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1、-基于单片机的点阵电子显示屏设计毕业设计论文-第 33 页编号： 毕业设计说明书题 目：基于单片机的点阵电子 显示屏设计 学 院： 信息与通信学院 专 业： 电子信息工程 学生姓名： 黄祥就 学 号： 0801130509 指导教师： 邓艳容 职 称： 讲 师 题目类型：理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发2012年5月20日摘 要LED点阵主要应用于显示屏，它是由发光二极管点阵模块或像素单元组组成的平面式显示屏幕。显示屏通过一定的控制方式，用于显示文字、图像等各种信息及电视、录像信号。LED行业已成为一个快速发展的新兴产业，市场空间巨大，前景广阔。随着信息产业的高速发展，LE
2、D显示作为信息传播的一种重要手段，已广泛应用于室内室外需要进行服务内容和服务宗旨宣传的公众场所。显然，LED已成为城市亮化、现代化和信息化社会的一个重要标志。本次设计的LED显示屏主要由主控制模块、LED点阵屏模块、键盘模块、DS1302时钟模块、DS18B20温度模块、红外遥控模块组成。行扫描采用74HC154译码器、列扫描采用74HC595移位寄存器及采用大电流三极管SS8550作为驱动元件。本文采用STC12C系列高速单片机作为主控制器模块，结合简单的外围元件来驱动LED点阵屏，能够显示文字、时间、温度等内容。另外，本设计还添加了红外遥控功能，能够实现遥控切换显示内容、修改时间等。通过软
3、件编程可以实现显示内容的多样化。它广泛应用于医院、机场、银行、车站等公共场所，具有很强的实用性。本文详细介绍了LED显示屏的显示原理和工作过程，以及硬件电路的设计、软件调试及其参数的计算方法。它能够实现汉字左右、上下移动等六种显示方式，还可以实现显示温度、万年历以及红外控制等功能。关键词：单片机；LED显示屏；DS1302；DS18B20；红外遥控。AbstractLED dot matrix is mainly used in the display, It is by the light emitting diode matrix modules or pixel unit group c
4、omposed of a flat display screen. It is through certain control method, is used to display text, images and other information and television, video signal. The LED industry has become a fast-developing emerging industries, a huge market space and foreground capacious. With the rapid development of i
5、nformation industry, the LED display as an important means of information transmission, has been widely used in indoor and outdoor needs the service content and purpose of publicity of public places. Obviously, the LED has become an important symbol of the city lighting, modern and information socie
6、ty.The design of the LED display is mainly composed by the main control module, LED dot matrix screen module, keyboard module, DS1302 clock module, DS18B20 temperature modules, infrared remote control module. The line scan using the 74HC154 decoder, the column scan using the 74HC595 shift register a
