大屏幕led 设计论文.doc

湖南信息职业技术学院毕业设计(论文)题 目 ： 大屏幕led智能显示屏的设计 学 号 ： 信息0801班50号 系 (部)： 信息工程系 专 业 ： 电子信息工程技术 2011年 2月 大屏幕led智能显示屏的设计信息0801班 50号 祁荡摘 要在实际应用中，特别是在需要实时大量输入汉字的显控处理应用中，利用传统单片机显控设计方法是无法实现的。通过对汉字内码的分析，系统以led显示屏的显示电路、汉字点阵芯片电路和单片机控制电路为核心，设计一种具有通过键盘用汉语拼音输入法输入汉语拼音，利用相应程序通过编码检索，在显控系统中实时输入汉字，并在led显示屏上显示。该系统具有运行可靠、安全、节能、成本低、使用方便的特点。 关键字：智能显示屏，汉字点阵芯片，rs-422目录摘 要i1 绪论12 系统总体设计方案22.1 系统工作过程22.2 系统总体框架设计23 系统设计方案论证与选择33.1 总体方案论证与选择33.2 模块方案论证与选择33.2.1 时钟模块选择33.2.2 驱动芯片选择33.2.3 电源模块选择43.2.4 汉字点阵芯片选择44 系统硬件电路设计44.1 at89c52单片机144.2 led显示模块64.2.1 led图文显示屏的基本工作原理264.2.2 led图文显示屏驱动364.3 汉字点阵芯片gt23l32s4w4114.3.1 芯片特点114.3.2 spi接口引脚描述114.3.3 plii接口引脚描述124.3.4 plii 总线接口寻址说明124.3.5 汉字字模转换原理5134.3.6 gt23l32s4w字库芯片字模排列格式与提取134.3.7 gt23l32s4w字库芯片与单片机的电路连接144.4 数据存储模块6164.5 电源选择7164.6 时钟与系统复位模块8174.6.1 时钟电路设计174.6.2 系统复位电路设计174.7 键盘模块184.8 基于rs-422总线标准的pc通讯模块194.8.1 串口通讯9194.8.2 rs-422接口标准10204.8.3 基于rs-422总线标准的pc机与单片机通讯214.9 系统整体电路225 系统软件设计235.1 主程序流程图235.2 动态扫描显示程序流程图245.3 与pc串口通讯程序流程图256 调试及性能分析11-13267 总结26参考文献27致谢2835第一章 绪论随着社会科技的进步和传媒事业的发展，led显示屏得到了广泛的运用。led显示屏受到广泛重视而得到迅速发展，是与它本身所具有的优点分不开的。这些优点概括起来是：led显示屏不仅画面亮度高、对比度大，色彩鲜艳，而且可显示动态画面和文字，它主动光发，远距离分辨率高，即使在百米以外，视觉效果跟在家里看电视一样，已广泛用于人流量多的公共场所、交通要道。 其功能除广告宣传外，还可发布信息，丰富人们的文化娱乐生活，是观众喜爱的信息传播媒体，在我国北京、上海、重庆等大城市已推，广应用，并收到了很好的效果。而近期，国内著名的广告公司分众传媒、东方明珠移动纷纷进军户外led市场，则更昭示了这一市场的勃勃生机。 据专家预测，今后几年全球各类led显示屏需求每年均会达到几十亿美元，而且还在逐年递增。而在中国，据全国光学光电子行业协会led显示屏分会统计，去年led显示屏全行业的销售额约为40亿元，随着加入wto，又借助2008奥运会和2010年上海世博会带来更多的眼球经济，以及国家对环保问题的重视等多种利好因素的影响下，led显示屏在体育、户外广告、交通等诸多领域的市场将有显著的增加。专家预测认为：国内市场led全彩屏需求增长率将高达30%以上。 目前国际上著名的led显示屏厂商有比利时的barco、美国的daktronics和 lighthouse等，国内比较好的的有上海三思、大连路明、深圳京东方、惠州德赛等。