工作。3.3單片機(jī)的時(shí)鐘晶振電路 晶振電路同復(fù)位電路一樣，是單片機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行所必須的，晶振其實(shí)全稱是晶體振蕩器的簡稱。在電路結(jié)構(gòu)組成上可以等效為一個(gè)電阻和一個(gè)電容串聯(lián)然后再和一個(gè)電容串聯(lián)，這些元器件共同組成一個(gè)二端網(wǎng)絡(luò)，也即為單片機(jī)的時(shí)鐘電路。 從電氣理論上說，晶振的震蕩頻率越高，相應(yīng)的單片機(jī)運(yùn)行速度就會(huì)越快，但越高的運(yùn)行速度對(duì)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)也提出了要求，需要存儲(chǔ)速度和電路板也要達(dá)到很高的標(biāo)準(zhǔn)。因此一般選用6-12MHZ的晶振，雖然并聯(lián)諧振電路本身對(duì)電容的大小沒有非常嚴(yán)格的要求，但合理的選擇對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，振蕩器的穩(wěn)定也非常重要，一般選用的范圍為20-100pF。本文所設(shè)計(jì)的點(diǎn)陣廣告屏系統(tǒng)的時(shí)鐘電路選用的晶振為11.0592MHZ，選用的電容大小為30pF，方便軟件設(shè)計(jì)的計(jì)算。具體電路圖如下圖所示。圖3-3STC89C52單片機(jī)時(shí)鐘電路圖3.4LED點(diǎn)陣電路的設(shè)計(jì) 根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式的不同，LED點(diǎn)陣屏分為計(jì)算機(jī)驅(qū)動(dòng)型和單片機(jī)驅(qū)動(dòng)型兩種工作方式[13]。計(jì)算機(jī)驅(qū)動(dòng)型的特點(diǎn)：不僅可以顯示字符，，還可以顯示多媒體彩色視頻內(nèi)容，但其成本高。同時(shí)在單片機(jī)的計(jì)算速度上，可以設(shè)定12時(shí)鐘/機(jī)器周期或者6時(shí)鐘/機(jī)器周期，可以根據(jù)不同場(chǎng)合對(duì)計(jì)算周期進(jìn)行選擇。只需要購買一些元器件，就可以使用LED點(diǎn)陣屏了。相應(yīng)的單片機(jī)運(yùn)行速度就會(huì)越快，但越高的運(yùn)行速度對(duì)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)也提出了要求，需要存儲(chǔ)速度和電路板也要達(dá)到很高的標(biāo)準(zhǔn)。在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，用一個(gè)16×16的點(diǎn)陣就可以完整的顯示一個(gè)漢字[14]。下面就以4塊8*8點(diǎn)陣構(gòu)成的16×16點(diǎn)陣來實(shí)現(xiàn)本課題廣告燈動(dòng)態(tài)顯示漢字的任務(wù)。圖3-4LED點(diǎn)陣電路RAM地址映射很重要，在使用LED時(shí)，我們需要對(duì)液晶的內(nèi)部模塊的構(gòu)成原理進(jìn)行研究，首先根據(jù)參考資料知道，LED液晶里帶有80B的RAM緩沖區(qū)用于存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)的數(shù)字信息，其對(duì)應(yīng)地址映射關(guān)系如上圖3-4所示。點(diǎn)陣的軟件代碼生成如下所示，通過這些代碼可以生成漢字。3.5電源電路本文所設(shè)計(jì)系統(tǒng)搭載的是弱電，不過一般的弱電系統(tǒng)無法直接通過220V電源供電，因此，要通過變壓、穩(wěn)壓元件以及電源芯片對(duì)電壓調(diào)節(jié)。電壓轉(zhuǎn)換芯片中較為常用的是AMS1117，它能夠把5V的電壓變成3.3V的電壓輸出。本系統(tǒng)采用的電壓是5V，USB供電方式。