【正文】 ..................... 29 Keil C 與 Protues 簡(jiǎn)介 [7] ....................................................................................... 29 Keil C 與 Protues 聯(lián)調(diào)及仿真 [7] ........................................................................... 29 本章小結(jié) ................................................................................................................... 32 第六章 總 結(jié) ................................................................................................................... 33 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................... 34 附 錄 ............................................................................................................................... 35 致 謝 ............................................................................................................................... 42 第一章 緒 論 引言 進(jìn)入 21世紀(jì)，伴隨著電子，信息通信技術(shù)的應(yīng)用與普及開發(fā)，人們對(duì)電子技術(shù)的要求也越來(lái)越高，目前嵌入式單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域 。 [1]單片機(jī)是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)，把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器 CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM、只讀存儲(chǔ)器 ROM、多種 I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器 /計(jì)時(shí)器等功能集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 按照歷史性、本質(zhì)性、普遍性要求 ， 嵌入式系統(tǒng)應(yīng)定義為 ：“ 嵌入到對(duì)象體系中的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng) ”， 可分軟件部分 和 硬件部分 ，而當(dāng)代單片機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸機(jī)環(huán)境下 開發(fā)和使用，大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在單片機(jī)上。所以 ， 以 MCU為核心 ， 就是各種各樣的單片機(jī)， 是嵌入式硬件部分的實(shí)現(xiàn)方式之一，它主要是因?yàn)榘烟幚砥骱痛鎯?chǔ)器等部件集成在一塊芯片上 。 體育比賽計(jì)時(shí)計(jì)分器是對(duì)體育比賽過(guò)程中所產(chǎn)生的時(shí)間、 比分等數(shù)據(jù)進(jìn)行快速采集記錄 、 加工處理 、 傳遞利用的 工具。 籃球比賽的計(jì)時(shí) 計(jì)分器 是一種得分類型的 工具 。 雖然籃球比賽中很早就開始研究應(yīng)用了電子計(jì)分器，但通常都是利用模擬電子器件、數(shù)字電子器件或是模擬、數(shù)字混合組成的，其穩(wěn)定性和高準(zhǔn)確度計(jì)分仍存在一些問(wèn)題。 以 嵌入式 單片機(jī)為核心， 利用 3組 4 位共陽(yáng)極的數(shù)碼管作為顯示器件 的籃球比賽計(jì)分 屏 ， 計(jì)分準(zhǔn)確， 具有體積小，重量輕，能耗低，價(jià)格便宜，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)和使用方便等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn) 。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 伴隨著科技的日新月異，各式各樣的電子產(chǎn)品的問(wèn)世和發(fā)展層出不窮，籃球計(jì)分屏是一個(gè)無(wú)處不在的電子產(chǎn)品，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟了。 根據(jù)目前高水平籃球比賽要求，完善的籃球比賽計(jì)時(shí)系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)能夠與現(xiàn)場(chǎng)成績(jī)處理，現(xiàn)場(chǎng)大屏幕，電視轉(zhuǎn)播車等多種設(shè)備相聯(lián)，以便實(shí)現(xiàn)高比賽現(xiàn)場(chǎng)感，表演娛樂(lè)觀眾等功能目標(biāo)。 隨著電子技術(shù)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，生產(chǎn)工藝 的飛速發(fā)展和籃球的廣泛推廣，市場(chǎng)對(duì)籃球計(jì)分器的需求也越來(lái)越大。