李祥龙--毕业设计初稿 - 图文

学号 10213010218

毕 业 设 计 （论 文）

基于GPRS的远程控制矩阵灯

教学系：信息工程系 指导教师：章科峰 专业班级：通信1102班 学生姓名：李祥龙

二零一四年六月

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毕业设计(论文)任务书

学生姓名 指导教师 设计(论文)题目 李祥龙 章科峰 基于GPRS远程控制矩阵灯 专业班级 工作单位 通信1102班 连思普瑞电子科技有限公司 设计（论文）主要内容： 手机发送相应的短消息，由GPRS模块接收处理后通过串口转给51单片机，并由单片机控制LED矩阵灯的显示内容。 设计思路： 1，先用51单片机熟练的点亮8X8LED灯。并显示相应数字与字母。 2，实现51单片机与宏电H7000GPRS模块之间的通信。 3，通过51单片机实现手机点亮LED灯，并显示相应数字与字母。 4，毕业论文的编写及修改。 进度安排： 主要任务及其时间安排: （1）查阅不少于10篇的相关资料，其中英文文献不少于2篇； （2）查阅相关资料，提出设计方案,完成开题报告； （3）完成整个系统的设计与搭建； （4）进行测试、调试，验证设计的正确性、可行性； （5）完成毕业设计论文。 时间安排： 3-4周撰写开题报告 5-8周硬件设计、程序设计 9-11周实验、调试 12-13周撰写论文 14周审查、论文修改 15周论文答辩 参考资料： [1]张义和，徐宏昌，于春昌，任斌.例说51单片机（C语言版）.人民邮电出版社.2009.04出版 [2]，宏电H7000+DTU+使用说明书(V1.0.2) 指导教师签名： 教研室主任签名：

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毕业设计(论文)开题报告

题目 基于GPRS远程控制矩阵灯 一．目的及意义（含国内外的研究现状分析） 随着社会的发展人们对手机的依赖越来大，手机的功能也日益完善，但是短讯息这个功能仍然拥有不可小觑的用户数，除了其功能完善，对网络要求低外，费用低廉外，对使用者和开发者的要求也是它虽然日益衰落却是仍然不可以丢弃的功能之一。其工作原理是：当朋友给您发送SMS短信时，该条短信将以控制通道上小型数据包的形式先通过SMSC（短信业务中心），然后通过手机发射塔，再由发射塔将短信发送到手机。 传统的显示屏有LCD和LED两种，LCD 液晶显示器是 Liquid Crystal Display 的简称，LCD 的构造是在两片平行的玻璃基板当中放置液晶盒，下基板玻璃上设置TFT（薄膜晶体管），上基板玻璃上设置彩色滤光片，通过TFT上的信号与电压改变来控制液晶分子的转动方向，从而达到控制每个像素点偏振光出射与否而达到显示目的。下面是我对LED屏历史的了解：而LED最早出现在1970年代，那时候同质结红、黄、绿色低发光效率的LED已开始应用于指示灯、数字和文字显示。从此LED开始进入多种应用领域，包括宇航、飞机、汽车、工业应用、通信、消费类产品等，遍及国民经济各部门和千家万户。到1996年LED在全世界的销售额已达到几十亿美元。尽管多年以来LED一直受到颜色和发光效率的限制，但由于GaP和GaAsP LED具有长寿命、高可靠性,工作电流小、可与TTL、CMOS数字电路兼容等许多优点因而却一直受到使用者的青眯。 现在LED屏幕是早已经被大家熟知并熟练运用的技术，此项技术发展较早。LED是发光二极管Light Emitting Diode的英文缩写。LED显示屏是由发光二极管排列组成的一显示器件。它采用低电压扫描驱动，具有如下优点：1、耗电省、2、使用寿命长、3、成本低、4、亮度高、5、视角大、6、可视距离远、7、规格品种多。 在大学学习期间，我们通信专业不仅学习了对软件语言有一系列的学习，还着重对硬件进行了学习：比如数字电路和模拟电路，单片机，微机原理与接口。现在毕业设计，我放在此方向正是对大学学习的知识进行夯实和总结。既复习和巩固了自己在专业方面的技能，也对自己的动手能力有所提高。使自己更加符合社会随自己的要求，为自己平稳过渡到社会工作奠定基础。 二，基本内容和技术方案： 我们都知道操作ARM有arm汇编指令，Linux系统有shell命令，作为一个模块化的通信工具，gprs模块当然也有自己成套的指令体系，那就是我们著名的“AT指令”。AT指令内容相当丰富，涵盖了语音通话、短信收发、存储操作、网络通信等各方面内容甚多，单是熟悉AT指令就得耗费大量的时间和精力，这对于初级的开发者是相当困难的。不过今天我们一切讲究效率，在最短的时间内花费最小的劳动投入来达到我们的结果，因此在这里我只使用与我们的需求有关的部分。 一般情况下通过gprs模块发送短消息分为两种方式： 1． 以文本方式发送短信；2.以PDU模式发送短信； 其中文本方式发送短信操作比较简单易于上手，但是缺点是只能发送英文信息。以pdu模式发送短信则相对比较麻烦（其实麻烦的是对于数据的处理，操作本身不麻烦）。下面我就两种方式做简单陈述。 在操作之前我们先来简单测试一下我们的模块是否能正常工作： 打开超级终端设置波特率（注意是大部分是9600）、1位停止位、8位数据位、无硬件数据流。 在超级终端输入：At OK 返回OK则说明你的模块可以正常工作，否则出现故障。

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设计思路 用手机短信息功能控制LED屏幕上字体的显示。 1，先用51单片机熟练的点亮8X8LED灯。并显示相应数字与字母。 2，实现51单片机与宏电H7000之间的通信。 3，通过51单片机实现手机短信息显示在LED灯上，即显示相应数字与字母。 7，毕业论文的编写及修改。 三．进度安排： 主要任务及其时间安排: （1）查阅不少于10篇的相关资料，其中英文文献不少于2篇； （2）查阅相关资料，提出设计方案,完成开题报告； （3）完成整个系统的设计与搭建； （4）进行测试、调试，验证设计的正确性、可行性； （5）完成毕业设计论文。 时间安排： 3-4周 撰写开题报告 5-8周 硬件设计、程序设计 9-11周 实验、调试 12-13周 撰写论文 14周 审查、论文修改 15周 论文答辩 参考资料： [1]张义和，徐宏昌，于春昌，任斌. 例说51单片机（C语言版）. 人民邮电出版社. 2009.04出版 [2]，华为EM310的data sheet ,华清远见fs100--s3c2416的data sheet。 [3]，H7000+DTU+使用说明书(V1.0.2) 四．指导老师意见： 指导教师签名： 年 月 日 注：1. 开题报告应根据教师下发的毕业设计（论文）任务书，在教师的指导下由学生独立撰写，在毕业设计开始后三周内完成；