這一方式可以保證電流、電壓的穩(wěn)定，實(shí)際應(yīng)用中比較常用。本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程中，將開關(guān)和電源電路設(shè)計(jì)在一起，當(dāng)按下開關(guān)鍵時(shí)，電路上的4和6引腳接通，此時(shí)6引腳端電壓為5V，為了防止電壓出現(xiàn)波動(dòng)，在電源電路上連接兩個(gè)電容C29和C30，以便于系統(tǒng)供電電壓的穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。下圖3-7是單片機(jī)的電源和下載電路圖。圖3-5電源和下載電路圖3.6按鍵電路設(shè)計(jì)利用按鍵，切換LED點(diǎn)陣顯示內(nèi)容。按鍵是電子系統(tǒng)中連接人類與機(jī)器十分常見的一種方式，也是連接人與系統(tǒng)重要的媒介。按鍵實(shí)際上是扮演者輸入信號(hào)的角色。按鍵被按下時(shí)，就等于使用者向單片機(jī)發(fā)出了一個(gè)命令，因而可以對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行一定的控制。通常而言，按鍵電路根據(jù)類別的不同分為獨(dú)立按鍵和矩陣按鍵。獨(dú)立按鍵接口比較簡單，軟件代碼難度不大，這種按鍵電路在輸入?yún)?shù)少的系統(tǒng)應(yīng)用較多。但是，矩陣按鍵就有些復(fù)雜了，通常在功能復(fù)雜、需輸入很多參數(shù)的系統(tǒng)中應(yīng)用。在鍵盤中按鍵數(shù)量較多時(shí)，為了減少I/O口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式。在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過一個(gè)按鍵加以連接。這樣，一個(gè)端口（如P1口）就可以構(gòu)成4*4=16個(gè)按鍵，比之直接將端口線用于鍵盤多出了一倍，而且線數(shù)越多，區(qū)別越明顯，比如再多加一條線就可以構(gòu)成20鍵的鍵盤，而直接用端口線則只能多出一鍵（9鍵）。由此可見，在需要的鍵數(shù)比較多時(shí)，采用矩陣法來做鍵盤是合理的在本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際功能以及軟件代碼難易程度，決定在本系統(tǒng)中選擇獨(dú)立按鍵。程序運(yùn)行過程中，單片機(jī)會(huì)對(duì)按鍵I/O口的高低電平做出判斷。單片機(jī)的PBIO口與系統(tǒng)按鍵連接，當(dāng)按鍵松開時(shí)，I/O端口將進(jìn)入高電平狀態(tài)，否則，則是低電平狀態(tài)。系統(tǒng)按鍵電路圖如下圖3-8：圖3-6鍵盤電路圖3.7系統(tǒng)總體電路 本文研究的點(diǎn)陣廣告屏系統(tǒng)利用STC89C52單片機(jī)作為系統(tǒng)的控制核心，電子顯示屏使用共陽的點(diǎn)陣模塊，大小為8*8，將多塊點(diǎn)陣模塊拼接在一起，共同組成了一個(gè)16*64大小的電子顯示屏，實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)“把握現(xiàn)在”的動(dòng)態(tài)顯示效果。系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)部分利用74HC595芯片和兩個(gè)移位寄存器74HC1138芯片共同組成，其中74HC1138芯片主要作用是點(diǎn)陣列掃描和點(diǎn)陣行掃描。系統(tǒng)的總體電路圖如下圖所示。圖3-5系統(tǒng)的總體電路圖3.8本章小結(jié)本章主要介紹了基于單片機(jī)的點(diǎn)陣廣告屏的相關(guān)硬件知識(shí)，主要包括單片機(jī)的引腳和發(fā)展歷史，以及復(fù)位電路結(jié)構(gòu)和晶振電路結(jié)構(gòu)，此外還介紹了點(diǎn)陣顯示器的相關(guān)知識(shí)。

