【正文】 ..................... 29 Keil C 與 Protues 簡介 [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 ............................................................................................................................... 34 附 錄 ............................................................................................................................... 35 致 謝 ............................................................................................................................... 42 第一章 緒 論 引言 進入 21世紀，伴隨著電子，信息通信技術(shù)的應用與普及開發(fā)，人們對電子技術(shù)的要求也越來越高，目前嵌入式單片機滲透到我們生活的各個領(lǐng)域 。 [1]單片機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、隨機存儲器 RAM、只讀存儲器 ROM、多種 I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器 /計時器等功能集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的計算機系統(tǒng)。 按照歷史性、本質(zhì)性、普遍性要求 ， 嵌入式系統(tǒng)應定義為 ：“ 嵌入到對象體系中的專用計算機系統(tǒng) ”， 可分軟件部分 和 硬件部分 ，而當代單片機系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸機環(huán)境下 開發(fā)和使用，大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應用在單片機上。所以 ， 以 MCU為核心 ， 就是各種各樣的單片機， 是嵌入式硬件部分的實現(xiàn)方式之一，它主要是因為把處理器和存儲器等部件集成在一塊芯片上 。 體育比賽計時計分器是對體育比賽過程中所產(chǎn)生的時間、 比分等數(shù)據(jù)進行快速采集記錄 、 加工處理 、 傳遞利用的 工具。 籃球比賽的計時 計分器 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用了電子計分器，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)定性和高準確度計分仍存在一些問題。 以 嵌入式 單片機為核心， 利用 3組 4 位共陽極的數(shù)碼管作為顯示器件 的籃球比賽計分 屏 ， 計分準確， 具有體積小，重量輕，能耗低，價格便宜，可靠性高，抗干擾能力強和使用方便等獨特的優(yōu)點 。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 伴隨著科技的日新月異，各式各樣的電子產(chǎn)品的問世和發(fā)展層出不窮，籃球計分屏是一個無處不在的電子產(chǎn)品，經(jīng)過多年的發(fā)展，技術(shù)已經(jīng)相當成熟了。 根據(jù)目前高水平籃球比賽要求，完善的籃球比賽計時系統(tǒng)設(shè)備應能夠與現(xiàn)場成績處理，現(xiàn)場大屏幕，電視轉(zhuǎn)播車等多種設(shè)備相聯(lián)，以便實現(xiàn)高比賽現(xiàn)場感，表演娛樂觀眾等功能目標。 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，市場對籃球計分器的需求也越來越大。本設(shè)計用 AT89C51單片機編程控制 LED七段數(shù)碼管作顯示，設(shè)計籃球賽計分 屏 ， 嵌入式單片機 滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機的蹤跡。導彈的導航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(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、攝象機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。更不用說自動控制領(lǐng)域的機器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。 隨 著單片機的發(fā)展，人們對事物的要求越來越高，單片機的應用軟件技術(shù)也發(fā)生了巨大的變化，從最初的匯編語言，開始演變到 C語言開發(fā)，不但增加了語言的可讀性， 結(jié)構(gòu)性，而且對于跨平臺的移植也提供了方便，另外一些復雜的系統(tǒng)開始在單片機上采用操作系統(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，另外也為更復雜的實現(xiàn)提供了可能。當前比較流行的 RTOS 有 :WINCE， uClinux， Linux， uC/OS等等。 第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計 本 設(shè)計主要利用單片機 AT89C51 作為核心元件，利用 3 組 4 位共陽極的數(shù)碼管作為顯示器件， 分別用于記錄 A、 B兩隊的分數(shù)，以及賽程時間，每個隊的數(shù)碼管顯示分數(shù)范圍可達到 0— 9999 分，足夠滿足賽程需要。 以 C 語言作為編程語言，在 Protues 和 Keil 搭建的軟件仿真平臺下進行仿真，本設(shè)計包含了 AT89C51 系列單片機的最小系統(tǒng)的構(gòu)成，同時在此基礎(chǔ)上擴展了一些實用性強的外圍接口，可以進一步了解譯碼器 74LS247 的應用，LED 七段數(shù)碼管的結(jié)構(gòu) 和 工作原理，主要實現(xiàn)了計時和顯示 A/B 隊的分數(shù)，并能及時進行加分，減分，鳴笛 警示等功能 [3]。 系統(tǒng)硬件方案設(shè)計 該系統(tǒng)硬件電路包括：單片機 AT89C5時鐘電路、復位電路、電源電路、按鍵控制電路、計分電路、計時電路、報警電路。