畢業(yè)設計---遙控電子計分牌顯示端的設計

1、<p><b>　　畢業(yè)論文</b></p><p>　　題 目： 遙控電子記分牌顯示端的設計 </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　畢業(yè)設計（論文）任務書Ⅰ</p><p>　　畢業(yè)設計開

2、題報告Ⅱ</p><p>　　指導教師審查意見Ⅲ</p><p><b>　　評閱教師評語Ⅳ</b></p><p>　　答辯記錄及成績評定Ⅴ</p><p><b>　　中外文摘要Ⅵ</b></p><p><b>　　前言Ⅶ</b><

3、;/p><p>　　1 設計任務要求與思路1</p><p>　　1.1 設計任務1</p><p>　　1.2 設計要求1</p><p>　　1.3 設計思路1</p><p><b>　　2 方案選擇3</b></p><p>　　3 硬件原理介紹

4、6</p><p>　　3.1 硬件方案設計6</p><p>　　3.2 芯片介紹7</p><p>　　3.2.1 STC89LE52芯片介紹7</p><p>　　3.2.2 MAX232芯片的介紹9</p><p>　　3.3 單片機串口通信10</p><p>　　

5、3.3.1 設計目的10</p><p>　　3.3.2 設計要求10</p><p>　　3.3.3 主要內容10</p><p>　　3.4 單片機驅動LED顯示13</p><p>　　3.4.1 單片機驅動LED數碼管顯示13</p><p>　　3.4.2 單片機驅動LED點陣顯示15

6、</p><p>　　3.5 擴展部分遙控電子記分牌20</p><p>　　4 軟件設計介紹25</p><p>　　4.1 軟件設計模塊圖25</p><p>　　4.2 開發(fā)平臺和所用語言25</p><p>　　4.3 程序設計、調試與燒寫25</p><p><

7、;b>　　5 總結28</b></p><p>　　5.1 設計的收獲與體會28</p><p>　　5.2 改進措施28</p><p><b>　　參考文獻29</b></p><p><b>　　致謝31</b></p><p><

8、;b>　　附錄132</b></p><p>　　畢業(yè)設計（論文）任務書</p><p>　　1畢業(yè)設計（論文）題目</p><p>　　遙控電子記分牌顯示端的設計</p><p>　　2畢業(yè)設計（論文）起止時間： </p><p>　　3畢業(yè)設計（論文）所需資料及原始數據（指導老師選定部分）<

9、;/p><p>　　（1）網站上查找LED點陣方面的資料</p><p>　?。?）網站上有關漢字字庫讀寫方面的資料</p><p>　　4畢業(yè)設計（論文）應完成的主要內容</p><p>　　1、利用飛思卡爾單片機驅動LED點陣，完成遙控電子記分牌顯示端的設計。</p><p>　　2、畢業(yè)論文上必須包含如下內容：中英文

10、摘要、研制目的及意義、方案選擇、基本原理介紹、硬件電路圖、硬件電路分析、軟件流程圖、軟件原理介紹、性能分析、結束語、源程序清單。</p><p>　　5畢業(yè)設計（論文）的目標及具體要求</p><p>　　1、用飛思卡爾單片機驅動LED點陣，實現如下三種顯示方式：</p><p>　　顯示方式一：32×32顯示字體</p><p>

11、<b>　　圖 1 顯示方式一</b></p><p>　　顯示方式二：16×16字體</p><p><b>　　圖 2 顯示方式二</b></p><p>　　顯示方案三：32×32字體與16×16字體交替顯示，每屏顯示時間為1秒左右。</p><p>　　2、調試

12、好單片機的串口。將串口與計算機相連接，利用串口調試助手，發(fā)送數據，記分牌上的比賽分數、倒計時時間、場次等數據信息都可以響應串口的數據，信息應能得到更新。</p><p>　　3、將漢字字庫寫入到CF卡中，并設計單片機讀寫CF卡程序（難點）。這樣在手持端只需要發(fā)送漢字的編碼信息，在顯示端即可采用查詢CF卡的方式顯示對應的漢字。</p><p>　　4、實現漢字的上翻，下翻，左移，右移，卷頁等

13、擴展功能。</p><p>　　6畢業(yè)設計（論文）所需的條件及上機時數</p><p>　　所需的條件：微型計算機一臺</p><p>　　飛思卡爾單片機開發(fā)系統(tǒng)一套</p><p>　　LED點陣顯示屏一塊</p><p><b>　　有關電子元器件</b></p><p&g

14、t;<b>　　萬能板及少量導線</b></p><p>　　上機時數：（2小時）*（60天）=120小時</p><p>　　任務書批準日期2010年03月10日教研室（系）主任（簽字） </p><p>　　任務書下達日期2010年03月15日指導老師（簽字） </p><p>　　完成任務日期201

15、0年6月10日學生（簽字） </p><p><b>　　工程技術學院</b></p><p><b>　　畢業(yè)設計開題報告</b></p><p><b>　　一、題目來源</b></p><p><b>　　科研實踐</b></p>

16、<p><b>　　二、研究目的和意義</b></p><p>　　目前球場記分牌在傳統(tǒng)操作模式下存在的弊端：采用記分員手動翻動記分牌記分，工作方式單一，顯示信息不多，記分員必須站在記分牌旁操作，無時間顯示功能。遙控電子記分牌可實現如下功能：1.采用LED點陣顯示賽場的比賽隊名；2.通過LED數碼管顯示當前比賽分數；3.增加倒計時及顯示功能，使參賽隊員和觀眾了解比賽剩余時間；4

17、.擴展無線通信模塊，實現遙控加減記分。</p><p>　　項目可應用于各種室內外體育場館的電子記分牌，用于取代傳統(tǒng)的記分員手動翻動記分牌的工作模式。由于LED顯示屏是目前公共場所中信息發(fā)布的主要載體，因此該系統(tǒng)也可拓展使用到會展中心、廣場、銀行、商場等公共場所及車站，機場等交通運輸行業(yè)。尤其是一些發(fā)布數據并需要經常手動更新的領域。目前大部分LED顯示屏不具備遙控更新數據的功能，因此研究該項目具有廣泛的市場前景和

