LED显示屏控制系统设计 毕业设计.doc

东华理工大学长江学院毕业设计(论文) 摘要摘 要本文介绍了“基于PC机的LED显示屏控制系统”的设计。以单片机AT89C52为控制器的点阵LED显示屏控制系统。该系统采用RS-232通信标准，通过89C52的串行接口接收PC机的显示数据，经处理后控制LED显示屏的扫描显示。该系统采用了Intel公司的6116容量为2KSRAM存储器作为数据存储器。通过查阅大量文献资料并经过分析论证比较,在了解单片机的工作原理和相应的各种接口电路的基础上，选择了符合要求的最佳控制方案，然后根据方案，设计出了各部分的模块电路及整机电路。本文中给出了该控制系统的硬件设计要点。关键词：单片机 ；LED显示屏； SRAM存储器611634东华理工大学长江学院毕业设计(论文) ABSTRACTABSTRACTThis article describes the PC-based control system LED display design. AT89C52 single-chip controller to the dot matrix LED display control system. The system uses standard RS-232 communications through the serial interface 89C52 receive PC-display data by processing the scan control LED display screen. The system uses Intels 2KSRAM memory capacity of 6116 as a data memory. Through access to a large number of documents and analyzed through comparison, to understand the working principle of single-chip and the corresponding variety of interface circuits based on the choice of the optimal control to meet the requirements of the program, and then in accordance with the program design of the part of the whole circuit and the circuit module. In this paper, given the control system hardware design. . Key words: SCM; LED display; SRAM memory 6116东华理工大学长江学院毕业设计(论文) 目录目 录绪 论11.1 LED显示屏系统的概况11.2 LED显示屏控制技术状况21.2.1 串行传输与并行传输技术21.2.2 动态扫描与静态锁存技术21.2.3 自动检测及远程控制技术31.3 系统分析31.3.1 设计目标31.3.2 设计具体任务31.3.3 设计要求31.3.4 系统设计说明42 总体方案论证与设计62.1 控制系统62.2 LED驱动模块方案62.3 数据存储模块方案62.4 点阵信息提取方案72.5 总体硬件组成框图83 系统硬件设计93.1 LED驱动模块的硬件设计93.1.1 单片机AT89C52介绍93.1.2 振荡电路163.1.3 复位电路173.1.4 74 LS154芯片介绍183.1.5 74HC595芯片介绍183.1.6 驱动电路的设计203.2 数据存储电路设计213.3 PC机通信模块的设计223.4 主电路原理图234 系统的软件设计25结 论26致 谢27参考文献28附录一 字模信息的提取及串行中断软件流程图29附录二 右翻滚及动态翻屏程序设计流程图30 东华理工大学长江学院毕业设计(论文) 绪论绪 论LED电子显示屏是随着计算机及相关的微电子光电子技术的迅猛发展而形成的一种新型信息显示媒体。它利用发光二极管构成的点阵模块或像素单元组成可变面积的显示屏幕，以可靠性高、使用寿命长、环境适应能力强、性能价格比高、使用成本低等特点，在短短的十来年中，迅速成长为平板显示的主流产品，在信息显示领域得到了广泛的应用。从LED显示屏的发展过程来看，首先出现的是以显示短小文字信息为主的条形图文显示屏，继而开发出LED图像显示屏，它使具有灰度级的图像能够在公共场合进行展示，成为当时一大景观。随着计算机技术和半导体技术的发展，把计算机技术和先进的半导体技术连接起来，使LED大屏幕显示系统成为集计算机控制技术、视频技术、光电子技术、数字图象处理技术为一体的显示设备。它已成为既可以播放来自于计算机的动态视频信息，也可以播放来自存储设备的静态图像的综合的多功能的大型显示设备。全彩色视频显示屏把LED显示屏的地位提升到一个全新的高度，达到了其它类型显示屏难以匹敌的水平。