第四章軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)軟件語言 在單片機(jī)開發(fā)語言中，常用的有匯編語言和C語言，二者在實(shí)際使用中各有優(yōu)劣，應(yīng)該根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際需求，合理選擇。匯編語言誕生歷史非常久遠(yuǎn)，它是一種面向機(jī)器的軟件語言，優(yōu)點(diǎn)就是可以直接控制系統(tǒng)處理器的硬件資源，并且命令執(zhí)行極其迅速，每條指令執(zhí)行時(shí)間也是固定的，特別在延時(shí)和定時(shí)方面，使用匯編語言非常高效。但匯編有著難以克服的固有缺陷，相對(duì)于C語言，匯編入門學(xué)習(xí)比較難，在語言結(jié)構(gòu)格式方面也很艱澀難懂，使得可讀性非常差。同時(shí)，在系統(tǒng)后期調(diào)試和修改的時(shí)候也比較麻煩，此外匯編編寫的軟件，難易移植，不利于軟件代碼的共享。 與匯編相比，單片機(jī)c語言作為一種高級(jí)編程語言，雖然在執(zhí)行效率方面沒有匯編高效，但單片機(jī)C語言在軟件結(jié)構(gòu)上邏輯性更強(qiáng)，結(jié)構(gòu)具有層次性，可讀性很強(qiáng)，加上C語言可移植，能夠大幅度加快系統(tǒng)開發(fā)速度和減少后期系統(tǒng)調(diào)試周期，這從側(cè)面也降低了系統(tǒng)開發(fā)成本。 隨著單片機(jī)的計(jì)算速度越來越快，人們?cè)絹碓疥P(guān)注系統(tǒng)的開發(fā)時(shí)間和后期調(diào)試修改的效率，如今單片機(jī)開發(fā)基本上都是使用C語言，并且C語言圖書資料豐富，學(xué)習(xí)入門簡單，本文所設(shè)計(jì)的廣告燈系統(tǒng)軟件編寫使用的C語言，C語言是一種高級(jí)語言，很容易理解，加上注釋之后，可以在很長時(shí)間之后，同樣能夠理解代碼，邏輯能力非常強(qiáng)，而且C語言可移植能力非常突出，這可以大大加快工程的開發(fā)進(jìn)度[15]。4.2點(diǎn)陣廣告屏系統(tǒng)程序流程圖對(duì)單片機(jī)控制的軟件設(shè)計(jì)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)[16]。因此，本章在建立系統(tǒng)各部分硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了各部分的軟件控制流程[17]。顯示驅(qū)動(dòng)程序首先進(jìn)入中斷模塊，給定時(shí)器賦初值，然后開始查詢當(dāng)前點(diǎn)亮的行號(hào)，并且把下一行的顯示數(shù)據(jù)從顯示緩存區(qū)內(nèi)讀取出來，經(jīng)過串口輸出發(fā)送到移位寄存器內(nèi)[18]。為了避免在切換顯示數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)生拖尾現(xiàn)象，因此，要提前關(guān)閉顯示屏[119]。等到顯示數(shù)據(jù)被輸出鎖存器鎖存后，再重新輸出新的行數(shù)據(jù)，并同時(shí)打開顯示[20]。軟件設(shè)計(jì)工作繁重，關(guān)聯(lián)因素多，需要采用條理化的思維，分階段、分步驟地完成具體工作，常規(guī)的工作流程可以概括如下： (1)基于系統(tǒng)的控制要求，選定算法。立足實(shí)際，詳細(xì)分析問題特征及解決問題的可行思路，以此為據(jù)，確定適配的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，選定具體的算法，在此基礎(chǔ)上，還能規(guī)劃好編程流程，甚至決定了編程的走向。 (2)根據(jù)算法建立流程圖。抽象的算法和解題步驟實(shí)際上是不便于理解的，因此，通常對(duì)它們進(jìn)行具象化操作，即轉(zhuǎn)變?yōu)槌绦蚩驁D、流程圖，從而更好地指導(dǎo)系統(tǒng)開發(fā)和軟件編程。 (3)編寫程序?；诮⑵鸬某绦蚩驁D，調(diào)用合適的指令集，通過邏輯組合和排列，就能夠得到一個(gè)可發(fā)揮功能的程序。結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的思想是，首先對(duì)會(huì)引用的控制結(jié)構(gòu)類程序進(jìn)行合理的約束，尤其是轉(zhuǎn)向語句的調(diào)用，這一操作能夠有效降低程序的復(fù)雜性，并保持程序的邏輯一致性，具體反映在前后順序和執(zhí)行步驟，由此對(duì)程序數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，能夠簡化程序讀取難度，有效規(guī)避程序出現(xiàn)邏輯問題，同時(shí)改善了程序的可維護(hù)性。在本次系統(tǒng)開發(fā)過程中，基于具體的控制目標(biāo)，本文軟件設(shè)計(jì)部分包括了主程序設(shè)計(jì)、刷卡程序設(shè)計(jì)、顯示子程序設(shè)計(jì)、初始化程序設(shè)計(jì)等幾個(gè)部分。顯示驅(qū)動(dòng)程序流程圖如圖4-1所示。圖4-1顯示驅(qū)動(dòng)程序流程圖4.3顯示屏刷新率的計(jì)算顯示驅(qū)動(dòng)程序在中端程序中首先應(yīng)該對(duì)定時(shí)器T0重新賦初值，以保證顯示屏刷新率的穩(wěn)定，16行掃描格式的顯示屏刷新率計(jì)算公式如下：刷新率（幀頻）=×（溢出率）=×（4.1）式（4.1）中：fosc—晶振頻率；t0—定時(shí)器T0初值（工作在16位定時(shí)器模式）。4.4本章小結(jié)本章節(jié)主要介紹了系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)部分，首先介紹了系統(tǒng)的軟件編碼語言，也即為C語言，比較了匯編語言和C語言的優(yōu)勢(shì)，然后開始詳細(xì)介紹了點(diǎn)陣廣告屏系統(tǒng)總體程序。通過本章的介紹，可以對(duì)點(diǎn)陣廣告屏系統(tǒng)的軟件更加深入的認(rèn)識(shí)，結(jié)合上一章介紹的硬件知識(shí)，能夠從整體上把握系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

第五章系統(tǒng)調(diào)試5.1調(diào)試步驟 首先閱讀相關(guān)資料和文獻(xiàn)，了解點(diǎn)陣廣告屏的發(fā)展背景以及文獻(xiàn)中各自不同方案的工作原理。通過對(duì)兩種不同的LED點(diǎn)陣軟件編程方式的對(duì)比，選擇一種典型的８*8點(diǎn)陣作為研究對(duì)象，共同組成128*64的點(diǎn)陣。硬件設(shè)計(jì)先利用杜邦線和焊錫連接好各硬件電路，使用電烙鐵將虛焊的位置重新焊接。然后利用KEIL4平臺(tái)，編寫系統(tǒng)軟件，由于系統(tǒng)使用的是C語言，很容易實(shí)現(xiàn)預(yù)期算法，整體軟件編寫好，將各個(gè)模塊的功能函數(shù)進(jìn)行編寫編譯和燒錄，最終使點(diǎn)陣廣告屏系統(tǒng)能夠達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。在電子器件的焊接與組裝過程中要注意一下七點(diǎn)：（1）在進(jìn)行組裝之前，一定要測(cè)試各個(gè)元器件是否有用，其值是否準(zhǔn)確，以避免后面測(cè)試出現(xiàn)可以避免的錯(cuò)誤。（2）組裝集成電路時(shí)，盡量保持其方向一致，以便能夠方便焊接，也更加清晰美觀。（3）要清楚的了解元器件的正負(fù)極，在組裝過程中把標(biāo)志放置顯眼的地方，以方便進(jìn)行焊接和測(cè)試檢查。如果不注意這些細(xì)節(jié)，可能導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗。（4）在組裝完成后，要把地線連接在一起形成一個(gè)公共點(diǎn)。