基于單片機(jī)控制的LED點陣顯示系統(tǒng)設(shè)計目錄TOC\o"1-3"\h\u15065基于單片機(jī)控制的LED點陣顯示系統(tǒng)設(shè)計 113126第一章前言 1326221.1項目背景和意義 136131.2國內(nèi)外LED發(fā)展現(xiàn)狀 236611.3課題設(shè)計 314320第二章設(shè)計方案的設(shè)計與論證 4285742.1電路設(shè)計方案 4208012.2點陣顯示屏的顯示分析與選擇 4243262.3元器件的選擇 4306222.4本章小結(jié) 56737第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計 656863.1系統(tǒng)基本架構(gòu) 6149113.2主控電路的設(shè)計 6317233.3鍵盤模塊設(shè)計 737793.4LED顯示屏模塊 8274143.5行、列驅(qū)動電路 95713.6語音播報模塊 10144323.7本章小結(jié) 1125449第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計 12310594.1主程序設(shè)計 12133664.2鍵盤模塊程序設(shè)計 1222004.3LED顯示屏設(shè)計 13193324.4語音播報模塊程序設(shè)計 1453694.5串口調(diào)試助手程序設(shè)計 15191004.6本章小結(jié) 1522945第五章系統(tǒng)整體調(diào)試 16109995.1仿真調(diào)試 16207875.2串口助手輸入調(diào)試 1639615.3實物調(diào)試 186785.4整體調(diào)試與結(jié)果分析 1872535.5本章小結(jié) 1915889第六章總結(jié)與展望 20294886.1工作總結(jié) 2042996.2展望 20第一章前言1.1項目背景和意義隨著信息時代的飛速發(fā)展，單片機(jī)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在各類輕工業(yè)控制系統(tǒng)、重工業(yè)農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)及聲學(xué)領(lǐng)域等廣闊的領(lǐng)域。而針對于利用單片機(jī)作為主控對語音芯片進(jìn)行控制可以達(dá)到語音播報的效果。我為生活在現(xiàn)今水平如此充滿科技力量的時代，了解并且掌握關(guān)于單片機(jī)作為主控技術(shù)的工作原理及特性也是非常重要的一項學(xué)習(xí)任務(wù)。如今，我們可以使用LED點陣顯示系統(tǒng)在越來越多的地方顯示各種數(shù)字、數(shù)字和漢字，如不同地方的各種商場、各種車站標(biāo)識、學(xué)校食堂、地鐵站標(biāo)識和各種辦公窗口。LED點陣顯示系統(tǒng)的到來，讓LED這一科技項目產(chǎn)業(yè)成為一個快速而又先進(jìn)的發(fā)展新興產(chǎn)業(yè)。它不僅擁有國內(nèi)生產(chǎn)市場，國外的生產(chǎn)市場也擁有著巨大的發(fā)展空間，而且前景也廣潤。LED點陣顯示系統(tǒng)的設(shè)計顯示是隨著計算機(jī)行業(yè)的興起及各類相關(guān)的微小型電子、光電科技技術(shù)的迅速發(fā)展而形成的一種新型顯示媒介手段。它利用LED點陣模塊或像素單元形成可變面積顯示屏。具有顯示的清晰度高、色彩明艷、視角廣闊、運(yùn)行速度穩(wěn)定、壽命長、功耗低等優(yōu)點。根據(jù)機(jī)組的模塊化結(jié)構(gòu)，屏幕尺寸可根據(jù)用戶要求靈活組合。由于其超高亮度，顯示顏色不同，使其在室內(nèi)外顯示中不可替代。隨著社會生活水平的提高，我們在全國各地都能隨處可見LED電子顯示屏，單片機(jī)控制文字的顯示也變得多彩多樣化，它不僅是展示著各類信息的作用，而且在顯示屏上的文字、數(shù)字和圖像也以多樣化的展現(xiàn)效果和顏色更是起到一種吸引人注意的作用。受到這些LED電子顯示屏的影響，本次設(shè)計的LED點陣顯示系統(tǒng)的設(shè)計是以52單片機(jī)作為核心控制和制作的一種滾動式漢字顯示方式的系統(tǒng)，它的成本低，內(nèi)容更新簡便。LED的點陣顯示系統(tǒng)可分為圖象、文字顯示和視頻顯示，又有單色和彩色顯示之分，此次設(shè)計采用的是單色顯示效果，所顯示的文字既可以左、右滾動顯示方式，也可上、下滾動顯示和語音播報。