18、重要的研究意義。</p><p>　　三、閱讀的主要參考文獻及資料名稱</p><p>　　[1]《MCS51單片機實用接口技術》 李華 北航出版社</p><p>　　[2]《單片機原理與應用》 朱月秀 科學出版社</p><p>　　[3]智能化測量控制儀表原理與設計（第二版） 徐愛鈞 北航出版社</p><p>

19、;　　[4] MCS-51單片機原理與應用 康維新 輕工業(yè)出版社</p><p>　　四、國內外現狀和發(fā)展趨勢與研究的主攻方向</p><p>　　目前很多地區(qū)仍然在使用傳統(tǒng)的電子記分牌，工作方式單一，顯示信息不多，記分員必須站在記分牌旁操作，無時間顯示功能，由于種種弊端，新型的遙控電子記分牌已經開始在一些大型的體育場流行起來，并且發(fā)展速度迅猛。遙控電子記分牌實現遙控加減計分，并且

20、增加了許多功能，能讓運動員和觀眾們了解更多的信息，將會受到更多體育場合的親昵，并會逐漸取代傳統(tǒng)的電子記分牌。</p><p>　　五、主要研究內容、需要研究的關鍵問題及解決思路</p><p>　　任務：在設計中需要完成如下任務：</p><p><b>　　1.記分員手持端；</b></p><p>　　a.單片機鍵盤

21、掃描；</p><p>　　b.單片機驅動LCD的顯示；</p><p>　　c.單片機與射頻模塊間的串口通信；</p><p><b>　　2.記分牌顯示終端</b></p><p>　　d. 單片機驅動LED數碼管顯示；</p><p>　　e. 單片機驅動LED點陣顯示參賽隊名；</p

22、><p>　　f. 單片機與射頻模塊間的串口通信。 </p><p>　　根據以上任務，學生需要學習的知識涵蓋了模擬電子線路、數字電子線路和單片機原理與應用等理論知識。學生不僅需要學習使用keil uVision3編寫和調試單片機程序，而且需要設計LCD、LED及無線模塊等驅動電路，并調試整個系統(tǒng)。</p><p><b>　　解決思路：</b>&

23、lt;/p><p>　　設計計劃分三個階段：a.設計基礎部分設計與實現；b.設計綜合部分組裝與調試；c.設計擴展部分的設計與實現。</p><p>　　a.基礎部分，分四部分完成：</p><p>　　一：單片機鍵盤掃描部分。</p><p>　　二：單片機串口通信部分。</p><p>　　三：單片機驅動LCD顯示部分。

24、</p><p>　　四：單片機驅動LED顯示部分。</p><p>　　b.綜合部分，一次性完成：</p><p>　　五：電子記分牌綜合部分---綜合基礎部分中的各個模塊，實現電子記分牌的功能。</p><p>　　c.擴展部分，遙控電子記分牌</p><p>　　六：在綜合部分的基礎上，增加無線射頻模塊，實現遙控

25、功能。</p><p>　　六、完成畢業(yè)設計所必須具備的工作條件及解決方法</p><p>　　七、工作的主要階段、進度與時間安排</p><p><b>　　八、指導教師審查意</b></p><p>　　工程技術學院畢業(yè)設計(論文)指導教師審查意見</p><p>　　注：（此頁不夠，請轉反面

26、）</p><p>　　畢業(yè)設計(論文)評閱教師評語</p><p>　　注：（此頁不夠，請轉反面）</p><p>　　畢業(yè)設計(論文)答辯記錄及成績評定</p><p>　　遙控電子記分牌顯示端的設計</p><p>　　[摘要]在當今社會隨著物質生活的提高，人們對精神文化的需求也越來越高。球類競技就是其中非常重要

27、的一個方面，因此對其相關的設備也提出了更高的要求，在各項比賽運動中，記分牌能夠提供很多重要的信息，比如比賽的隊伍，比賽的分數變化和倒計時等信息。有效的提取記分牌分值的信息對于分析比賽有著非常重要的作用。</p><p>　　本設計用STC89LE52RC單片機實現了最新的比賽計時記分系統(tǒng)，此計時記分系統(tǒng)不僅具有軟件設定比賽總時間并實現總時間的倒計時以及比賽隊伍的名稱，該系統(tǒng)采用按鍵操作、LED點陣和數碼管顯示，分

28、別對軟件和硬件進行調試，最終達到了軟件和硬件的良好結合。該設計采用模塊化的設計，程序結構簡單，且電路操作簡單，電路制作費用低廉，經過設計試用，電路工作性能穩(wěn)定，記分顯示效果良好，特別適合廠礦企業(yè)、學校及鄉(xiāng)鎮(zhèn)運動球場和各種室內外體育場館的電子記分牌。此外，用此遙控編碼、解碼集成電路和單片機組合也可設計擴展制作許多實用電路。</p><p>　　該設計特點是采用模塊化的設計。其優(yōu)點是：每個模塊的程序結構簡單，任務明確

29、，易于編寫，調試和修改。程序可讀性好，對程序的修改可局部進行，其他部分可保持不變。這里所設計的籃球比賽系統(tǒng)，也可以加以修改，用于其他比賽系統(tǒng)或其他用倒計時的系統(tǒng)中。</p><p>　　[關鍵詞]：電子記分；單片機；串口通信；動態(tài)顯示；字庫代碼</p><p>　　Design Of Remote Control Electron Scoreboard Demonstration End&

30、lt;/p><p>　　Student: Li Ming, Information Department</p><p>　　Supervisor: Wei Yong, Yangtze University</p><p>　　[abstract] In now society along with the improved standard of material

31、 life，the people pay a more attention to the spiritual and cultural life aspect. Ball games athletics is a very important aspect, Therefore setting a higher request to its related equipment, In each competition, The scor

32、eboard can supply the important information For instance competition's troop，competition's score change and countdown and so on .The effective extraction scoreboard's information is very important to Analysis

