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目录第一章 前言…………………………………………………………………………3第二章 单片机概述………………………………………………………………1单片机的定义……………………………………………………………………2单片机的发展方向…………………………………………………………3 单片机的应用……………………………………………………………………4 MCS-51简介………………………………………………………………………6第三章 单片机交通灯控制……………………………………………………………1 硬件电路……………………………………………………………………………1芯片选用……………………………………………………………………………1．2硬件电路图……………………………………………………73．1．3系统工作原理………………………………………………………………………2软件设计………………………………………………………………2．1 每秒钟的设定………………………………………………………2．2 计数器初值计算………………………………………………………2．3 综合计算………………………………………………………2．4 设定一秒的方法………………………………………………………2．5 程序设计………………………………………………………3 软件延时………………………………………………………4 时间及信号灯显示………………………………………………………5 程序………………………………………………………13第四章 总结……………………………………………………………………………12参考文献………………………………………………………………………………13致谢………………………………………………………………………………14第一章 前言城市交通是保持城市活力最主要的基础设施，是城市生活的动脉，制约着城市经济的发展。展望21世纪的城市交通事业，给我们提出了更高要求。发展多层次、立体化、智能化的交通体系，将是城市建设发展中普遍追求的目标。而发展大、中、低客运量相互匹配的多种形式相结合的客运交通工具，将是实现上述远景目标的一项重大技术决策措施。自改革开放以来，我国的城市规模和经济建设都有了飞速的发展7城市化进程在逐步加快，城市人口在急剧增加，大量流动人口涌进城市，人员出行和物资交流频繁，使城市交通面临着严峻的局势。当前，全国大中城市普遍存在着道路拥挤、车辆堵塞、交通秩序混乱的现象。如何解决城市交通问题已成为全社会关注的焦点和大众的迫切呼声。当今，红绿灯安装在各个交通要道上已经成为了缓解交通问题最常见、最根本、最有效的方法。交通灯的出现使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显的效果。单片机是一种集成的微型计算机，与微处理器相比，它可单独地完成现代工业控制所要求的智能化控制功能，它有唯一的、专门为嵌入式应用而设计的体系结构和指令系统。红绿灯的控制有PLC控制，单片机控制等方法，随着近年来单片机控制交通灯技术的成熟，单片机给交通带来了很大的便利。第二章 单片机概述二十世纪七十年代，微电子技术正处于发展阶段，集成电路属于中规模发展时期，各种新材料新工艺尚未成熟，单片机仍处在初级的发展阶段。1974年，美国研制出了世界第一台单片微型计算机F8，深受家用电器和仪器仪表领域的欢迎和重视，从此拉开了研制单片机的序幕。1单片机的定义所谓单片机，即把组成微型计算机的各个功能部件，如中央处理器（CPU）、随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、输入/输出接口电路（I/O口）、定时/计数器以及串行通信接口等集成在一块芯片中，构成一个完整的微型计算机。这些电路能在软件的控制下准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务。与微处理器相比，它可单独地完成现代工业控制所要求的智能化控制功能，它有唯一的、专门为嵌入式应用而设计的体系结构和指令系统这是单片机最大的特征。现代单片机加上了中端单元、定时单元及A/D转换电路等更复杂、更完善的电路，使得单片机的功能越来越强大，应用更广泛。因此可以把单片机理解为一个单芯片形态的微控制器。单片机是单芯片形态作为嵌入式应用的计算机，它有唯一的、专门为嵌入式应用而设计的体系结构和指令系统，加上它的芯片级体积的优点和在现场环境下可高速可靠地运行的特点，因此单片机又称为嵌入式微控制器。2单片机的发展方向单片机的发展趋势将是向着高性能化，大容量，小容量、低价格化及外围电路内装化等几个方面发展。（1）单片机的高性能化：主要是指进一步改进CPU的性能，加快指令运算的速度和提高系统控制的可靠性，并加强了位处理功能、中断和定时控制功能；采用流水线结构，指令以队列形式出现在CPU中，从而有很高的运算速度。（2）片内存储器大容量化：以往单片机的片内ROM为1到4KB，RAM为64到128B。