我国led显示屏产业的技术水平相对先进，主要产品和关键技术与国际同行业的先进水平能保持一致，但工艺水平比较落后，在产品规范化、整体系统设计、可靠性、制造工艺、检测测试手段等方面与国际先进水平有明显的差距。这就突出体现了我们对led智能显示屏的研究的重要意义。在此背景下，本文介绍了一种简易的点阵led显示屏控制系统。系统采用上一下位机的结构构建，上位机pc可通过串行通信接口实现对下位机led显示系统显示参数的设定，下位机以汉字点阵芯片电路、led显示屏的显示电路和单片机控制电路为核心，实现点阵led屏以多样化的方式显示各种信息的功能。该屏具有运行可靠、安全、节能、成本低、使用方便的特点。第二章 系统总体设计方案2.1 系统工作过程系统上电自检后，实时实现信息的显示。通过按键实现信息的移动显示、滚动显示、闪烁显示。采用查询方式读按键，采用中断方式接收上位机传来所要显示汉字的内码。系统通过内码计算出汉字在字库中的地址，以计算所得的地址提取汉字库中的汉字字模并取缔原来显示缓冲区的显示内容，从而实现信息的更新。2.2 系统总体框架设计 根据要求，初步确定系统由主控模块、电源模块、时钟模块、显示模块、键盘模块、汉字点阵芯片模块、总线传输模块七部分组成，电路的基本框图如图1所示。 电源模块时钟模块显示屏模块键盘模块cpuat89c52数据存储器rs422标准串口通讯上位机汉字点阵芯片模块 电源模块图1 系统总体框图第三章 系统设计方案论证与选择3.1 总体方案论证与选择 方案一：用可编程逻辑器件实现。虽然可靠性增加，同时可以很好提高系统的响应速度。 但是成本相对较高，且系统的灵活性不够。 方案二：采用at89c52单片机作为系统的控制核心。时钟功能采用晶振来实现，采用led显示屏显示信息。由于使用了单片机，整个系统可编程， 系统的灵活性大大增加了。 另外，本方案可以方便地实现其它功能的扩展。 经过以上的比较论证， 选用方案二来完成项目设计的要求。 3.2 模块方案论证与选择3.2.1 时钟模块选择 方案一：基本门电路搭建。用基本门电路来实现时钟发生器，电路结构复杂，故障系数大，不易调试。 方案二：由晶振系统构成时钟，虽然产生的时钟不够精确，但系统简单，价格适宜。 方案三：专用时钟芯片。目前市场上已有很多实时时钟芯片，如ds12887、ds1302、 ds1307等，这些时钟芯片虽然能够产生比较精确的时钟，但价格贵，所以不做选择。 经过以上的比较论证， 选用方案二来完成项目设计的要求。3.2.2 驱动芯片选择 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。3.2.3 电源模块选择 方案一：现在市场上有很多针对单片机的模块电源，其性能稳定，但是价格较高。 方案二：采用整流、滤波和稳压元件设计电源，其性能相对稳定，能满足单片机供电电源的基本要求，并且具有价格低廉的优点。 综上所述,本系统采用方案二作为供电电源。3.2.4 汉字点阵芯片选择 方案一：采用gt2x系列标准汉字点阵芯片，此系列芯片含有丰富汉字点阵排列格式，如1112点汉字排列格式、15x16点汉字排列格式、5x7点ascii字符排列格式、7x8点ascii字符排列格式、6x12点ascii扩展字符排列格式等等。我们可以根据系统设计的需要选择含有所需汉字格式的芯片,如gt23l32s4w等，这样可以减少成本。 方案二：采用某些含有一定容量的存储芯片，如at27c020等，把系统所需的汉字点阵字库烧录到其中，这种方法不仅烧录flash不仅费工费时，而且至少有2以上的烧录损耗，增加了成本。除此之外，还必须从新设计一套取字模规则及相应的配套软件。使设计更加麻烦。综上所述，本系统采用方案一作为汉字点阵芯片。第四章 系统硬件电路设计4.1 at89c52单片机1 atmel公司生产的at89c52单片机采用高性能的静态80c51设计，用先进工艺制造，并且带有非易失性flash程序存取器。