7、nd the high-current transistor SS8550 as a driving element. This article use the STC12C series of high-speed microcontroller as the main controller module, combined with simple external components to drive the LED dot matrix screen, to display the contents of the text, time, temperature, etc. Throug
8、h the software programming can realize showing the contents of the diversification. It is widely used in hospitals, airports, banks, railway stations and other public places, and highly practical.This article details display principle of LED display screen and working procedures, circuit design, sof
9、tware and hardware debug and parameter calculation method. It can realize the Chinese characters move up and down the left and right sides, six kinds of display mode can also achieve display temperature, calendar and infrared control etc. Function.Keywords: SCM; LED display; DS1302; DS18B20; Infrare
10、d remote control.目 录引言11 设计任务与方案论证21.1 设计任务21.2 方案论证21.2.1显示屏驱动方式方案论证21.2.2显示屏控制方案论证32 系统硬件设计与调试32.1 系统主控模块设计42.2 显示电路模块设计52.2.1 LED点阵模块62.2.2行扫描驱动电路设计62.2.3列驱动电路设计82.3 温度电路模块设计92.4 时间电路模块设计112.5 红外接收电路模块设计132.6 报警电路模块设计152.7 PCB电路板的设计与调试152.7.1原理图绘制和PCB电路板的制作152.7.2电路板的焊接与调试163 系统软件设计与调试173.1 软件编程与
11、调试173.1.1字模提取软件193.1.2系统开发软件193.1.3汉字显示效果编程与调试203.1.4温度程序设计与调试223.1.5时钟程序设计与调试233.1.6红外程序设计与调试243.1.7各程序模块组合调试263.2 系统综合性能分析264 结论27谢 辞29参考文献30附 录31附录一 主控制板PCB图31附录二 LED点阵显示屏PCB图32附录三 主程序清单33引言LED显示屏（LED panel）：LED英文名称为light emitting diode ，是发光二极管的英文缩写，简称LED。它是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，用来显示文字、图形、图像、动画、行情、
12、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。LED点阵电子显示屏制作简单，安装方便，被广泛应用于各种公共场合，如汽车报站器、广告屏及公告牌等。其中的LED点阵单色图文动态条幅屏，因为成本低廉、可靠性高、显示效果优良，所以成为点阵式LED汉字广告屏中的主流产品。LED之所以受到广泛重视而得到发展，与它本身所具有的优点是分不开的。在照明领域中，传统的白炽灯无法克服其耗电量大、寿命短的缺陷。LED与荧光灯相比，白光LED的制造与使用过程不会引入汞的污染；与荧光灯光谱相比，白光LED的连续光谱更接近自然光。从功耗上，白光LED仅为白炽灯的八分之一、荧光灯的二分之一，白光LED的寿命可达10万小时，是传统荧光灯