LED點陣顯示系統(tǒng)是采用動態(tài)式滾動掃描顯示方式，巧妙又合理的利用了人眼視覺的特殊性-視覺暫留性。由于人眼的這種特性，在20ms時間內(nèi)，人的眼晴呈現(xiàn)出就是一個較為完整的、相對靜止的畫面顯示現(xiàn)象。就像生活中的影視放映機(jī)。在電子領(lǐng)域，由于這種動態(tài)滾動式掃描顯示方式大大減少了發(fā)光單元體的信號傳輸線數(shù)量，因此被廣泛應(yīng)用于LED顯示技術(shù)中。1.2國內(nèi)外LED發(fā)展現(xiàn)狀LED顯示器是發(fā)光二極管顯示器，它是一種利用固體半導(dǎo)體芯片作為發(fā)光材料的顯示器。隨著人民生活水平的提高，LED顯示在生活中可謂是無處不在，用處也是千變?nèi)f化，對LED顯示進(jìn)行了多樣改造變成如今普遍存在的各類千奇百怪的廣告牌，居家的多用時鐘顯示都可以用LED顯示屏來顯示時間、溫度、圖像等，顏色變化也都可以根據(jù)要求隨意更改，當(dāng)然，功能越高，所需的單片機(jī)核心控制要求就會更高，像學(xué)校上課用的白板，這種大熒屏顯示系統(tǒng)大多都是由多個LED點陣組成的。據(jù)數(shù)據(jù)調(diào)查統(tǒng)計顯示，我國目前LED生產(chǎn)在所有國家中位居第一。LED顯示屏先后歷經(jīng)三個發(fā)展階段:(1)1990年以前的形成期。外以通訊控制，單點4級灰紅、綠雙原色LED顯示，產(chǎn)品成本昂貴。(2)1990-1995年的高速發(fā)展期。LED新興控制技術(shù)和材料在源源不斷地提高，并成功的開發(fā)了一項藍(lán)色LED芯片以及成功的開發(fā)了一項全彩LED顯示屏;視頻控制技術(shù)的又一項巨大突破使得動態(tài)顯示屏顯示效果得到迅速發(fā)展。(3)1995年后的完善期。正在逐步向世界深化標(biāo)準(zhǔn)化等新問題邁進(jìn)。隨著單片機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展和高亮度LED的出現(xiàn)，LED點陣顯示作為一種新的信息通信媒體在20世紀(jì)80年代后期在世界上迅速發(fā)展起來。從國內(nèi)外LED發(fā)展市場情況來看，LED已經(jīng)是大家高度關(guān)注的照明光源。LED在全球照明革命中蓬勃發(fā)展。當(dāng)前，LED顯示屏正向多色、多媒體方向發(fā)展，各項系統(tǒng)的制造行業(yè)也正朝著集成、網(wǎng)絡(luò)、多媒智能化等方向發(fā)展。像美國的達(dá)科電子和歐洲巴可公司算是國際LED行業(yè)中排行前三的重頭企業(yè)，美國達(dá)科電子在LED顯示產(chǎn)品中具備設(shè)計、制造、銷售和服務(wù)形成一體化，它的市場主要集中在商業(yè)市場、體育市場和運(yùn)輸市場這三大領(lǐng)域；而歐洲巴可公司則是向另一方向積極探索大屏幕LED顯示，像生命醫(yī)學(xué)顯示方面、可監(jiān)視化監(jiān)測方面和開發(fā)等圖像處理領(lǐng)域。1.3課題設(shè)計本設(shè)計研究的主要內(nèi)容是設(shè)計一個16×16

LED點陣顯示系統(tǒng)通過使用各種電子元器件,并要求所有的LED點陣顯示可以足夠亮,顯示的內(nèi)容可以清晰和穩(wěn)定條件下的目視檢查。設(shè)計的主要性能目標(biāo)及要求如下：一共用到五個開關(guān)控制：一個開關(guān)用來負(fù)責(zé)控制LED文字的上、下、左、右的滾動，兩個開關(guān)分別用來控制文字滾動的加、減速度，一個復(fù)位按鍵，一個暫定按鍵；當(dāng)硬件開關(guān)打開時，根據(jù)設(shè)計的文字設(shè)定就能一邊文字滾動一邊語音播報，按下復(fù)位鍵，文字也能同時滾動同時伴隨著語音播報；當(dāng)按鍵按其他開關(guān)功能時將不會聽到語音播報；可以利用串口助手輸入方式實現(xiàn)文字輸入。第二章設(shè)計方案的設(shè)計與論證2.1電路設(shè)計方案LED點陣系統(tǒng)的設(shè)計，可以采用模塊化實現(xiàn)核心控制來完成；也可以采用單片機(jī)（如STC89C52）作為主核心控制，使用程序來實現(xiàn)顯示系統(tǒng)的各種顯示功能。