2．设计的目的及意义至少800字，基本内容和技术方案至少400字；

3．指导教师意见应从选题的理论或实际价值出发，阐述学生利用的知识、原理、建立的模型正确与否、学生的论证充分否、学生能否完成课题，达到预期的目标。

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郑重声明

本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

本人签名：

日期：

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目录

毕业设计(论文)任务书 ................................................................... 2 毕业设计(论文)开题报告 ................................................................. 3 郑重声明 ............................................................................... 5 目录 ................................................................................... 1 摘 要 ................................................................................. 3 ABSTRACT ............................................................................... 4 1绪论 .................................................................................. 5

1.1研究背景及意义 .................................................................. 5

1.1.1对GPRS模块的介绍 ......................................................... 5 1.1.2对LED矩阵模块的介绍 ...................................................... 5 1.1.3研究现状及发展趋势 ........................................................ 6 1.1.4选题意义 .................................................................. 7 1.2论文主要内容 .................................................................... 7 第2章 方案论证与选择 ................................................................. 7

2.1系统硬件方案 .................................................................... 7

2.1.1显示屏主控制器 ............................................................ 8 2.1.2通信系统 .................................................................. 9 2.1.3 LED点阵显示屏 ............................................................ 9 2.1.4硬件设计方案 ............................................................. 10 2.2系统软件方案 ................................................................... 10

2.2.1单片机编程语言 ........................................................... 11 2.2.2系统软件编译器介绍 ....................................................... 11 2.2.3上位机控制传输软件 ....................................................... 11

第3章 系统硬件设计 ................................................................. 12

3.1硬件整体设计概述及功能分析 ..................................................... 12 3.2电源系统设计 ................................................................... 13 3.3控制单元设计 ................................................................... 13

3.2.1 AT89C52简介 ............................................................. 13

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3.2.2控制系统设计 ............................................................. 14 3.3译码驱动电路设计 ............................................................... 15 3.4通信系统硬件设计 ............................................................... 16 3.5 GPRS模块硬件设计 .............................................................. 17 第4章 系统软件设计 ................................................................. 17

4.1总体程序设计 ................................................................... 17 4.2显示程序的设计 ................................................................. 18

4.2.1 LED显示屏的显示方式 ..................................................... 18 4.2.2显示程序的设计 ........................................................... 19 4.3通信程序的设计 ................................................................. 19 第5章 系统调试 ..................................................................... 22

5.1硬件部分调试方法 ............................................................... 22

5.1.1短路与虚焊检测 ........................................................... 22 5.1.2上电测试 ................................................................. 23 5.1.3串口调试 ................................................................. 23 5.2软件部分调试方法 ............................................................... 23 5.3系统联合调试及结果 ............................................................. 25 5.4调试结果分析 ................................................................... 25 结论 .................................................................................. 27 致 谢 ................................................................................ 28

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摘 要

近年来,通信技术和网络技术的迅速发展,特别是无线通信技术的发展,使得电力系统的自动化程度进一步提高。GPRS网不但具有覆盖范围广、数据传输速度快、通信质量高、永远在线和按流量计费等优点，而且其本身就是一个分组型数据网，支持TCP/IP协议，可以直接与Internet互通。因此，CPRS在无线上网、环境监测便携型、交通监控、移动办公等行业中具有无可比拟的性价比优势。

本文介绍了一款以单片机AT89C51为控制器，收集并处理GPRS短信来驱动LED点阵显示屏系统的设计。该系统可实现数字和英文字符显示。并且可以通过级连的方式来扩大显示屏幕的尺寸以达到增加显示内容的目的。系统采用手机作为命令发送装置，手机机向GPRS模块发送控制命令，GPRS模块促使单片机所存储的显示代码得以显示，AT89C51单片机接收并处理宏电GPRS的控制命令以及显示代码，由显示驱动模块驱动一个8×8分辨率的LED点阵显示屏的扫描显示。PC机与单片机之间的通信采用RS—232通信标准来实现。所选用的AT89S51单片机具有价格低廉程序写入方便的特点使得整个系统方便维护和检修。除此之外，该系统只占用了单片机少量的I/O口和内存，为系统留下了功能扩展的空间。

关键词：AT89C51；LED矩阵显示；GPRS。

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ABSTRACT

In

recent

years,the

rapid

development

of

communication

and

network

technology ,especially the development of wireless communication technology,make further improvement in the automation of electric power system.GPRS network not only has wide coverage,data transmission speed,high communication quality,always online and charged according to traffic advantages,and its itself is a packet data network,support the TCP/IP protocol,can be exchanged with the Internet directly.As a result,the CPRS in portable wireless Internet access,environmental monitoring,traffic monitoring,mobile office and other industries have an unparalleled price advantage.

This paper introduces a single chip microcomputer AT89C51 as the controller,collect and process the GPRS SMS to drive the design of LED dot matrix display system.The system can realize digital and English character display.Level and can even approach to expand the size of the display screen to achieve the purpose of increase the display content.System USES mobile phones as command sending device,the machine send control commands to the GPRS module,GPRS module to MCU display code to display,store by AT89C51,receive and process the macro electric GPRS control command and display code,an 8 x 8 driven by a display driver module resolution LED dot matrix display screen scan display.Communication between PC and single chip microcomputer using RS-232 communications standards.Chooses the AT89S51 has the characteristics of convenient cheap program written to make the whole system convenient maintenance and overhaul.In addition,the system only takes up SCM small amounts of I/O port and memory,space left for the system function expansion.

Key words:AT89C51；LED matrix display；GPRS。

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1绪论

1.1研究背景及意义

1.1.1对GPRS模块的介绍

GSM模块是将GSM射频芯片、基带处理芯片、存储器、功放器件等集成在一块线路板上，具有独立的操作系统、GSM射频处理、基带处理并提供标准接口的功能模块。GSM模块根据其提供的数据传输速率又可以分为GPRS模块、EDGE模块和纯短信模块。短信模块只支持语音和短信服务。GPRS可说是GSM的延续。它经常被描述成“2.5G”，也就是说这项技术位于第二代（2G）和第三代（3G）移动通讯技术之间。GPRS的传输速率从56K到114Kbps不等，理论速度最高达171k。相对于GSM的9.6kbps的访问速度而言，GPRS拥有更快的访问数据通信速度，GPRS技术还具有在任何时间、任何地点都能实现连接，永远在线、按流量计费等特点。EDGE技术进一步提升了数据传输的速率到384K-473K，被称为 \G\，数据传输速率更2倍于GPRS。目前，国内的GSM网络普遍具有GPRS通讯功能，移动和联通的网络都支持GPRS，EDGE网络在部分省市也实现了网络覆盖。

GPRS模块是具有GPRS数据传输功能的GSM模块。GPRS模块就是一个精简版的手机，集成GSM通信的主要功能于一块电路板上，具有发送短消息、通话、数据传输等功能。GPRS模块相当于手机的核心部分，如果增加键盘和屏幕就是一个完整的手机。普通电脑或者单片机可以通过RS232串口与GPRS模块相连，通过AT指令控制GPRS模块实现各种基于GSM的通信功能。