1.1 LED显示屏系统的概况自从1907年 H.J.Round发现了金刚砂晶体通电后可以发光的现象，至今已经将近一个世纪了。到1923年O.W.Lessew观察到碳化硅的PN结具有单向导电性和发光现象，也有七十多年了。一直到1955年前后才在半导体理论和发光现象的研究方面取得了突破性的进展，一方面H.J.Haynes提出了有关半导体锗的PN结研究报告；另一方面G.A.Wolff研究了磷化镓的发光现象。所有这些研究都为此后发光二极管(Light Emetting Diode)的研究与制造奠定了理论基础。至1968年美国Monsanto公司和HP公司首先生产出红色LED发光灯，使LED正式成为一种电子产品进入市场。此后LED的工业化生产速度不断加快，规模不断扩大，品质不断提升，在制造工艺、亮度、效率、色彩等方面都取得了实用化的进展，使LED成为电光器件的主流产品之。LED器件的种类繁多。早期LED产品是单个的发光灯；随着数字化设备的出现，LED数码管和字符管得到了广泛的应用；LED显示屏的出现，适应了信息化社会发展的需要，成为大众传媒的重要工具。LED发光灯可以分为单色发光灯、双色发光灯、三色发光灯、面发光灯、闪烁发光灯、电压型发光灯等多种类型。按照发光强度又可分为普通亮度发光灯、高亮度发光灯、超高亮度发光灯等。这种单个的发光灯适宜用做指示灯，如电源指示、电路状态指示等，进而对能够转变成电信号的各种物理量进行指示。也可以用多个LED发光灯组成固定的字符或图形进行显示，如大型剧场会堂的出入口及洗手间的显示。LED应用领域的不断扩大，要求生产更直接更方便的LED显示器件。因而出现了数码管、字符管、电平管等多种LED显示器。各种显示器的核心部件仍然是发光半导体芯片，只不过各种显示器的结构不同，以适应不同的应用需要。各种LED显示器的基本结构也是类似的，区别大多在于发光器件的数量、排列等方面的不同。用多个LED发光灯组成的点阵，通过各个发光灯通断的不同组合，可以显示任意图形文字，是构成LED显示屏的基本单元组件。点阵可以采用44、88、1616等多种结构形式，用以满足不同应用场合的需要1。LED发光器件在发光强度、色彩、响应速度、耗电量、可靠性、寿命以及抗恶劣环境等方面具有综合优势，使其成为发布公众信息的主要工具。正是由于LED显示屏具有良好的综合性能，因此自20世纪80年代后期以来，得到了迅速的发展。1.2 LED显示屏控制技术状况显示屏的控制系统包括输入接口电路、信号控制、转换和数字化处理电路及输出接口电路等，涉及的具体技术很多，其关键技术包括串行传输与并行传输技术、动态扫描与静态锁存技术、自动检测及远程控制技术等。1.2.1 串行传输与并行传输技术LED显示屏的数据传输方式主要有串行和并行两种。日前普遍采用串行控制技术，显示屏每个单元内部的不同驱动电路和各级联单元之间，每个时钟仅传送一位数据。采用这种方式的驱动IC种类较多，不同显示单元之间的联线较少，可减少显示单元的数据传输驱动元件，从而提高整个系统的可靠性和性价比，具体工程实现也较为容易。1.2.2 动态扫描与静态锁存技术LED显示屏控制系统实现显示信息的刷新技术有动态扫描和静态锁存两种方式。一般室内显示屏多采用动态扫描技术，即一行发光二极管共用一行驱动寄存器，根据共用一行驱动寄存器的发光二极管像素数目，分为1/4,1/16扫描等。室外显示屏基本上采用静态锁存技术，即每一个发光一极管都对应有一个驱动寄存器，无需时分工作，从而保证了每一个发光一极管的亮度占空比为100%。动态扫描法可以大大减少控制器的I/O口，因此应用较广。1.2.3 自动检测及远程控制技术LED显示屏的构成复杂，特别是室外显示屏，供电、环境亮度、环境温度条件等都直接影响显示屏的正常运行。在LED显示屏的控制系统中，因根据需要对温度、亮度、电源等进行自动检测控制，也可根据需要，远程实现对显示屏的亮度、色度调节、图像水平和垂直位置的调节以及工作方式的转换等。1.3 系统分析1.3.1 设计目标：1）控制系统具有动态汉字显示的功能，可以显示任意汉字并通过上位计算机进行修改；2）汉字可以实现上、下、左、右翻转的功能，LED显示屏闪烁频率不低于50Hz，显示屏亮度以在正常光照条件下能看清汉字；3）控制系统中必须具备RS232接口以及相应的驱动软件，以满通过RS232串行异步通信进行LED显示屏与上位机程序的连接；4）提供上位机通信程序用于对LED显示屏输入需要的汉字。1.3.2 设计具体任务： 1）总体方案设计2）单元电路、整机电路设计3）元器件、芯片的选择4）上位机和下位机软件的设计1.3.3 设计要求：1）控制系统自带稳压电源，工作时直接使用220V市电；2）单片机采用AT89C52；3）LED显示屏采用高亮度3.5的168点阵，共32片组成；4）采用总线驱动方式，自带可扩展字符库；5）控制系统中备有RS232异步串行通信口。1.3.4 系统设计说明本文所设计的是一个同等灰度的单色条形显示屏控制系统，该控制系统以AT89C52为控制器，采用RS-232通信标准，可同时显示32个168点阵的汉字字符或数字。