【正文】 widely used in pocketsized instrument and lowpower applications, but also conducive to the success of the hardware in kind. The main method of design is to determine the feasibility of the program through the simulation, and then meet in kind during the local test simulation design requirements, the overall circuit structures to plete the final testing and debugging. Key words： STC89C51。設(shè)計的主要方法主要是通過仿真確定方案的可行性，然后在進(jìn)行局部測試實(shí)物是否滿足仿真的設(shè)計要求，最后把整體電路搭建完成做最后的測試和調(diào)試。本系統(tǒng)可滿足倒計時方式顯示單節(jié)比賽剩余時間，可暫停，顯示雙方得分，按鍵輸入修改分值，如有錯誤可 進(jìn)行分值的相應(yīng)修改。整場比賽結(jié)束時有聲音提示。 關(guān)鍵詞： STC89C51。 digital display。目前單片機(jī)滲透帶我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤影。通過此次基于單片機(jī)設(shè)計的籃球計時計分的系統(tǒng)，我們可以更清楚詳細(xì)的了解單片機(jī)程序設(shè)計的基本指令功能、編程步驟和技巧來講訴單片機(jī)編程，并對 STC89C51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理進(jìn)行講訴，以及基于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的相關(guān)芯片的工作原理，和相關(guān)外圍電路的設(shè)計和調(diào)試過程進(jìn)一步了解，有助于今后的工作和學(xué)習(xí)生活 。 設(shè)計背景 單片機(jī)又稱單片微控制器 ,它不是完成某一個邏輯功能的芯片 ,而是把一個計算機(jī)系統(tǒng)集成到一個芯片上。 單片機(jī)自 20世紀(jì) 70年代問世以來，以極其高的性價比受到人們的重視和關(guān)注，所以應(yīng)用很 廣，發(fā)展很快。并且已經(jīng)深入到工業(yè)生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)以及人民生活的各層次中，如車間流水線控制、自動化系統(tǒng)等、智能型家用電器等。我們現(xiàn)在用的全自動滾筒洗衣機(jī)，排煙罩 VCD等等的家電里面都可以看到它的身影。但是如果要是用美國 70年代成功投放市場的系列單片機(jī)，結(jié)果就會 有天壤之別。該系統(tǒng)具有賽程定 時設(shè)置，賽程時間暫停，及時刷新甲、乙雙方的成績以及賽后成績暫存等功能。 (2) 可以了解到 數(shù)碼管 顯示器的結(jié)構(gòu)、工作原理以及這種顯示器的接口實(shí)例與 具體連接與編程方法。 INTEL公司將 MCS51的核心技術(shù)授權(quán)給了很多其它公司，所以有很多公司在做以 8051為核心的單片機(jī)，當(dāng)然，功能或多或少有些改變，以滿足不同的需求，其中 STC89C51就是這幾年在我國非常流行的單片機(jī)，它是由 STMicroelectronics公司開發(fā)生產(chǎn)的。它是一個低功耗高性能單片機(jī)， 40個引腳， 32個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同時內(nèi)含 2個外中斷口， 2個 16 位可編程定時計數(shù)器 ,2個全雙工串行通信口， STC89C51可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。 下圖為 STC89C51方框原理圖 圖 22 STC89C51方框原理圖 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 主要特性： STC89C51的主要特性如下表所示： 表 21 STC89C51主要功能描述 兼容 MCS— 51指令系統(tǒng) 4k可反復(fù)擦寫 (1000次） Flash ROM 32個雙向 I/O口 可編程 UARL通道 兩個 16位可編程定時 /計數(shù)器 全靜態(tài)操作 024MHz 1個串行中斷 128x8bit內(nèi)部 RAM 兩個外部中斷源 共 6個中斷源 可直接驅(qū)動 LED 3級加密位 低功耗空閑和掉電模式 軟件設(shè)置睡眠和喚醒 功能 管腳說明 VCC：供電電壓。 P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FLASH編程和校驗(yàn)時， P1口作為第八位地址接收。 