GPRS模块区别于传统的纯短信模块，两者都是GSM模块，但是短信模块只能收发短信和语音通讯，而GPRS模块还具有GPRS数据传输功能。

在此我们只用到了gprs的短信收发功能。我们都知道操作ARM有arm汇编指令，Linux系统有shell命令，作为一个模块化的通信工具，gprs模块当然也有自己成套的指令体系，那就是我们著名的“AT指令”。AT指令内容相当丰富，涵盖了语音通话、短信收发、存储操作、网络通信等各方面内容甚多，单是熟悉AT指令就得耗费大量的时间和精力，这对于初级的开发者是相当困难的。不过在新世纪的今天我们一切讲究效率，在最短的时间内花费最小的劳动投入来达到我们的结果，因此在这里我只简单说明与我们的需求有关的部分。

1.1.2对LED矩阵模块的介绍

LED显示屏是八十年代后期在全球迅速发展起来的新型信息显示媒体，显示屏由几万??几十万个半导体发光二极管像素点均匀排列组成。利用不同的材料可以制造不同色彩的LED像素点。目前应用最广的是红色、绿色、黄色。而蓝色和纯绿色LED的开发已经达到了实用阶段。LED显示屏可以显示变化的数字、文字、图形图像；不仅可以用于室内环境还可以用于室外环境，具有投影仪、电视墙、液晶显示屏无法比拟的优点。

在短短的十来年中，LED点阵显示屏就以亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳定的优点迅速成长为平板显示的主流产品，在信息显示领域得到了广泛的应用。

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1.1.3研究现状及发展趋势

（1）我国GPRS发展现状

移动通信所赖依生存的无线电频率是一种宝贵的资源，频谱资源是有限的，随着移动通信的飞速发展，移动用户则急剧增加，有限的资源被“无限”的利用，矛盾越来越尖锐。目前在无线环境中，Internet网应用性能很差，是由于带宽使用效率低、连接设置时间较长和无线链路容量低等原因所致。因此，GPRS的标准化工作主要是改进上述这些缺点，其具体改进的是：减少连接建立时间、支持X.25和IP协议、提供资源的优化使用。

中国移动GPRS网络以其独有的特点受到广大用户的关注，越来越多的GSM用户开始尝试使用无线数据业务。但是由于GPRS技术在数据传输速率方面的劣势，需要每一位负责GPRS维护、优化工程师辛勤工作，将GPRS网络维护好，尽可能满足用户的需求，积极为我国的3G做铺垫，培养宽带无线数据业务市场。

（2）GPRS的发展动向

GPRS是GSM向3G迈进的一个重要步骤，根据ETSI对GPRS发展的建议，GPRS从试验到投入商用后，分为两个发展阶段，第一阶段可以向用户提供电子邮件、因特网浏览等数据业务；第二阶段是EDGE的GPRS，简称E-GPRS。从移动通信市场的走势来看，国外移动通信运营商已开始涉及多媒体服务的领域，使用户可以用手机在股票市场上进行交易，办理银行转账业务等。目前全世界已有近百个运营商开通了GPRS商用系统、试商用系统或实验系统。较为著名的有英国的BTCellNET、德国的T-Mobile等地的运营商。

（3）我国LED产业发展现状

我国的LED显示屏产业经过几年的发展，基本形成了一批具有一定规模的骨干企业。我国LED显示屏产业在规模发展的同时，一直保持比较先进的水平。90年代初即具备了成熟的16级灰度256色视频控制技术及无线遥控等国际先进水平技术，近年在全彩色LED显示屏、256级灰度视频控制技术、集群无经线控制、多级群控技术等方面均有国内先进、达到国际水平的技术和产品出现；LED显示屏控制专用大规模集成电路也已由国内企业开发生产并得到应用。LED显示屏产业培养形成了一批LED显示屏科技队伍，在全国LED显示屏行业的从业人数6000人中，科技人员有2800多人，将近50%。LED显示屏产业正成为我国电子信息产业的重要组成部分，也是平板显示领域唯一立足国内形成的民族高科技产业。

（4）LED显示屏的发展趋势

现代信息社会中，作为人一机信息视觉传播媒体的显示产品和技术得到迅速发展，进入二十一世纪的显示技术将是平板显示的时代，LED显示屏作为平板显示的主导产品之一无疑会有更大的发展，并有可能成为二十一世纪平板显示的代表性主流产品。高亮度、全彩化蓝色及纯绿色LED产品自出现以来，成本逐年快速降低，已具备成熟的商业化条件。基础材料的产业化。使LED全彩色显示产品成本下降，应用加快。LED产品性能的提高，使全彩色显示屏的亮度、色彩、白平衡均达到比较理想的效果，完全可以满足户外全天候的环境条件要求，同时，由于全彩色显示屏价格性能比的优势，预计在未来几年的发展中，全彩色LED显示屏在户外广告媒体中会越来越多地代替传统的灯箱、霓红灯、磁翻板等产品，体育场馆的显示方面全彩色LED屏更会成为主流产品。全彩色LED显示屏的广泛应用会是LED显示屏产

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业发展的一个新的增长点。

未来LED显示屏会向着标准化、规范化，产品结构多样化的方向发展。

1.1.4选题意义

该设计课题使我们能够掌握通信行业GPRS在我们身边的运用。也熟悉了LED显示屏的基本显示原理和设计方法，对LED显示屏这个行业有了较为深刻的了解和认识。并且对大学期间所学习的一些理论进行了实践，使我们对所学过的理论知识有了新的认识。并且通过该设计课题掌握了51单片机的的软硬件开发工具的使用方法，为以后从事相关行业的工作积累了实际工作经验。目前我国的信息行业发展迅速，作为主要平面显示媒介的LED显示屏的作用也越练越广泛，GPRS作为基本的通信技术也应该熟练掌握，相关的从业人员也会越来越紧缺。因此此课题不论是对自己的就业还是对我国通信技术的发展都有非常现实与积极的意义。

1.2论文主要内容

针对设计题目的特点，作者对论文的内容和结构将做如下安排： （1）初步方案的论证和选择

搜集题目的有关资料，并参照目前通用的设计思想和设计方法拟定几套设计方案进行分析比较。最终选定了以手机为通信控制源，单片机为核心控制器件，外加译码驱动电路的设计方案。

（2）方案实现

以设计方案为指导思想选择合适的器件来实现这一思想，选择器件时要从功能和电气特性两方面来选择和论证。经过对比选择选定AT89C51单片机为核心控制器件，由MAX7219为译码电路器件和驱动电路器件。论文列出了详细的器件参数和在系统中的连接使用方法。

（3）软件编写

根据硬件特点和设计要求，软件选用C语言编写。程序按功能分为静态显示、动态显示、通信等几个功能上相对独立的模块。然后按照所划分的模块逐个编写和调试，最后将独立的模块整合起来。