33、 c</p><p>　　This design uses the monolithic integrated circuit of STC89LE52RC, has realized the newest timed and scored system in the competition .This system has the function of software design the total ti

34、me, but also can show the countdown and the competition troop's name, This system uses the pressed key operation, LED lattice and nixietube to demonstrate, Separately carries on the debugging to the software and the

35、hardware, Has achieved the software and hardware's good union finally. This design uses m</p><p>　　This design feature is uses modular design .Its merit: each module's program structure is simple, th

36、e duty is clear, Easy to compile, Debugging and modify .The procedure readability is good, modifying the procedure could star to the part, other parts could be invariable. This system could be revised uses in other compe

37、titions.</p><p>　　[Keywords]The Electron Records Points；Monolithic Integrated Circuit; Serial Port Correspondence; Dynamic Demonstration; Fonts Cod</p><p><b>　　前言</b></p>&l

38、t;p><b>　　1.目的</b></p><p>　?。?）了解STC89LE52的基本原理與應用；</p><p>　?。?）熟悉串行通信原理；</p><p>　?。?）掌握單片機驅動LED顯示的原理；</p><p>　　（4） 鑒于目前傳統(tǒng)記分牌的諸多弊端來設計一個功能完善，操作簡單的，適宜廣泛推廣的電

39、子記分牌。</p><p>　　2.項目工程背景及意義</p><p>　　目前傳統(tǒng)的球場記分牌采用記分員手動翻動記分牌記分，存在一些弊端，工作方式單一，顯示信息不多；記分員必須站在記分牌旁操作；無時間顯示功能。而一些大型的體育場 的比賽計時器的設計大都比較的復雜，所用芯片太多，造成整體的價格提高，而且軟件設計比較的復雜。導致性價比不是很高，很難得到廣泛的推廣。本設計采用STC8

40、9LE52單片機作為核心部件，整個系統(tǒng)結構簡單、實用性強、操作簡便、具有低功耗，可靠性，安全性以及低成本等特點，該設計方案完全滿足籃球計分器的設計要求。本遙控電子記分牌可實現如下功能：1.采用LED點陣顯示賽場的比賽隊名；2.通過LED數碼管顯示當前比賽分數；3.增加倒計時及顯示功能，使參賽隊員和觀眾了解比賽剩余時間。</p><p>　　項目應用于各種室內外體育場館的電子記分牌此電路制作簿單、容易，制作魘需費用

41、低廉，電路工作性能穩(wěn)定、可靠。在一般球類體育競賽中，用此無線遙控電子記分電路，可以1人同時兼管兩職，即裁判員翻記分員。在廠礦企照、學校及鄉(xiāng)鎮(zhèn)運凌球場安裝此無線遙控電子記分電路可在一定程度上提高球場的檔次。同時，由于LED顯示屏是目前公共場所中信息發(fā)布的主要載體，因此具有遙控數據更新功能的電子顯示屏該系統(tǒng)也可拓展使用到會展中心、廣場、銀行、商場等公共場所及車站，機場等交通運輸行業(yè)。另一方面，該系統(tǒng)中所涉及的短距離無線通信技術目前在各種領域

42、應用廣泛：比如家庭、工廠與倉庫的自動化控制，安全監(jiān)視、保健監(jiān)視、環(huán)境監(jiān)視，軍事行動、消防隊員操作指揮，貨單自動更新、庫存實時跟蹤以及游戲和互動式玩具等方面的低速應用，以及用于連接下一代便攜式消費電器和通信設備等方面的高速應用。</p><p>　　因此研究該項目具有廣泛的市場前景和重要的工程意義</p><p>　　遙控電子記分牌顯示端的設計</p><p>　　1

43、 設計任務要求與思路</p><p><b>　　1.1 設計任務</b></p><p>　　設計并制作一個用于比賽的記分器，能顯示比賽時間，并顯示比賽比分，能實現每次加、減分和時間修改操作。單片機是把主要計算機功能部件都集成在一塊芯片上的微型計算機。它是一種集計數和多接口于一體的微控制器，被廣泛應用在智能產品和工業(yè)自動化上</p><p&g

44、t;　　本次畢業(yè)設計的主要任務是設計一個籃球比賽記分牌，包括硬件設計和軟件設計。硬件設計的主要任務是：LED數碼管顯示、LED點陣顯示、串口通信的設計以及輔助功能的設計。軟件設計包括：加減記分和倒計時的實現等。本文主要介紹了單片機實現記分牌的整個設計流程，采用C語言編寫程序。本課題選擇STC89LE52單片機為核心控制元件，設計了日常比賽中用到的比賽記分牌。設計同時引用MAX232專用LED驅動芯片，解決了多位LED數碼管同時顯示的問題

45、，硬件結構緊湊，成本低。該單片機比賽記分牌可適應不同競賽規(guī)則，通過按鍵修改每個設置。運行可靠，具有一定的使用價值和競爭價值。</p><p><b>　　1.2 設計要求</b></p><p>　?。ㄒ唬┎捎脝纹瑱C控制，響應迅速，判別精確[15]；主控臺面上有按鍵控制，可同時對比賽時的分數顯示進行加分減分，能顯示整個賽程的比賽倒計時，暫停時間和參賽的隊伍名稱。&l

46、t;/p><p>　　（二）在比賽的過程中能夠隨時刷新各隊在整個賽程中的比分，通過按鍵輸入比分，顯示在LED數碼管和點陣上。</p><p>　?。ㄈ┚哂虚_始、暫停功能。</p><p><b>　　1.3 設計思路</b></p><p>　　根據設計任務與要求，設計思路如下：</p><p>

47、　　系統(tǒng)采用STC89LE52單片機軟件方法來實現。設計出比賽記分、計時系統(tǒng)，能實現兩隊比分的加分、減分（防誤操作）等各種顯示效果；其控制系統(tǒng)的模塊有：LED數碼管顯示記分與倒計時模塊、LED點陣顯示比賽隊伍名稱模塊。</p><p>　　程序由延時函數、顯示函數、主函數、中斷函數、按鍵掃描函數等組成，主函數中調用顯示函數顯示時間、比分并調用延時函數，比分與時間相互切換進而實現籃球比分。</p>&