因此在一些较复杂的应用系统中，存储器容量就显得不够，不得不外扩存储器。为了适应这种领域的要求，利用新工艺，将片内存储器的容量大幅度增加，不得不外扩存储器。为了适应这种领域的要求，利用新工艺，将片内存储器的容量大幅度增加，片内ROM可以达到12KB。（3）小容量、低价格化：与上述相反，小容量、低价格化的4位、8位单片机也是发展方向之一。这类单片机主要用于儿童玩具等较小规模的控制系统。（4）外围电路内装化：随着集成度的不断提高，有可能把众多的各种外围功能器件集成在片内。除了一般必须具备的CPU、RAM、ROM、定时/计数器等之外，片内集成的部件还有A/D、D/A转换器，DMA控制器，声音发生器，监视定时器，液晶显示驱动器，彩色电视机和录像机用的锁相电路等。（5）增强I/O接口功能：为了减少外部驱动芯片，进一步增加单片机并行口的驱动能力，现在有些单片机可直接输入大电流和高电压，以便直接驱动显示器。（6）加快I/O接口的传输速度：有些单片机设置了高速I/O接口，以便能以更快的速度触发外围设备，以更快的速度读取数据。3单片机的应用单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分为如下几个：在计算机网络和通信领域中的应用；在工业控制中的营运；在家用电器中的应用；在智能仪器仪表上的应用；在医用设备领域的应用；4 MCS-51简介MCS-51系列单片机在结构上基本相同，只是在个别模块和功能上有些区别。MCS-51单片机是在一块芯片中集成了一个8位CPU、128B RAM、4KB ROM、两个16位定时/计数器、32个可编程I/O口和一个可编程的全双工串行接口、五个中断源、一个片内振荡器等。中央处理器（CPU）：中央处理器是单片机的核心部分，是一个8位的中央处理单元，它对数据的处理是以字节为单位进行的，CPU主要由运算器、控制器和寄存器阵列组成。数据存储器（片内RAM）：数据存储器用于存放变化的数据。在8051单片机中，通常把控制与管理寄存器（简称为“专用寄存器”）在逻辑上划分在片内RAM中，因为其地址与RAM是连续的。8051单片机数据存储器的地址空间为256个RAM单元，但其中能作为数据存储器供用户使用的仅有前面128个，后128个被专用寄存器占用。程序存储器（片内ROM）：程序存储器用于存放程序和固定不变的常数、表格等。通常采用只读存储器，且其有多种类型。定时/计数器：定时/计数器用于实现定时和计数功能。8051单片机共有两个16位定时/计数器，8052单片机共有三个16位定时/计数器。并行I/O口：8051单片机共有四个8位的并行I/O(P0、P1、P2、P3)，每个口都由一个锁存器和一个驱动器组成。并行I/O口主要是用于实现与外部设备中数据的并行输入/输出，有些I/O口还具有其他功能。串行口：8051单片机有一个全双工异步串行口，用以实现单片机和其他具有相应接口的设备之间的异步串行数据传送。时钟电路：时钟电路的作用是产生单片机工作所需要的时钟脉冲序列。中断系统：中断系统的主要作用是对外部或内部的中断请求进行管理与处理。8051单片机的中断系统可以满足一般控制应用的需要：共有五个中断源，其中有两个外部中断源INT0和INT1、三个内部中断源（两个定时/计数器中断和一个串行口中断）；此外，8052单片机还增加了一个定时器2的中断源。第三章 交通灯单片机控制1 硬件电路3，1．1芯片选用：选用设备8031单片机一片，8255并行通用接口芯片一片，74LS07，MAX692“看门狗”一片，共阴极的七段数码管两个，双向晶闸管若干，7805三端稳压电源一个，红、黄、绿交通灯各两个，开关键盘、连线若干。1．2 硬件电路图：1．3 系统工作原理：开关键盘输入交通灯初始时间，通过8051单片机P1输入到系统。由8051单片机的定时器每秒钟通过P0口向8255的数据口传送信息，由8255的PA口显示红、绿、黄等的燃亮情况；由8255的PC口显示每个灯的燃亮时间。8051通过设置各个信号等的燃亮时间，通过8031设置，绿、红时间分别为60秒，80秒循环由8051的P0口向8255的数据口输出。通过8051单片机的P0位来控制系统的工作或设置初值，当牌位0就对系统进行初始化，为1系统就开始工作。红灯倒计时时间，当有车辆闯红灯时，启动蜂鸣器进行报警，3S后恢复正常。增加每次绿灯时间车流量检测的功能，并且通过查询P0端口的电平是否为低，开关按下为低电平，双位数码管显示车流量，直到下一次绿灯时间重新记入。绿灯时间倒计时完毕，重新循环。2 软件设计2．1每秒钟的设定：利用MCS-51内部定时器材溢出中断来确定1秒的时间。2．2 计数器初值计算：定时器工作时必须给计数器送计数器初值，这个值是送到TH和TL中的，他是以加法计数的，并能从全1到全0时自动产生溢出中断请求。因此，我们可以把计数器记满为零所需的计数值设定为C和计数初值设定为TC，即：TC=M-C；式中，M为计数器模值，该值和计数器工作方式有关，在方式0时M为213；在方式1时M的值为216；在方式2和3时为28。2．3 综合计算：T=（M-TC）T1 或者 TC=M-T/T1 式中T1是单片机时钟周期的12倍；TC为定时初值。