（4）验证与测试

调试分为硬件调试、软件调试和系统联合调试几步来进行。在硬件调试中发现有单片机端口驱动能力不足、驱动电路工作不稳定等问题。在软件调试中出现程序整合工作不协调等问题。通过分析，查找找出了问题原因并设法将其解决。

（5）结论

设计完成后对设计中所遇到的问题、经验教训、以及自己的想法进行总结。

第2章 方案论证与选择

2.1系统硬件方案

大多数的LED显示屏都在户外，所以对硬件的质量要求非常的高。为方便检修和维护硬件电路设计时常常采用模块化的设计方法。硬件的设计采用模块化设计，既要满足模块本身功能又要能够和整个系统兼容。如图2-1所示,根据显示系统的功能特点确定系统硬件由显示屏部分，控制部分，通信系统及

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手机四部分组成。手机机通过GPRS通信部分向控制部分发送控制指令和显示内容代码，控制部分执行显示指令并将显示代码处理后控制显示部分的显示内容和显示方式。 手机部分 GPRS通信 部分 单片机控制 部分 图2-1系统硬件组成框图

LED显示部分 2.1.1显示屏主控制器

控制部分是整个系统的核心部分，其功能为与上位机通信接收上位机发送的数据和控制指令处理过后控制显示部分显示内容。其常用的电子设计方法有单片机、DSP、及EDA技术。几种设计方法比较各有其特点：

（1）单片机

单片机是集成了CPU，ROM，RAM和I/O口的微型计算机。它有很强的接口性能，非常适合于工业控制,因此又叫微控制器(MCU)。单片机品种齐全,型号多样CPU从8，16，32到64位，多采用RISC技术，片上I/O非常丰富，有的单片机集成有A/D，“看门狗”，PWM，显示驱动，函数发生器，键盘控制等。它们的价格也高低不等，这样极大地满足了开发者的选择自由。除此之外单片机还具有低电压和低功耗的特点。

（2）DSP芯片

DSP又叫数字信号处理器。顾名思义，DSP主要用于数字信号处理领域，非常适合高密度，重复运算及大数据容量的信号处理。现在已经广泛应用于通信、便携式计算机和便携式仪表、雷达、图像、航空、家用电器、医疗设备等领域，DSP具有修正的哈佛结构，多总线技术以及流水线结构。将程序与数据存储器分开，使用多总线，取指令和取数据同时进行，以及流水线技术，这使得速度有了较大的提高。DSP区别于一般微处理器的另一重要标志是硬件乘法器以及特殊指令，一般微处理器用软件实现乘法,逐条执行指令，速度慢。而DSP依靠硬件乘法器单周期完成乘法运算，而且还具有专门的信号处理指令，如TM320系列的FIRS，LMS，MACD指令等。

（3）EDA

EDA(即Electronic Design Automation)即电子设计自动化，它是以计算机为工具，在EDA软件平台上，对用硬件描述语言HDL完成的设计文件自动地逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合及优化、逻辑布局布线、逻辑仿真，直至对于特定目标芯片进行适配编译、逻辑影射和编程下载等而且MCU和DSP都是通过串行执行指令来实现特定功能，不可避免低速，而FPGA/CPLD则可实现硬件上的并行工作，在实时测控和高速应用领域前景广阔；另一方面，FPGA/CPLP器件在功能开发上是软件实现的，但物理机制却和纯硬件电路一样，十分可靠。

三种设计方式相比较各有优点且都能够实现控制功能，但单片机的技术门槛较低开发成本也较低非常适合初学者进行学习和锻炼使用。现在市场上常用的单片机主要有MCS-51、AVR、ARM、PIC等。其中应用最广泛的单片机首推Intel的51系列，由于产品硬件结构合理，指令系统规范，加之生产历史“悠

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久”，有先入为主的优势常作为单片机学习的教材。且51系列的I/O脚的设置和使用非常简单，当该脚作输入脚使用时，只须将该脚设置为高电平（复位时，各I/O口均置高电平）。当该脚作输出脚使用时，则为高电平或低电平均可。所以在控制部分方案的选择中选定51系列单片机作为控制部分的核心器件。

2.1.2通信系统

通信部分要满足的设计要求就是稳定、快速、简单易实现。因为通常情况下显示屏和上位机的距离不会很远，所以通信距离的要求不是很高。计算机数据通信主要采用并行通信和串行通信两种方式。

（1）并行通信

并行通信时数据的各个位同时传送，可以字或字节为单位并行进行。并行通信速度快，但用的通信线多、成本高，故不宜进行远距离通信。

（2）串行通信

串行通信数据是一位一位顺序传送，只用很少几根通信线，串行传送的速度低，但传送的距离长，因此串行适用于长距离而速度要求不高的场合。在串行发送时，数据是一位一位按顺序进行的，而计算机内部的数据是并行的。因此，当计算机向外发送数据时，必须将并行数据转换为串行数据再发送。反之，又必须将串行数据转换为并行数据输入计算机中。这种转换即可以用硬件实现也可以用软件实现。单由软件实现会增加CPU负担，降低其利用率，故目前常采用硬件实现。通用的通用异步接收/发送器，简称UART（Universal Asynchromous Receeiver/Trabsnitter）是完成这一功能的硬件电路。在单片机芯片中，UART已经集成在其中，作为其组成部分，构成一个串行口[6]。

综上所述，题目设计已经选定了单片机为开发方式而单片机的UART已经集成在单片机内，所以通信系统选择串行通信为通信方式。

2.1.3 LED点阵显示屏

显示部分包括了一块至少可以显示一个汉字的显示屏，以及驱动该显示屏的驱动电路。由于单片机的I/O口有限要不能直接用I/O口来驱动LED显示屏，所以需要对单片机IO口进行扩展增加单片机并行输出的能力。

LED显示屏是由一个一个的发光二极管点阵构成的，要构成大屏幕的LED显示屏就需要多个发光二极管。构成LED屏幕的方法有两种，一是由单个的发光二极管逐点连接起来，如图2-2所示；二是选用一些由单个发光二极管构成的LED点阵子模块构成大的LED点阵模块。目前市场上普遍采用的点阵模块有8×8、16×16几种；这两种屏幕构成方法各有有缺点，单个发光二极管构成显示屏优点在于当单个的发光二极管出现问题时只需更换一个二极管即可，检修的成本较低，缺点在于连接线路复杂；而点阵模块构成的方法却正好与之相反，模块构成省约了大量的连线，不过当一个LED出现问题时同在一个模块的所有LED都必须被更换。这就加大了维修的成本。

两种方法相比较，决定采取模块构成的方法来制作一个LED点阵显示屏。为了避免模块的缺点，选择点阵数较小的模块来减小出现这一问题的风险。所以如图2-2所示，选择一块8×8点阵模块。