48、lt;p><b>　　2 方案選擇</b></p><p>　　方案論證：本設計的內容為設計一個具有遙控功能的電子記分牌。</p><p>　　目前傳統(tǒng)的球場記分牌存在如下弊端：采用記分員手動翻動記分牌記分，工作方式單一，顯示信息不多；記分員必須站在記分牌旁操作；無時間顯示功能。遙控電子記分牌可實現如下功能：1.采用LED點陣顯示賽場的比賽隊名；2.通過LED

49、數碼管顯示當前比賽分數；3.增加倒計時及顯示功能，使參賽隊員和觀眾了解比賽剩余時間；4.擴展無線通信模塊，實現遙控加減記分。</p><p>　　為了實現以上功能，可選擇如下三種設計方案：</p><p>　　方案一：手持端與顯示端采用有線加無線的方式連接。</p><p>　　如上圖所示：手持端與顯示端采用有線加無線的方式連接。即：筆記本電腦與控制LED點陣的單片

50、機采用有線的方式進行連接，在比賽前參賽隊伍名稱等內容可以由運行在筆記電腦上的軟件進行修改。而在比賽的過程中，參賽隊伍的比賽分數，場次，時間等信息均用數碼管來顯示，數碼管由運行于顯示端的另一塊單片機來控制，該單片機的顯示參數可以由無線的手持端來遙控設置。</p><p>　　方案二：手持端與顯示端采用無線的方式連接。</p><p>　　如方案二圖所示：手持端與顯示端采用無線的方式連接。即：

51、手持端不僅用于修改比賽隊伍的分數，場次，時間等信息，而且用于設置參賽隊伍名稱。其功能均由一塊單片機來實現。在記分牌的顯示端，用一塊單片機來控制LED點陣和LED數碼管，其顯示的參數均由手持端進行遙控設置。</p><p>　　方案三：手持端采用觸摸屏，增加漢字輸入法，具有輸入任意參賽隊伍名的功能。</p><p>　　如方案三結構圖所示：在方案二的基礎上進行修改。顯示端結構不變，手持端的控

52、制器由單片機改為ARM9芯片，其輸入裝置也由矩陣鍵盤改為觸摸屏。增加漢字輸入法的功能。</p><p>　　分析以上三種方案：方案一采用有線與無線相結合的連接方式，每次比賽前需要提前使用筆記本與記分牌顯示端進行有線連接，將參賽隊伍的名稱輸入到記分牌中去。在比賽的過程中，參賽隊伍的比賽分數，場次，時間等信息參數可以由無線的手持端來遙控設置。其優(yōu)點是參賽隊伍的名稱可以隨意修改，其缺點是比賽時需要與計算機連接，操作比較

53、麻煩。</p><p>　　方案二切實可行，實驗室能夠提供開發(fā)板等裝置完成該設計。手持端與顯示端采用無線模塊來進行通信。唯一的缺憾是在設置參賽隊伍的名稱時，需要事先在手持端的程序中將可能的參賽隊伍名都考慮周到。如果在比賽時，遇到事先沒有預設的參賽隊伍，我們可以通過完善單片機的程序，用英文輸入法將參賽隊伍名用拼音字母的形式表示出來。由于用單片機做漢字輸入法非常繁瑣，因此如果要實現用手持端輸入任意名稱的參賽隊名，則顯

54、得力不從心。</p><p>　　方案三，在方案二的基礎上進行修改。手持端的控制器由單片機改為ARM9芯片，其輸入裝置也由矩陣鍵盤改為觸摸屏，這樣可以通過使用QT等軟件編寫漢字輸入法的功能的程序，借助操作系統(tǒng)強大的功能，進一步完善該系統(tǒng)的功能。但考慮到該方案投入比較大，ARM9開發(fā)難度較高，因此不適合作為單片機的實驗?？梢钥紤]在后續(xù)的嵌入式課程設計中選擇此方案，繼續(xù)完善該設計。</p><p&

55、gt;　　綜合以上三種方案，最后采取方案二。</p><p><b>　　3 硬件原理介紹</b></p><p>　　3.1 硬件方案設計</p><p>　　圖4 遙控電子記分牌顯示端的結構圖</p><p>　　顯示端的設計主要由下面幾個部分組成：無線通信模塊（接受）、單品機驅動LED數碼管顯示比賽分數、單片

56、機驅動LED點陣顯示比賽的隊伍名稱。</p><p>　　圖5 遙控電子記分牌顯示端的電路框圖</p><p>　　顯示端的設計主要內容是：無線通信模塊把接受到的數據交給STC89LE52單品機進行A/D轉換后經過MAX232進行電平轉換，進而送到STC89LE52單片機進行處理最后送到LED數碼管和LED點陣進行顯示。</p><p>　　由結構圖與電路框圖可以

57、知道記分牌顯示終端的設計有以下兩個部分：</p><p>　　1.單片機串口通信（接受）</p><p>　　2.單片機驅動LED顯示</p><p>　　從結構圖和電路框圖中可以知道顯示端的設計主要用了STC89LE52和MAX232芯片。</p><p><b>　　3.2 芯片介紹</b></p>

58、<p>　　3.2.1 STC89LE52芯片介紹</p><p>　　圖6 STC89LE52單片機實物圖</p><p>　　圖7 STC89LE52單片機的結構</p><p>　　STC89LE52單片機使用注意事項：</p><p>　　1. P1.0與P1.1盡量留一個口不用，因為上電復位時如果P1.0/P1.1=

59、0/0，則跑ISP程序，而不運行用戶程序；</p><p>　　2.下載用戶程序時，必須將P1.0,P1.1短接到地，發(fā)下載命令，然后再給單片機上電；</p><p>　　3.P1口當中不做A/D轉換的I/O口，盡量不用，要用，也盡量做為輸入口用，不要作為輸出口用；</p><p>　　4.復位要用MAX810R復位電路才可靠；</p><p&g