本設(shè)計(jì)用 AT89C51單片機(jī)編程控制 LED七段數(shù)碼管作顯示，設(shè)計(jì)籃球賽計(jì)分 屏 ， 嵌入式單片機(jī) 滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒(méi)有單片機(jī)的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能 IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄象機(jī)、攝象機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機(jī)。更不用說(shuō)自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。 隨 著單片機(jī)的發(fā)展，人們對(duì)事物的要求越來(lái)越高，單片機(jī)的應(yīng)用軟件技術(shù)也發(fā)生了巨大的變化，從最初的匯編語(yǔ)言，開始演變到 C語(yǔ)言開發(fā)，不但增加了語(yǔ)言的可讀性， 結(jié)構(gòu)性，而且對(duì)于跨平臺(tái)的移植也提供了方便，另外一些復(fù)雜的系統(tǒng)開始在單片機(jī)上采用操作系統(tǒng)，一些小的 RTOS 等，一方面加速了開發(fā)人員的開發(fā)速度，節(jié)約開發(fā)成本，另外也為更復(fù)雜的實(shí)現(xiàn)提供了可能。當(dāng)前比較流行的 RTOS 有 :WINCE， uClinux， Linux， uC/OS等等。 第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 本 設(shè)計(jì)主要利用單片機(jī) AT89C51 作為核心元件，利用 3 組 4 位共陽(yáng)極的數(shù)碼管作為顯示器件， 分別用于記錄 A、 B兩隊(duì)的分?jǐn)?shù)，以及賽程時(shí)間，每個(gè)隊(duì)的數(shù)碼管顯示分?jǐn)?shù)范圍可達(dá)到 0— 9999 分，足夠滿足賽程需要。 以 C 語(yǔ)言作為編程語(yǔ)言，在 Protues 和 Keil 搭建的軟件仿真平臺(tái)下進(jìn)行仿真，本設(shè)計(jì)包含了 AT89C51 系列單片機(jī)的最小系統(tǒng)的構(gòu)成，同時(shí)在此基礎(chǔ)上擴(kuò)展了一些實(shí)用性強(qiáng)的外圍接口，可以進(jìn)一步了解譯碼器 74LS247 的應(yīng)用，LED 七段數(shù)碼管的結(jié)構(gòu) 和 工作原理，主要實(shí)現(xiàn)了計(jì)時(shí)和顯示 A/B 隊(duì)的分?jǐn)?shù)，并能及時(shí)進(jìn)行加分，減分，鳴笛 警示等功能 [3]。 系統(tǒng)硬件方案設(shè)計(jì) 該系統(tǒng)硬件電路包括：?jiǎn)纹瑱C(jī) AT89C5時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、電源電路、按鍵控制電路、計(jì)分電路、計(jì)時(shí)電路、報(bào)警電路。軟件包括用 Keil 進(jìn)行 C語(yǔ)言編程 ，用 Protues進(jìn)行仿真，具體系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖 21所示。 圖 21 籃球賽計(jì)分器的硬件結(jié)構(gòu)框圖 AT89C51 計(jì)分顯示 時(shí)鐘電路 計(jì)分電路 報(bào)警電路 計(jì)時(shí)電路 計(jì)時(shí)顯示 鳴笛警示 按鍵控制 復(fù)位電路 電源電路 系統(tǒng)軟件方案設(shè)計(jì) 軟件部分要求實(shí)現(xiàn)的功能有：開 始時(shí)所有顯示屏 都顯示 0；有預(yù)置比賽時(shí)間的功能；具有 AB 兩隊(duì)分別計(jì)分的功能；有鳴笛警示功能；只有當(dāng)預(yù)置時(shí)間后，并按開始按鈕，計(jì)時(shí)器才能開始計(jì)時(shí)，只有當(dāng)開始計(jì)時(shí)后， AB兩隊(duì)才能加分等。 [3]結(jié)合 數(shù)碼管以及 51 單片機(jī)計(jì)數(shù)器的工作實(shí)現(xiàn)方式、接口應(yīng)用、中斷控制等可設(shè)計(jì)出程序流程圖如下圖 22 所示： 圖 22 主程序流程圖 N Y 將 BCD碼轉(zhuǎn)化為 7段碼 顯示出來(lái) ，并確認(rèn)比賽是否結(jié)束 將當(dāng)前的分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)化為 BCD碼 確認(rèn)按下的是哪個(gè)鍵 鳴笛休息 A隊(duì)減 1分 A隊(duì)加 1分 Y Y Nooo 讀 P3口的值 取 出 啟動(dòng)按鍵是否按下 去抖 確認(rèn)是否有按鍵按下 B隊(duì)加 1分 B隊(duì)減 1分 讀取功能鍵 等待按鍵釋放 N 停止 比賽開始，并初始化 比賽結(jié)束 本章小結(jié) 本章主要闡述了本設(shè)計(jì)的總體設(shè)計(jì)方案，通過(guò)模塊化的設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)硬件部分的功能，軟件部分的實(shí)現(xiàn)主要通過(guò)控制單片機(jī)的 I/O 口和相應(yīng)按鍵操作來(lái)完成，先確定系統(tǒng)總體方案，后續(xù)章節(jié)的詳細(xì)方案設(shè)計(jì)就迎刃而解了。 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)一個(gè) 基于 51 單片機(jī) 的籃球賽計(jì)分屏 ， 初步確定本設(shè)計(jì)的總體框架結(jié)構(gòu)，再根據(jù)具體 設(shè)計(jì)要求選定合適的設(shè)計(jì)方案以及選取合適的 元 器件 進(jìn)行系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 。 