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图2-2 8×8点阵模块

一个8x8的LED显示屏行和列各有8支引脚，虽然可以用51单片机的端口直接驱动，但是接线会变得很麻烦。所以要对单片机的端口个数进行扩展。经常采用的端口扩展方法是用串并转换芯片进行译码。在单片机和显示屏之间还需要增加以功能放大为目的的驱动电路。

2.1.4硬件设计方案

最终方案如图2-3所示，以GPRS模块作为上位机存储和处理显示内容用串行通信的方式将显示内容和控制指令传输到单片机系统，单片机根据手机机传输来的内容和指令通过端口译码驱动8×8LED点阵模块。题目将以此方案为指导思想展开具体的硬件电路设计。

手机发送指令 GPRS 模块 处理 单片机接受处理 译码电路 显示驱动电路 8X8 LED 显示屏

图2-3硬件设计方案

2.2系统软件方案

软件的设计除了满足设计功能外还必须要满足易读写，方便下载和编译。设计目标和硬件总体结构确定的情况下，软件可以分为主程序，显示子程序，各种特效显示子程序，通信程序三个主要部分组成。具体结构如图2-4所示。 GPRS通信程序 对I/O管脚控制程序 主程序 10

显示程序

图2-4软件功能结构框图

软件的编写需要借助软件编辑器和编译软件，编译完成后还需要下载到单片机中执行。编写软件之前得首先选择一种合适的语言以及配套的编辑器和编译软件。最后还要选择一款与所选单片机的下载器或下载软件来把编写的程序下载到单片机中执行。

2.2.1单片机编程语言

现在主要运用的单片机编程语言为汇编语言和C语言。两种语言相比较各有优点。

汇编语言(Assembly Language)是面向机器的程序设计语言，是一种功能很强的程序设计语言，也是利用计算机所有硬件特性并能直接控制硬件的语言。其具有执行速度快，占内存空间少等优点，但在编写复杂程序时具有明显的局限性，汇编语言依赖于具体的机型，不能通用，也不能在不同机型之间移植[8]。

C语言是一种源于编写UNIX操作系统的语言，它是一种结构化语言，可产生压缩代码。C语言结构是括号{}，而不是特殊符号的语言。C语言可以进行许多机器级函数控制而不用汇编语言。与汇编相比，有如下优点：对单片机的指令系统不要求了解，仅要求对51的存储器结构有初步了解；寄存器分配、不同存储器的寻址及数据类型等细节可由编译器管理；程序有规范的结构，可分为不同的函数。这种方式可使程序结构化；将可变的选择与特殊操作组合在一起的能力，改善了程序的可读性；编程及程序调试时间显著缩短，从而提高效率；提供的库包含许多标准子程序，具有较强的数据处理能力；已编好程序可容易的植入新程序，因为它具有方便的模块化编程技术。C语言作为一种非常方便的语言而得到广泛的支持，C语言程序本身并不依赖于机器硬件系统，基本上不做修改就可根据单片机的不同较快地移植过来。

基于以上理由决定采用C语言为该显示系统的编程语言。

2.2.2系统软件编译器介绍

C语言编写的程序并不能被单片机直接执行还需要编译为单片机可执行的机器语言。因此在系统软件设计中，编译器必不可少。支持MCS－51用C语言编程的编译器主要有两种：Franklin C51编译器和KEILC51编译器。目前在单片机开发中普遍都是使用KEIL C51来进行编译。

因此软件设计最终方案为采用C语言为程序语言，KELC为编译工具按照控制、通信、显示等几个功能模块来编写程序。

2.2.3上位机控制传输软件

其中系统采用现在已经非常普遍的PC机作为上位机，这样对该显示系统的硬件要求便降低了，增加了系统的通用性。上位机的作用是存储并处理显示内容，然后通过通信系统传送到控制系统驱动显示。

LED显示上位机的内容一般有实时显示和存储显示两种方法。实时显示及上位机屏幕上的内容同时显示在LED显示屏上，上位机上内容变化LED显示屏也跟着变化。存储显示是将显示内容处理过后存储在上位机中通过通信系统传输到显示屏显示。两种显示方法相比较：实时显示屏幕能及时反应上位机内容的变化，显示的效果和内容的实时性好多用于新闻播报、实况转播用，但实时显示硬件开销大，对通信系统要求高，工艺复杂，成本高；存储显示虽实时性不高但硬件开销小，成本低廉。课题设计题目对

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显示的实时性要求较低且所设计的显示屏尺寸不大同时显示的内容不多，所以实时显示就没有必要。所以上位机选择存储显示的方法，控制LED显示屏的显示内容。

第3章 系统硬件设计

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，电源系统，通信系统，单片机系统，译码驱动电路和8X8的点阵屏六部分组成。具体工作流程为：手机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。通过查阅资料和对比最终的硬件原理图如图3-1所示。

电源 电压转换器件 上位PC 机 宏电 GPRS 收发 模块 RS 232 图3-1硬件原理图

该系统所要实现的功能和要求有以下几点：

（1）驱动电路要能提供LED显示所需范围内的电压和电流要求。

（2）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。

（3）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。

（4）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。

AT 89C52 单片机 MAX 7219 芯片 USB转RS232转换器 8X8 点阵LED屏

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（5）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电源系统设计

由于本方案各个芯片对电压和接口的要求都有自己规范，故将电源系统独立出来。首先，我们的上位机用的是20V——4.5A电源，89C51单片机用和RS232用的是4.5V的USB接口电源,宏电DTU模块用的是12V电源。对于电源电压的转换，不是本次设计的主要内容，对于原理部分，在此就不在详述。电压转换器如图3-2所示。

图3-2插座和电压转换器

3.3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。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。在方便购买的情况下选择了AT89C52为控制单元的主控芯片。

3.2.1 AT89C52简介

AT89C52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AT89S51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。

AT89C52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。AT89C52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

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个硬件复位。

3.2.2控制系统设计

控制电路设计中采用的是单片机系统，该系统必须要是工作在一个最小系统（指单片机的可以的最小配置系统）。AT89C52的最小系统包括了外界时钟电路和复位电路，选定一定数量的IO口作为控制口控制外部的各种器件和数据的输出。在该系统中，P1各口主要用作LED显示数据的控制输出。其中P1.5P1.6P1.7还复用为ISP下载功能口。端口30，EA/VPP：外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H－FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。因为没有扩展外部程序存储器所以将EA置为高电平。最小系统如图3-4所示。

图3-4单片机最小系统

由于P3口是特殊功能口，在该系统中基本是采用其第二功能。其第二功能和实际运用如表3-1所示：

端口 P3.0 P3.1 P3.2 P3.3

第二功能 RXD（串行输入口） TXD(串行输出口) 外部中断0 外部中断1 14

实际作用 与上位机通信的数据输入口 与上位机通信的数据输出口 做按键中断，控制显示状态 做按键中断，控制运行模式

表3-1 P3口的作用

AT89C52单片机的P1在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，P2口在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器时，P2口送出高8位地址数据。所以P1和P2口留为外部数据存储器和程序存储器的扩展用，以备内部存储器和程序存储器不够用的情况时使用。