P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行 存取時， P2口輸出地址的高八位。當(dāng) P3口寫入“ 1” 后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。另外，該引腳 8被略微拉高。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSEN信號將不出現(xiàn)。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 此外， STC89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支 持兩種軟件可選的掉電模式 。 空閑節(jié)電模式 STC89C51有兩種可用軟件編程的省電模式，它們是空閑模式和掉電工作模 式。此時，片內(nèi) RAM和所有特殊功能寄存器的內(nèi)容保持 不變。 其二是通過硬件復(fù)位也可以將空閑工作模式終止。推出掉 電模式的唯一方法是硬件復(fù)位。 STC89C51的極限參數(shù) 表 23 極限參數(shù)表 顯示器及其接口 顯示器是最常用的輸出設(shè)備，其種類繁多，但在單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計中最常用 的是發(fā)光二極管顯示器（ LED）和液晶顯示器（ LCD）兩種。 液晶顯示器分很多種類，按顯示方式可分為段式，行點(diǎn)陣式和全點(diǎn)陣式。液晶成本較高，面積無法做得很大，但圖像質(zhì)量很好，適合做顯示器 。 下圖為典型的數(shù)碼管：圖 24 7段 LED數(shù)碼管 如上圖， LED顯示器又稱為數(shù)碼管， LED顯示器由 8個發(fā)光二極管組成。 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 圖 25 共陰與共陽極 LED顯示器 LED顯示 器可分為共陽和共陰兩種結(jié)構(gòu)，如上圖所示。比如我們現(xiàn)在要顯示數(shù)字“ 3”，則只要在對應(yīng)的 a、 b、 c、 d、 g段送入高電平，在其他端送入低電平即可，點(diǎn)亮為“ 3”。例如，對于共陰 LED顯示器，當(dāng)公共陰極接地（為零電平），而陽極 hgfedcba各段為 0111011時，顯示器顯示P字符，即對于共陰極 LED顯示器，“ P”字符的字形碼是 73H。 所謂靜態(tài)顯示，就是每一個顯示器都要占用單獨(dú)的具有鎖存功能的 I/O接口用于筆劃段字形代碼。 圖 26 靜態(tài)顯示圖 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 所謂動 態(tài)顯示，就是將要顯示的多位 LED顯示器采用一個 8位的段選端口，然后采用動態(tài)掃描一位一位地輪流點(diǎn)亮各位顯示器。但如果要顯示不同字符，則要借助位選碼來控制。用同樣的方法將其余 3個數(shù)字“ 678”送數(shù)碼管 2， 3， 4顯示，于是最后則可以在 4位 LED顯示器上看到“ 5678”四個數(shù)字 。通過實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換有兩種方法：一種 是專用硬件譯碼器，另一種是專用軟件譯碼器。常用的 38線譯碼器 TTL電路型 號有 74S13 74LS138等， CMOS電路型號是 74HC138。例如 74LS42，其 輸入是由 4位二進(jìn)制代碼表示的十進(jìn)制數(shù)（ BCD碼），有 10條輸出線表示十進(jìn)制數(shù)0~9，稱之為 410線譯碼器。 LED字型以七段顯示器為常見，分為共陽極式與共陰極式接法。 輸入 輸出 使能 選擇 S1 S2+S3 A2 A1 A0 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 X 1 X X X 1 1 1 1 1 1 1 1 0 X X X X 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 對共陰極數(shù)碼管來說，則為共陰極接地，相應(yīng)的 BCD七段譯碼器的輸出 驅(qū)動a~g各陽極。 驅(qū)動共陽數(shù)碼管的顯示譯碼器有 744 74LS47和 74LS247等。 LE為鎖存端， LE=0不 18鎖存，譯碼器輸出隨 輸入 BCD碼變化；當(dāng) LE由 0變 1時，將輸入的 BCD碼鎖存。 PE為預(yù)置控制端，當(dāng)該端為低電平時，在下一個時鐘的上跳沿將需要預(yù)置的數(shù)據(jù) D0~D3送到計數(shù)器的 Q0~Q3端。所有蜂鳴器都有兩種類 型：純蜂鳴器和帶驅(qū)動的蜂鳴器，蜂鳴器都是用音頻信號驅(qū)動的，都是交流驅(qū) 動。振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動發(fā) 聲。