目前大多数的LED点阵显示系统自带字库。其显示和动态效果（主要是显示内容的滚动）的实现主要依靠硬件扫描驱动，该方法虽然比较方便，但显示只能按照预先的设计进行。而实际上经常会遇到一些特殊要求的动态显示，比如电梯运行中指示箭头的上下移动、某些智能仪表幅值的条形显示、广告中厂家的商标显示等。这时一般的显示系统就很难达到要求。另外，由于受到存储器本身的局限，其特殊字符或图案也往往难以显示，同时显示内容也不能随意更改。本文提出一种利用PC机和单片机控制的LED显示系统通讯方法。该方法可以对显示内容（包括汉字和特殊图符）进行实时控制，从而实现显示方式有动态翻屏和动态滚动。显示屏控制系统由显示控制器和LED点阵显示屏组成。控制系统的逻辑结构框图见。LED点阵模块AT89C52控制板及驱动电路可扩展字库RS232接口LED板控制板计算机文字输入程序AT89C52控制板及驱动电路 图1-1从图1-1中可以很清楚的看到本系统主要有三个部分组成：计算机、控制板、LED板。计算机是用户与系统的交互平台。计算机的连接对象是控制板，完成数据的处理及信息的传输。它们主要是单向的控制和通信，既PC控制板。控制板是本系统的核心部件。一是完成对上位机通信，来获得控制和显示信息；二是完成对显示板的显示的控制。LED板作为显示系统的最终实现部件，其只受控制板控制东华理工大学长江学院毕业设计(论文) 总体方案论证与设计2 总体方案论证与设计为使该模块化LED显示屏控制系统具有更加方便和灵活性，我们对系统的硬件做了精心设计。硬件电路包括LED驱动模块、数据存储模块、PC机通信模块等三大模块。2.1 控制系统LED点阵电子显示屏的设计一般有两种方案：方案一：采用可编程逻辑器件作为核心控制器产生LED点阵的行、列驱动信号。由于该系统不仅要实现信息的显示，还要具备键盘控制器、显示亮度连续可调、实时时钟显示、与PC机通讯等功能及其他发挥功能，这就要求需要用中大规模的PLD，设计多个接口电路，开发周期长，不易进一步扩展，同时系统的成本会急剧上升（相对于第二种方案）。因此，本设计并未采用这种方案。方案二：采用单片机系统来实现。AT89C52单片机具有丰富的资源，而且数据处理速度快，除了单片机最小系统电路外还包括有电源电路、振荡电路、复位电路等，体积小，可靠性高。本系统的设计采用单片机系统及相应软件，主要负责存储（或生成）显示数据，安排控制信号的定时与顺序，上位机进行通信等。这样提供了充足的内部空间和更多的外部接口，极大地缩短了总体设计和制造的时间。2.2 LED驱动模块方案方案一：采用静态锁存方式，将每一个LED发光管的一端接至单片机的一个I/O口，另一端通过电阻接电源。这种方法可以直接驱动LED，原理简单，驱动能力强，LED的亮度也可以通过限流电阻调节，非常方便，但此种方法太浪费单片机的I/O口，只适合于较小的系统。方案二：采用动态扫描方式，通过三极管驱动并联在一起的LED发光管的一端(共阴或共2端)，LED发光管的另一脚接通用I/O口，控制其亮灭。该方法能驱动较多的LED，控制方式较灵活，而且节省单片机的资源。比较以上两种方案，系统设计中采用方案二。2.3 数据存储模块方案方案一：采用静态RAM存储显示屏的显示内容，静态数据存储器具有存储容量大，传输速度快等优点。在单片机系统中用于存放可随时修改的数据,只要电源加上,所存信息就能可靠保存。方案二：采用ROM芯片存储LED显示屏要显示的信息，采用ROM芯片可以长时间的存储信息，一旦写入之后就不能随意更改，特别是不能在程序运行过程中写入新的内容，而只能读存储单元内容比较以上两种种方案，方案一有明显的优点，因此选者方案一。2.4 点阵信息提取方案要用LED点阵来显示数字、字母和汉字等信息，首先要能够提取出其字模数据，即一个168的点阵数字、字母的字模数据共有16个字节，一个1616的点阵汉字的字模数据共有32个字节。首先要确定点阵信息提取方案。方案一：固定汉字显示，就是将要显示的语句中全部汉字的字母数据依次提取出来，按顺序存放在存储器中，当有显示任务时，直接取出字模数据送至显示器即可。这种方法占用空间少，程序实现简单，显示速度快。本系统中对10组预存信息的点阵信息的提取和存储就是采用这种方案。但是，要想显示大量的汉字信息或直接对显示信息进行更新，则几乎是不可能的事。因此，要实现这样的功能就要采用第二种方案。方案二：将标准的点阵信息字模数据的字库文件（本系统中采用汉字库文件HZK16、ASCII码库文件ASC16）装入外扩ROM存储器，采用与PC机相同的编码（机内码），先进行基于PC机的预处理，提取需显示内容的机内码，通过串口发给单片机，单片机首先进行判断，若是ASCII码，则直接计算出起始地址，在ASC16文件中指定位置取出连续的16个字节即为其字模信息；若为汉字，单片机将机内码转换为区码和位码，再计算出起始地址，在HZK16文件中指定位置取出连续的32个字节即为其字模信息，然后送到显示器去显示。另外，PC机与单片机之间串口通信只是传输机内码，而不是传输字模信息，传输信息量小，不需要复杂的通信协议。