方案一：采用模塊化作為實現(xiàn)核心控制的方案。采用模塊化電路實現(xiàn)核心控制，既要滿足模塊化又要滿足系統(tǒng)整體兼容，然而,由于實際電路控制和附加功能都受到各種限制和更多的功能電路比較復(fù)雜,造成很多不便的設(shè)計電路,它的另一方面是設(shè)計成本高,功能相對固定,不能擴(kuò)展,所以計劃不采用。方案二：采用微控制器作為主控核心部件。單片機(jī)作為核心設(shè)備的控制和處理,由于單片機(jī)芯片的高度集成化功能,可以實現(xiàn)多項任務(wù)處理,這極大的降低了電路布線的復(fù)雜性,特別是在自動控制在漢字的顯示和時間的顯示上就很好的體現(xiàn)出來。同時能讓設(shè)計成本大大降低，綜合考慮以上實際情況，本設(shè)計采用此方案。2.2點陣顯示屏的顯示分析與選擇考慮到元器件的易購性和成本問題，本次設(shè)計采用由256個發(fā)光二極管組成的16×16漢字點陣作為本次硬件作品的顯示系統(tǒng)。根據(jù)設(shè)計顯示驅(qū)動電路的問題我制定了下面兩種設(shè)計方案:方案一:采用靜態(tài)顯示的方案，根據(jù)靜態(tài)顯示的這一方案能使各個漢字呈現(xiàn)出穩(wěn)定的顯示，設(shè)此列選信號始終為低電平時，要保證列選始終都被選中，但因為系統(tǒng)中的資源不夠使用，使AT89C52芯片的CPU的使用率明顯降低，不能很好的發(fā)揮主處理器應(yīng)有的功能，因此不采用此方案。方案二:采用動態(tài)顯示的方案，根據(jù)動態(tài)顯示的這一方案，即使設(shè)定的列選線已經(jīng)按照編寫好的方案有序出現(xiàn)了低電平，點亮?xí)r的該列上的二極管因為人眼的視覺效應(yīng)所呈現(xiàn)的暫留性效應(yīng)，頻率在50hz范圍內(nèi)，我們?nèi)说难劬σ廊荒艹尸F(xiàn)出穩(wěn)定顯示現(xiàn)象，因此結(jié)合實際考慮，為了列選線循環(huán)時能出現(xiàn)低電平，保證提供有效，本次設(shè)計漢字顯示模塊可以采用譯碼器編譯，故采用本方案。2.3元器件的選擇2.3.116×16點陣屏的電路設(shè)計16×16的點陣顯示屏設(shè)計是用到了4個8×8的點陣屏模塊編排組成的。上面位置兩塊，下面位置兩塊，左、右兩塊點陣屏是行和行連接而成，上、下的兩塊點陣屏是列和列連接而成，這樣就構(gòu)成了16×16的點陣屏了。2.3.2驅(qū)動芯片的選擇針對單片機(jī)芯片的引腳資源本就有限問題，本次設(shè)計的16×16點陣屏的行和列需要占用單片機(jī)芯片的32個引腳。為了節(jié)省單片機(jī)芯片的引腳資源，減少不必要的資源浪費(fèi)，在本設(shè)計采用四個74LS595芯片作為點陣顯示屏的驅(qū)動電路。74LS595驅(qū)動芯片最大的一個優(yōu)點在于可級聯(lián)，3個微控制器的IO口就可以控制很多片的74LS595驅(qū)動芯片。74LS595芯片具有一個移位寄存器（8位）、一個存儲寄存器和一個三態(tài)門輸出的功能。595芯片內(nèi)的移位寄存器和存儲寄存器的時鐘都是相互獨(dú)立的。假設(shè)移位寄存器時鐘輸入的上升沿處將數(shù)據(jù)輸入移位寄存器，這時在存儲寄存器時鐘輸入的上升沿處將數(shù)據(jù)輸入存儲寄存器。移位寄存器具備有一個串行移位輸入和輸出以及一個異步的低電平復(fù)位功能。存儲寄存器是一個并行的8bit的，具備三態(tài)的總線輸出接口，當(dāng)使能OE(低電平)時，存儲寄存器的數(shù)據(jù)輸出。2.4本章小結(jié)本章明確了本次設(shè)計的具體方案要求，經(jīng)過方案分析和選擇，選擇出具體實施方案，并提出了系統(tǒng)總體設(shè)計框圖。由實施的方案，下一步工作就是根據(jù)課題的設(shè)計要求開啟進(jìn)一步的研究，設(shè)計并制作與本設(shè)計功能目標(biāo)相吻合的實物。第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1系統(tǒng)基本架構(gòu)所研究的LED點陣顯示系統(tǒng)的設(shè)計，是采用單色的動態(tài)滾動顯示。本設(shè)計系統(tǒng)基于STC89C52芯片，由單片機(jī)的最小系統(tǒng)（里面包含了晶振電路和復(fù)位電路）、語音播報模塊、驅(qū)動電路模塊、以及16×16點陣屏模塊組成。系統(tǒng)是利用硬件決定，軟件實現(xiàn)方式完成LED點陣顯示。本次設(shè)計顯示電路的特點在于：點陣動態(tài)顯示過程占用時間較短，亮度較高，成本低。系統(tǒng)總框圖如圖3-1所示。