这种方法在使用后悔超过计数器的最大定时间，所以再采用定时器和软件相结合的办法。2．4 设定一秒的方法：我们采用在主程序中设定一个初值为20的软件计数器和使T0定时50毫秒，这样每当T0到50毫秒时CPU就响应它的溢出中断请求，进入他的中断服务子程序，在中断子程序中，CPU先使软件计数器减1，然后判断它是否为零，为零表示1秒已到可以返回到输出时间显示程序。2．5 程序设计：主程序：定时器定时50毫秒，故T0工作于方式1，初值：TC=M-T/T1=216-50ms/1us=3CBOHORG 1000HSTART:MOV TMOD， #01H; 令T0为定时器方式1MOV TH0， #3CH; 装入定时器初值MOV TL0， #BOH;MOV IE， #82H; 开T0中断SEBT TR0; 启动T0计数器MOV R0， #14H; 软件计数器赋初值LOOP: SJMP S; 等待中断中断服务子程序：ORG 000BHAJMP BRT0ORG 00BHBRT0：DJNZ R0，NEXT AJMP TIME; 跳转到时间及信号灯显示子程序DJNZ:MOV R0，#14H; 恢复R0值MOV TH0，#3CH; 重装入定时器初值MOV TL0，#BOH;MOV IE， #82HRET1END3 软件延时MCS-51的工作频率为2-12MHZ，我们选用的8051单片机的工作频率为6MHX，机器周期与主频由关，机器周期是主频的12倍，所以一个机器周期的时间为12*（1/6M）=2us，我们可以知道具体每条指令的周期数，这样我们就可以通过指令的执行条数来确定1秒的时间。4时间及信号灯显示当定时器定时为1秒时，程序跳转到时间显示及信号灯显示子程序，它将依次显示信号灯时间，同时一直显示信号灯的颜色，这时在返回定时子程序定时一秒，在显示黄灯的下一个时间，这样依次把所有的灯色的时间显示完后再重新给时间计数器赋初值，重新进入循环。由于发光二极管为共阳极接法，输出端口为低电平，对应的二极管发光，所以可以用复位方法点亮红，绿，黄发光二极管。5 程序实现交通灯的交替控制及特殊情况（如急救车等）通过时 ，通过外中断实现：North_South_Red BIT P0North_South_Yellow BIT P1North_South_Green BIT P2East_West_Red BIT P3East_West_Yellow BIT P4East_West_Green BIT P5Scd EQU 30H ;秒ORG 0000HJMP STARTORG 0003HJMP INIT0ORG 000BHJMP TIME0交通灯交替工作时，红绿黄交替点亮： 红灯亮33秒钟后绿灯亮27秒，然后闪烁3秒，最后黄灯点亮三秒 ，循环。TIME0:MOV TH0，#30HMOV TL0，#0B0HINC 31HMOV A，31HN: CJNE A，#20，EXIT ;判断是否到一秒MOV 31H，#0INC ScdMOV A，ScdCJNE A，#27，NEXT1 ;判断绿灯是否到27sSETB F0JMP EXITNEXT1: MOV A，ScdCJNE A，#30，NEXT2 ;判断绿灯是否亮30sCLR F0MOV P1，#0EEHJMP EXITNEXT2:MOV A，ScdCJNE A，#33，NEXT3MOV P1，#0F3H ;初始化NEXT3:MOV A，ScdCJNE A，#60，NEXT4SETB 00HJMP EXITNEXT4: MOV A，ScdCJNE A，#63，NEXT5CLR 00HMOV P1，#0F5HJMP EXITNEXT5: MOV A，ScdCJNE A，#66，EXITMOV P1，#0DEHMOV Scd，#0EXIT: RETI外中断：东西方向出现特殊情况 时南北红灯亮，东西绿灯亮，延时10s。INIT0:PUSH PSWPUSH ACCCLR EAMOV R2，P1 ;保存数据MOV P1，#0F6HCALL DELLAY10SMOV P1，R2 ;恢复SETB EAPOP ACCPOP PSWRETI主程序：START:MOV Scd， #00HMOV 31H， #00HMOV P1， #0FFHCLR 00HCLR F0MOV TMOD， #01H ;设定定时器1MOV IE， #83H ;设定中断使能 定时器中断0、外部中断0和1MOV SP， #60HMOV TH0， #30HMOV TL0， #0B0HSETB TR0LOOP:JNB F0，N0CPL East_West_Green ;绿灯闪三秒CALL DELAY500MSJMP N1N0:JNB 00H，N1CPL North_South_Green ;绿灯闪三秒CALL DELAY500MSN1:JMP LOOP第四章 总结本系统实现了红、绿灯燃亮时间的功能，红绿灯循环点亮，倒计时剩5秒时黄灯闪烁警示。车辆闯红灯报警；绿灯时间可检测车流量并可通过双位数码管显示。系统不足之处不能控制车的左、右转、以及自动根据车流改变红绿灯时间等。这是由于本身地理位子以及车流量情况所定，如果有需要可以设计扩充原系统来实现。