这样既可以减轻单片机的负担，而且可以根据要求随时改变显示内容，非常简单灵活。2.5 总体硬件组成框图上位PC机数据存储器AT89C5232块168点阵显示屏74HC595移位传送74LS154行扫描图 2-1除单片机AT89C52外，显示屏控制器的硬件电路部分由两个电路部分组成：外部数据存储器的扩展，串行通信接口。控制器采用AT89C52作为中央处理器，完成与PC机的通信，实现对显示屏显示数据的控制。数据存储器使用一片SRAM6116，可以用于存储汉字的点阵库。控制器与计算机的连接根据通信距离的远近选用RS-232标准总线接口。东华理工大学长江学院毕业设计(论文) 系统硬件设计3 系统硬件设计为使该模块化LED显示屏控制系统具有更加方便和灵活性，我们对系统的硬件做了精心设计。硬件电路包括LED驱动模块、数据存储模块、PC机通信模块等三大模块。3.1 LED驱动模块的硬件设计LED驱动模块是LED显示屏设计的关键部分，驱动电路设计的好坏直接关系到LED显示屏的亮度、稳定度等重要指标。本次设计中LED的驱动是采用三极管和74LS154实现的。本LED点阵屏采用动态扫描的方式显示，即逐行扫描，工作时先将一行点阵字模通过列驱动输出，然后运用译码器选中对应行，使该行得以显示，接着再送下一行数据，再选中下一行有效，直到16行全被扫描一遍。至此，一幅完整的文字信息就显现出来。然后在反复扫描这16行直至显示新的信息。采用这种方式的优点是耗电少，成本低，寿命长，但是也存在显示亮度及内容显示稳定的问题。根据视觉滞留原理，根据视觉滞留原理，每屏的完整的显示时间应控制在20ms之内，即50Hz，人眼看上去才不会觉得闪烁。行信号的处理是由四十六译码器74LS154，输出为高。列信号的处理列信号的处理主要由8片8位带锁存的串入并出移位寄存器74HC595来完成。3.1.1 单片机AT89C52介绍AT89C52是51系列单片机的一个型号，它是ATMEL公司生产的。AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。AT89C52主要功能特性： 兼容MCS51指令系统 8k可反复擦写(1000次）Flash ROM 32个双向I/O口 256x8bit内部RAM 3个16位可编程定时/计数器中断 时钟频率0-24MHz 2个串行中断 可编程UART串行通道 2个外部中断源 共6个中断源 2个读写中断口线 3级加密位 低功耗空闲和掉电模式 软件设置睡眠和唤醒功能 AT89C52各引脚功能及管脚电压概述：AT89C52为40 脚双列直插封装的8 位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的89c52 相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC 内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。主要管脚有：XTAL1（19 脚）和XTAL2（18 脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz 晶振。RST/Vpd（9 脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC（40 脚）和VSS（20 脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。P0P3 为可编程通用I/O 脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0 端口（3239 脚）被定义为N1 功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13 脚定义为IR输入端，10 脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分别连接N1的SDAS（18脚）和SCLS（19脚）端口，12 脚、27 脚及28 脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU 的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。P0 口：P0 口是一组8 位漏极开路型双向I/O 口， 也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8 个TTL逻辑门电路，对端口P0 写“1”时，可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8 位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在Flash 编程时，P0 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1 口：P1 是一个带内部上拉电阻的8 位双向I/O 口， P1 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL 逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。