13、的50-100倍。这些LED的自身优点对环境保护和节约能源都具有极为重要的意义。而LED作为一种冷光源其辐射主要集中在可见光区，几乎不产生热，避免了非可见光区电磁波对人体的损害。其优点可概括如下：高亮度、色彩丰富、寿命长、耐冲击、功耗小、性能稳定、驱动简单、工作电压低、微型化易与集成电路匹配等。LED 电子显示屏可按颜色、显示器件、使用场合分成三大类。按颜色分类可分为：单基色显示屏、双基色显示屏、全彩色显示屏。按显示器件分类可分为：LED数码显示屏、LED点阵图文显示屏。按使用场合分类可分为：室内显示屏、室外显示屏。目前，LED显示屏作为新一代的信息传播媒体，已经成为城市信息现代化建设的标志。
14、随着微电子技术、自动化技术、计算机技术的迅速发展，半导体的制作和加工工艺逐步成熟和完善，制造不同的半导体材料越来越容易，使得LED芯片的亮度、寿命得到了突飞猛进的发展，从而使其拥有更为宽广的应用领域。在照明、传媒等领域，基于LED发光管的各种显示渐渐崭露头角，特别是在LED显示屏市场也得到长足的发展。自20世纪80年代后期开始，随着LED制造技术的不断完善，在国外得到了广泛的应用。在我国改革开放之后，特别是进入90年代国民经济迅速增长，对公众场合发布信息的需求日益强烈，LED显示屏的出现正好适应了这一市场趋势，因而在LED显示屏的制造技术和应用水平上都得到了迅速的提供与发展。从未来发展趋势看，
15、目前具有视频效果的几种媒体，其性能优势各有千秋。1 设计任务与方案论证1.1 设计任务本文设计一个16x64点阵单色显示屏，由STC12C系列高速单片机作为主控制器，能实现如下功能：(1) 能够显示字母、汉字；(2) 通过按键切换显示；(3) 能实现多种显示效果；(4) 能显示温度且带上限报警功能；(5) 能显示时间、日期、星期并可以调整时间及设置闹铃；(6) 通过遥控实现显示效果及内容的切换、万年历的设计。1.2 方案论证为了节约成本，减少资源过渡浪费，实现高性价比的设计，需要进行方案论证及选择，如下：1.2.1显示屏驱动方式方案论证方案一：串行控制驱动方式。所谓串行控制驱动方式就是将显示的
16、数据通过串行方式送入点（列）驱动电路，其特点是相邻两个显示模块之间的线路连接简单。这给印制电路板的设计带来了方便，同时也减少了印制电路板的布线密度，从而为生产和调试带来了有利的一面，当然，单元模块的可靠性也相应的提高了。串行控制驱动方式主要用到的芯片有：MC4094、74LS595、74HC595等。但是由于其驱动能力有限只能驱动一个发光二极管，在实际使用过程中只用于列驱动电路，而使用功率芯片作为行驱动。关于行的控制和驱动比较容易，因为行的工作方式是分时顺序工作的。由于行的组成是几个模块并联而成的，因此驱动的功率要求比较大。行线驱动一般是采用PNP功率三极管或CMOS管，逻辑控制可选用4-16
17、译码方式和直接行线控制方式。在应用串行控制驱动系统时，尽管串行移位芯片具有级联功能，但设计时要考虑时钟信号、行控制信号的级联驱动问题。另外为提高单元的多级级联的数量，设计时要考虑到每个信号的传输延迟，以保证控制时序的正确运行。方案二：并行控制驱动方式显示。并行控制驱动方式就是显示的数据是通过并行（8位）方式送入点（列）驱动电路，每送入一个字节就完成了一个模块的单行数据输入，其优点是数据的刷新速度快，这就减轻了上一级联控制系统的压力。在同样数据处理量的前提下，对处理速度要求的降低，就意味着对系统投入的降低。同时，处理速度的降低也相应提高了系统的稳定性。在并行控制驱动方式下，可以选用74HC373
18、这样一类锁存芯片，采用级联的方式将列数据输入。这一设计方案的特点是设计线路简洁，控制方便快速。关于在并行控制驱动方式下的行控制驱动的设计可参照串行控制驱动方式设计。并行控制驱动方式的缺点是：由于数据是并行输入的，这就使得单元内芯片数量大而且线路连接复杂。由此增加了单元的成本和印制电路板的设计难度。同时提高了印制电路板的密度，对生产加工和调试提出了较高的要求。这种方式也将增加控制逻辑的投入，也就是说每个锁存器都要有一个独立的锁存控制时钟，因此，这一方式将增加很高的成本。方案三：高度集成专用芯片的应用。随着微电子技术的不断发展以及大型电子显示屏应用日益广泛，一种高度集成的LED显示屏控制驱动专用芯