通过此次课题的研究，让我更加深入的了解了单片机的一些功能，对于单片机在日常生活中的运用有了更深层次的了解。在研究时也发现了自身对于单片机的不理解之处，并查看相关书籍等资料解决了不懂的问题。结合实际工作中的实践，和这次的毕业论文撰写，了解了很多也学到了很多。同时，对以前所学的专业知识，有了进一步的加深和巩固。参考文献[1] 张国锋单片机原理及应用[J]高等教育研究，8[2] 张毅坤单片微型计算机原理及运用，西安电子科技大学出版社，1998[3] 胡汉才单片机原理及其接口技术[M]北京:清华大学出版社，5[4] 胡乾斌单片机原理与应用[M]华中科技大学出版社2006[5] 张毅刚单片机原理及接口技术[M]哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社，1990[6] 雷丽文微机原理与接口技术，北京:电子工业出版社，2[7] 余锡存 曹国华单片机原理及接口技术，陕西:西安电子科技大学出版社，7致谢通过这段时间的研究设计学习，我学到了很多以前不知道的知识，并且在学习中培养了一种做事情一丝不苟的态度和耐心，为以后的工作打下了坚实的基础。在此我要向我们论文的指导老师表示衷心的感谢，可以让我通过这次机会系统学习了单片机的有关知识，并能具体结合实践生活完成交通灯的设计，他幽默，风趣，严谨的教学作风将是我学习的榜样。 
[1] 单片机控制电子喷油泵试验台的研究 寇雪芹 西北农林科技大学 [2] MCS-51单片机构建机器人的实践研究 张兵 华中师范大学 2006-05-01 [3] 单片机控制多功能信号发生器 江明 吉林大学 2004-09-01 硕士 [4] 基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究 王荣秀 重庆大学 [5] 基于单片机井下纠斜控制系统的研究 郑登科 武汉科技大学 [6] 基于M68HC08 MCU通用编程器的设计与实现 王艳春 合肥工业大学 2005-09-01 硕士 [7]基于ADμC841单片机的防爆软起动综合控制器的研究 牛鑫 重庆大学 2006-04-04 硕士 [8] 单片机控制技术在谷物干燥中的应用研究 王保利 西北农林科技大学 2003-05-01 硕士 [9] 阀控液压电梯单片机速度控制系统的研究 应秀华 浙江大学 2002-03-01 硕士 [10] 变频调速液压电梯单片机控制器的研究 苑海涛 浙江大学 2006-05-01 硕士
试题： A甲1025参赛试题： 点阵电子显示屏（A题）参赛学生：冯元伟 物理与微电子学院 关童 物理与微电子学院 田立志 材料学院包装工程 参赛学校：山东大学 指导老师：陈延俊 秦峰 王延伟 仪维2006年9月11日目 录第一部分 摘要 ……………………………………………………3第二部分 设计任务………………………………………………4 1基本要求…………………………………………………………4 2发挥部分………………………………………………………………4 3创新部分………………………………………………………………4 2．方案论证与比较………………………………………5 1 显示部分………………………………………………………………5 2 数字时钟………………………………………………………………5 3 温度采集部分…………………………………………………………6 4 芯片选择………………………………………………………………6 5 闹铃方式的选择………………………………………………………6 6 止闹方式的选择………………………………………………………6 7 串口通讯芯片的选择…………………………………………………6 总体方案………………………………………………7 1 工作原理………………………………………………………………7 2 总体设计………………………………………………………………7 4．系统硬件设计…………………………………………7 1 AT89S52单片机最小系统…………………………………………8 2 温度测量模块………………………………………………………8 3 时钟模块……………………………………………………………8 4 键盘模块……………………………………………………………9 5 LED点阵显示模块…………………………………………………10 6 电源的选择…………………………………………………………11 7 PC机通讯……………………………………………………………12 8 整体电路……………………………………………………………12 5．系统软件设计…………………………………………7 1 主程序流程…………………………………………………………13 2 扫描子程序…………………………………………………………14 3 时间程序……………………………………………………………15 4 PC机串口通讯程序…………………………………………………15 5 亮度调节程序………………………………………………………16 6 温度程序……………………………………………………………17 6．