它是一种高性能、低功耗的8位cmos微处理芯片，可寻址64kb字节的程序存储器和64kb字节的外部数据存储器。以此单片机为核心,配以一定的外围电路和软件，实现某些功能，就组成了单片机应用系统。其芯片引脚图如图2所示。 vccad0/p0.0ad1/p0.1ad2/p0.2ad3/p0.3ad4/p0.4ad5/p0.5ad6/p0.6ad7/p0.7ea/vpp ale/progpsena15/p2.7a14/p2.6a13/p2.5a12/p2.4a11/p2.3p2.2/a10p2.1/a9p2.0/a8 t2/p1.0 t2 ex/p1.1 p1.2 p1.3 p1.4 p1.5 p1.6 p1.7 rst rxd/p3.0 txd/p3.1 int0/p3.2 int1/p3.3 t1/p3.4 t2/p3.5 wr/p3.6 rd/p3.7 xtal1 xtal2 gnd 1 402 393 384 375 366 357 348 339 3210 3111 3012 2913 2814 2715 2616 2517 2418 2319 2220 21 at89c52主要性能特点有： 8kb flash rom，可以擦除1000次以上，数据保存10年。 256字节内部ram。电源控制模式： 时钟可停止和恢复。 空闲模式。 掉电模式。 4个中断优先级。 6个中断源。 4个8位i/o口。 全双工增强型uart。 图2 at89c52芯片引脚图 3个16位定时/计数器t0、t1（标准80c51)和增加的t2（捕获和比较）。 全静态工作方式：024mhz。在本系统设计中，at89c52芯片各i/o口的具体应用如下：p0口：首先，它作为地址总线的低8位；其次，它用作数据传输通道。p1口：p1.0p1.3四位用作74hc154 4线16线译码器的输入信号。p1.4作74hc154译码器的使能信号。p1.5p1.7作键盘信号使用，以便系统实现文本不同播放方式。p2口：p2.0p2.4作为读取数据时的地址总线的高5位地址。p2.5用作外部数据存储器和汉字点阵芯片的片选信号。p2.6、p2.7分别与汉字点阵芯片gt23l32s4w的a0、a1口相连实现不同寄存器的寻址。p3口：int0、int1、t0、t1各位，均作为通用输出口使用，而不再起中断申请和定时；rxd位在与上位机通讯时作串口通讯用，而不与上位机通讯时作通用输出口用。int0输出信号作为控制电路并、串变换器的并联输入数据的打入脉冲使用。int1信号是控制电路一侧的并、串变换和驱动电路一侧的串、并变换的移位脉冲。t0输出信号作为列驱动电路的输出锁存器的打入信号使用。t1输出信号作为系统清屏信号使用。rxd位作通用输出口时，输出信号作为列驱动电路的输出锁存器的打出信号使用。4.2 led显示模块4.2.1 led图文显示屏的基本工作原理2led显示屏的基本工作原理是动态扫描。动态扫描又分为行扫描和列扫描两种方式，常用的方式是行扫描。行扫描方式又分为8行扫描和16行扫描两种。在行扫描工作方式下，每一片led点阵片都有一组列驱动电路，列驱动电路中一定有一片锁存器或移位寄存器，用来锁存待显示内容的字模数据。在行扫描工作方式下，同一排led点阵片的同名行控制引脚是并接在一条线上的，共8条线，最后连接在一个行驱动电路上；行驱动电路中也一定有一片锁存器或移位寄存器，用来锁存行扫描信号。单片机对led显示屏的控制过程是先读后写。按led点阵片在屏幕上的排列顺序，单片机先对第1排的第1片led点阵片的列驱动锁存器，写入从外部数据存储器读得的字模数据，接着对第2片、第3片 直到这一排的最后一片都写完字模数据后，单片机再对这一排的行驱动锁存器写行扫描信号，于是第1排第1行与字模数据相关的发光二极管点亮。