60、t;　　5.在XTAL2腳串一個200歐姆左右電阻。</p><p>　　3.2.2 MAX232芯片的介紹</p><p>　　圖8 MAX232電平轉換原理圖</p><p>　　1.max232簡介</p><p>　　該產品是由德州儀器公司（ TI）推出的一款兼容RS232 標準的芯片。由于電腦串口rs232 電平是-10v +1

61、0v ，而一般的單片機應用系統(tǒng)的信號電壓是TTL電平0 +5v,ma x232 就是用來進行電平轉換的,該器件包含2 驅動器、2 接收器和一個電壓發(fā)生器電路提供TIA/EIA-232-F 電平[5]。</p><p>　　該器件符合TIA/EIA-232-F 標準，每一個接收器將TIA/EIA-232-F 電平轉換成5-V TTL/CMOS 電平。每一個發(fā)送器將TTL/CMOS 電平轉換成TIA/EIA-232-

62、F 電平。</p><p><b>　　2.主要特點</b></p><p>　　1、單5V 電源工作</p><p>　　2、兩個驅動器及兩個接收器</p><p>　　3、±30V 輸入電平</p><p>　　4、低電源電流：典型值是8mA</p><p>

63、　　5、符合甚至優(yōu)于ANSI 標準EIA/TIA-232-E 及ITU 推薦標準V.28</p><p>　　3.3 單片機串口通信</p><p>　　3.3.1 設計目的</p><p>　　通過本模塊設計了解實現串行通信的硬件環(huán)境、數據格式的協議、數據交換的協議，學習串口通信中斷方式的程序編寫方法，掌握單片機串行口簡易三線式通信的實現方法。</p&g

64、t;<p>　　3.3.2 設計要求</p><p>　　利用單片機串行口，實現與一臺計算機串行口之間的通信。計算機上運行串口調試助手，實現數據互傳，要求計算機傳給單片機的數據能夠用數碼管顯示，單片機傳給計算機的數據能夠通過軟件界面顯示。</p><p>　　3.3.3 主要內容</p><p>　　51單片機有一個全雙工的串行通訊口[7]，所以單

65、片機和電腦之間可以方便地進行串口通訊。進行串行通訊時要滿足一定的條件，比如電腦的串口是RS232電平的，而單片機的串口是TTL電平的，兩者之間必須有一個電平轉換電路，我們采用了專用芯片MAX232進行轉換，雖然也可以用幾個三極管進行模擬轉換，但是還是用專用芯片更簡單可靠。我們采用了三線制連接串口，也就是說和電腦的9針串口只連接其中的3根線：第5腳的GN、D第2腳的RXD、第3腳的TXD。這是最簡單的連接方法，但是對我們來說已經足夠使用了

66、，電路如下圖所示，MAX232的第10腳和單片機的11腳連接，第9腳和單片機的10腳連接，第15腳和單片機的20腳連接。實驗室所提供的51單片機實驗板上已經裝配好了全部硬件。</p><p>　　圖9 TTL與MAX232電平轉換電路</p><p>　　可以到網絡上下載并運行這個串口調試軟件，這是一個綠色的軟件，無需安裝，可以直接在當前位置運行這個軟件。軟件界面如下圖6所示，我們先要設

67、置一下串口通訊的參數，將波特率調整為9600,串口選擇為COM1，當然將實驗室提供的51單片機實驗板的串口也要和電腦的COM1連接，將燒寫有以下程序的單片機插入單片機實驗板的萬能插座中，并接通51單片機實驗板的電源，這時只要按下K1一次，在串口調試助手軟件的接收區(qū)界面中就會增加一個“AF”字符，表示單片機向電腦發(fā)送“AF”字符成功。</p><p>　　圖10 串口調試助手界面</p><p

68、>　　串口通信部分的源程序中的中斷程序如下所示：</p><p>　　/--------------------中斷服務程序--------------------</p><p>　　void serial() interrupt 4 //OK清零查詢，GET讀數查詢</p><p><b>　　{</b></p>

69、<p>　　if(RI)//interrupt successfully##########################---PC---->MCU發(fā)送數據</p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned char ch;</p><p><b>　　ch=0;</b&

70、gt;</p><p><b>　　RI = 0;</b></p><p><b>　　ch=SBUF;</b></p><p>　　RxBuf[count]=ch;</p><p><b>　　count++;</b></p><p>　　if(co

71、unt>32)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　count=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　if((ch=='\n')&&(RxBuf[count-2]==

72、9;\r'))</p><p>　　{ RxBuf[count]='\0';</p><p><b>　　count=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>&

73、lt;b>　　else </b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　TI=0;//onceitinterrupted ,clear the flag!!---MCU---->PC發(fā)送數據</p><p>　　transmitONE(RxBuf[0]);</p><p&g

74、t;　　transmitONE(RxBuf[1]);</p><p>　　transmitONE(RxBuf[2]);</p><p>　　transmitONE(RxBuf[3]);</p><p>　　transmitONE(RxBuf[4]);</p><p>　　transmitONE(RxBuf[5]);</p>&l

75、t;p>　　transmitONE(RxBuf[6]);</p><p>　　transmit(end);</p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　在以上串口中斷的子程序中,我們設置了一個判斷條件,如果單片機處于收到來自外部的串口

76、中斷的狀態(tài),則跳轉到接受數據狀態(tài),反之,如果狀態(tài)為發(fā)送數據,則工作在發(fā)送多個字節(jié)的狀態(tài)。通過以上研究設計，已經成功地實現了單片機與計算機串口數據的互發(fā)數據功能。</p><p>　　3.4 單片機驅動LED顯示</p><p>　　該模塊分為兩部分內容，一部分為單片機驅動LED數碼管顯示，另一部分為單片機驅動LED點陣顯示。</p><p>　　3.4.1 單片

