【正文】 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 按鍵設(shè)計(jì)方案 計(jì)算機(jī)中所用的鍵盤有編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種。但編碼鍵盤需要較多的硬件，價(jià)格較貴，一般的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)較少使用，而非編碼鍵盤硬件簡(jiǎn)單，成本低，所以目前在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中多采用非編碼鍵盤，在我們使用的非編碼鍵盤中又分為以下兩種： 方案一：獨(dú)立式鍵盤的接口電路 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，按鍵作為系統(tǒng)信息的輸入端?？蓪⒚總€(gè)按鍵直接接在一根 I/O接口線上，這種連接方式的鍵 盤稱為獨(dú)立式鍵盤。每個(gè)獨(dú)立式按鍵單獨(dú)占有一根 I/O接口線，每根 I/O接口線的工作狀態(tài)不會(huì)影響到其他 I/O接口線。 方案二：行列式鍵盤 如果按鍵數(shù)較多時(shí)，為減少占用 I/O接口線數(shù)，通常采用行列式鍵盤。由于我這個(gè)設(shè)計(jì)只使用兩個(gè)按鍵，所以我采用方案一，將按鍵 K2接在 K1接在 。來(lái)完成 道路上的應(yīng)急情況。 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 2 硬件設(shè)計(jì) 整體硬件原理 電路的核心是 89S51單片機(jī)，其內(nèi)部帶有 4KB的 FlashROM,無(wú)須擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器；沒(méi)有大量的運(yùn)算和暫存數(shù)據(jù)，現(xiàn)有的 128B 片內(nèi) RAM 已能滿足要求，也不必 擴(kuò)展片外 RAM，系統(tǒng)配備 4個(gè) LED 顯示和 2 個(gè)單接口鍵盤，采用 P0 接口外接 8 路反相三態(tài)緩沖器 74LS373 作 LED 動(dòng)態(tài)掃描的段碼控制驅(qū)動(dòng)信號(hào) ,用 P1 接口的 外接一片集電極開路反相門電路 74LS07 做為 4位 LED 的位選信號(hào)驅(qū)動(dòng)口， LED 共陰極端與 74LS07 的輸出端相連；按鍵接口，由 , 來(lái)完成。 P2口接交通指示燈，整個(gè)系統(tǒng)采用查表的方發(fā)，將交通燈的顯示情況和數(shù)碼管的計(jì)時(shí)情況，分別以代碼的形式送到指示燈和 LED數(shù)碼管，啟動(dòng)定時(shí)器，同時(shí)調(diào)用顯示程序，和查詢按鍵。利用軟件計(jì)數(shù)器的方法計(jì)時(shí) 一秒，利用中斷的方法使計(jì)時(shí)時(shí)間循環(huán)，當(dāng)按下應(yīng)急按鍵時(shí)停止定時(shí)器，送一個(gè)代碼使兩個(gè)方向都亮紅燈，按下一個(gè)按鍵時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器，恢復(fù)循環(huán)。 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 E A /V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 101P 112P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E N29A L E /P30T X D11R X D10805 1D03Q02D14Q15D27Q26D38Q39D413Q412D514Q515D617Q616D718Q719OE1LE1174L S 373D12Q13D24Q25D36Q37D410Q49D512Q511D614Q61374A L S 36 8b c d e f g hU?C O M P O N E N T _1b c d e f g hU?C O M P O N E N T _1b c d e f g hU?C O M P O N E N T _1b c d e f g hU?C O M P O N E N T _1C?C A PC?C A PC?C A PR?R E S 2R?R E S 2k2k1R1R2vc c 圖 整體設(shè)計(jì)硬件圖 單片機(jī) 89S51的簡(jiǎn)介 單片機(jī)（ Microcontroller，有稱微處理器）是在一塊硅片上集成了各種部件的微型機(jī)，這些部件包括中央處理器 CPU、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM、程序存儲(chǔ)器 ROM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器和多種 I/O 接口電路。目前使用的單片機(jī)大部分都是 MCS51 系列 , MCS51 系列單片機(jī)是 Intel 公司推出的通用型單片機(jī)而且它的品種很多 ,例如MCS48,MCS51(8 位機(jī) ),MCS51(16 位機(jī) )等 ,在 MCS51 系列中 ,所有產(chǎn)品都是以89S51 為核心 ,89S51 單片機(jī)內(nèi)部包含了作為微型計(jì)算機(jī)所必需的基本功能部件 ,各功能部件相互獨(dú)立而融為一體 ,集成在同一塊芯片上 ,而且具有以下特點(diǎn)： （ 1） 8 位 CPU； （ 2） 時(shí)鐘振蕩器 和時(shí)鐘電路； 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 （ 3） 32 根 I/O線； （ 4）外部存儲(chǔ)器尋址范圍 ROM、 RAM 各 64K； （ 5） 2 個(gè) 16 位的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器； （ 6） 5 個(gè)中斷源， 2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)； （ 7）全雙 工串行接口。 