當(dāng)鎖存使能去低，數(shù)據(jù)滿足設(shè)置和保持時間成為南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 鎖存。這一點(diǎn)是識別矩陣按鍵是否被按下的關(guān)鍵。 8 號鍵按下時，第 2 行一定為低電平，然而，第 2行為低電平時，能否肯定是 8號鍵按下呢？回答是否定的，因?yàn)? 11 號鍵按下同樣使第 2 行為低電平。 ? 綜合第 2兩步結(jié)果，可確定按鍵所在的行和列，從而識別出所按下的鍵。在執(zhí)行鍵功能程序時， CPU 不再響應(yīng)鍵輸入要求，直到 CPU 重新掃描鍵盤為止。 （ 4）判斷閉合鍵是否釋放，如沒釋放則繼續(xù)等待。中斷掃描方式可以提高 CPU 工作效率 。由此可見，在需要的鍵數(shù)比較多時，采用矩陣法來做鍵盤是合理的。 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 第三章 硬件電路的設(shè)計 Protel DXP軟件的介紹 Protel DXP軟件的 特點(diǎn) 介紹 現(xiàn)在的 Protel DXP已不是單純的 PCB(印制電路板 )設(shè)計工具，而是一套由五大模塊組成的系統(tǒng)軟件，它們分別是 SCH(原理圖 )設(shè)計、 SCH仿真、PCB(印制電路板 )設(shè)計、 Auto Router(自動布線器 )和 FPGA設(shè)計，覆蓋了以PCB為核心的整個物理設(shè)計 [7]。 (2) 提供了混合電路仿真功能，為設(shè)計者檢驗(yàn)原理圖電路中某些功能模塊的正確與否提供了方便。原理圖中的 ERC(電氣法檢查 )工具和PCB圖的 DRC(設(shè)計規(guī)則檢查 )工具能幫助設(shè)計者更快地查出和改正錯誤。 2. 繪制原理圖 :在找到所有需要的原理圖元件后，可以開始原理圖的繪制。 4. 設(shè)計元件封裝 :與原理圖元件庫一樣， Protel DXP也不可能提供所 有元件封裝。 6. 生成報表并打印 :文檔整理是非常有必要的，良好的文檔給今后的維護(hù)、改進(jìn)都會帶來極大的方便。 Protel DXP設(shè)計環(huán)境與以前各個版本的設(shè)計環(huán)境有些不同，它采用的是 Windows XP風(fēng)格的界面。選中【 File】菜單中的【 Schematic】命令，即可啟動原理圖設(shè)計的模塊，進(jìn)行原理圖的繪制工作。選中【 PCB】命令，即可啟動印制電路板的設(shè)計模塊。選中【 PCB Library】命令，即可啟動封裝庫的生成模塊。執(zhí)行【 FPGA Project】命令可啟動現(xiàn)場可編程門陣列項(xiàng)目設(shè)計模塊，在其中也可以添加原理圖的繪制、 PCB的設(shè)計、 VHDL程序的編寫模塊設(shè)計工作。執(zhí)行【 Embedded Project】命令可以啟動嵌入式系統(tǒng)項(xiàng)目設(shè)計模塊，在其中也可以添加原理圖的繪制、 PCB的設(shè)計、 VHDL程序的編寫模塊設(shè)計工作。執(zhí)行該命令可啟動一個 CAM(計算機(jī)輔助制造 )文件生成模塊。 在 Protel DXP中，設(shè)計文檔的擴(kuò)展名不再沿用以前的擴(kuò)展名，具體參見表 。 圖 新建的項(xiàng)目 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 保存項(xiàng)目文件 執(zhí)行菜單命令 【 File】 /【 Save Project As】，在彈出如圖 保存項(xiàng)目文件對話框中選擇合適的路徑，并修改文件名 “ ” 。下面介紹添加一個 PCB文檔的方法。 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 圖 創(chuàng)建新的 PCB文件 .4 在項(xiàng)目中創(chuàng)建一個新的原理圖文件 在如圖 ，執(zhí)行菜單命令【 File】 /【 New】 /【 Schematic】， Protel DXP就會直接在當(dāng)前項(xiàng)目中添加一個新的原理圖文檔，并且使用缺省的文件名“ ” 。 圖 項(xiàng)目面板中的各類文檔 .5 打開文檔和切換文檔 在如圖 ，用鼠標(biāo)分別單擊文檔的名字就可以打開這個文檔，目前它們都是空文件。在菜單中選擇【 Remove from Project】選項(xiàng)，并在如圖 按扭，即可將此文件從當(dāng)前項(xiàng)目中刪除。 圖 硬件電路設(shè)計 本系統(tǒng)采用單片機(jī) STC89C51作為本設(shè)計的核心元件。賽程計時采用倒計時方式。其中 6個 分別用于輸入甲、乙兩隊(duì)的分?jǐn)?shù)；其他 則用于完成設(shè) 置、調(diào)整、啟動和暫停賽程時間等功能 [4]。 通過按鍵 K7鍵， 秒鐘加一 ；再按 K8鍵，秒鐘減一 。 24秒 時間設(shè)置 比賽時還有一項(xiàng)時間需要倒計時，那就是 24秒進(jìn)攻時間， 當(dāng)比賽開始， 24秒自動倒計時，當(dāng)一方隊(duì)伍進(jìn)球或換另一方進(jìn)攻時是按下鍵 K1， 24秒刷新再