与AT89C51 不同之处是，P1.0 和P1.1 还可分别作为定时/计数器2 的外部计数输入（P1.0/T2）和输入（P1.1/T2EX）。表3-1为 P1.0和P1.1的第二功能图表：表3-1 引脚号功能特性P1.0T2，时钟输出P1.1T2EX（定时/计数器2）P2 口：P2 是一个带有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL逻辑门电路。对端口P2 写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。在访问外部程序存储器或16 位地址的外部数据存储器时，P2 口送出高8 位地址数据。在访问8 位地址的外部数据存储器时，P2 口输出P2 锁存器的内容。Flash 编程或校验时，P2亦接收高位地址和一些控制信号。P3 口：P3 口是一组带有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口。P3 口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL 逻辑门电路。对P3 口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的P3 口将用上拉电阻输出电流（IIL）。P3 口除了作为一般的I/O 口线外，更重要的用途是它的第二功能P3 口还接收一些用于Flash 闪速存储器编程和程序校验的控制信号。RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。ALE/PROG： 当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8 位字节。一般情况下，ALE 仍以时钟振荡频率的1/6 输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE 脉冲。对Flash 存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH 单元的D0 位置位，可禁止ALE 操作。该位置位后，只有一条MOVX 和MOVC指令才能将ALE 激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE 禁止位无效。PSEN：程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52 由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN 有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。EA/VPP：外部访问允许。欲使CPU 仅访问外部程序存储器（地址为0000HFFFFH），EA 端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1 被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接Vcc端），CPU 则执行内部程序存储器中的指令。Flash 存储器编程时，该引脚加上+12V 的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V 编程电压Vpp。XTAL1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。特殊功能寄存器：AT89C52 片内存储器中，80H-FFH 共128 个单元为特殊功能寄存器（SFE），SFR 的地址空间映象如表2 所示。非所有的地址都被定义，从80HFFH 共128 个字节只有一部分被定义，还有相当一部分没有定义。对没有定义的单元读写将是无效的，读出的数值将不确定，而写入的数据也将丢失。不应将数据“1”写入未定义的单元，由于这些单元在将来的产品中可能赋予新的功能，在这种情况下，复位后这些单元数值总是“0”。AT89C52除了与AT89C51所有的定时/计数器0 和定时/计数器1 外，还增加了一个定时/计数器2。定时/计数器2 的控制和状态位位于T2CON，SMOD，寄存器对（RCAO2H、RCAP2L）是定时器2 在16 位捕获方式或16 位自动重装载方式下的捕获/自动重装载寄存器。数据存储器：AT89C52 有256 个字节的内部RAM，80H-FFH 高128 个字节与特殊功能寄存器（SFR）地址是重叠的，也就是高128字节的RAM 和特殊功能寄存器的地址是相同的，但物理上它们是分开的。