軟件包括用 Keil 進行 C語言編程 ，用 Protues進行仿真，具體系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖 21所示。 圖 21 籃球賽計分器的硬件結(jié)構(gòu)框圖 AT89C51 計分顯示 時鐘電路 計分電路 報警電路 計時電路 計時顯示 鳴笛警示 按鍵控制 復位電路 電源電路 系統(tǒng)軟件方案設(shè)計 軟件部分要求實現(xiàn)的功能有：開 始時所有顯示屏 都顯示 0；有預置比賽時間的功能；具有 AB 兩隊分別計分的功能；有鳴笛警示功能；只有當預置時間后，并按開始按鈕，計時器才能開始計時，只有當開始計時后， AB兩隊才能加分等。 [3]結(jié)合 數(shù)碼管以及 51 單片機計數(shù)器的工作實現(xiàn)方式、接口應用、中斷控制等可設(shè)計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 ，并確認比賽是否結(jié)束 將當前的分數(shù)轉(zhuǎn)化為 BCD碼 確認按下的是哪個鍵 鳴笛休息 A隊減 1分 A隊加 1分 Y Y Nooo 讀 P3口的值 取 出 啟動按鍵是否按下 去抖 確認是否有按鍵按下 B隊加 1分 B隊減 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)計的總體設(shè)計方案，通過模塊化的設(shè)計來實現(xiàn)硬件部分的功能，軟件部分的實現(xiàn)主要通過控制單片機的 I/O 口和相應按鍵操作來完成，先確定系統(tǒng)總體方案，后續(xù)章節(jié)的詳細方案設(shè)計就迎刃而解了。 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 設(shè)計一個 基于 51 單片機 的籃球賽計分屏 ， 初步確定本設(shè)計的總體框架結(jié)構(gòu)，再根據(jù)具體 設(shè)計要求選定合適的設(shè)計方案以及選取合適的 元 器件 進行系統(tǒng)硬件設(shè)計 。 具體設(shè)計概念如下： 選擇 AT89C51 型單片機，通過不同的 I/O 口控制按鍵電路、顯示電路、鳴笛警示電路等部分，設(shè)計一個簡易的籃球賽計分屏 。 硬件設(shè)計原理 AT89C51 簡介 [2] AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié) FLASH 存儲器（ 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。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除 1000 次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的 MCS51 指令 集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8位 CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器， AT89C51 是它的一種精簡版本。 AT89C51 單片機為很多控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。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 存儲器 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時間： 10 年 全靜態(tài)工作： 0Hz24MHz 三級程序存儲器鎖定 128 8位內(nèi)部 RAM 32 可編程 I/O 線 兩個 16位定時器 /計數(shù)器 5 個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 管腳說明： VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口： P0 口的 8 位皆為漏極開路輸出簡稱 OD；內(nèi)部無上拉電阻，所以執(zhí)行輸出功能時，外部必須接上拉電阻；若要實現(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，此時內(nèi)部具有上拉電阻，無需外接上拉電阻。 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，實現(xiàn)輸出功能時，不需要連接外部上拉電阻；實現(xiàn)輸入功能時，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，每個引腳可驅(qū)動 4個 LS 型 TTL 負載。 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，實現(xiàn)輸出功能時，不需要連接外部上拉電阻；實現(xiàn)輸入功能時，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，每個引腳可驅(qū)動 4個 LS型 TTL 負載；若系統(tǒng)連 接外部存儲器，而外部存儲器的地址線超過了 8根時，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，實現(xiàn)輸出功能時，不需要連接外部上拉電阻；實現(xiàn)輸入功能時，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，每個引腳可驅(qū)動 4 個 LS 型 TTL 負載。 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：復位 信號 。當振蕩器復位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間 ，用以完成單片機的復位初始化操作。 ALE/ PROG ： 地址鎖存控制信號。在系統(tǒng)擴展，訪問外部存儲器時， ALE 用于控制把 P0口輸出的低 8位的地址鎖存起來，以實現(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，因此可作為外部時鐘或者外部定時脈沖使用。 ALE只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令 時， ALE 才起作用。 PSEN ：外部程序存儲器 讀 選通信號。 在讀外部 ROM 時， PSEN 有效（低電平有效），以實現(xiàn)外部