接着第2排第1行、第3排第1行 直到最后一排第1行的点亮。各排第1行都点亮后，延时一段时间，然后黑屏，这样就算完成了单片机对led显示屏的一行扫描控制。单片机对led显示屏第2行的扫描控制、第3行的扫描控制 直到第8行的扫描控制，其过程与第1行的扫描控制过程相同。对全部8行的控制过程都完成后，led显示屏也就完成了1帧图像的完整显示。虽然按这种工作方式，led显示屏是一行一行点亮的，每次都只有一行亮，但只要保证每行每秒钟能点亮5o次以上，即刷新频率高于50hz，那么由于人的视觉惰性，所看到的led显示屏显示的图像还是全屏稳定的图像。4.2.2 led图文显示屏驱动3为有效利用单片机资源，点阵的16个行使用译码方式，列采用单片机的串口加串变并的器件来驱动。行驱动使用74hc154 4线-16线译码器，列驱动使用74ls165芯片实现并变串操作再通过74hc595芯片实现串变并操作。下面对所用的芯片加以介绍：1.74hc154芯片，它是4线-16线译码器，双列直插式封装，在系统中实现led显示屏行扫描依次点亮的功能。其各引脚的功能如下：ad: 4线输入引脚。y0y15: 16线输出引脚。oe1、oe2: 选通信号引脚。 2.74ls165芯片，它为 8 位移位寄存器，在系统中实现数据并行输入串行输出的功能。其部分引脚功能如下：clk1,clk2：时钟输入端（上升沿有效） p0p7：并行数据输入端 ds: 串行数据输入端 q7: 输出端 q7: 互补输出端 pl: 移位控制（低电平有效） 当移位控制端pl为低电平时，并行数据（p0p7）被置入寄存器，而时钟（clk1,clk 2）及串行数据（ds）均无关。当 pl为高电平时，并行置数功能被禁止。 clk1和clk2在功能上是等价的，可以交换使用。当clk1和clk2有一个为低电平并且pl为高电平时，另一个时钟可以输入。当clk1和clk2有一个为高电平时，另一个时钟被禁止。只有在clk1为高电平时clk2才可变为高电平。 3.tpic6b595芯片，其内部有一个8位串人并出的移位寄存器和一个8位输出锁存器各自独立，因此可实现锁存显示当前行的同时串行移位接收下一行各列数据。其部分引脚功能为：serin：串行数据输入脚。serout: 串行数据输出脚。 srck：移位脉冲输入脚，当出现上升沿时将ser脚信号接收于最低位，原来各位逐位上移。 rck：输出锁存器控制脚，引脚出现上升沿时可将移位输入信号锁存到输出器锁器。 g：输出控制脚，当为低时输出锁存器三态门开门，否则为高阻态。 drain0drain7：并行输出脚，在多片tpic6b595系统中其中drain7可与上片的drain0连接实现多片逐位上移传送。srclk：移位寄存器清0信号输入脚，为低时移位寄存器清0。texas instruments 公司生产的tpic6b595芯片是设计用于较高负载功率的高电压中等电流的8bit移位寄存器。器件含有内置的输出电压箝位电路用于感性负载的瞬变保护。功率驱动可应用于包括继电器、线圈及其它中等电流或高电压负载。该器件有一个8bit串行输入、并行输出的移位寄存器，它将数据传送给一个8bit d 型寄存器。在移位寄存器时钟srck及寄存器时钟rck的上升沿，数据传输到移位寄存器和存储寄存器。当移位寄存器清除信号srclk为高电平时，存储寄存器传输数据到输出缓冲区。当srclk为低电平时，输入移位寄存器被清除。当输出选通g为高电平时，输出缓冲区的所有数据为低，并与输出端断开。当g为低电平时，数据从存储寄存器传输到输出缓冲区。输出缓冲区的数据为低时，dmos晶体管的输出断开。当数据为高时，dmos晶体管有吸收电流能力。串行输出serout允许移位寄存器数据级联。输出是漏极开路的dmos晶体管，具有50v/150ma连续吸收电流能力。