测试与结果分析……………………………………17 1 基本部分测试与分析………………………………………………17 2 发挥部分测试与分析………………………………………………18 3 创新部分测试与分析………………………………………………18 7．设计总结……………………………………………18 8．参考资料……………………………………………18附录……………………………………………………………18例程…………………………………………………………18摘要 LED大屏幕显示系统，以AT89S52单片机为核心，由键盘显示、录放音模块、光电开关、温度采集、定时闹铃、LED大屏幕显示等功能模块组成。基于题目基本要求，本系统对时间显示和大屏幕显示进行了重点设计。此外，扩展单片机外围接口、温度采集、非接触式止闹、滚动屏幕显示、语音报时等功能。本系统大部分功能由软件来实现，吸收了硬件软件化的思想，大部分功能通过软件来实现，使电路简单明了，系统稳定性大大提高。本系统不仅成功的实现了要求的基本功能，发挥部分也得到完全的实现，而且有一定的创新功能。 关键字：单片机 LED大屏幕 滚屏显示 Abstract This large LED display screen system ，based on chip microcomputer AT89S52，is composed by the following functional modules : keyboard displaying ，sound photoelectricity untouched switch，temperature gathering ，timing bell， According to the basic requirements of the subject ，our system stresses on the realization of time displaying and large screen displaying ，Furthermore ，we also extend the primary function ，adding new functions ，such as the single chip peripheral ports ，temperature gathering ，untouched ring-stop， scroll screen display， sound timing and so Adopting the idea of hardware-to-software， most of those functions are realized by softwares， which makes the electrocircuit more concise and the system more stable ，The design achieved and even exceeded all the required basic technical indexes Key words: chip microcomputer large screen display system scroll screen display1任务设计1 基本要求：设计并制作LED电子显示屏和控制器。1 自制一台简易16行*32列点阵显示的LED电子显示屏； 2 自制显示屏控制器，扩展键盘和相应的接口实现多功能显示控制，显示屏显示数字和字母亮度适中，应无闪烁。 3 显示屏通过按键切换显示数字和字母；4 显示屏能显示4组特定数字或者英文字母组成的句子，通过按键切换显示内容；5 能显示4组特定汉字组成的句子，通过按键切换显示内容。2发挥部分：1自制一台简易16行*64列点阵显示的LED电子显示屏；2 LED显示屏亮度连续可调。3 实现信息的左右滚屏显示，预存信息的定时循环显示；4 实现实时时间的显示，显示屏数字显示： 时∶分∶秒（例如 18∶38∶59）；5增大到10组（每组汉字8个或16个数字和字符）预存信息，信息具有掉电保护；6实现和PC机通讯，通过PC机串口直接对显示信息进行更新（须做PC机客户程序）；3 创新部分 1 室温的测量 2 定时闹铃 3 整点报时 4 非接触止闹 2、方案论证1 显示部分: 显示部分是本次设计最核心的部分，对于LED8*8点阵显示有以下两种方案： 方案一：静态显示，将一帧图像中的每一个二极管的状态分别用0 和1 表示，若为0 ，则表示L ED 无电流，即暗状态;若为1 则表示二极管被点亮。若给每一个发光二极管一个驱动电路，一幅画面输入以后，所有L ED 的状态保持到下一幅画。对于静态显示方式方式，所需的译码驱动装置很多，引线多而复杂，成本高，且可靠性也较低。 方案二：动态显示，对一幅画面进行分割，对组成画面的各部分分别显示，是动态显示方式。动态显示方式方式，可以避免静态显示的问题。但设计上如果处理不当，易造成亮度低，闪烁问题。因此合理的设计既应保证驱动电路易实现，又要保证图像稳定，无闪烁。