77、機驅動LED數碼管顯示</p><p>　　在單片機應用系統(tǒng)中，普遍使用成本低廉、配置靈活的數碼管（LED）做顯示器。常用的為4～8位八段LED數碼管顯示器，即需要4～8個LED數碼管。實現這種顯示的方法很多，但是，必須采用相應的措施才能實現多個LED的顯示。本部分利用了動態(tài)掃描的方法，利用該方法設計的多路LED數碼管顯示系統(tǒng)具有硬件設備簡單，可移植性好，成本低廉的特點，在各種儀表顯示系統(tǒng)中應用效果良好。<

78、/p><p>　　多位LED顯示時，常將所有位的段選線并聯在一起，由一個8位I／O口控制，而共陰極點或共陽極點分別由另一個8位I／O口控制；也可采用并行擴展口構成顯示電路，通常，需要擴展器件管腳的較多，價格較高。本部分利用單片機的一個并行I／O口實現多個LED顯示的簡單方法，圖11所示是該電路的硬件原理圖。其中，74LS138是3線－8線譯碼器，74LS04是6位非門，起反向驅動作用，LED采用SM110561K型共

79、陽極數碼管。</p><p>　　圖11 LED動態(tài)掃描電路圖</p><p>　　顯示時，其顯示數據從STC89LE52RC單片機的P1口輸出送往寄存器74LS254的A端，然后驅動后將變成的并行數據從輸出端Q0～Q7輸出，將輸出的LED段選碼同時送往數碼管LED0～LED10。位選碼由單片機的P20～P24口輸出并經譯碼器74LS138送往74LS04非門的輸入端，以對數碼管LED0

80、～LED10進行位選控制，這樣，11個數碼管便以10ms的時間間隔輪流顯示。由于人眼的殘留效應，這11個數碼管看上去幾乎是同時顯示。</p><p>　　LED的驅動子如下：程序</p><p>　　/************************數碼管顯示*************************/</p><p>　　void LED_SHOW()

81、 </p><p>　　{ int i;</p><p>　　for(i=0;i<12;i++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　P2=tab2[i];//8位循環(huán)顯示，考慮數碼管點的位置</p><p>　　P1=led[tab[i]];//數碼管段顯&l

82、t;/p><p>　　if((i==8)&&(dot==0))</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　P1&=0x7f;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　delay(1

83、0);</p><p>　　//delay(1);//時間不能太短，否則閃爍</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　根據本部分的要求，我們需要用LED顯示11個數字，其代表的數據如下：第0～2數碼管顯示甲隊的得分；3～5數碼管顯示乙隊

84、的得分；6數碼管顯示當前的比賽場次；7～10數碼管顯示倒計時的時間。只要連接好硬件電路，編寫好軟件程序，LED數碼管驅動模塊可以很快完成。</p><p>　　3.4.2 單片機驅動LED點陣顯示</p><p>　　為了更加方便快捷地顯示各種實時信息，LED點陣顯示屏已經慢慢融入了我們的生活。晚上街頭色彩絢麗的電子廣告牌,酒店門前醒目的滾動字幕，大型商場車站的電子屏提示標語，銀行證券交

85、易所及交通路況等反映實時信息的顯示屏。本模塊中是采用一片STC89LE52RC單片機為核心器件， 16塊8×8 LED點陣數碼管以及其他一些中規(guī)模集成芯片進行設計的，能實現不同字體的左右滾動及靜止顯示功能，并能調節(jié)其滾動速度。本設計實用性強，操作簡單。</p><p><b>　　1.方案論證</b></p><p><b>　?。?）顯示部分&

86、lt;/b></p><p>　　顯示部分是本次研究最核心的部分，對于LED8×8點陣顯示有以下兩種方案，分為動態(tài)顯示子程序和靜態(tài)顯示子程序，動態(tài)顯示與靜態(tài)顯示比較各有優(yōu)缺。</p><p>　　方案一：靜態(tài)顯示，將一幀圖像中的每一個二極管的狀態(tài)分別用0 和1 表示,若為0 ,則表示LED 無電流,即暗狀態(tài);若為1 則表示二極管被點亮。若給每一個發(fā)光二極管一個驅動電路,一幅

87、畫面輸入以后,所有LED 的狀態(tài)保持到下一幅畫。對于靜態(tài)顯示方式方式,靜態(tài)顯示的亮度高，占用CPU的時間短，但它所需的譯碼驅動裝置很多,引線多而復雜,成本高,且可靠性也較低。</p><p>　　方案二：動態(tài)顯示，對一幅畫面進行分割,對組成畫面的各部分分別顯示,是動態(tài)顯示方式。動態(tài)顯示可以避免靜態(tài)顯示的問題，但設計上如果處理不當,易造成亮度低,閃爍。因此合理的設計應既保證驅動電路易實現,又要保證圖像穩(wěn)定,無閃爍[

88、14]。動態(tài)顯示采用多路復用技術的動態(tài)掃描顯示方式, 復用的程度不是無限增加的, 因為利用動態(tài)掃描顯示使我們看到一幅穩(wěn)定畫面的實質是利用了人眼的暫留效應和發(fā)光二極管發(fā)光時間的長短, 發(fā)光的亮度等因素。我們通過模塊發(fā)現, 當掃描刷新頻率(發(fā)光二極管的停閃頻率) 為50Hz, 發(fā)光二極管導通時間大于或等于1m s 時, 顯示亮度較好, 無閃爍感。 </p><p>　　鑒于上述原因, 我們采用方案二。</p&

89、gt;<p><b>　?。?）芯片選擇</b></p><p>　　方案一：點陣的行列掃描全部選用單片機的I/O口來驅動，占用大量I/O資源。</p><p>　　方案二：點陣行掃描用單片機I/O口，列掃描用74HC154地址譯碼器，譯碼器只需二個I/O口控制，這樣就可以剩余更多的I/O資源做其他事情。</p><p>　　綜合

90、比較，我們采用方案二。</p><p><b>　　8×8點陣數碼管：</b></p><p>　　8×8 點陣LED的工作原理:只要其對應的X、Y軸順向偏壓，即可使LED發(fā)亮。例如，想使左上角LED點亮，則X0=1,Y0=0即可,實際應用時限流電阻可以放在X軸或Y軸。</p><p>　　圖12 8×8點陣LE