圖3-1系統(tǒng)總體設(shè)計框本次設(shè)計的LED點陣顯示系統(tǒng)主要基于STC89C52單片機(jī)的I/O端口進(jìn)行功能擴(kuò)展，在結(jié)合相關(guān)較為精確地元器件來實現(xiàn)相應(yīng)的功能。通過開關(guān)按鍵按下時顯示頻開始出現(xiàn)文字滾動同時伴隨著語音系統(tǒng)的播報，按下復(fù)位鍵時，文字滾動的同時也伴隨著語音系統(tǒng)的播報，該LED點陣顯示屏顯示設(shè)計比傳統(tǒng)的只能靜態(tài)顯示更具有特色也更為實用，除此之外，其制作電路簡單，成本低，適用范圍廣泛，適合進(jìn)一步推廣。本設(shè)計的主要設(shè)計思路如下所示：首先，本設(shè)計利用幾個獨(dú)立式鍵盤控制LED顯示屏各種文字滾動形式及功能，單片機(jī)（STC89C52）作為主控制器和74LS595作為行、列驅(qū)動點陣顯示屏，這也是本設(shè)計的核心部分。3.2主控電路的設(shè)計本次設(shè)計系統(tǒng)硬件電路的主控核心器件是STC公司生產(chǎn)的STC89C52芯片，這款制器芯片不單具有成本少、功耗低、性能較高的特點，還帶有8K字節(jié)系統(tǒng)可編程可擦除的只讀存儲器，同時其可按位尋址的I/O口可實現(xiàn)強(qiáng)大的位操作指令功能，作為系統(tǒng)硬件電路的核心，微控制器由晶振電路、復(fù)位電路形成一個最小系統(tǒng)[10]。此微控制器的最小系統(tǒng)由如圖3-2所示。圖3-2單片機(jī)STC89C52最小系統(tǒng)本系統(tǒng)的頻率用12MHz（Y1）來提供晶振，C1、C2和Y1形成了晶振電路，并與微控制器的第X1、X2引腳連接，由晶振蕩器提供驅(qū)動作為單片機(jī)工作所需要的振蕩時鐘信號[11-12]。在一定情況下，晶體振蕩器還可以為應(yīng)用系統(tǒng)提供所需時鐘，但需要額外增加驅(qū)動。此外，最小系統(tǒng)還包含了一個復(fù)位電路，是可將微控制器內(nèi)寄存器進(jìn)行初始化處理，它的主要功能是能讓整個系統(tǒng)重新恢復(fù)到最初始的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)單片機(jī)的程序在運(yùn)行的過程出現(xiàn)錯誤時，可以通過復(fù)位電路讓系統(tǒng)重新運(yùn)行。同時復(fù)位電路也可以作為重啟運(yùn)行，因為考慮到可能存在程序運(yùn)行到某個中間時刻時，沒有完成整個程序就開始關(guān)閉單片機(jī)的情況，所以需要先復(fù)位再重新啟動系統(tǒng)。由圖3-2所示，本設(shè)計以K1作為人工復(fù)位鍵，當(dāng)按下此按鍵后，復(fù)位電路通過電阻R33分壓，在復(fù)位（RES）端產(chǎn)生高電平來實現(xiàn)復(fù)位功能，實現(xiàn)復(fù)位的時間可以自己按鍵按下時的時間所決定。3.3鍵盤模塊設(shè)計針對于一些特殊的情況和場合，在本設(shè)計中我加入了一些按鍵功能設(shè)置。本設(shè)計中預(yù)先在單片機(jī)芯片中存儲了一定量需要用到的顯示信息，每組信息對應(yīng)一個控制按鈕設(shè)置。當(dāng)我需要顯示相應(yīng)的信息時，對應(yīng)信息的按鈕按下就可以更新顯示的內(nèi)容，這樣我就不需要每次都對芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入，這樣不僅大大節(jié)省了時間，又且又方便快捷。對于這種方法是用來顯示固定的信息，如果需要顯示幾個不同的信息，且重復(fù)性比較高，就需要添加按鍵來更新顯示內(nèi)容的設(shè)計，這樣才能得到更廣泛的應(yīng)用。鍵盤有兩種劃分，有獨(dú)立式鍵盤和矩陣式鍵盤。本次設(shè)計的LED點陣顯示系統(tǒng)的設(shè)計是采用五個獨(dú)立式的鍵盤來分別控制切換各種不同的狀態(tài)。按鍵接口電路圖3-3所示。圖3-3對應(yīng)單片機(jī)引腳的鍵盤接口圖P1.2、P1.1、P1.0和P3.2共接四個功能按鍵，分別用于控制暫定顯示、上、下、左、右、減速顯示、加速顯示，功能的實現(xiàn)主要是對按鍵進(jìn)行掃描，這主要體現(xiàn)在軟件編寫程序方面，按照給定不同的按鍵值，執(zhí)行不同的操作，出現(xiàn)不同現(xiàn)象，在具體場合應(yīng)用中我們可以重新對按鍵的功能進(jìn)行不同定義，這只需要在程序中修改一下就可以。