（5）在焊接過程中，盡量把線整潔的排布，不從元器件上面經(jīng)過。也要養(yǎng)成良好的習(xí)慣，相同的極用相同顏色的線來引出，以方便在測(cè)試過程中對(duì)電路的檢查。（6）溫度在焊接過程中扮演很重要的角色，等上升到合適溫度以便元器件的引腳和焊盤出現(xiàn)金屬合金，焊接過程也應(yīng)該盡量保持整個(gè)板干凈整潔美觀。（7）焊接的時(shí)間也要掌握，時(shí)間過長，可能會(huì)導(dǎo)致元器件損壞，時(shí)間過短，焊接可能不牢固。原理圖設(shè)計(jì)好，元件封裝也選擇好以后，就該設(shè)計(jì)PCB文件了。點(diǎn)擊“文件”，“新建”選擇“PCB”，新建一個(gè)PCB文件，選擇保存，并且把該P(yáng)CB文件也拖到剛才新建的工程中，點(diǎn)擊“設(shè)計(jì)”，選擇上班第二項(xiàng)，分別點(diǎn)擊“生效更改”和“執(zhí)行更改”。如果原理圖有錯(cuò)誤，在執(zhí)行過程中軟件會(huì)報(bào)錯(cuò)，并且有提示，此時(shí)需要關(guān)閉該窗口，并且回到原理圖中找到錯(cuò)誤之處并且改正。沒有錯(cuò)誤的情況下，執(zhí)行更改以后，原理圖中的電路數(shù)據(jù)就會(huì)出現(xiàn)在PCB文件中。接下來就該設(shè)計(jì)板子元器件布局和走線了。PCB帶路板制作的步驟很多，每一步都需要小心、認(rèn)真，還需要很多設(shè)備配合：激光打印機(jī)、熱轉(zhuǎn)印機(jī)、臺(tái)鉆、切割機(jī)、腐蝕設(shè)備等，需要材料有：單面敷銅板、熱轉(zhuǎn)印紙、膠帶等。PCB文件繪制好以后，點(diǎn)擊“文件”選擇“頁面設(shè)置”點(diǎn)擊“高級(jí)”，選擇要打印的層，本次打印只需要打印BottomLayer，因此將其他層都刪掉。打印層選好以后，點(diǎn)擊“Preferences”彈出PCB打印設(shè)置，在“Colors&GrayScales”中找到BottomLayer，將其顏色選為黑色選擇好BottomLayer層的打印顏色以后，點(diǎn)擊“OK”保存確定，再點(diǎn)擊“OK”，在此打開“頁面設(shè)置”，在“縮放模式”中選擇“ScaledPrint”縮放比例系數(shù)選擇1。此時(shí)PCB底層打印的所有設(shè)置都設(shè)置好了。可以點(diǎn)擊下邊的“打印”按鈕直接打印，也可以點(diǎn)擊“預(yù)覽”按鈕看一下打印預(yù)覽。打印好以后，PCB文件打印工作到此結(jié)束。本文開發(fā)的基于單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)，在硬件設(shè)計(jì)中建立起繁雜多樣的電路，分布在數(shù)個(gè)功能模塊中，在電路焊接過程中可能導(dǎo)致電路損傷，而一旦造成電路損傷，不僅會(huì)導(dǎo)致電路功能失效，而且排查難度極大，幾乎可以斷定該硬件電路板就報(bào)廢了。在操作上，由于存在多個(gè)交接點(diǎn)，而電烙鐵頭處于高溫狀態(tài)，如若操作不慎就有可能導(dǎo)致電路燒損或者造成短路，這是硬件制作環(huán)節(jié)所重點(diǎn)注意的問題點(diǎn)。在準(zhǔn)備階段，考慮到硬件制作必須做到零失誤，因?yàn)槿绻霈F(xiàn)了操作失誤，就可能會(huì)導(dǎo)致全部制作成功失敗，并且推遲系統(tǒng)開發(fā)時(shí)間。所以，在焊接硬件電路之前，首先要做的是依據(jù)硬件設(shè)計(jì)結(jié)果完成各功能模塊的劃分，分別、獨(dú)立地完成各功能模塊的焊接，最大程度減少可能造成的整體損失，在出現(xiàn)問題后盡量尋求補(bǔ)救措施；之后，率先在Protel內(nèi)制作出硬件框架圖，確保沒有錯(cuò)誤之后，即可開始硬件制作工作，把一個(gè)個(gè)硬件構(gòu)件焊接至萬用板上。硬件調(diào)試中，首先要進(jìn)行的是排除電路中的元器件失效。元器件失效主要分兩種情況：一是元器件在焊接之前就已經(jīng)損壞，另外一個(gè)原因是在焊接過程中，由于某種失誤造成元器件損壞。