每一个输出提供在t=25摄氏度时典型500ma的电流极限（随着结温的上升，电流极限会下降）。该器件的逻辑功能与74ls595完全相同，但具有更强大的驱动能力。tpic6b595实用温度设计为-40125。tpic6b595芯片的原理框图如图3所示。图3 tpic6b595芯片的原理框图 由上述几种芯片组成的led图文显示屏驱动电路如图4所示。图中at89c52单片机的p3口：int0、int1、t0、t1各位，均作为通用输出口使用，而不再起中断申请和定时；rxd位在与上位机通讯时作串口通讯用，而不与上位机通讯时作通用输出口用，在本系统中单片机不主动向上位机传输信息，所以它只作通用输出口用。int0输出信号作为控制电路并/串变换器74ls165的并联输入数据的打入脉冲clk1使用，高电平有效。int1信号是控制电路一侧的并/串变换（74ls165）和驱动电路一侧的串/并变换（tpic6b595）的移位脉冲clk1、srck使二者的串行传输数据达到同步,高电平有效。t0输出信号作为列驱动电路的输出锁存器的打入信号rck使用高电平有效。t1输出信号作为系统清屏信号srclk使用。rxd位作通用输出口时，输出信号作为列驱动电路的输出锁存器的打出信号g使用，低电平有效。此外，从图中我们还可以看到系统手动复位信号也与tpic6b595的清屏信号srclk相连，这样可以使系统达到更好的复位效果。 图4 led图文显示屏驱动电路图4.3 汉字点阵芯片gt23l32s4w44.3.1 芯片特点 款内含11x12点阵、15x16点、24x24点阵、32x32点阵的汉字库芯片，支持gb2312国标汉字（含有国家信标委合法授权）及scii字符，其芯片引脚图如图5所示。 字库芯片内含全拼输入法的码本 数据总线： spi 串行总线接口 plii 精简地址并行总线接口(本系统采用plii总线结构) 点阵排列方式：字节横置横排spi_so/d0vssoe#d1d2d3vccvssvssd71234567891020191817161514131211spi_si/plii_a0ce#plii_a1spi/plii_seld5d4hold#/wespi_clkvssd6 访问速度： spi 时钟频率：20mhz(max.)plii 访问速度：130ns(max.) 3.3v 工作电压： 3.3v +10% 电流： 工作电流：12ma 待机电流：10ua 图5 gt23l32s4w芯片引脚图 封装： sop20 尺寸（sop20）： 12.80mmx10.30mm 4.3.2 spi接口引脚描述 串行数据输出（so）：该信号用来把数据从芯片串行输出，数据在时钟的下降沿移出。 串行数据输入（si）：该信号用来把数据从串行输入芯片，数据在时钟的上升沿移入。 串行时钟输入（sclk）：数据在时钟上升沿移入，在下降沿移出。 片选输入（ ce#）：所有串行数据传输开始于ce#下降沿，ce#在传输期间必须保持为低电平，在两条指令之间保持为高电平。 总线挂起输入（hold#）：4.3.3 plii接口引脚描述plii 接口引脚描述如表1所示。表1 plii 接口引脚描述引脚int/out描述a1.0int地址寄存器寻址d7.0int/out地址输入/数据输出ce#int片选信号输入，低有效oe#int“输出使能”信号输入，oe# 为低时输出使能we#int“写使能”信号输入，we# 为低时写使能4.3.4 plii 总线接口寻址说明在 plii总线模式下，芯片内部有3个地址寄存器，主机需要把要读取数据的地址写入这3个地址寄存器，然后再从数据寄存器中读出数据，如图6所示。主机每读一次数据寄存器，芯片内部的地址寄存器会自动增一，从而使主机只写一次首地址，就可以连续读取数据。