3.4LED顯示屏模塊3.4.1LED點陣結(jié)構(gòu)二極管的低電位端連接點陣顯示每一行的K端，每列的高電位端連接A端。如果要選擇A列，則應(yīng)將高電平發(fā)送到該列;若要選中某一行時，則要給此行送低電平。8×8LED外型規(guī)格和內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)圖如下圖3-4所示。圖3-48×8LED外型規(guī)格和內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)3.4.2顯示原理本次設(shè)計采用的是一個共陽型16×16LED點陣顯示系統(tǒng)，通過動態(tài)掃描電路方式來實現(xiàn)多行和列發(fā)光二極管共用一套驅(qū)動電路。動態(tài)掃描可以分為逐行輪流掃描點亮和逐列輪流掃描點亮。具體采用類似下圖3-5的4個8×8點陣模塊拼接所生成“好”字的顯示過程圖。圖3-5“好”字生成圖顯示過程如下:首先是先給LED點陣顯示屏的第1行都送一個高電平(高電平有效),同時再給所有列線送編碼1110111111111111(列線低電平有效),從而第1行都為0的列線發(fā)光二極管點亮，顯示“好”字的第一個點就顯示出來了;延時一會后，對第2行上送一個高電平，同時也給所有列線送編碼1110111100000011延時一會后，再給最后一個行送高電平,同時給列線送編碼為1111

1111

1011111，顯示出漢字“好”的最底部那一行,只有1個發(fā)光二極管被點亮了。然后再多次循環(huán)上述的操作，由于人眼的視覺暫留所呈現(xiàn)出的顯示效應(yīng)，一個穩(wěn)定的漢字“好”就顯示出來了。但現(xiàn)如今，我們有了更為方便地取字軟件，不需要人為的慢慢按照上面所顯示的過程繁雜。運(yùn)用取模軟件，在軟件里面輸入自己需要顯示的文字，所顯示為多少進(jìn)制都設(shè)置好就運(yùn)行，需要的文字編碼就可以了。3.5行、列驅(qū)動電路本次設(shè)計行、列驅(qū)動電路都是采用行掃描和列掃描的方式，74LS595是一塊能夠移位并且鎖存數(shù)據(jù)的芯片，74LS595的主要優(yōu)點是具有數(shù)據(jù)存儲功能,在移位的過程中，保持輸出端的數(shù)據(jù)可以做到不變，特別適合用于16×16點陣顯示屏硬件電路中。根據(jù)單片機(jī)串口方式和74LS595構(gòu)建了一個LED點陣顯示屏系統(tǒng)電路，所占用的口線較少，電路簡單，行和列驅(qū)動都是利用移位寄存器74LS595芯片級聯(lián)使用。74LS595芯片與LED點陣顯示屏的連接圖由3-6所示。圖3-674LS595與LED點陣顯示屏的連接圖74LS595芯片的引腳共有16個，每個都起不同作用。本設(shè)計選用74LS595芯片驅(qū)動顯示不僅可以極大降低成本，而且可以在一定程度上簡化了硬件電路，提高了微控制器的系統(tǒng)資源。芯片的每一個具體引腳說明由表3-1所示。表3-174LS595引腳具體說明管腳編號管腳名管腳功能定義1、2、3、4、5、6、7、15QA-QH三態(tài)門輸出8GND接地線9Q'H串行輸出10SCLR清零端11SCK輸入時鐘線12RCK輸出時鐘線13G使能輸出14SER數(shù)據(jù)線16VCC電源3.6語音播報模塊根據(jù)設(shè)計功能的要求，針對用戶提示語的部分，另外設(shè)置了較為人性化的模塊——語音播報模塊，可根據(jù)所設(shè)定的地方實現(xiàn)語音播報模塊發(fā)出的語音提示，進(jìn)行相應(yīng)的操作。本設(shè)計通過DY-SV17F模塊實現(xiàn)語音播報的功能，集成電路分為10分段觸發(fā),UART為控制串口，ONE_Line單總線串口控制，可直接驅(qū)動，可通過USB數(shù)據(jù)線連接計算機(jī)更新音頻文件。該模塊通過SOC方案合成一個MCU（18位）和針對音頻解碼的ADSP，以硬解碼的方式來保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性和音質(zhì)[4]。此外，該模塊自動讀取TF卡內(nèi)音頻文件的功能對本設(shè)計而言十分有利，且修改TF卡內(nèi)的音頻文件只需通過讀卡器將其與電腦連接，便可直接向TF卡拷貝語音文件，使用十分方便。該芯片最突出的性能是能靈活地對TF卡內(nèi)的語音文件進(jìn)行更改，同時其尺寸小巧，使用方便，能很好地滿足本設(shè)計的需求。本模塊的電路原理如圖3-7所示。