动态显示采用多路复用技术的动态扫描显示方式， 复用的程度不是无限增加的， 因为利用动态扫描显示使我们看到一幅稳定画面的实质是利用了人眼的暂留效应和发光二极管发光时间的长短， 发光的亮度等因素 我们通过实验发现， 当扫描刷新频率(发光二极管的停闪频率) 为50Hz， 发光二极管导通时间≥1m s 时， 显示亮度较好， 无闪烁感。 鉴于上述原因， 我们采用方案二 2．数字时钟 数字时钟是本设计的重要的部分。根据需要，可利用两种方案实现。 方案一：本方案完全用软件实现数字时钟。原理为：在单片机内部存储器设三个字节分别存放时钟的时、分、秒信息。利用定时器与软件结合实现1秒定时中断，每产生一次中断，存储器内相应的秒值加1；若秒值达到60，则将其清零，并将相应的分字节值加1；若分值达到60，则清零分字节，并将时字节值加1；若时值达到24，则将时字节清零。该方案具有硬件电路简单的特点，但当单片机不上电，程序将不执行。且由于每次执行程序时，定时器都要重新赋初值，所以该时钟精度不高。 方案二：本方案采用Dallas公司的专用时钟芯片DS1302。该芯片内部采用石英晶体振荡器，其芯片精度不大于10ms/年，且具有完备的时钟闹钟功能，因此，可直接对其以用于显示或设置，使得软件编程相对简单。为保证时钟在电网电压不足或突然掉电等突发情况下仍能正常工作，芯片内部包含锂电池。当电网电压不足或突然掉电时，系统自动转换到内部锂电池供电系统。而且即使系统不上电，程序不执行时，锂电池也能保证芯片的正常运行，以备随时提供正确的时间。 基于时钟芯片的上述优点，本设计采用方案二完成数字时钟的功能。3 温度采集部分 能进行温度测量是本设计的创新部分，由于现在用品追求多样化，多功能化，所以我们决定给系统加上温度测量显示模块，方便人们的生活，使该设计具有人性化。 方案一：采用热敏电阻，可满足 40 摄氏度至 90 摄氏度测量范围，但热敏电阻精度、重复性、可靠性较差，对于检测小于 1 摄氏度的信号是不适用的。 方案二：采用温度传感器DS18B20。DS18B20可以满足从-55摄氏度到+125摄氏度测量范围，且DS18B20测量精度高，增值量为5摄氏度，在一秒内把温度转化成数字，测得的温度值的存储在两个八位的RAM中，单片机直接从中读出数据转换成十进制就是温度，使用方便。 基于DS18b20的以上优点，我们决定选取DS18b20来测量温度。4 芯片的选择 方案一：采取并口输入，占用大量I/O口资源 方案二：选取串口输入，使用较少。所以我们选用串口输入。串口输入我们可以选用芯片有74HC595、74LS164、TPIC6B595。但是74HC595和74LS164两种芯片必须加驱动才能驱动LED，而TI 公司的DMOS 器件TPIC6B595 ， 除具有TTL 和CMOS 器件中移位寄存器595 的逻辑功能外， 其最大的特点是驱动功率大， 可直接用作LED的驱动。 综合以上比较，我们选取TPIC6B595来驱动LED点阵。5 闹铃方式的选择 方案一：采用蜂鸣器闹铃，当到设定时间时，单片机向蜂鸣器送出高电平，蜂鸣器发生。采用蜂鸣器闹铃结构简单，控制方便，但是发出的闹铃声音单一。 方案二：采用录音放音芯片1420闹铃，先对录放音设备录入一段音乐，当到设定时间时，单片机控制录放音设备放音。采用录放音电路铃声可以自己预先设定一段自己喜欢的音乐，符合电器设备人性化的要求。且1420芯片可以分段录音，还具有语音报时功能。 基于录音放音芯片1420的以上优点，我们决定采用录放音设备闹铃。 6 止闹方式的选择 一般钟表都具有闹钟功能，到设定时间，便自动启动闹钟，发出音乐提醒人们，再由人按下止闹按钮停止闹钟工作。 一般每天只能设置一次闹钟、并要由人按下按钮止闹，使用不是很方便。 智能处理器应用可改变这种状况，一天可按自己需要设置闹钟的开关、多次闹钟设置并可用非接触方式止闹。 方案一：采取远程红外遥控止闹，遥控器发出特定红外信号时，单片机接受到信号，向发音设备发出停止信号止闹。红外遥控止闹控制距离远，但是价格昂贵，增加了制造成本。 方案二：采取光电传感器，当用一物体遮挡光电传感光电传感器向单片机接口送出一个低电平，单片机立即向发音设备发出停止信号止闹。光电传感器价格便宜，线路简单，易于控制。 基于以上比较我们决定采用光电传感器止闹。7 串口通讯芯片的选择 AT89S52串行口采用的是TTL电平，因此必须的有电平转换电路，可以选择1488，1489，MAX232A 方案一：采用1488或1489芯片实现电平转换，但在使用中发现这两种芯片可靠性不高，且需要正负12V电源，使用麻烦。 方案二：采用单电源电平转换芯片MAX232A可以使电路变得简单，可靠。 基于以上分析，我们选用方案二，选用芯片MAX232A8 电源模块 方案一：采用干电池作为LED点阵系统的电源，由于点阵系统耗电量较大，使用干电池需经常换电池，不符合节约型社会的要求。点阵系统要悬挂在墙上，电池总量大，使用会有较大安全隐患。 方案二：采用200W/5V直流稳压电源作为系统电源，不仅功率上可以满足系统需要，不需要更换电源，并且比较轻便，使用更加安全可靠 基于以上分析，我们决定采用方案二3、总体方案1 工作原理: 利用单片机AT89S52单片机作为本系统的中控模块。