3.3译码驱动电路设计

译码电路的功能是为了解决单片机I/O端口不足，驱动电压不够的问题。设计的开始阶段由于没有注意到此问题，LED矩阵灯的点亮都存在问题。此次对LED矩阵灯采用MAX7219芯片来驱动。

MAX7219是MAXIM公司生产的串行输入/输出共阴极数码管显示驱动芯片，一片MAX7219可驱动8个7段（包括小数点共8段）数字LED、LED条线图形显示器、或64个分立的LED发光二级管。该芯片具有10MHz传输率的三线串行接口可与任何微处理器相连，只需一个外接电阻即可设置所有LED的段电流。。它的操作很简单，MCU只需通过模拟SPI三线接口就可以将相关的指令写入MAX7219的内部指令和数据寄存器，同时它还允许用户选择多种译码方式和译码位。此外它还支持多片7219串联方式，这样MCU就可以通过3根线（即串行数据线、串行时钟线和芯片选通线）控制更多的数码管显示。MAX7219的外部引脚分配如图3-5所示及内部结构如图3-6所示。

图3-5 MAX7219的外部引脚分配图 3-6 MAX7219的内部引脚分配 各引脚的功能为： DIN：串行数据输入端

DOUT：串行数据输出端，用于级连扩展 LOAD：装载数据输入 CLK：串行时钟输入

DIG0~DIG7：8位LED位选线，从共阴极LED中吸入电流 SEG A~SEG G DP:7段驱动和小数点驱动

ISET：通过一个10k电阻和Vcc相连，设置段电流

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MAX7219有下列几组寄存器：

MAX7219内部的寄存器主要有：译码控制寄存器、亮度控制寄存器、扫描界限寄存器、关断模式寄存器、测试控制寄存器。编程时只有正确操作这些寄存器，MAX7219才可工作。

分别介绍如下：

（１）译码控制寄存器（X9H）

MAX7219有两种译码方式：B译码方式和不译码方式。当选择不译码时，8个数据为分别一一对应7个段和小数点位；B译码方式是BCD译码，直接送数据就可以显示。实际应用中可以按位设置选择B译码或是不译码方式。

（２）扫描界限寄存器（XBH）

此寄存器用于设置显示的LED的个数（1~8），比如当设置为0xX4时，LED 0~5显示。 （３）亮度控制寄存器（XAH）

共有16级可选择，用于设置LED的显示亮度，从0xX0~0xXF （４）关断模式寄存器（XCH）

共有两种模式选择，一是关断状态，（最低位D0=0）一是正常工作状态（D0=1）。 （５)显示测试寄存器（XFH）

用于设置LED是测试状态还是正常工作状态，当测试状态时（最低位D0=1）各位显示全亮，正常工作状态(D0=0)。

工作时,MAX7219规定一次接收16位数据，在接收的16位数据中：D15~D12可以与操作无关，可以任意写入，D11~D8决定所选通的内部寄存器地址，D7~D0为待显示数据或是初始化控制字。在CLK脉冲作用下，DIN的数据以串行方式依次移入内部16位寄存器，然后在一个LOAD上升沿作用下，锁存到内部的寄存器中。注意在接收时，先接收最高位D16，最后是D0，因此，在程序发送时必须先送高位数据，在循环移位。由于51是8位单片机故需要分两次来传送数据。

3.4通信系统硬件设计

AT89C52单片机具有全双工串行UART通道，支持单片机进行数据的串行传输。除了单片机要与PC机制定通信协议，确定发送速率外还需要解决的问题就是信号电平问题。RS-232C标准规定了PC机发送数据总线TXD和接收数据总线RXD采用EIA电平，即传送数字“1”时传输线上的电平在－3～－15V之间；传送数字“0”时，传输线上的电平在＋3～＋15之间。但单片机串行口采用正逻辑TTL电平，即数字“1”时为＋5V数字“0”时为-5V，所以单片机与计算机不能直接相连进行通信必须将RS-232C与TTL电平进行转换。在该显示系统中，MAX232为通信系统中最重要的硬件组成部分。电路如图3-7所示：

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VCCC1104C2104P3.1 TX11101291513455C1+C1-C2+C2-T1INT2INR1OUTR2OUTGNDVDDVCC216104VCCT1OUTT2OUTR1INR2INVEE147138C461041627384951C31110P3.0 RXMAX232ACPED Connector 9

图3-7串口通信系统电路图

3.5 GPRS模块硬件设计

在市场上有很多GPRS模块，本次设计原打算使用华为EM310模块，但是由于硬件购买难以购买，故选用宏电H7000DTU模块。

宏电H7000DTU（Data Transfer Unit）是一款基于GPRS/GSM网络的无线数据通信产品。H7000利用运营商的无线网络，为客户搭建起一条无线通信链路。图3-8就是DTU在通信链路中的位置示意图。

图3-8 DTU在通信链路中的位置

第4章 系统软件设计

4.1总体程序设计

系统软件采用C语言编写，按照模块化的设计思路设计。首先分析程序所要实现的功能，程序要实现串口通信，静态显示两大大功能。其功能结构如图2-4所示。通信程序接收上位机数据，交给主程序处理再通过控制程序选择不同的显示程序进行显示。

主程序的工作流程如图4-1所示：

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开 始 中断开始 系统初始N 从显示数组读取数据到显示寄存RI=1? Y N 起始位？ Y 调用相应显示程接收显示数据及控制命令 读取显示控制命令选择显示将显示数据移入显示数组将控制命令赋值给控制字符 中 断 返 回

图4-1主程序流程图

程序开始时首先必须对单片机进行初始化，其中初始化的内容包括：中断优先级的设定，中断初始化，串行通信时通信方式的选择和波特率的设定，各IO口功能的设定等。初始化完成后程序进入待机状态等待中断的发生，该程序中主要用到了两个外部中断源和串行中断。外部中断源由按键的电平变化触发，外部中断主要功能是选择LED点阵显示屏的控制方式是由按键控制还是上位机控制和显示状态是静态显示还是动态显示。串行中断包括发送中断和接收中断都是由软件触发。中断产生后由预先初始化时设定跳转执行中断子程序。中断程序设定了LED点阵显示屏所要显示的内容和显示的方式，最后执行的是各种显示程序。按照设定的方式和内容显示出所需要的内容。

4.2显示程序的设计

4.2.1 LED显示屏的显示方式

LED点阵屏显示方式主要由静态显示和动态扫描显示两种。

对静态显示来说，每一个发光二极管都需要一套驱动电路，一帧画面输入以后便可一劳永逸地显示，除非我们改变了显示内容，需要重新输出新的点阵数据．这种方式系统原理相对简单一些，但所需的译码驱动装量很多，引线多而繁杂，不便于大屏幕的制造，成本高，其可靠性也较低．