圖3-7語音播報電路連接圖DY-SV17F模塊共有18個引腳，其中100-1007獨(dú)立控制8個觸發(fā)IO口，這些觸發(fā)輸入口采用一對一的方式對地觸發(fā)播放，最多能夠播放8條語音內(nèi)容。IO口觸發(fā)播放的語音文件的文件名由5位數(shù)字組成且按順序命名，例如語音1命名為00001，語音2命名為00002，以此類推。本設(shè)計將DY-SV17F模塊右邊的8個非對地觸發(fā)IO口依序直接連接到單片機(jī)P2.1-P2.7口。通過單片機(jī)串口給予相應(yīng)的IO口低電平，便可直接對地觸發(fā)播放對應(yīng)的語音，如給予IO1低電平,則IO1短路并播放語音1。設(shè)計中共有1段語音，當(dāng)開關(guān)按下和按下復(fù)位鍵時能語音播報一次，其他時候或是按下其他按鍵都不會聽到語言播報。3.7本章小結(jié)本章介紹了LED點陣顯示屏系統(tǒng)的硬件設(shè)計與制作過程。由于本設(shè)計要求在鍵盤上直接手動按下相關(guān)功能，開關(guān)按下時會出現(xiàn)文字滾動和語音播報，因此在設(shè)計與制作過程中對系統(tǒng)的可行性做了詳細(xì)的研究。由于要實現(xiàn)的功能比較多，所以在硬件的選擇和排布方面比一般的系統(tǒng)更復(fù)雜。設(shè)計的硬件部分主要包括單片機(jī)STC89C52最小系統(tǒng)、按鍵的模塊、LED顯示模塊、語音播報的模塊，主要的硬件設(shè)計工作是對整個系統(tǒng)主板的原理圖及仿真圖進(jìn)行設(shè)計和調(diào)整。電路板采用動動板單面板設(shè)計布線，將所用到的元器件焊接到板子上。第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計本設(shè)計的軟件部分是采用KeiluVision4軟件和C語言進(jìn)行程序代碼的編輯。正確的編輯程序代碼對硬件實物的功能實現(xiàn)尤為重要。Keil軟件包含所有軟件系統(tǒng)的開發(fā)功能，不僅可以編寫、編譯和調(diào)試程序，還可以結(jié)合仿真軟件檢驗所編寫的內(nèi)容能否實現(xiàn)所需現(xiàn)象，這是一種很好的檢驗硬件設(shè)計的有效方法。我們將程序?qū)敕抡孳浖?，檢驗代碼是否已經(jīng)實現(xiàn)所需要的功能現(xiàn)象，在實現(xiàn)所需功能現(xiàn)象之后，通過應(yīng)用驅(qū)動以及燒錄軟件將編譯好的程序加載入單片機(jī)芯片，用于對實物進(jìn)行調(diào)試與功能檢測。4.1主程序設(shè)計整個軟件系統(tǒng)的控制核心在于主程序，系統(tǒng)主程序開始了以后，首先是對系統(tǒng)的環(huán)境進(jìn)行初始化，以及對74LS595芯片進(jìn)行初始化。然后進(jìn)行函數(shù)調(diào)用顯示，再到鍵盤的逐字顯示函數(shù)調(diào)用掃描。圖4-1主程序流程圖本設(shè)計的主程序流程圖如圖4-1所示。程序開始時，文字滾動伴隨著語音播報，播報一次之后文字再次滾動時語音不隨著播報。只有重新按下復(fù)位鍵或是重新打開開關(guān)才會出現(xiàn)語音播報，當(dāng)按下其他滾動形式，文字變化也不會實現(xiàn)語音播報。該軟件系統(tǒng)具有多樣移位形式、操作簡單的優(yōu)點。4.2鍵盤模塊程序設(shè)計獨(dú)立按鍵模塊程序是主程序的重要組成部分，功能的選擇是通過鍵盤的按鍵來實現(xiàn)的。該模塊的程序流程圖如圖4-2所示。圖4-2獨(dú)立式鍵盤模塊程序流程圖當(dāng)功能按鍵1按下時，原本默認(rèn)滾動（從右往左）的形式開始從左往右滾動，再次按下按鍵1時變成卷簾式滾動。當(dāng)按下按鍵2，所滾動的文字就開始加速滾動起來，再按一下按鍵2，加速又會更快一點，一直按下按鍵2時，文字滾動加速能到設(shè)定的最大速度。當(dāng)需要想把速度降下時可以按下按鍵3，實現(xiàn)從本設(shè)計設(shè)定最高速度降到設(shè)定平時正常速度滾動，再次按下按鍵3，文字滾動能從正常速度繼續(xù)降低，中途需要讓滾動的文字停止可以按下按鍵4，不按下時，文字按照設(shè)定速度循環(huán)滾動著。4.3LED顯示屏設(shè)計4.3.1LED顯示屏模塊拼接圖本次設(shè)計中需要通過LED點陣顯示屏能夠得到較為清晰的顯示一個個漢字，并且能夠使?jié)h字向上、下、左、右的滾動方式。在實際生活中，要想能夠得到較為準(zhǔn)確、清晰地顯示一個漢字起碼需要用到16×16的點陣，而目前Proteus軟件中的元件庫里只有5×7的和8×8的LED點陣這兩類，并沒有16×16的點陣器件。為此，我首要解決的是怎樣構(gòu)建一個16×16的點陣顯示屏，下面就是將我如何詳細(xì)構(gòu)建16×16LED點陣顯示屏的方法。Proteus元件庫里一共有四種不同顏色的8×8基礎(chǔ)點陣顯示模塊，本次設(shè)計我選用的是紅色的元器件“