91、D外觀及引腳</p><p>　　2.系統(tǒng)的仿真圖如下</p><p>　　圖13 LED點陣及LED數碼管在PROTEUS下的仿真圖</p><p>　　LED點陣顯示屏采用16×16共256個象素的點陣顯示一個漢字，通過萬用表檢測發(fā)光二極管的方法測試判斷出該點陣的引腳分布。本部分中16×16點陣塊的連線方式如下所述：將四個點陣按照同樣的方向

92、排列，即有字一面向著同一方向，假設四個點陣的排列方式為： </p><p><b>　　00 01 </b></p><p><b>　　10 11 </b></p><p>　　說明：將00與01的行控制線一對一連接，10和11的行控制線一對一連接；00與10的列控制線一對一連接，01和11的列控制線一對一連接；最后

93、，00和01的16根列控制線就是16x16的列控制線；00和10的行控制線就是16x16的行控制線。</p><p><b>　　3.系統(tǒng)工作原理</b></p><p>　　單片機STC89LE52RC按照設定的程序在P0和P2接口輸出與內部漢字對應的代碼電平送至LED點陣的行選線(高電平驅動)，從而選中相應的象素LED發(fā)光，并利用人眼的視覺暫留特性合成整個漢字的顯

94、示。</p><p>　　4.漢字的點陣顯示原理及字庫代碼獲取方法</p><p>　　我們以UCDOS中文宋體字庫為例，每一個字由16行16列的點陣組成顯示。即國標漢字庫中的每一個字均由256點陣來表示。我們可以把每一個點理解為一個象素，而把每一個字的字形理解為一幅圖像。事實上這個漢字屏不僅可以顯示漢字，也可以顯示在256象素范圍內的任何圖形。若采用STC89LE52RC單片機控制，由于

95、單片機的總線為8位，一個字需要拆分為2個部分，下圖所示：</p><p>　　圖14 漢字點陣顯示原理</p><p>　　為了弄清楚漢字的點陣組成規(guī)律，首先通過列掃描方法獲取漢字的代碼。漢字可拆分為上部和下部，上部由8×16點陣組成，下部也由8×16點陣組成。本設計通過列掃描方法首先顯示左上角的第一列的上半部分，即第0列的P07～P00口，方向為P07到P00，顯示

96、漢字“大”時，由下往上排列為P07滅，P06滅,P05亮,P04滅,P03滅,P02滅,P01滅,P00滅，即二進制00100000，轉換為十六進制為20h。上半部第一列完成后，繼續(xù)掃描下半部的第一列，還是由下往上掃描，即從P20向P27，從圖11可以看到，這列全不亮，即為00000000，十六進制為00h。依照這個方法轉向第二列、第三列，…，直至第十六列的掃描，一共掃描32個8位，可以得出漢字“大”的掃描代碼為：</p>

97、<p>　　0x20,0x00,0x20,0x80,0x20,0x40,0x20,0x20,</p><p>　　0x20,0x10,0x20,0x0C,0xA0,0x03,0x7F,0x00,</p><p>　　0xA0,0x01,0x20,0x06,0x20,0x08,0x20,0x30,</p><p>　　0x20,0x60,0x20,0xC0

98、,0x20,0x40,0x00,0x00,</p><p>　　由這個原理可以看出，無論顯示何種字體或圖像，都可以用這個方法來分析出它的掃描代碼從而顯示在屏幕上。</p><p>　　上述方法雖然能夠讓我們弄清楚漢字點陣代碼的獲取過程，但是依靠人工方法獲取漢字代碼是一件非常繁瑣的事情。為此，我們經常采用字庫軟件查找字符代碼，軟件打開后輸入漢字，設置字體樣式大小和取模方式及取模走向，點擊“生

99、成字模”十六進制數據的漢字代碼即可自動生成，把我們所需要的豎排數據復制到程序中即可。注：本設計取模方式為列掃描，取模走向為低位在前，字體為華文新魏，陽端IO口行驅動順序由上往下：P00-P07,P20-P27。</p><p>　　漢字點陣顯示一般有點掃描、行掃描和列掃描3種。為了符合視覺暫留要求，點掃描方法的掃描頻率必須大于16×64=1024 Hz，周期小于1 ms即可。行掃描和列掃描方法的掃描頻率

100、必須大于16×8=128 Hz，周期小于7.8 ms即可，但是一次驅動一列或一行(8顆LED)時需外加驅動電路提高電流，否則LED亮度會不足。</p><p>　　5.顯示端硬件實物圖</p><p>　　圖15 遙控電子記分牌顯示端的實物圖</p><p>　　3.5 擴展部分遙控電子記分牌</p><p>　　該模塊是在綜合

101、設計的基礎上，增加無線射頻模塊，實現遙控功能。</p><p>　　1.RF905的特性</p><p>　　目前市場上有各種各樣的短距離無線通信模塊，RF905射頻模塊具有如下優(yōu)點：(1) 433Mhz 開放ISM 頻段免許可證使用</p><p>　　(2) 最高工作速率50kbps，高效GFSK調制，抗干擾能力強，特別適合工業(yè)控制場合</p>&

102、lt;p>　　(3) 125 頻道，滿足多點通信和跳頻通信需要</p><p>　　(4) 內置硬件CRC 檢錯和點對多點通信地址控制</p><p>　　(5) 低功耗1.9 - 3.6V 工作，待機模式下狀態(tài)僅為2.5uA</p><p>　　(6) 收發(fā)模式切換時間 < 650us</p><p>　　(7) 模塊可軟件設地

103、址，只有收到本機地址時才會輸出數據（提供中斷指示)，可直接接各種單片機使用，軟件編程非常方便</p><p>　　(8) TX Mode: 在+10dBm情況下，電流為30mA; RX Mode: 12.2mA</p><p>　　(9) 標準DIP間距接口，便于嵌入式應用</p><p>　　因此我們選用了RF905無線模塊作為本次擴展部分的通信載體[26] 。&