当一条指令访问7FH 以上的内部地址单元时，指令中使用的寻址方式是不同的，也即寻址方式决定是访问高128 字节RAM 还是访问特殊功能寄存器。如果指令是直接寻址方式则为访问特殊功能寄存器。定时器2：定时器2 是一个16 位定时/计数器。它既可当定时器使用，也可作为外部事件计数器使用，其工作方式由特殊功能寄存器T2CON的C/T2 位选择。定时器2 有三种工作方式：捕获方式，自动重装载（向上或向下计数）方式和波特率发生器方式，工作方式由T2CON 的控制位来选择。定时器2 由两个8 位寄存器TH2 和TL2 组成，在定时器工作方式中，每个机器周期TL2 寄存器的值加1，由于一个机器周期由12 个振荡时钟构成，因此，计数速率为振荡频率的1/12。在计数工作方式时，当T2 引脚上外部输入信号产生由1 至0 的下降沿时，寄存器的值加1，在这种工作方式下，每个机器周期的5SP2 期间，对外部输入进行采样。若在第一个机器周期中采到的值为1，而在下一个机器周期中采到的值为0，则在紧跟着的下一个周期的S3P1 期间寄存器加1。由于识别1 至0 的跳变需要2 个机器周期（24 个振荡周期），因此，最高计数速率为振荡频率的1/24。为确保采样的正确性，要求输入的电平在变化前至少保持一个完整周期的时间，以保证输入信号至少被采样一次。捕获方式：在捕获方式下，通过T2CON 控制位EXEN2 来选择两种方式。如果EXEN2=0，定时器2 是一个16 位定时器或计数器，数溢出时，对T2CON 的溢出标志TF2 置位，同时激活中断。如果EXEN2=1，定时器2 完成相同的操作，而当T2EX 引脚外部输入信号发生1 至0 负跳变时，也出现TH2 和TL2 中的值分别被捕获到RCAP2H 和RCAP2L 中。另外，T2EX 引脚信号的跳变使得T2CON 中的EXF2 置位，与TF2 相仿，EXF2 也会激活中断。自动重装载（向上或向下计数器）方式：当定时器2工作于16位自动重装载方式时，能对其编程为向上或向下计数方式，这个功能可通过特殊功能寄存器T2CON的DCEN 位（允许向下计数）来选择的。复位时，DCEN 位置“0”，定时器2 默认设置为向上计数。当DCEN置位时，定时器2 既可向上计数也可向下计数，这取决于T2EX 引脚的值，当DCEN=0 时，定时器2 自动设置为向上计数，在这种方式下，T2CON 中的EXEN2 控制位有两种选择，若EXEN2=0，定时器2 为向上计数至0FFFFH 溢出，置位TF2 激活中断，同时把16 位计数寄存器RCAP2H 和RCAP2L重装载，RCAP2H 和RCAP2L 的值可由软件预置。若EXEN2=1，定时器2 的16 位重装载由溢出或外部输入端T2EX 从1 至0 的下降沿触发。这个脉冲使EXF2 置位，如果中断允许，同样产生中断。定时器2 的中断入口地址是：002BH 0032H 。当DCEN=1 时，允许定时器2 向上或向下计数，这种方式下，T2EX 引脚控制计数器方向。T2EX 引脚为逻辑“1”时，定时器向上计数，当计数0FFFFH 向上溢出时，置位TF2，同时把16 位计数寄存器RCAP2H 和RCAP2L 重装载到TH2 和TL2 中。 T2EX 引脚为逻辑“0”时，定时器2 向下计数，当TH2 和TL2 中的数值等于RCAP2H 和RCAP2L中的值时，计数溢出，置位TF2，同时将0FFFFH 数值重新装入定时寄存器中。当定时/计数器2 向上溢出或向下溢出时，置位EXF2 位。波特率发生器：当T2CON中的TCLK 和RCLK 置位时，定时/计数器作为波特率发生器使用。如果定时/计数器2 作为发送器或接收器，其发送和接收的波特率可以是不同的，定时器1 用于其它功能，若RCLK 和TCLK 置位，则定时器2工作于波特率发生器方式。波特率发生器的方式与自动重装载方式相仿，在此方式下，TH2 翻转使定时器2 的寄存器用RCAP2H 和RCAP2L 中的16位数值重新装载，该数值由软件设置。在方式1 和方式3 中，波特率由定时器2 的溢出速率根据下式确定：方式1和3的波特率=定时器的溢出率/16定时器既能工作于定时方式也能工作于计数方式，在大多数的应用中，是工作在定时方式（C/T2=0）。定时器2 作为波特率发生器时，与作为定时器的操作是不同的，通常作为定时器时，在每个机器周期（1/12 振荡频率）寄存器的值加1，而作为波特率发生器使用时，在每个状态时间（1/2 振荡频率）寄存器的值加1。波特率的计算公式见式（3-1）方式1和3的波特率=振荡频率/32*65536-(RCP2H,RCP2L) (3-1)式中（RCAP2H，RCAP2L）是RCAP2H 和RCAP2L中的16 位无符号数。定时器2 作为波特率发生器使用的电路。T2CON 中的RCLK 或TCLK=1 时，波特率工作方式才有效。在波特率发生器工作方式中，TH2 翻转不能使TF2 置位，故而不产生中断。但若EXEN2 置位，且T2EX 端产生由1 至0 的负跳变，则会使EXF2 置位，此时并不能将（RCAP2H，RCAP2L）的内容重新装入TH2 和TL2 中。