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3 硬件设计
3.1 硬件整体设计概述及功能分析
显示系统具体设计主要由上位机，通信系统，单片机系统，译码电路，显示驱动电路和16×16的点阵屏优尔部分组成。具体工作流程为：上位PC机通过通信系统向单片机发送控制指令和显示代码内容，单片机接收后执行控制指令处理显示代码将显示内容通过I/O口串行输出并且控制译码电路完成串并转换并行输出，最后由显示驱动电路进行电压和电流的处理以达到LED显示屏的显示电流，电压要求进而使显示屏显示内容。
根据硬件的功能结构图选取合适器件，器件不但要求能实现所要求的功能还要能兼容至整个系统之中。该系统所要实现的功能和要求有以下几点：
（1）LED显示屏的面积必须满足至少显示一个汉字的标准。并且显示要清晰。
（2）驱动电路要能提供LED显示所需范围内的电压和电流要求。
（3）译码电路的高低电平的区分能力以及译码的输入输出频率必须满足单片机以及驱动电路的要求。
（4）单片机要能接收上位机的指令和显示内容且能够处理后控制LED显示屏的显示，并且端口驱动能力要足以驱动译码电路。执行频率要能达到扫描显示的最低要求。
（5）单片机由ISP下载线下载程序和供电，可不设立专用供电电源。
（6）由串口完成单片机与上位机的通信，通信速度和数据传输的可靠性要达到显示要求。
3.2 控制单元设计
控制单元是整个显示系统的核心，该系统中采用51系列单片机为核心器件，用来和上位机通信处理上位机发送的控制指令和显示内容。并且直接输出数据通过译码电路控制LED显示屏的显示内容和显示状态。
在51系列单片机中选定一款合适的机型来作为控制单元的主控芯片。根据题目的要求该芯片必须要具有的就是方便的编程能力，因为在软件设计时方便的程序下载对程序的验证和编写非常有用。还有就是为了提高LED显示屏的扫描速度，单片机的执行速度要尽可能的快。根据这两点要求，选择美国ATMEL公司生产的AT89C51为控制单元的主控芯片。
3.2.1 AT89C51简介
AT89C51是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4k bytes的可系统编程的Flash只读程序存储器,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8051指令系统及引脚。它集Flash程序存储器既可在线编程（ISP）也可用传统方法进行编程及通用8位微处理器于单片芯片中，ATMEL公司的功能强大，低价位AT89C51单片机可提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。
图3.1 AT89C51引脚图
AT89C51具有以下特点：
•4k字节在系统编程（ISP）Flash闪速存储器
•1000次擦写周期
•4.0－5.5V的工作电压范围
•全静态工作模式：0Hz－33MHz
•三级程序加密锁
•128×8字节内部RAM
•32个可编程I/O口线
•2个16位定时/计数器
•6个中断源
•全双工串行UART通道
•低功耗空闲和掉电模式
•中断可从空闲模唤醒系统
•看门狗（WDT）及双数据指针
•掉电标识和快速编程特性
•灵活的在系统编程（ISP字节或页写模式）
AT89C51提供以下标准功能：4k字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，看门狗（WDT），两个数据指针，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89S51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。
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