MATRIX-8×8-RED”，并把它的選中并放置在Proteus文檔編輯區(qū)窗口中，按逆時針方向旋轉(zhuǎn)90，使元件水平放置。如圖4-3所示。圖4-3LED模塊拼接圖4.4語音播報模塊程序設(shè)計我采用DY-SV17F語音模塊的第9-15這7個管腳分別與單片機(jī)P21-P27端口一一對應(yīng)連接，通過單片機(jī)I/O口輸出高低電平的方法來控制DY-SV17F語音模塊，通過喇叭播放對應(yīng)部分的音頻，DY-SV17F語音模塊的管腳是通過輸出低電平去觸發(fā)相應(yīng)的功能，例如通過單片機(jī)P21端口輸出一個低電平，通過觸發(fā)DY-SV17F語音模塊的第15個引腳，來控制模塊讀取內(nèi)存卡中的00001文件，再通過喇叭播放00001音頻文件的內(nèi)容。為防止后續(xù)音頻播放錯誤，需要通過微控制器的P21口輸出高電平，利用該高電平關(guān)閉DY-SV17F語音模塊的第15個引腳的觸發(fā)效果，同時關(guān)閉語音模塊的讀取功能，然后通過微控制器的另一I/O端口輸出低電平去觸發(fā)相應(yīng)的功能。語音播報模塊的程序流程圖如圖4-4所示。YY開始相應(yīng)I/O口恢復(fù)高電平給予相應(yīng)I/O口低電平N單片機(jī)判斷用戶輸入信息判斷是否進(jìn)入下一環(huán)節(jié)播報對應(yīng)音頻文件保持該頁面圖4-4語音播報模塊程序流程圖由于本次設(shè)計的LED點陣顯示系統(tǒng)需要用到提示音頻文件，所以在語音模塊的程序設(shè)計中沒有通過DY-SV17F語音模塊的一線控制串口來控制音頻的播放，而是采用簡單的I/O口對地觸發(fā)的方式（即通過單片機(jī)串口給予相應(yīng)觸發(fā)I/O口低電平）。雖然與一線控制串口的控制方式相比，這種方法存在一定的不足，但可以勝任本設(shè)計對該模塊的功能需求。4.5串口調(diào)試助手程序設(shè)計想要通過串口來實現(xiàn)單片機(jī)芯片和計算機(jī)之間的通信，需要對兩個串口都進(jìn)行設(shè)置一遍。上位機(jī)輔助需要用通信串口COM1和COM2進(jìn)行通信。串口助手通過通信的波特率內(nèi)封裝有一個串口通信的數(shù)據(jù)位，只要更改屬性到與單片機(jī)通信所需的值就可以實現(xiàn)了。串口調(diào)式助手程序設(shè)計如下圖4-5所示。圖4-5串口調(diào)式助手程序設(shè)計4.6本章小結(jié)本章首先介紹LED點陣顯示系統(tǒng)的各個程序設(shè)計框架，然后具體介紹各個重要組成部分的程序設(shè)計思路。程序設(shè)計主要分為4個部分，分別是獨(dú)立式鍵盤模塊、LED顯示屏顯示模塊語音播報模塊以及串口輸入模塊的程序設(shè)計。在做畢業(yè)設(shè)計的過程中，程序設(shè)計占據(jù)了大部分的時間。由于LED顯示屏設(shè)計的功能相對我而言較為復(fù)雜，因此程序中需要用到多個函數(shù)才能達(dá)到設(shè)計的功能要求。由于本次在設(shè)計的前期對于怎樣通過編程才能讓單片機(jī)控制系統(tǒng)達(dá)到設(shè)計要求還不是很熟悉，所以知識的積累和資料的查找都占用了很多時間。第五章系統(tǒng)整體調(diào)試5.1仿真調(diào)試本設(shè)計在實物制作前，用軟件進(jìn)行了仿真，以仿真調(diào)試的結(jié)果作為實物制作和調(diào)試的理論依據(jù)，因此仿真調(diào)試對本設(shè)計而言是有必要的。本設(shè)計采用Proteus8.0軟件進(jìn)行仿真調(diào)試。該軟件將代碼、電路以及模型組合在一起，并且能聯(lián)合多種第三方編譯環(huán)境進(jìn)行調(diào)試，是目前唯一支持嵌入式微處理器的仿真軟件。該軟件不僅能對數(shù)字電路和模擬電路進(jìn)行仿真，還可以對主流系列的單片機(jī)以及外接芯片進(jìn)行仿真。由于Proteus具有強(qiáng)大的虛擬仿真功能，因此無需硬件樣機(jī)便可以在各平臺上搭建所需的硬件模型，它不僅可以對硬件模型進(jìn)行仿真，還能直接觀察模型的運(yùn)行過程以及對相關(guān)功能進(jìn)行模擬，最重要的是該軟件具有單片機(jī)數(shù)字仿真功能，不僅能模擬嵌入式設(shè)計真實的硬件性能，而且可以對相關(guān)編程代碼進(jìn)行仿真驗證[7]。