所以，当定时器2 作为波特率发生器使用时，T2EX 可作为附加的外部中断源来使用。然而，对RCAP2 则可读而不可写，因为写入操作将是重新装载，写入操作可能令写和/或重装载出错。在访问定时器2或RCAP2 寄存器之前，应将定时器关闭。可编程时钟输出：定时器2 可通过编程从P1.0 输出一个占空比为50%的时钟信号， P1.0 引脚除了是一个标准的I/O 口外，还可以通过编程使其作为定时/计数器2 的外部时钟输入和输出占空比50%的时钟脉冲。当时钟振荡频率为16MHz 时，输出时钟频率范围为61Hz4MHz。当设置定时/计数器2 为时钟发生器时，C/T2（T2CON .1）=0，T2OE （T2MOD.1） =1，必须由TR2（T2CON.2）启动或停止定时器。时钟输出频率取决于振荡频率和定时器2 捕获寄存器（RCAP2H，RCAP2L）的重新装载值，公式如下3-2：输出时钟频率=振荡器频率/4*65536-(RCP2H,RCP2L) (3-2)在时钟输出方式下，定时器2 的翻转不会产生中断，这个特性与作为波特率发生器使用时相仿。定时器2 作为波特率发生器使用时，还可作为时钟发生器使用，但需要注意的是波特率和时钟输出频率不能分开确定，这是因为它们同使用RCAP2L和RCAP2L。中断：AT89C52 共有6 个中断向量：两个外中断（INT0 和INT1），3 个定时器中断（定时器0、1、2）和串行口中断。所有这些中断源可通过分别设置专用寄存器IE 的置位或清0 来控制每一个中断的允许或禁止。IE 也有一个总禁止位EA，它能控制所有中断的允许或禁止。 AT89C52中IE.5 是保留位。程序员不应将“1”写入这些位，它们是将来AT89 系列产品作为扩展用的。定时器2 的中断是由T2CON 中的TF2 和EXF2 逻辑或产生的，当转向中断服务程序时，这些标志位不能被硬件清除，事实上，服务程序需确定是TF2 或EXF2 产生中断，而由软件清除中断标志位。定时器0 和定时器1 的标志位TF0 和TF1 在定时器溢出那个机器周期的S5P2 状态置位，而会在下一个机器周期才查询到该中断标志。然而，定时器2 的标志位TF2 在定时器溢出的那个机器周期的S2P2 状态置位，并在同一个机器周期内查询到该标志。时钟振荡器：AT89C52 中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1 和XTAL2 分别是该放大器的输入端和输出端。外接石英晶体及电容C1、C2 接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。空闲节电模式：在空闲工作模式状态， CPU 自身处于睡眠状态而所有片内的外设仍保持激活状态，这种方式由软件产生。此时，同时将片内RAM 和所有特殊功能寄存器的内容冻结。空闲模式可由任何允许的中断请求或硬件复位终止。由硬件复位终止空闲状态只需两个机器周期有效复位信号，在此状态下，片内硬件禁止访问内部RAM，但可以访问端口引脚，当用复位终止空闲方式时，为避免可能对端口产生意外写入，激活空闲模式的那条指令后一条指令不应是一条对端口或外部存储器的写入指令。掉电模式：在掉电模式下，振荡器停止工作，进入掉电模式的指令是最后一条被执行的指令，片内RAM 和特殊功能寄存器的内容在终止掉电模式前被冻结。退出掉电模式的唯一方法是硬件复位，复位后将重新定义全部特殊功能寄存器，但不改变RAM中的内容，在Vcc恢复到正常工作电平前，复位应无效，且必须保持一定时间以使振荡器重启动并稳定工作。数据查询：AT89C52 单片机用Data Palling 表示一个写周期结束为特征，在一个写周期中，如需读取最后写入的一个字节，则读出的数据的最高位（P0.7）是原来写入字节最高位的反码。写周期完成后，所输出的数据是有效的数据，即可进入下一个字节的写周期，写周期开始后，Data Pallin可能随时有效。Ready/Busy：字节编程的进度可通过“RDY/BSY 输出信号监测，编程期间，ALE 变为高电平“H”后，P3.4（RDY/BSY）端电平被拉低，表示正在编程状态（忙状态）。编程完成后，P3.4 变为高电平表示准备就绪状态。程序校验：如果加密位LB1、LB2 没有进行编程，则代码数据可通过地址和数据线读回原编写的数据，采用如图12的电路。加密位不可直接校验，加密位的校验可通过对存储器的校验和写入状态来验证。芯片擦除：利用控制信号的正确组合，保持ALE/PROG 引脚10mS 的低电平脉冲宽度即可将PEROM 阵列（4k字节）和三个加密位整片擦除，代码阵列在片擦除操作中将任何非空单元写入“1”，这步骤需再编程之前进行。读片内签名字节：AT89C52 单片机内有3 个签名字节，地址为030H、031H 和032H。用于声明该器件的厂商、型号和编程电压。读AT89C52 签名字节需将P3.6 和P3.7 置逻辑低电平，读签名字节的过程和单元030H、031H 及032H 的正常校验相仿，只返回值意义如下：（030H）=1EH 声明产品由ATMEL公司制造。