因此，在購買存放元器件時(shí)，一定注意元器件的保存條件，避免高溫高濕度的環(huán)境，另外在焊接過程中，多多查看參考文檔，網(wǎng)絡(luò)資源，避免器件燒毀。5.2問題及解決思路 首先在選擇單片機(jī)編程語言方面，有匯編和C語言兩種，對(duì)于本系統(tǒng)來說，兩種軟件語言都可以完成系統(tǒng)功能，但考慮到軟件編程的難易程度，匯編較為難懂，也不太容易實(shí)現(xiàn)邏輯功能，決定放棄匯編語言，使用C語言進(jìn)行軟件編程。 在硬件焊接方面，主要問題包括看懂系統(tǒng)的原理圖，避免產(chǎn)生虛焊現(xiàn)象，在每次焊接完成后都通過萬用表檢測(cè)，避免虛焊現(xiàn)象。 軟件編程方面，利用KEIL4平臺(tái)，KEIL4平臺(tái)自帶軟件調(diào)試功能，在編寫延時(shí)函數(shù)時(shí)非常方便，所有軟件調(diào)試都是利用KEIL4平臺(tái)進(jìn)行的，最后在生成ｈｅｘ文件，下載到單片機(jī)中。選擇proteus和KeiluVision4像仿真器進(jìn)行調(diào)試，具體操作如下：將KeiluVision4軟件雙擊打開，創(chuàng)建新軟件工程。選擇“工程”選擇子菜單下的“新建工程”選項(xiàng)，然后輸入“重理工”畢業(yè)設(shè)計(jì)文件名，最后點(diǎn)擊保存。緊接著電腦屏幕彈出一個(gè)對(duì)話框，用鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊“是”，選擇AT89C51芯片項(xiàng)，然后窗口彈出“Target1”界面，并展開隱藏內(nèi)容，點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵選中SourceGroup1，然后點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵選擇“addfiletogroup“sourcegroup1”，源文件編寫工作完成。鼠標(biāo)點(diǎn)擊返回按鈕，然后點(diǎn)擊“sourcegroup1”隱藏內(nèi)容，即可查看源文件名稱。將新建文本保存為“.C”的格式，點(diǎn)擊運(yùn)行，查看程序是否存在異常，并予以修正，一切正常將其保存。程序調(diào)試界面參見圖5-1所示：點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵在菜單中選擇“flash”選項(xiàng)，并然后單擊“configurationflashtools”選項(xiàng)；電腦屏幕彈出一個(gè)對(duì)話框,然后選擇“output”，并單擊“Createhexfile”選項(xiàng)，進(jìn)而生成“文件名.hex”文件。圖5-1keil調(diào)試窗口

5.2系統(tǒng)硬件效果圖 系統(tǒng)上電后，按下藍(lán)色的通電開關(guān)，電子顯示屏使用共陽的點(diǎn)陣模塊，大小為8*8，將多塊點(diǎn)陣模塊拼接在一起，共同組成了一個(gè)128*64大小的電子顯示屏，利用萬用表，檢測(cè)電路是否連接正常。按下復(fù)位開關(guān)，程序開始執(zhí)行，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)“把握現(xiàn)在”的動(dòng)態(tài)顯示效果。系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)部分利用74HC595芯片和兩個(gè)移位寄存器74HC1138芯片共同組成，其中74HC1138芯片主要作用是點(diǎn)陣列掃描和點(diǎn)陣行掃描。程序仿真模擬測(cè)試達(dá)到預(yù)期目標(biāo)之后，需要對(duì)系統(tǒng)硬件進(jìn)行制作。電路板焊接過程中，首先進(jìn)行外圍電路的焊接，然后按照詳細(xì)的電路圖依次完成每一個(gè)模塊的制作，然后對(duì)其進(jìn)行分別測(cè)試。上述