19、片出现了，如ZQL9701芯片。ZQL9701芯片是集行控制、列控制和一些外围驱动电路于一身的高度集成控制驱动芯片。采用ZQL9701芯片将会使单元的控制、驱动更简单，高度的集成化也使系统的稳定性更为可靠。另外，ZQL9701芯片在单元的级联方面也提供了充分的支持。采用ZQL9701芯片将使系统的显示灰度达到256级。采用ZQL9701芯片设计显示单元时，由于ZQL9701芯片是表贴片封装器件，这就需要专用的生产设备进行生产。虽然使用该芯片，显示单元得到了极大的提高，但系统的成本也提高了。综上所述，根据本设计所要实现的功能及成本的考虑，最终选择了方案一。1.2.2显示屏控制方案论证方案一：单机
20、工作模式。就是采用一个单片机实现控制所有功能，其中包括LED点阵显示屏的刷新显示、模式设定、时间读取、温度检测、红外遥控控制，以及与上位机的通信等。只用一个单片机控制点阵显示屏可以使电路大大减化，设计成本也相应降低，软件设计方面也容易实现。方案二：主从工作模式。采用主从单片机工作方式来控制整个系统。其中一个单片机用于控制LED点阵显示，另外一个单片机用于扩展键盘、串口与上位机通信、温度测量、时间读取、红外遥控控制等工作。相对单机工作方式来说，主从工作模式的处理能力大大提高，并且分工明确，执行速度得到很大的提高。但硬件电路以及软件设计方面要求相对复杂一些，更涉及到主从单片机通信问题。综上所述，考
21、虑到本设计只须要一个单片机即可完成设计，故选择方案一。2 系统硬件设计与调试考虑到使用传统51系列单片机指令运行速度不够快，有可能会使LED点阵显示屏出现闪烁的情况发生，故本系统采用STC12C5A60S2高速单片机作为主控制单元，系统硬件电路主要由主控制模块、LED点阵屏模块、键盘模块、DS1302时钟模块、DS18B20温度模块、红外遥控模块、报警模块共七部分组成。系统总体设计框图如图2-1所示：中央处理器LED点阵电子显示屏键 盘温度传感器红外接收时钟电路报警电路图2-1 系统总体设计框图2.1 系统主控模块设计单片机的最小系统就是本设计的系统主控电路部分，外加一些外围电路，通过键盘扫描
22、来确定工作模式以及完成相关操作。还包括了时钟检测电路、温度检测电路、红外遥控电路，以及与上位机通信的RS-232接口电路。最小系统如图2-2所示：图2-2 单片机最小系统该单片机最小系统主要由键盘电路、串口通信电路、电源电路、复位电路、扩展电路等五部分组成。为了解决LED显示屏的闪烁问题，本系统采用了宏晶科技生产的STC12C高速单片机系列的STC12C5A60S2单片机，其管脚与传统51系列单片机完全兼容，所以使用的编译器和指令代码都和传统51单片机相同。其速度是传统51单片机的812倍。其引脚图如图2-3所示：图2-3 STC12C5A60S2系列单片机引脚图它包含了中央处理器（CPU）、
23、60K程序存储器、1280字节数据存储器、定时/计数器、UART串口、串口2、I/O接口、高速A/D转换、SPI接口、PCA、看门口及片内R/C振荡器和外部晶体振荡器电路等模块，还增加了P4口。STC12C5A60S2系列单片机几乎包含了数据采集和控制中所需的所有单元模块，可以称得上一个片上系统。对于LED点阵屏的应用需要来说，采用STC12C5A60S2高速单片机比传统51单片机有以下突出的优点：（1）较高的处理速度和时钟频率，能解决LED点阵显示屏的闪烁问题。（2）60K大容量的程序存储器，避免了外接外部存储器，从而减少设计成本，也简化了外部电路的设计。（3）电压范围宽，即使负载端电压的波
24、动也不会影响点阵屏的正常运行。（4）丰富的I/O接口，不用外接I/O口拓展芯片也可以增加更多辅助功能，同时也降低了设计成本。2.2 显示电路模块设计在显示电路中，主要由行扫描元件、列驱动元件、驱动元件及LED点阵模块组成。整体显示框图如图2-4所示：16x64点阵显示屏列驱动器行扫描器行驱动器主控制单元图2-4 系统显示模块框图2.2.1 LED点阵模块LED显示屏是将发光二级管按行和按列整齐布局的，扫描驱动方式可以按行扫描按列控制，也可以按列扫描按行控制。本文设计的16x64点阵显示屏可以先由四个8x8点阵模块构成16x16点阵显示屏，其连接方法如图2-5所示：图2-5 16x16点阵显示器