（031H）=52H 声明为AT89C52 单片机。（032H）=FFH 声明为12V 编程电压。（032H）=05H 声明为5V 编程电压。3.1.2 振荡电路AT89C52单片机有一个高增益反相放大器，反相放大器输入端为XTAL1,输出端为XTAL2，在XTAL1和XTAL2之间跨接石英晶体及两个微调电容就构成了振荡器，如图所示。片内振荡器的振荡频率非常接近晶振频率，一般多在1.2MHz12MHz之间选取。C1、C2是反馈电容，其值在5pF30pF之间选取，典型值为30pF。本电路选用的电容为30pF，晶振频率为12MHz。这样就确定了单片机的3个周期分别是：振荡周期1/12；机器周期；指令周期。晶体振荡器的振荡信号从XTAL2端送到内部时钟电路上，它对振荡信号二分频，并向CPU提供两相时钟信号P1和P2。时钟信号的周期称为状态时间S，它是振荡周期的2倍，在每个状态的前半周期，P1信号有效，在每个状态的后半周期，P2信号有效。CPU就以两相时钟P1和P2为基本节拍指挥单片机各部分协调工作。 图3-1 振荡电路3.1.3 复位电路给AT89C52加电时需要对它进行一次复位操作。复位操作将AT89C52的工作环境置成初始状态，并从程序的开始进行运行。上电复位时通过给AT89C52的1脚发一个瞬时高电平来完成的，电路如下图所示。上电的瞬间，电流有一个突发的向上尖峰脉冲，因此电流能通过电容到达AT89C52的复位端口RESET对AT89C52进行复位。尖峰过后，电流平稳，电容阻止电流的通过，这样可以防止对AT89C52反复进行复位。 图3-2 复位电路3.1.4 74 LS154芯片介绍74LS154是一个416译码器，其真值表如图3-1所示。图3-3 74LS154的真值表3.1.5 74HC595芯片介绍 列驱动电路由集成电路74HC595构成。他具有一个8位串入并出的移位寄存器和一个8位输出锁存器，而且移位寄存器和输出锁存器的控制是各自独立的，可以实现在显示本行各列数据的同时，传送下一行的列数据，即达到重叠处理的目的。74HC595的外形结构如下 图3-4 图3-4它的输入侧有8个串行移位寄存器，每个移位寄存器的输出都连接一个输出锁存器引脚SI是下一个数据的输入端。引脚SCK是移位寄存器的移位时钟脉冲，在其上升发生移位，并将SI的下一个数据打入最底位。移位后的各位信号出现在各移位寄存器的输出端，也就是输出锁存器的输入端。RCK是输出锁存器的打入信号，其上升沿将移位寄存器的输出打入到锁存器。引脚G是输出三态门的开放信号，只有当其为低时锁存器的输出才开放，否者呈高阻态。SCKR信号是移位寄存器的清0输入端，当其为低时移位寄存器的输出全为0。由于SCK和PCK两信号是相互独立的，所以能够做到输入串行移位与输出锁存互不干扰。芯片的输出端为QAQH，最高位QH可作为多片74HC595级联应用时，向上一级的级联输出。但因QH受输出锁存器打入控制，所以还从输出锁存器前引出了QH，作为与移位寄存器完全同步的级联输出。3.1.6 驱动电路的设计图3-53.2 数据存储电路设计数据存储电路由随机存储器芯片6116组成，6116是由Intel公司出品的一个静态RAM芯片，COMS工艺，因此具有功耗低的特点。在维持状态下只需几个微安电流，很适宜作需断电保护或需长期功耗状态下工作地存储器，其中6116的存储容量为2KB。6116的引脚排列及引脚功能描述如图3-4和表3-1 表3-1 引脚描述图管脚名称功能A10A0地址线D7D0数据线CE片选信号OE数据输出允许信号WE写选通信号VCC电源（+5V）GND地 图3-6引脚排列图 数据存储器的设计原理图如图3-7图3-7数据存储电路设计原理图3.3 PC机通信模块的设计该部分电路由芯片MAX232组成。其电路原理图如图3-6所示： 3-8 通信原理图如图3-8所示，机的串口通过MAX232将TTL电平转换成EAI适合的电平，实现了单片机和PC机之间的通信。MAX232芯片是专门为电脑的RS-232标准串口设计的接口电路,使用+5v单电源供电。内部结构基本可分三个部分：第一部分是电荷泵电路。由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。功能是产生+12v和-12v两个电源，提供给RS-232串口电平的需要。第二部分是数据转换通道。由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道。其中13脚（R1IN）、12脚（R1OUT）、11脚（T1IN）、14脚（T1OUT）为第一数据通道。8脚（R2IN）、9脚（R2OUT）、10脚（T2IN）、7脚（T2OUT）为第二数据通道。TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DP9插头；DP9插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2