由此可見 ,89S51本身就是一個(gè)功能相當(dāng)強(qiáng)大的 8位微型機(jī) ,所以在我的設(shè)計(jì)中選擇 89S51作為核心器件。 9S51系列的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以劃分為 CPU、存儲(chǔ)器、并行口串行口、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、中斷邏輯幾部分。 圖 89S51的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 1 中央處理器 89S51 的中央處理器由運(yùn)算器和控制邏輯構(gòu)成，其中包括若干特殊功能寄存器（ SFR）。 2 存儲(chǔ)器組織 89S51 單片機(jī)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)之一是將程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開，并有各自的尋址機(jī)構(gòu)和尋址方式，這種結(jié)構(gòu)稱為哈佛結(jié)構(gòu)單片機(jī)。這種結(jié)構(gòu)與通用微機(jī)的 存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)不同，一般微機(jī)只有一個(gè)存儲(chǔ)器邏輯空間，可隨意安排 ROM或 RAM，訪存時(shí)用同一種指令，這種結(jié)構(gòu)稱為普林斯頓型。 89S51 單片機(jī)在物理上有四個(gè)存儲(chǔ)空間：片內(nèi)程序存儲(chǔ)器和片外程序存儲(chǔ)器、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 3 3 種 I/O端口 I/O 端口是計(jì)算機(jī)的輸入、輸出接口 (T 是輸入， O 是輸出之意 )。單片機(jī)中的 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 I/O 端口都是芯片的輔入 /輸出引腳。這些 I/O 端口，可分為以下幾種類型： (1)總線輸入／輸出端口 (2)用戶 I／ O端口。由用戶用于外部電路的輸入／輸出控制。 (3)單片機(jī)內(nèi)部功能的輸入／輸出端 口。例如，定時(shí)器／計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)輔入、外部中斷源輔入等。 4 基本功能單元 基本功能單元是為滿足單片機(jī)測(cè)控功能而設(shè)置的一些電路，是用來(lái)完善和擴(kuò) 大計(jì)算機(jī)功能的一些基本電路，如定時(shí)器／計(jì)數(shù)器，中斷系統(tǒng)等。定時(shí)器 /計(jì)數(shù) 器在實(shí)際應(yīng)用中作用非常大，如精確的定時(shí)，或者對(duì)外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)等。 單片機(jī)附屬電路 片內(nèi)電路與片外器件就構(gòu)成一個(gè)時(shí)鐘產(chǎn)生電路， CPU的所有操作均在時(shí)鐘脈沖同步下進(jìn)行。片內(nèi)振蕩器的振蕩頻率非常接近晶振頻率，一般多在 ～ 12MHz之間選取。 C C2 是反饋電容，其值在 5pF～ 30pF 之間 選取，典型值為 30pF。本電路選用的電容為 30pF，晶振頻率為 12MHz。這樣就確定了單片機(jī)的 4個(gè)周期分別是： 振蕩周期＝ 1/12 s? ； 機(jī)器周期（ SM）＝ s?1 ； 指令周期＝ s?4~1 。 圖 時(shí)鐘產(chǎn)生電路 下面為單片機(jī)復(fù)位電路。單片機(jī)在開機(jī)時(shí)都需要復(fù)位，以便中央處理器 CPU以及其他功能部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。單片機(jī)的復(fù)位后是靠外部電路實(shí)現(xiàn)的，在時(shí)鐘電路 工作后，只要在單片機(jī)的 RST 引腳上出現(xiàn) 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 24 個(gè)時(shí)鐘振蕩脈沖（ 2個(gè)機(jī)器周期）以上的高電平，單片機(jī)便可實(shí)現(xiàn)初始化狀態(tài)復(fù)位。 MCS51單片機(jī)的 RST 引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端。例如：若 MCS51 單片機(jī)時(shí)鐘頻率為 12MHz，則復(fù)位脈沖寬度至少應(yīng)該為 2μ s。復(fù)位電路一般有上電復(fù)位、手動(dòng)開關(guān)復(fù)位和自動(dòng)復(fù)位電路 3種 ,如圖 , 所示。由于在我的設(shè)計(jì)中僅僅在應(yīng)急情況下才使用復(fù)位電路，所以，我使用手動(dòng)復(fù)位電路。 10uF 　　1K51KVC CVS SR S T89 S 5 1+ 5 V V C CV S SR S T89 S 5 110u f+ 5 V 圖 手動(dòng)復(fù)位電路 圖 上電 復(fù)位電路 V C CV S SR S T89 S 5 1M A X 750W D CP E S E TW D I+ 5 V 圖 自動(dòng)復(fù)位電路 74LS373 的功能 在本設(shè)計(jì)中，我采用 74LS373 總線驅(qū)動(dòng)器作為字形驅(qū)動(dòng)芯片。接在 P0 口作為數(shù)碼管的段碼輸入。 74LS373是原碼三態(tài)輸出的 8緩沖數(shù)碼驅(qū)動(dòng)器，其管腳分布圖如圖 ，G為控制端，又稱為使能端其工作原理如下： 當(dāng) G=0 時(shí)， A輸入為低電平時(shí)， Y輸出也為低電平。 當(dāng) G=0 時(shí)， A輸入為高電平時(shí) ,Y 輸出為高電平。 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 輸出輸入ZXHHHLLLLYG A 圖 74LS373的邏輯功能表 2 A11 Y42 A21 Y32 A31 Y22 A41 Y12 GVCCGND2 Y11 A42 Y21 A32 Y31 A22 Y41 A11 G 20191817161514131211109876543