写地址寄存器0（addr7:0）地址寄存器自动增一写地址寄存器1（addr15:8）写地址寄存器2（addr20:16）读数据寄存器（data7:0）图6 plii总线模式下各寄存器写/读数据流程图引脚a0、a1信号组合与各地址寄存器的对应关系如表2所示。表2 引脚a0、a1信号组合与各地址寄存器的对应关系a1 a0 （地址线）读写操作对应地址寄存器0 0写地址寄存器 0 addr7:00 1写地址寄存器 1 addr15:81 0写地址寄存器 2 addr20:161 1读数据寄存器 data7:04.3.5 汉字字模转换原理5 我国国标规定汉字用内码表示，内码为两个字节。为了保证中西兼容，两者之间不应发和生冲突。目前规定每个字节只用七位，若两个字节的最高位为1，则该字符为汉字。 国际将字库分成若干个区，每个区有94个汉字，每个汉字在字库中有确定的区位，因此每个汉字各有一个区位码，知道了区位码也就相当于知道了汉字在字库中的位置，汉字的内码与区位码有一定的关系，故查找一个汉字字模数据的过程为： 汉字内码一区位码一记录号一字模数据 一个1616点阵汉字其字模数据共有32字节，可以看作是一条记录，在程序中可以用一个数组存放。一个汉字占用两个字节，其值称为汉字的内码。其中第一个字节的值为区号加上32(20h)，第二个字节的值为位号加上32(20h)。为了与ascii字符区别开，表示汉字的两个字节的最高位都是1，也就是两个字节的值都又加上了128(80h)。这样，通过汉字的内码，就可以计算出汉字的区位码。具体算式如下：；其中，qhwh为汉字的区号和位号，c1，c2为汉字的第一字节和第二字节。根据区号和位号可以得到汉字字模在文件中的位置：4.3.6 gt23l32s4w字库芯片字模排列格式与提取每个汉字在芯片中是以汉字点阵字模的形式存储的，每个点用一个二进制位表示，存 1 的点，当显示时可以在屏幕上显示亮点，存 0 的点，则在屏幕上不显示。点阵排列格式为横置横排：即一个字节的高位表示左面的点，低位表示右面的点（如果用户按word mode读取点阵数据，请注意高低字节的顺序），排满一行的点后再排下一行。这样把点阵信息用来直接在显示器上按上述规则显示，则将出现对应的汉字。15x16 点汉字的信息需要32 个字节（byte 0byte 31）来表示。该15x16 点汉字的点阵数据是横置横排的，其具体排列结构如图7所示。b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0.byte0byte1byte2byte3byte28byte29byte30byte3116行15 位空白图7 15x16 点汉字排列格式因为本系统采用的gt23l32s4w字库芯片内含全拼输入法的码本，所以上位机可以通过全拼输入法得到所要显示汉字的机内码，然后上位机通过串口通讯把所要显示汉字的机内码传输给系统单片机，系统单片机收到汉字机内码后再根据 4.3.5 节的计算方式计算出汉字在1616字型码表中的偏移地址，而汉字字模的实际首地址=偏移地址+1616字型码表的首地址(000a 7700h)。4.3.7 gt23l32s4w字库芯片与单片机的电路连接因为gt23l32s4w字库芯片的供电电压为3.3v，为实现它与系统单片机之间的地址、数据和信号的传输，必须在系统中添加电平转换装置。考虑到信号传输方向的差异，即单向、双向传输，系统采用不同的方式进行电平的转换。首先，gt23l32s4w字库芯片的d0d7口在plii总线模式下作地址、数据传输口，是双向传输的。系统添加集成芯片74lvx4245实现它与单片机p0口的电平转换。74lvx4245集成芯片的真值表如表3所示。表3 74lvx4245真值表输入输出oet/rll数据从b口传到a口lh数据从a口传到b口hx成悬空状态 其次，gt23l32s4w字库芯片在plii总线模式下的we#、oe#、ce#、plii_a0和plii_a1五个信号为单向信号，为了简化系统电路和节省设计成本，系统采用一片四输入与门芯片74ls08和一片与门芯片74hc1g08作为其电平转换装置。