104、lt;/p><p><b>　　2．本模塊引腳圖</b></p><p>　　本模塊與單片機之間的連接方式非常簡單，如下如所示：</p><p>　　圖16 RF905模塊的引腳圖</p><p>　　3.無線模塊的工作方式</p><p>　　Shock Burst TX 發(fā)送流程：</p&

105、gt;<p>　　典型的RF905發(fā)送流程分以下幾步</p><p>　　A. 當微控制器有數據要發(fā)送時，通過SPI接口，按時序把接收機的地址和要發(fā)送的數據送傳給RF905，SPI接口的速率在通信協議和器件配置時確定；</p><p>　　B. 微控制器置高TRX_CE和TX_EN，激發(fā)RF905的ShockBurstTM發(fā)送模式；</p><p>　

106、　C. RF905的ShockBurstTM發(fā)送：</p><p>　　(1) 射頻寄存器自動開啟；</p><p>　　(2) 數據打包(加字頭和CRC校驗碼)；</p><p>　　(3) 發(fā)送數據包；</p><p>　　(4) 當數據發(fā)送完成，數據準備好引腳被置高；</p><p>　　D. AUTO_RETR

107、AN被置高，RF905不斷重發(fā)，直到TRX_CE被置低；</p><p>　　E. 當TRX_CE被置低，RF905發(fā)送過程完成，自動進入空閑模式。</p><p>　　ShockBurst RX 接收流程：</p><p>　　A. 當TRX_CE為高、TX_EN為低時，RF905進入ShockBurstTM接收模式；</p><p>　　

108、B. 650us后，RF905不斷監(jiān)測，等待接收數據；</p><p>　　C. 當RF905檢測到同一頻段的載波時，載波檢測引腳被置高；</p><p>　　D. 當接收到一個相匹配的地址，AM引腳被置高；</p><p>　　E. 當一個正確的數據包接收完畢， RF905自動移去字頭、地址和CRC校驗位，然后把DR引腳置高</p><p>

109、;　　F. 微控制器把TRX_CE置低，nRF905進入空閑模式；</p><p>　　G. 微控制器通過SPI口，以一定的速率把數據移到微控制器內；</p><p>　　H. 當所有的數據接收完畢，nRF905把DR引腳和AM引腳置低；</p><p>　　I. nRF905此時可以進入ShockBurstTM接收模式、ShockBurstTM發(fā)送模式或關機模式。

110、</p><p><b>　　4．電路參數設計</b></p><p>　　電路參數設計主要考慮如下幾方面：(1)手持端的功耗及電池供電時間；(2) 顯示端的功耗及電池供電時間；(3) RF905模塊的通信距離；(4) RF905模塊的工作速率；</p><p>　　(1) 手持端的功耗及電池供電時間</p><p>

111、　　手持端的功耗包括：a.單片機最小系統(tǒng)板的功耗；b.12864LCD的功耗；c.RF905射頻模塊功耗（發(fā)射模式）。</p><p>　　a.單片機最小系統(tǒng)板的功耗:STC89LE52單片機正常工作模式典型功耗為4～7mA，5V供電情況下，兩塊系統(tǒng)板的功耗為：5V*7mA*2=70mW。</p><p>　　b. 12864LCD不帶背光情況下功耗約為30 mW，背光功耗≤300 mW，

112、因此最大功耗為300+30=330 mW[13]。</p><p>　　c. RF905射頻模塊TX Mode: 在+10dBm情況下，電流為30mA，低功耗1.9 - 3.6V 工作，待機模式下狀態(tài)僅為2.5uA，長期處于TX Mode下，功耗為30mA*3.3V=100mW。</p><p>　　在持續(xù)打開LCD背光的情況下，手持端的最大總功耗為100+330+70=500mW。若采用

113、容量為2Ah/5V鋰電池供電，工作時間為2000/500=4小時。如果在不開LCD背光的情況下，手持端功耗為100+30+70=200 mW，若選用容量為2Ah/5V鋰電池供電，工作時間為2000/200=10小時。因此完全滿足實際需求。</p><p>　　(2) 顯示端的功耗及電池供電時間</p><p>　　顯示端的功耗包括： a.單片機最小系統(tǒng)板的功耗；b. LED點陣的功耗；c.

114、 LED數碼管的功耗；d.RF905射頻模塊功耗。</p><p>　　a.單片機最小系統(tǒng)板的功耗:STC89LE52單片機正常工作模式典型功耗為4-7mA，5V供電情況下，兩塊系統(tǒng)板的功耗為：5V*7mA*2=70mW。</p><p>　　b. LED點陣的功耗一般為20W每平方米，本點陣設計面積為1.5*0.15*2=0.45，功耗為20*0.45=9W。</p>&l

115、t;p>　　c. LED數碼管的功耗：采用高亮LED，每個數碼管功耗約為300 mW，總功耗：9*300=2.7W。</p><p>　　d RF905射頻模塊RX Mode:12.2mA，待機模式下狀態(tài)僅為2.5uA，長期處于RX Mode下，功耗為12.2mA*3.3V=40mW。</p><p>　　顯示端總功耗：0.04+0.07+9+2.7=11.81≈12W。如選用12V

116、/4Ah鎳氫電池供電，工作時間約為12*4/12=4h。因此完全滿足實際需求。</p><p>　　(3) RF905模塊的通信距離</p><p>　　a. 433Mhz 開放ISM 頻段免許可證使用。</p><p>　　b. 在+10dBm情況下，開闊地帶的最大傳輸距離為1000米，而一般球場周圍的活動距離一般不超過100米，因此完全滿足本設計需求。<

117、/p><p>　　(4) RF905模塊的工作速率</p><p>　　a. 最高工作速率50kbps，高效GFSK調制，抗干擾能力強，特別適合工業(yè)控制場合。本設計所需要傳輸的數據量只有16bps，因此完全滿足要求。</p><p>　　b.波特率：RF905模塊與單片機之間的串口通信波特率定為9600bit/s。125 頻道，滿足多點通信和跳頻通信需要。</p