以51系列單片機(jī)為例，在該仿真軟件中畫出正確的硬件電路后，通過單擊單片機(jī)芯片將Keil軟件所生成的“.hex”文件直接加載入仿真平臺上的硬件電路，左鍵單擊運(yùn)行仿真圖標(biāo)，就能觀察整個設(shè)計的硬件與軟件的可靠程度。根據(jù)系統(tǒng)總體原理圖，在仿真平臺上搭建的電路如圖5-1所示。圖5-1仿真原理圖本設(shè)計的仿真原理圖相對于實物原理圖，減少了語音播報模塊，因為在Proteus8.0中版本較低，暫時無法在仿真中找到語音播報模塊相關(guān)元器件。因為仿真軟件中也沒有找到STC89C52芯片，因此采用了性能相近的AT89C51芯片來代替。本部分只對LED點陣顯示屏系統(tǒng)的絕大部分功能進(jìn)行了仿真，因為仿真軟件中沒有相關(guān)語音芯片，無法對語音播報提示功能進(jìn)行仿真。5.2串口助手輸入調(diào)試首先需要下載好串口助手CH340驅(qū)動（USB串口驅(qū)動），再打開上位機(jī)串口文件找到XCOM(正點原子推薦)里面的XCOM

V2.3.EVE，如下圖5-2所示是串口助手與電腦的連接口。圖5-2串口助手電腦的連接口當(dāng)串口接入電腦后，打開XCOM

V2.3.EVE找到串口文字輸入框，先在串口選擇處選擇相應(yīng)的串口，波特率也按照規(guī)格要求選擇好，在串口操作的地方點擊打開串口模式。把需要設(shè)置的地方修改好了就可以在發(fā)送框內(nèi)輸入文字，之后點擊發(fā)送到單片機(jī)。由圖5-3所示為串口文字發(fā)送框圖。圖5-3串口文字發(fā)送框由于本次設(shè)計預(yù)算偏差的問題，單片機(jī)容量不夠，串口輸入文字是事先在單片機(jī)存儲好，最多存儲文字只有四個。每次只能發(fā)送出一個文字，在重新發(fā)送一個其他的文字之前，需要重新按下復(fù)位鍵復(fù)位，顯示的文字也是已經(jīng)存儲好的文字。如圖5-4為發(fā)送所顯示的文字。圖5-4串口發(fā)送所顯示的文字5.3實物調(diào)試本設(shè)計在軟件平臺上仿真后，根據(jù)仿真結(jié)果調(diào)整系統(tǒng)主板的原理圖后直接用動動板焊接，通過對實物的調(diào)試就能觀察整個設(shè)計實際運(yùn)用的可靠程度。根據(jù)系統(tǒng)總體原理圖制作得到實物如圖5-5所示。圖5-5實物圖本設(shè)計從元器件到半成品到完成實物焊接一路走來有點艱難。在實物焊接時，由于自己焊工不是很好，浪費(fèi)了很多時間在焊接線路上，我需要一點一點的觀察我的電路對應(yīng)的各管腳相接的地方，還要看是否有虛焊，是否有電路接錯或短接的問題。完成焊接后又進(jìn)行了大量的調(diào)式，在串口輸入和語音播報的調(diào)式問題，我通過請教老師和同學(xué)一步一步修改之后得到了由上圖5-5的實物圖。對LED點陣顯示系統(tǒng)進(jìn)行上電操作，當(dāng)出現(xiàn)完整的文字時按下暫定鍵截取文字顯示，如下圖5-6所示的LED顯示屏現(xiàn)象。圖片的文字都帶有一種模糊感，這是因為高清晰的圖片截取的文字有點斷續(xù)，亮度穩(wěn)定度不高，這個問題現(xiàn)在還是讓我無法解決。但我的設(shè)計做到了在人眼視覺暫留作用下，文字顯示是能穩(wěn)定、清晰的。雖然對本設(shè)計系統(tǒng)的大部分功能都進(jìn)行了仿真調(diào)試，但是無法保證制作的實物是否存在電路故障或其他問題。因此，必須對實物進(jìn)行調(diào)試，對本設(shè)計的各個功能進(jìn)行全面的檢測，保障設(shè)計的可行性。5.4整體調(diào)試與結(jié)果分析本設(shè)計是以STC89C52單片機(jī)芯片為核心的LED點陣顯示屏系統(tǒng)，主要用于實現(xiàn)功能比較簡單，電路不復(fù)雜，成本較低的設(shè)計。在仿真調(diào)試階段對硬件電路進(jìn)行了修改，以確保實物焊接的可行性。為了讓LED點陣顯示屏的功能符合本設(shè)計的要求，我們對程序進(jìn)行了調(diào)試和反復(fù)修改。通過對系統(tǒng)進(jìn)行反復(fù)檢測及修改，實現(xiàn)了設(shè)計的功能要求。在理論分析的基礎(chǔ)上，我們根據(jù)程序流程圖進(jìn)行程序的編寫，經(jīng)過不斷地調(diào)試及修改，完成了整個