25、连接图在图2-5中，将A和B的8列与C和D的8列分别对应相连，同时将A和C的8行与B和D的8行分别对应相连。这样即可构成一个16x16点阵显示器，可将这256个LED称为一个最小显示单元，当要显示某个字或字符时，只需要对这个单元中对应的LED进行亮灭控制即可。要制作16x64点阵显示器，可以由4个16x16点阵显示器用同样的方法连接而成。2.2.2行扫描驱动电路设计在16x64点阵显示屏中，为降低设计成本、减少单片机接口的浪费，充分利用I/O口，本电路设计用到了一块4-16线译码器74HC154。其行扫描电路与行驱动三极管连接如图2-6所示：图2-6 74HC154行扫描驱动电路连接图74HC
26、154是一款高速CMOS器件，74HC154引脚兼容低功耗肖特基TTL(LSTTL)系列。74HC154的两个输入使能门电路可用于译码器选通，以消除输出端上的通常译码“假信号”，也可用于译码器扩展。该使能门电路包含两个“逻辑与”输入，必须置为低以使使能输出端有效。74HC154这种单片4-16线译码器非常适用于高性能存储器的译码器。将两个选通输入G1和G2为低，然后以A、B、C、D四脚为输入端，这就会形成16种不同的输入状态，分别为00001111，然后使每种状态只控制一路输出，即有16路输出。本设计行扫描采用的工作方式是：单片机的P2口不断向单片机发送数据，74HC154不断的接收数据并且存
27、储起来，待到74HC154寄存器转满16位数据的时候，再通过并行输出把数据传给点阵显示屏，发送给点阵屏的16位信号与74HC595芯片发送的16位列信号结合从而产生一个汉字或其他别的图形通过点阵显示出来。如果一行64个LED全部被点亮，每只LED工作电流取15mA。则通过74HC154的电流将达960 mA，而实际上，74HC154译码器提供不了足够的电流来同时点亮64个LED。因此，应在74HC154每一路输出端与16x64点阵显示屏对应的每一行之间用一个三极管来将电流信号放大，从而达到点亮全部LED的要求。本设计选用的是大电流三极管SS8550。这样，74HC154某一输出脚为低电平时，对
28、应的三极管发射极为高电平，从而使点阵显示屏的对应行也为高电平，只要此时某一列置为低电平，对应的LED就会被点亮，从而实现显示所想显示的文字。在行驱动电路设计中，要确定各元件的参数，就需要进行电路元件参数的计算，以LED工作电流为例，假设整个LED点阵显示屏在极端情况下使用，即每一行的LED全部被点亮，每一行LED的个数为64个，普通LED的安全工作电流在520mA之间，为获得较高亮度，又要使其工作寿命可以很长。所以，本设计中定每只LED工作电流为15mA。当一行的LED全部点亮时，有：总电流：I= IC=0.01564A=0.96A；三极管的功耗：Pc=ICVCE =0.96A0.3V=0.2
29、9W；从STC单片机官方提供的数据可知STC12C系列单片机的每个I/O口能独立承受20mA的灌电流，即能够给基极提供20mA的偏置电流。根据上述集电极电流和基极电流的比值，可计算出行扫描驱动三极管的直流电流放大系数。直流电流放大系数: IC/Ib =0.96A/0.02A=48；从SS8550的官方数据手册上可知：最大集电极电流：Ic=1.5A；最大集电极耗散功率：Pc=1W； 直流电流放大系数：=40140； 故本设计中选取三极管SS8550符合设计要求，本设计取50。因此，根据可以确定基极电流Ib和基极的限流电阻R分别为：基极电流：Ib=0.96A/5019mA;则基极限流电阻：R=(V
30、CVbe)/ Ib=(5V0.7V)/19mA=226。本次设计中取基极限流电阻值为200。2.2.3列驱动电路设计列扫描电路采用集成电路74HC595移位寄存器，其管脚如图2-7所示。图2-7 74HC595管脚图74HC595是8位串行输入/输出或者并行输出移位寄存器，具有高阻关断状态，具备三态的总线输出功能。其中DS为列移位寄存器的数据输入，SHcp是移位时钟，STcp为锁存时钟，Q7是串行输入数据的输出口，OE是对输入数据的输出使能控制，Q1Q7是串行输入数据的并行输出口。移位寄存器有一个串行移位输入（DS）和一个串行输出（Q7）及一个异步的低电平复位。从DS口输入的数据可在移位寄存器