gt23l32s4w字库芯片在plii总线模式下与单片机的电路连接图如图8所示。图8 gt23l32s4w字库芯片在plii总线模式下与单片机的电路连接图 图中p2.5与gt23l32s4w字库芯片的ce#和74lvx4245芯片的oe相连作片选信号，之所以加个反相器，是为了避免与作为片外数据存储器的芯片mcm6264被同时选中。芯片74lvx4245的输入口t/r我们采用at89c52的rd位控制，因为根据单片机的时序知道rd在执行读操作指令时为低电平，执行完后自动转为高电平，此时芯片74lvx4245执行写操作。所以我们就默认74lvx4245芯片初始为写状态。4.4 数据存储模块6由于系统要实现10个汉字的显示，而单独的显示缓冲区所需的ram就已经超过了at89c52单片机内部数据存储器256个字节。所以系统需要扩展外部数据存储器。在本系统中，我们选用mcm6264（8kb）作为系统的外部数据存储器。它与at89c52单片机的电路接线图如图9所示。图9 mcm6264与at89c52单片机的电路接线图 考虑到at89c52单片机的p0口既作地址总线的低8位信号，又作数据总线用，系统添加了74hc373芯片作为地址信号的锁存器，这样就可以实现p0口的双重功能。另外单片机系统通过p2.5位向片外数据存储器mcm6264提供片选信号。4.5 电源选择7220w/5v的直流稳压电源更加安全，其电路图如图10所示。考虑到系统需要3.3v的电压，我们在得到5v电压后通过串电阻分压的方式，系统采用3个分别为4.7k、47k、100k的电阻串联如图7所示，根据分压公式可求得100k电阻处分得的电压为： 可以满足系统的要求。在系统原理图中我们规定vcc=5v,碰到需要3.3v电压时我们直接在原理图中给出。图10 电源电路图4.6 时钟与系统复位模块84.6.1 时钟电路设计单片机执行指令的过程可分为取指令、分析指令、执行指令3个步骤，每个步骤又由许多微操作所组成，这些微操作必须在一个统一的时钟脉冲的控制下才能按照正确的顺序执行。时钟脉冲由时钟振荡器产生，mcs-51的时钟振荡是由单片机内部反相放大器和外接晶振及微调电容组成的一个三点式振荡器，将晶振和微调电容接到at89c52的xtal1和xtal2端即可产生自激振荡。通常振荡器输出的时钟频率为616mhz，调节微调电容可以微调振荡频率 ,mcs-51也可以使用外部时钟，本系统采用晶振时钟如图11所示。4.6.2 系统复位电路设计 单片机在启动运行是需要复位，使cpu以及其他功能部件处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作，单片机应用程序必须以此作为设计前提。另外，在单片机工作过程中，如果出现死机时，也必须对单片机进行复位，使其重新开始工作。系统的复位电路接线如图11所示。 图11 晶振电路与系统复位电路图4.7 键盘模块led显示屏要求系统的能够实现不同的文本播放方式即普通动态扫描显示、移动显示，滚动显示，闪烁显示之间的切换，为实现该要求，系统通过单片机p1口的p1.7p1.5三个位引出四个按键。系统运行过程中通过查询方式检测这三个位的组合值，根据查询得到的组合值，系统将转入与该组合值对应的中断服务程序以实现播放方式的转换操作。p1.7p1.5三个位的组合值与按键的对应关系及所实现的文本播放方式如表4所示。表4 p1.7p1.5三个位组合值与按键的对应关系及所实现的文本播放方式按键p1.7p1.5组合值播放方式k1001b右移显示k2010b滚动显示k3011b闪烁显示k4100b静态显示键盘模块与单片机的电路连接图如图12所示。