单片机可把由DS18B20、DS1302读来的数据利用软件来进行处理，从而把数据传输到显示模块，实现温度、日历的显示。点阵LED电子显示屏显示器为主要的显示模块，把单片机传来的数据显示出来，并且可以实现滚动显示。利用光电传感器来实现非接触止闹功能。在显示电路中，主要靠按键来实现各种显示要求的选择与切换。2 总体设计 设计总体框图如图14、系统硬件设计（单元电路设计及分析） 1 AT89S52单片机最小系统： 最小系统包括晶体振荡电路、复位开关和电源部分。图2为AT89S52单片机的最小系统。2 温度测量模块: 温度测量传感器采用DALLAS公司DS18B20的单总线数字化温度传感器，测温范围为-55℃~125℃，可编程为9位~12位A/D转换精度，测温分辨率达到0625℃，采用寄生电源工作方式， CPU只需一根口线便能与DS18B20通信，占用CPU口线少，可节省大量引线和逻辑电路。接口电路如图3所示。图3 DS18B20测量电路3 时钟模块 时钟模块采用DS1302芯片，DS1302 是DALLAS 公司推出的涓流充电时钟芯片内含有一个实时时钟/日历和31 字节静态RAM 通过简单的串行接口与单片机进行通信实时时钟/日历电路提供秒分时日日期月年的信息每月的天数和闰年的天数可自动调整时钟操作可通过AM/PM 指示决定采用24 或12 小时格式DS1302 与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信仅需用到三个口线1 RES 复位2 I/O 数据线3 SCLK串行时钟时钟/RAM 的读/写数据以一个字节或多达31 个字节的字符组方式通信DS1302 工作时功耗很低保持数据和时钟信息时功率小于1mW，其接线电路如图4 图4 时钟电路4 键盘模块 键盘、状态显示模块：为了使软件编程简单，本设计利用可编程芯片8255。接法如表1所示。PA口接按键，PC口则用于控制状态显示所用LED点阵。每个按键都通过一个10K的上拉电阻接电源+Vcc，按键的另一端接地。当有键按下时，与该键相连的PA口的相应位变为低电平，单片机检测到该变化后即转到相应的键处理程序，同时在程序中点亮LED点阵。模块电路如图5 LED显示模块 点阵数据串行输入， 器件为 移位寄存器TPIC6B595595， 门控和扫描信号常以16 点阵为一行进行并行处理。在点阵显示中以4×8个L ED 点阵构成一个L ED 显示单元， 采用行共阳列共阴的编排方式。其驱动分为行列两部分， 分别来自于行、列移位寄存器， 行数据是扫描数据， 16 行中每次只有一行被驱动， 采用逐行扫描方式， 列数据则为汉字的点阵码。。对于字符和图形显示也可以用点阵处理， 其显示原理和方法相同电路如图6 图6 LED显示电路6电源选择： 200W/5V的直流稳压电源更加安全电路图如图7图7 电源电路7 PC机通讯 MAX232是标准的串口通信接口，对于一般的双向通讯，只需要使用串行输入口RXD(第3脚)、串行输出TXD(第2脚)和地线（第7脚）。MAX232逻辑电平的规定如表 表 2 逻辑电平表逻辑值 电平幅值 (v) 0 3+~+15 1 3-~-15 图8 串口通讯8整体电路系统整体电路如下： 图9 整体电路5、系统软件设计1主程序如图2显示子程序流程如图 3 显示时间子程序流程如图12图12 时间子程序流程图4 与PC串口通讯程序5 LED亮度调节图 14 LED亮度调节6温度测量流程图如图15 图15 温度测量程序流程图6、测量及其结果分析1 基本部分测试与分析11 测试仪器： 秒表 、温度表、万用电表、WAVE仿真器12基本要求部分的测试与分析： （1）系统上电后，全屏点亮，没有暗点。接着显示时间。按“#”键后时扫描键盘，当有1~10键按下时，分别显示十段设定的数字、英文或汉字。 （2）显示时间时通过与秒表对比，测试的系统时间准确。 2 发挥部分测试与分析：(1) 当按下#后在按下进入亮度调节，按下“+”键时，亮度增加。按下“—”键时，亮度变弱。(2) 可以实现文字左右移动 (3) 按下“设置时间”键，观察到“钟表” 二极管点亮，此时可对时间进行设置。按下“时间设置“进入时调试，按“+”键时间加。在按下“切换”键时，进入分调整模式，按下“+”键，分增加。按下“选择”键时，分调整模式改为秒调整模式，按下“+”键秒增加。经测试该步可以很好的实现。调整时间完毕后，再按一下“闹钟设置”进入闹铃设置状态，按下“+”键设定“时”增加，在按下“选择”键进入分的设置，按下“+”键设定“分”增加。在按下“选择”键进入秒设置模式，按“+”键秒增加。(4)系统可以显示10组，每组8个汉字，完成要求 3 创新部分测试与分析（1）温度测量: 键盘切换现场环境温度显示：按“功能”键选择“温度”，将温度传感器和温度计放入不同的测试环境中进行测试，结果如表1所示。 表1 与标准温度计测量值比较表 温度计示值(摄氏度) 3 2 7 1 5 温度输出(摄氏度) 10 25 50 70 86 由测试知，数字钟的输出与温度计值基本上相等，误差不大于5度。