31、的SHcp脚上升沿的作用下输入到74HC595中，并在STcp脚的上升沿作用下将输入的数据锁存在74HC595中，当OE为低电平时，存储寄存器的数据输出到总线。为了避免与PC机串口输入的数据相互干扰，设计中使用模拟串口P3.5P3.7来连接输出串行数据、移位时钟SHcp、锁存信号STcp。设计电路中，每个16x16点阵的列驱动电路由两个串联的8位移位寄存器74HC595组成，则16x64点阵需要八片74HC595芯片。其扫描显示工作过程是：将8片74HC595进行级连，可共用一个移位时钟SCHcp及数据锁存信号STcp。这样，当第一行需要显示的数据经过64个SCHcp时钟后便可将其全部移入74
32、HC595中，此时还将产生一个数据锁存信号STcp将数据锁存在74HC595中，并在使能信号OE的作用下，使串入数据并行输出；同时由行扫描控制电路产生信号使第一行扫描管导通，相当于第一行LED的正端都接高，显然第一行LED管的亮灭就取决于74HC595中的锁存信号；此外，在第一行LED管点亮的同时，再在74HC595中移入第二行需要显示的数据，随后将其锁存，同时由行扫描控制电路将第一行扫描管关闭而接通第二行，使第二行LED管点亮，以此类推，当第十六行扫描过后再回到第一行，这样，只要扫描频率足够高，就可形成一幅完整的文字或图像。2.3 温度电路模块设计为了增加LED显示屏的实用性，本设计增加了温
33、度检测模块，温度传感器采用数字式的DS18B20数字温度传感器。DS18B20是DALLAS公司生产的一款“单总线”温度传感器，它采用独特的单总线接口方式，仅需要一个端口发送和接收数据。用DS18B20采样温度，将温度显示在LED屏上，是一种很好的显示方式，同时也节省了单片机资源。DS18B20独特的单线接口方式，它在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。DS18B20可以采用寄生电源方式工作，从单总线吸取能力，在信号处于高电平期间把电量存储在
34、内部电容里，在信号线处于低电平期间消耗电容上的电能工作，直到高电平到来再给寄生电源（电容）充电。DS18B20也可以用外部3V5.5V电源供电，采用寄生电源供电方式时，VDD必须接地。另外为了得到足够的工作电流，应给I/O口提供一个强上拉，一般可以使用一个场效应管将I/O口直接拉到电源上。采用外部供电方式时可以不用强上拉，但只要外部电源处于工作状态，GND引脚不得悬空。温度高于100时，不得使用寄生电源，应采用外部电源供电。DS18B20的工作时序：DS18B20简单的硬件接口是以相对复杂的编程软件为代价的。DS18B20与STC12C5A60S2单片机的接口协议是通过严格的时序来实现的，每次
35、进行传送数据或命令都是由一系列的时序信号组成的。单总线上一共有3种时序信号：1、初始化信号；2、写0、1信号；3、读0、1信号，与之对应的时序图如图2-8所示：图2-8 DS18B20的工作时序图DS18B20的性能特点：（1）单线总线传输方式，只需要1根端口线与主机通信；（2）每只DS18B20内部都有一个唯一的64位编码；（3）每个主机I/O口可并联多个DS18B20，简化了多点测温系统的设计；（4）不需要外围硬件电路支持；（5）当工作在寄生供电模式时，数据线可兼作电源线使用，即每个传感器仅需2条连接线，工作电压为3.0V5.0V；（6）测量范围从-55到+125，其中在-10+85范围内
36、精度为0.5。（7）可通过软件设定912位温度分辨率，分别对应0.5、0.25、0.125、0.0625的分辨率；（8）转换速度会随着设置分辨率增高而降低，当设置成12位分辨率时，数字温度转换值可在750ms内完成；（9）可通过软件自行设定非易失性报警上、下限值，且通过发送报警搜索命令识别具体温度超限DS18B20的编号。在本设计中，由于显示屏显示有限，故只取整数部分，其电路连接如图2-9所示：图2-9 DS18B20硬件连接图在整个电路中，DS18B20充当的是从机的角色，而单片机是主机，单片机控制DS18B20完成温度转换必须按照DS18B20的命令流程。单片机通过一线总线访问DS18B2
37、0大概经过三个步骤：首先初始化，然后发skip命令（CCH），在单点温度检测系统中，通过此命令允许总线主机不提供64位ROM编码访问存储器，从而达到节省空间。接着发RAM命令转换,启动DS18B20进行温度转换。再初始化，最后发RAM命令，读出相应温度。1、DS18B20的复位时序如下：（1）单片机拉低总线480us950us，然后释放总线（拉高电平）；（2）此时DS18B20会拉低信号，大约60us240us，表示应答；（3）DS18B20拉低电平的60us240us之间，单片机读取总线的电平，如果是低电平，那么表示复位成功；（4）DS18B20拉低电平60us240us之后，会释放总线。2