另一种动态扫描显示是把整个LED屏幕分成若干部分，每一幅画面的显示是显示完一部分后，又显

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示第二部分??直到显示完最后一部分又重新开始显示第一部分，重复循环进行．在重复扫描速度足够快的情况下，我们看到的就是一幅稳定的画面．也就是说采用动态扫描显示需要不断进行画面的刷新．在这种方式下其显示驱动电路可重复利用，引线也大大减少，从而使硬件成本降低，且屏幕上的发光二极管轮流发光，使用时的耗电量大大降低．大屏幕的制造、维护要容易许多，可靠性也增加了．

两种显示方式的比较再结合51单片机IO口数量有限的原因决定采用动态扫描的方式进行显示。 动态扫描分为行扫描和列扫描两种方式区别在于选通端和数据输入端分别是行还是列。先选通列然后再从行送入对应列的数据，这样从第1列到第8列循环往复，只要切换的速度足够的快利用人眼的延时特性就可以看见一幅稳定的画面。

4.2.2显示程序的设计

显示采用的是列扫描的显示方式，选通一列后按照列与数据元素的对应关系第i列对应的行数据为数组中的第i和第i+16个元素。将对应元素的由低至高位依次从端口输出具体做法为将元素向右逻辑移位后再与0X01相与，所得结果通过单片机端口输出到串并转换器的A端，锁存在锁存器里完成一列数据移位后再将其输出。如此依次循环选通各列来显示所需画面。

开 始开 始读入显示数组读入显示数组显 示显 示显示数组元素在数组中的位置前/后移一位显示数组元素逻辑左/右移一位移位次数是否为16Y移位次数是否为16Y图4-2左右移/上下移程序流程图

动态显示程序流程如图4-5所示，根据显示数据的存储原理通过改变实际LED列与数据逻辑列的方法来实现程序的左右移动。显示数据与列的对应关系为：第i列对应的数据为数组中i和第2×i个数据。所以当MAX7219选通时，而送入后一列的数据则相当于画面左移移位，同理送入前一列数据相当于右移一位。如此循环则产生一幅稳定运动的画面。

4.3通信程序的设计

系统采用串行中断的方式进行通信。MCS-51单片机的五个中断源两种类型：一类是外部中断源；

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NN

另一类是内部中断源，包括两个定时器/计数器（T0和T1）的溢出中断和串行口的接收和发送中断。MCS-51单片机设置了4个专用寄存器用于中断控制，分别为定时器控制寄存器（TCON），串行口中断控制器（SCON），中断允许控制寄存器（IE），中断优先级控制寄存器（IP）。编程时通过设置其状态来管理中断系统。

在编辑中断程序时首先是将中断控制寄存器（IE）初始化。其控制位分布如表。EA为中断允许总控制位，EA=1时CPU开发中断；EA＝1时。CPU屏蔽所有中断。ES、ET、EX1、ET0、EX0为对应的串行口中断、定时器/计数器1中断、外部中断1中断、定时器/计数器0中断、外部中断0中断的中断允许位。对应位为1时允许其中断，对应位为0时，禁止其中断。

D7 EA D6 — D5 — D4 ES D3 ET1 D2 EX1 D1 ET0 D0 EX0 表4-1中断允许寄存器格式

所以初始化时设定中断允许寄存器初值为0XFF，指令为IE=0XFF。程序设计时还要考虑到中断优先级的问题。因为不同的中断同时产生而CPU响应的顺序取决于内部查询顺序。

设置串口工作方式1，波特率9600，计算可得计数器初值的十六进制表示为0XFD。通信协议如表4-2所示： 数据结构 第1个字节 第2至第33个字节 第34个字节 内容 起始标志位‘S’ 显示数据 控制指令 作用 判断是否开始接收数据 LED的显示内容 控制LED显示方式 表4-2串口通信数据结构

具体串口中断程序流程图如图4-3所示，在主程序中先进行了串行中断的初始化，初始化内容包括了串行工作方式选择，波特率的设定，计数初值的设定。程序开始进入中断等待，当PC机向单片机发送数据时产生中断接收允许位RI置1，将SBUF（缓冲寄存器）中的值输入到暂存器中进行数据处理。首先判断数据是否设定的起始标志位‘S’如果是则开始接收起始位后的33个字节，不是则中断返回继续等待。接收到第34个字节后便将收到的数据发送回PC机进行验证比较。

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中断开始 RI=1? N Y 接收串口数据 N 起始位‘S’ Y 接收起始位后33位数据 N 接收到第34位？ Y 将第2位起的32 位数据发回PC机 中断返回

图4-3通信程序流程图

所有软件编写完成后都必须经过编译才能被单片机识别使用。为了减小软件的修改和优化难度，先把各子程序写为一个可单独执行的完整程序。各子程序编译没有错误后再输入单片机进行验证，这两项都通过后再将所有的程序整合到一起形成一个完整的程序再进行编译和验证。

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第5章 系统调试

硬件制作和软件编写过后，得出实物如图5-1所示。实物完成后必须对其进行调试，检查设计功能是否实现了。软件硬件完成后开始进行调试。调试可分为硬件调试，软件调试和系统联合调试。

图5-1系统调试实物图

5.1硬件部分调试方法

硬件调试主要是调试各部分的焊接是否合格和各芯片的输出输入电压是否符合设计要求，最后测试各硬件部分能否完成设计功能。因此把硬件调试按照以下四部分分步来进行：

（1）测试所有焊点是否有短路和虚焊的现象存在；

（2）通电测试所有硬件芯片的输入输出电压是否在设计要求的范围内； （3）测试ISP下栽线的功能是否能够实现； （4）测试串口系统的通信功能是否能够实现。

由于最重要的显示系统功能的测试需要软件配合所以在硬件调试部分只测试单片机复位电平，功能部分测试放在系统联合调试部分来完成。

5.1.1短路与虚焊检测

检测工具为万用表，使用万用表的短路报警功能，逐个测试相临的两个焊点检测是否短路。按照电路图检测需要连接的两点是否短路来检测是否已经连接上，以此来检测虚焊的情况。检测和修改完成后为下一步通电检测排除了短路的危险和由于虚焊引起检测结果不真实的麻烦。

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5.1.2上电测试

由于系统测试时是采用USB电源为系统电源，所以电源输入都为5V。显示系统中单片机、译码器，锁存器，驱动电路的电源电压均要求为5V所以可同时直接接入。测试的结果为：各器件电源端在4.3V～4.8V之间满足器件的电源电压要求，单片机端口在未接负载时端口电压为4.5V。

5.1.3串口调试

串口部分的作用为单片机与PC机之间通信，要检查硬件是否正常工作可以采用将MAX232芯片的单片机端输出口与输入口直接相连的办法来测试。具体电路图如图5-2所示，将MAX232的第10端和第9端直接短接。功能上表示将单片机的输出口与输入口直接相连，单片机收到数据的同时就将数据发送回PC机。如果发送的数据能够被接收则证明串口通信部分的硬件是正常的。将串口与电脑COM6相接，通过串口调试助手发送不同位数的数据再在把发送的数据与接收数据相比较。

图5-2查找端口并下载程序

5.2软件部分调试方法

由于已经进行了硬件调试，所以软件调试主要是软件编译和将各功能块程序分别写入以验证其功能的可实现性。在进行功能调试前必须用KEIL C对所有程序进行编译，编译成功生产可执行的.hex后方可进行功能测试。见图5-3.