(2) 当到设定时间时，开始访一段音乐，完成定时闹铃功能。(3)当用手遮挡光电传感器后，停止放音。手拿开后，不再放音，直到到设定时间。完成非接触止闹功能7、设计总结 全心准备了整整一个酷暑，9月8日我们终于拿到了试题，我们一致选择控制类题目A(LED点阵)，从基本方案的制定，在到硬件电路的选择，到制作电路制作，最后进行程序调试。在此期间我们遇到很多困难，几乎没有说过一次好觉，尽管很艰苦，但是我们各自分工，相互协作，一次又一次品尝到了解决问题的喜悦，最终完成了要求的全部功能，并加入了一些创新的部分。在竞赛中我们发现了自己知识的不足，通过四天三夜的奋斗，也可以说四天三夜的学习，我们学到了很多东西，最重要的是我们学会了一种精神————永不放弃。在以后的时间里面我们会用这种精神去学习，更上一层楼。8、参考资料 [1]《基于单片机结构的智能系统设计与实现》 沈红卫 编 电子工业出版社 [2]《单片机原理与接口技术》 黄惠媛 编 海洋出版社 [3]《单片机应用技术》 周平 伍云辉 编 电子科技大学出版社 [4]《8051单片机实践与应用》 吴金戌 沈金阳 郭庭吉 编 清华大学出版社 [5]《电子设计竞赛赛题解析》 黄正谨等编 东南大学出版社 附录：例：整屏四个字一起显示的程序SER EQU P0 ; TPIC6B595 第3脚OE EQU P1；TPIC6B595 第8脚RCK EQU P2；TPIC6B595 第12脚MR EQU P3；TPIC6B595 第9脚SRCLK EQU P4；TPIC6B595 第13脚ORG 0000HLJMP MAINORG 0100H;**************************主程序**********************************MAIN: MOV SP，#70HSETB OE MOV 2BH，#00HMOV 27H，#00HSTART: ;初始化寄存器RAM单元MOV R0， #30HMOV R1，#64H ;30H~6FH单元清零MOV A， #00HST: MOV @R0，A INC R0 DJNZ R1，ST;2Dh------寻址偏址 ;整屏四个字一起显示LOOP:MOV DPTR，#TAB;赋查表初值MOV R3，#56PLAY: MOV 2DH，#00H MOV 2FH，#10HGG: LCALL LINE16;扫描显示一次MOV 2DH，#00HDJNZ 2FH，GGMOV A，DPLCLR CADD A， #16MOV DPL ，AMOV A， DPHADDC A ，#00HMOV DPH， ADJNZ R3，PLAYSJMP STARTLINE16: MOV 2BH，#16;扫16行，2BH放后还剩几行FF: LCALL LINE1;扫描显示一行子程序DJNZ 2BH，FF;扫描行直到16行扫完再转RETLINE1:LCALL MSTR;将显示的内容移入内存单元 LCALL SEND;发送串口子程序 LCALL XH;选通行子程序 RETMSTR: ;显示内容移入内存单元 MOV R0，#30H MOV R4，#9 MOV A，2DH;BB: MOVC A，@A+DPTR MOV @R0，A INC R0 MOV A，2DH ADD A，#16;加16移到下一行 MOV 2DH，A DJNZ R4，BB MOV A，2DH SUBB A，#143 MOV 2DH，A RET;$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$发送数据到串口子程序$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$SEND:MOV R0，#30H MOV R5，#8 ;一行有8个字节，如每次显示字数不同要作相应改动 SETB OE SETB MR CLR SRCLK CLR RCK SETB P6 SETB P7LQ: CLR C MOV R2，#8 MOV A，@R0 ; CPL A ;TPIC6B595应该不用这一步 LCALL DD1;调用显示一个字节的子程序 INC R0;指向下一个显示单元 DJNZ R5，LQ RETDD1: CLR SRCLK;清串行CP端 RLC A; MOV SER，C SETB SRCLK ;触发串行CP端 DJNZ R2，DD1;每个字节移8次够了向下执行 RET;选通行子程序XH: CLR RCK ;将输出CP变成低电平为上升沿做准备 NOP SETB RCK CLR P6 ;CLR P7 MOV A，27H MOV P0，A CLR OE LCALL DE25MS INC A SETB OE SETB P6 MOV A，27H ANL A，#0F0H SWAP A ADD A，#01H SWAP A MOV 27H，A CLR MR SETB MR RETDE25MS: MOV R5，#09H DEL2: MOV R6，#0FH DEL3: MOV R7，#01H DJNZ R7，$ DJNZ R6，DEL3 DJNZ R5，DEL2 RETTAB:字库END