38、、DS18B20写逻辑1和0的步骤如下：（1）单片机拉低电平大约10us15us；（2）单片机持续拉低电平大约20us45us的时间；（3）释放总线。3、DS18B20读逻辑1和0的步骤如下：（1）在读取的时候单片机拉低电平大约1us；（2）单片机释放总线，然后读取总线电平；（3）这时候DS18B20会拉低电平；（4）读取电平过后，延迟大约40us45us；若指令成功地使DS18B20完成温度测量，数据存储在DS18B20的存储器里。通过控制指令输出温度，测量结果将被放置在DS18B20内存中，并可以让阅读发出记忆功能的指挥，阅读片上存储器的内容。温度报警触发器TH和TL都有一字节EEPROM
39、 的数据。如果DS18B20不使用报警检查指令，这些寄存器可作为一般的用户记忆用途。在片上还载有配置字节以理想的解决温度数字转换。写TH，TL指令以及配置字节利用一个记忆功能的指令完成。所有数据的读、写都是从最低位开始。这样，单片机将读取DS18B20的数据经过转换后，将十六进制的数据输出到点阵显示屏中显示出来。2.4 时间电路模块设计在LED 显示屏上，需要显示时钟信息，有时需要对显示屏进行按时间控制，比如定时开关屏，具有在某个时间点显示某条信息等功能。若采用单片机计时，则一方面需要采用计数器，占用硬件资源；另一方面需要设计中断、查询等，同样耗费单片机资源，而且在LED显示屏系统中是不允许的
40、，而采用DS1302能很好的地解决这个问题。故在本次电路设计中采用DS1302时钟芯片，DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，采用SPI三线接口与CPU进行同步通信，并采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号和RAM数据。实时时钟可提供秒钟、分钟、小时、日期、星期、月和年，一个月小于31天时可以自动调整，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V5.5V。DS1302内部有一个318的用于临时性存放数据的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源/后备电源双电源引脚，同时提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。其
41、管脚图及应用电路如图2-10所示：图2-10 DS1302硬件连接图在DS1302的引脚排列里，Vcc1为后备电源，VCC2为主电源。在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。DS1302由Vcc1或Vcc2两者中的较大者供电。当Vcc2大于Vcc1+0.2V时，Vcc2给DS1302供电。当Vcc2小于Vcc1时，DS1302由Vcc1供电。X1和X2是振荡源，外接32.768kHz晶振。RST是复位/片选线，通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。RST输入有两种功能：首先，RST接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供终止单字节或多字节数据的传送手段
42、。当RST为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302进行操作。如果在传送过程中RST置为低电平，则会终止此次数据传送，I/O引脚变为高阻态。上电运行时，在Vcc2.0V之前，RST必须保持低电平。只有在SCLK为低电平时，才能将RST置为高电平。I/O为串行数据输入输出端(双向)。SCLK为时钟输入端。DS1302与CPU的连接需要三条线，即SCLK(7)、I/O(6)、RST(5)。DS1302数据的传送是以单片机为主控芯片进行的，每次传送时由单片机向DS1302写入一个命令字开始，命令字节的最高有效位（位7）必须是逻辑1，RAM/CK位是片内RAM和时钟选择位，如果为RAM/C