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图5-3利用Keil对程序进行编译

其中测试串口程序的功能是否完善不但要连接单片机系统还要借助串口调试工具。串口调试工具选用的是串口调试助手，其功能是按照设定的串口、波特率向单片机发送数据和接收单片机向PC机发送的数据。并且能把发送和接收的数据内容显示在状态栏内。因此只要设定PC机向单片机发送的内容和单片机向PC机发送的内容就可以通过串口调试助手验证串口通信是否准确，是否满足功能要求。

图5-4串口调试图

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串口程序测试成功后为显示程序提供了准确的显示内容。余下得各种显示程序和中断程序都编译成功后只有联合硬件才能验证其功能的可行性。

5.3系统联合调试及结果

经过硬件调试和软件调试，排除了硬件的连接问题和验证了串口功能的可实现性。其余功能的软件便可以在此基础上调试验证其功能的正确性。联合调试的具体方法如下：

（1）编写一个逐点扫描的显示程序，再结合硬件电路运行。这样做的目的在于检测各器件是否能够正常运行和显示屏的各个LED灯是否有损坏。

（2）将静态显示子程序与各种动态显示程序结合硬件电路进行调试。系统运行时显示如图5-1所示，显示图像比较清晰，各动态显示效果也能够实现。但显示存在两个问题。一是发光点的下方会出现一个很微弱的亮点，影响了整体的显示效果。二是同一列的LED灯被点亮的数量与其亮度出反比，即如果同一列的灯都被点亮则亮度比只点亮几个时要暗一点。

（3）将串口通信，显示，硬件联合调试。按照设定的通信协议，先由PC机向单片机发送起始控制字s，接着再发送32比特的显示数据，最后发送控制显示方式的显示控制字。再发送不同的显示数据和显示控制字，观察各种显示方式的运行情况和各种显示方式之间的切换情况。结果是显示屏执行显示控制指令，显示所发送的内容。调试结果如图5-5所示。

图5-5调试过程显示数字0

5.4调试结果分析

对调试中出现的问题进行了分析，得出以下原因和修改办法。

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（1）硬件的工作表现出不稳定，主要是表现在LED显示屏的驱动电路部分和单片机系统部分。我发现在LED屏进行扫描显示的时候，扫描时间太长，有迟钝现象，故改变延时函数和循环次数。可以消除此现象。

（2）LED矩阵灯不能显示我们所要的结果，但是LED灯部分或者全部亮了。此时可先检查LED灯是否插反了，再重新烧写程序，再仔细检查程序是否有问题。

（3）宏电GPRS模块的LED灯不按照说明书上闪烁。检查各个引脚接线是否正确，COM口是否对应，波特率是否对应，利用串口调试助手再次调试。

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结论

经过长达几个月的设计工作，终于完成了基于GPRS远程控制LED矩阵灯系统的设计，项目所要求的功能全部达到。通过这次设计收获颇多，不仅是所作题目涉及到的软硬件知识还有更为重要的实际经验和过程中所发现的问题。

从设计之初我就确定了参照大屏幕显示屏的实现方法和实际情况设计一款用手机的短信驱动小屏幕的LED点阵显示屏。在查阅了大量的大屏幕显示屏资料后确定了题目的设计方案。整个设计采用AT89C52做核心控制器，GPRS为短信息接受和发送端，MAX7219为译码驱动单元。在实现这一设计的过程中所遇到的问题和困难给我留下了宝贵的经验和深刻教训。以下为我的经验教训：

（1）设计之前应该进行大量的资料收集和分析，确定一个清晰的设计思路和硬件需求； （2）器件选择时要仔细阅读器件使用手册，不但要考虑器件的功能实现还要考虑器件在整个系统中的兼容性；特别是同一个接口有几种方式的时候要以实物为准。

（3）硬件的系统的建立必须合理和稳定，实物建立之前最好进行仿真。 （4）软件的编写不但要实现功能，还要不断的优化、简练、易读。

(5)软件实现是基于硬件良好的情况下，因此一定要注意保管好硬件。重要的软件也一定要备份。 随着课题的进行，对LED灯和GPRS通信模式了解也越来越深入。我认为LED技术也会进一步发展，LED应用将会更加广泛，GPRS技术也在现实有了大量的应用。

毕业设计结束了，大学生活也随之快要结束了，但学习还在继续。我相信通过此次设计所得到的知识、心得、经验乃至感受都会让我在以后的日子里受益匪浅。

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致 谢

这次能够圆满完成毕业设计我首先要感谢我的指导老师章科峰老师和罗云贵老师，感谢他们在毕业设计期间对我的指导、勉励、和督导。特别是章老师在五一假日期间还不辞劳苦的为我悉心指导，给我送来了相关硬件和调试工具。每次遇到难以解决的问题时，章老师更是谆谆教导，直到我把问题解决为止。在毕业设计的不断修改中，我也努力做到及时积极地跟章老师交流，因为我觉得这样可以使得我的设计更加完善。在这里还要深深的对您说上一句抱歉，因为我的懒散和懈怠，令您费尽苦心并且几近失望。毕设的最终完成，也是一波三折。在不断完善和修改的过程中，也让我更加懂得“一分耕耘才有一分收获”的道理。再次对您表示感谢，师恩伟大，无以回报。同时我要感谢大学四年里教过我课程的老师们，感谢他们对我知识增长所付出的辛勤劳动。

我还要感谢全专业同学，大学四年里，我们一起成长着，进步着。在华夏学院，我们是一个小团体，虽然我们组织的团体活动并不多，但是大家在一起上课的哪些日子和大家脸上的微笑永远印记在我的记忆里。谢谢你们给了我精彩的大学生活一抹美好的回忆。在大学里学习本来就是一个相互的过程，毕设论文修改的时候，邹丹同学给了我很多批评和建议，使我的毕业论文逐步走向完善。室友张旭，圣飞，黄成明，在这期间，我们为一些知识点讨论过，甚至争执过。为某一人的性格弱点也毫不吝言的批评指正过。我毫不夸张的说，大学期间能认识你们是我的荣幸！我衷心的希望，在以后的日子里大家都有一份好的前程！

“长风破浪会有时，直挂云帆济沧海”，这是我很喜欢的诗句。以此作为结尾，与所有我要感谢的人共勉，相信自己，追逐最初的梦想，永不放弃！

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附录：

一，调试部分源程序： 二，显示部分源程序： 三，获取短信内容的源程序：

29

四，总体源程序：

30

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