图12 键盘接线图4.8 基于rs-422总线标准的pc通讯模块4.8.1 串口通讯9串行口是pc机一种常用的接口，具有连接线少，通讯简单，得到广泛的使电子工业协会(eia)联合贝尔系统、调制解调器厂家及pc机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标准。目前较为常用的串口有9针串口（db9）和25针串口（db25），针脚信号说明如表5。通信距离较近时(12m)，可以用电缆线直接连接标准rs232端口，较远时可采用rs422,rs485。若距离很远，则需附加调制解调器（modem）。表5 针脚信号说明9针串口 9db25针串口 db25针号 功能说明缩写针号功能说明缩写1数据载波检测dcd8数据载波检测 dcd2接收数据rxd3接收数据rxd3发送数据txd2发送数据txd4数据终端准备好dtr20数据终端准备好dtr5信号地gnd7信号地gnd6数据准备好dsr6数据准备好dsr7请求发送rts4请求发送rts8清除发送cts5清除发送cts9铃指示dell22振铃指示dell4.8.2 rs-422接口标准10 由于rs-232标准是为数据设备以相对较慢的数据速率（20kbit/s）在较短的距离内（典型值为15m）进行单端数据传输而制定的，随着数据传输速率越来越快、传输距离越来越远，为了弥补rs-232标准的不足，以获得在更远的距离上传输比rs-232-c标准更高的信号传输带宽，eia推出了rs-422标准。该标准采用双端电气接口模块，它的信号传输速率比rs-232标准的20kbit/s要高得多。 rs-422标准全称是“平衡电压数字接口电路的电气特性”，它定义了接口电路的特性。实际上还有一根信号地线，共5根线。由于接收器采用高输入阻抗和发送驱动器比rs232更强的驱动能力，故允许在相同传输线上连接多个接收节点，最多可接10个节点。即一个主设备（master），其余为从设备（salve），从设备之间不能通信，所以rs-422支持点对多的双向通信。接收器输入阻抗为4k，故发端最大负载能力是104k+100（终接电阻）。rs-422四线接口由于采用单独的发送和接收通道，因此不必控制数据方向，各装置之间任何必须的信号交换均可以按软件方式（xon/xoff握手）或硬件方式（一对单独的双绞线）。 rs-422的最大传输距离为4000英尺（约1219米），最大传输速率为10mb/s。其平衡双绞线的长度与传输速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能达到最大传输距离。只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。一般100米长的双绞线上所能获得的最大传输速率仅为1mb/s。 rs-422需要一终接电阻，要求其阻值约等于传输电缆的特性阻抗。在矩距离传输时可不需终接电阻，即一般在300米以下不需终接电阻。终接电阻接在传输电缆的最远端。4.8.3 基于rs-422总线标准的pc机与单片机通讯远程数据传输问题是上下位机之间在传输距离大于15米以后需要考虑的问题，本系统中采用422接口标准。上下位机之间必须进行rs232c和422的转换，转换的目的是，将计算机的rs232c电平转变为422电平再进行远距离传送到显示屏一边的422接收端口处，然后将其变为ttl电平；同样可以进行从下位机到上位机的传输.rs4229针串口（db9）定义如表6所示。表6 rs4229针串口（db9）定义针号123456789缩写gndtxarxancgndtxbrxbncvcc系统采用max488芯片做串口通讯的接收发送器，它与rs-422 9芯标准接口的电路连接如图13。图13 max488与rs-422 9芯标准接口电路连接图4.9 系统