43、K=0，则表示存取日历时钟数据；如果RAM/CK=1，则表示存取RAM数据。位51指示操作单元的地址；最低位R/W为读/写控制位：R/W=0，表示DS1302接收完指令后要进行写操作；R/W=1，表示DS1302接收完指令后执行读操作，命令字节总是从最低位开始输出。DS1302的复位：当RST为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302进行操作。如果在传送过程当中置RST为低电平，则会终止此次数据传送，并且I/O引脚变为高阻态。芯片上电运行时，也就是在Vcc2.5V之前，VCC1必须保持低电平。只有在SCLK为低电平时，才能将RST置为高电平。DS1302有12个寄存器，其中有7个寄
44、存器与日历、时钟相关，存放的数据位为BCD码形式，其日历、时间寄存器及其控制字。此外，DS1302 还有年份寄存器、控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器及与RAM相关的寄存器等。时钟突发寄存器可一次性顺序读写除充电寄存器外的所有寄存器内容。DS1302与RAM相关的寄存器分为两类：一类是单个RAM单元，共31个，每个单元组态为一个8位的字节，其命令控制字为C0HFDH，其中奇数为读操作，偶数为写操作；另一类为突发方式下的RAM寄存器，此方式下可一次性读写所有的RAM的31个字节，命令控制字为FEH(写)、FFH(读)。DS1302的工作原理是在DS1302工作时为了对任何数据传送进行初始化，
45、需要将复位脚（RST）置为高电平且将8位地址和命令信息装入移位寄存器。数据在时钟（SCLK）的上升沿串行输入，前8位指定访问地址，命令字装入移位寄存器后，在之后的时钟周期，读操作时输出数据，写操作时输出数据。时钟脉冲的个数在单字节方式下为8+8（8位地址+8位数据），在多字节方式下为8加最多可达248的数据。在控制指令字输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时，数据被写入DS1302，数据输入从低位即位0开始。同样，在紧跟8位的控制指令字后的下一个SCLK脉冲下降沿读出DS1302的数据，读出数据时从低位0到高位7。2.5 红外接收电路模块设计红外线是太阳光线中众多不可见光线中的一种，由德国科学家
46、霍胥尔于1800年发现，又称为红外热辐射,他将太阳光用三棱镜分解开，在各种不同颜色的色带位置上放置了温度计，试图测量各种颜色的光的加热效应。结果发现，位于红光外侧的那支温度计升温最快。因此得到结论：太阳光谱中，红光的外侧必定存在看不见的光线，这就是红外线，它也可以当作传输的媒介。太阳光谱上红外线的波长大于可见光线，波长为0.751000m。红外线可分为三部分，即近红外线，波长为0.751.50m之间；中红外线，波长为1.506.0m之间；远红外线，波长为6.0l000m 之间。红外线遥控是目前使用很广泛的一种通信和遥控技术。由于红外线遥控装置具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点，因而，继彩
47、电、录像机之后，在录音机、音响设备、空凋机以及玩具等其它小型电器装置上也纷纷采用红外线遥控。本设计的红外接收电路采用一体化的红外接收管1838，其优点是不需要任何外接元件，就能完成从红外线接收到输出与TTL电平信号兼容的所有工作。其电路连接如图2-11所示：图2-11 一体化红外接收管1838硬件连接图其中1脚是输出口接单片机；2脚接地；三脚接电源。通用的红外遥控系统由发射和接收两大部分组成，应用编/解码专用集成电路芯片来进行控制操作。红外遥控的发射电路是采用红外发光二极管来发出经过调制的红外光波；红外接收电路由红外接收二极管、三极管、硅光电池组成，它们将红外发射器发射的红外光转换为相应的电信号，再送后置放大器。发射机一般由指令键(或操作杆)、指令编码系统、调制电路、驱动电路、发射电路等几部分组成。当按下指令键或推动操作杆时，指令编码电路产生所需的指令编码信号，指令编码信号对载波进行调制，再由驱动电路进行功率放大后由发射电路向外发射经调制定的指令编码信号即发射部分包括矩阵键盘、编码调制、LED红外发送器；接收电路一般由接收电路、放大电路、调制电路、指令译码电路、驱动电路、执行电路(机构)等几部分组成。接收电路将发射器发出的已