具體設(shè)計(jì)概念如下： 選擇 AT89C51 型單片機(jī)，通過(guò)不同的 I/O 口控制按鍵電路、顯示電路、鳴笛警示電路等部分，設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易的籃球賽計(jì)分屏 。 硬件設(shè)計(jì)原理 AT89C51 簡(jiǎn)介 [2] AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié) FLASH 存儲(chǔ)器（ FPEROM—— Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 1000 次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令 集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8位 CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器， AT89C51 是它的一種精簡(jiǎn)版本。 AT89C51 單片機(jī)為很多控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。外形及引腳排列如圖 31所示： 圖 31 AT89C51外形及引腳排列 主要特性： 與 MCS51 兼容 4K 字節(jié)可編程 FLASH 存儲(chǔ)器 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10 年 全靜態(tài)工作： 0Hz24MHz 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 128 8位內(nèi)部 RAM 32 可編程 I/O 線 兩個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 5 個(gè)中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 管腳說(shuō)明： VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口： P0 口的 8 位皆為漏極開路輸出簡(jiǎn)稱 OD；內(nèi)部無(wú)上拉電阻，所以執(zhí)行輸出功能時(shí)，外部必須接上拉電阻；若要實(shí)現(xiàn)輸入功能，必須先輸入高電平“ 1”，才能讀取該端口所連接的外部數(shù)據(jù)；若系統(tǒng)連接外部存儲(chǔ)器，則 P0 可作為地址總線和數(shù)據(jù)總線的多功能引腳，此時(shí)內(nèi)部具有上拉電阻，無(wú)需外接上拉電阻。 P1 口： P1口為 8 位，可位尋址的 雙向 I/O 口 ；內(nèi)部具備約 30千歐姆的上拉電阻，實(shí)現(xiàn)輸出功能時(shí)，不需要連接外部上拉電阻；實(shí)現(xiàn)輸入功能時(shí)，必須先輸入高電平“ 1”，才能讀取該端口所連接的外部數(shù)據(jù)； P1 口 的 8位類似漏極開路輸出，但內(nèi)部已接上上拉電阻，每個(gè)引腳可驅(qū)動(dòng) 4個(gè) LS 型 TTL 負(fù)載。 P2 口： P2口為 8 位、可位尋址的雙向輸入 /輸出口，內(nèi)部具備約 30 千歐姆的上拉電阻，實(shí)現(xiàn)輸出功能時(shí)，不需要連接外部上拉電阻；實(shí)現(xiàn)輸入功能時(shí)，必須先輸入高電平“ 1”，才能讀取該端口所連接的外部數(shù)據(jù)； P2 口 的 8位類似漏極開路輸出，但內(nèi)部已接上上拉電阻，每個(gè)引腳可驅(qū)動(dòng) 4個(gè) LS型 TTL 負(fù)載；若系統(tǒng)連 接外部存儲(chǔ)器，而外部存儲(chǔ)器的地址線超過(guò)了 8根時(shí)，則 P2 可作為地址總線（ A8A15）的引腳。 P3 口： P3口為 8 位，可位尋址的 雙向 I/O 口 ；內(nèi)部具備約 30千歐姆的上拉電阻，實(shí)現(xiàn)輸出功能時(shí)，不需要連接外部上拉電阻；實(shí)現(xiàn)輸入功能時(shí)，必須先輸入高電平“ 1”，才能讀取該端口所連接的外部數(shù)據(jù)； P3口 的 8位類似漏極開路輸出，但內(nèi)部已接上上拉電阻，每個(gè)引腳可驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LS 型 TTL 負(fù)載。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表 31所示： 表 31 AT89C51的一些特殊功能口 I/O口 備選功能 /特殊功 能 RST：復(fù)位 信號(hào) 。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間 ，用以完成單片機(jī)的復(fù)位初始化操作。 ALE/ PROG ： 地址鎖存控制信號(hào)。在系統(tǒng)擴(kuò)展，訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)， ALE 用于控制把 P0口輸出的低 8位的地址鎖存起來(lái)，以實(shí)現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的隔離。此外，由于 ALE是以晶振 1/6 的固定頻率輸出脈沖，因此可作為外部時(shí)鐘或者外部定時(shí)脈沖使用。 ALE只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令 時(shí)， ALE 才起作用。 PSEN ：外部程序存儲(chǔ)器 讀 選通信號(hào)。 在讀外部 ROM 時(shí)， PSEN 有效（低電平有效），以實(shí)現(xiàn)外部