【正文】 ....................................................... 49 附錄 A： 英文資料 ......................................................................................................50 附錄 B： 英文資料翻譯 ..............................................................................................52 附錄 C： 硬件設計原理圖與 PCB 圖 ........................................................................54 附錄 D： C 語言程序 ..................................................................................................58 附件： 畢業(yè)論文光盤資料 南京工程學院自動化學院本科畢業(yè)設計（論文） 1 第一章 緒 論 引言 進入 21世紀，伴隨著電子、信息技 術的應用與迅速普及，人們對電子技術的要求越來越高。 計數(shù)器 。采用數(shù)碼管顯示器件，因為其微功耗、小體積、使用靈活等諸多優(yōu)點在袖珍式儀器和低功耗應用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應用，而且有利于硬件實物的成功。 南京工程學院 自動化學院 本科畢業(yè)設計（論文） 題目： 基于單片機的籃球賽計時計分器器的設計 專業(yè)： 自動化 Gradustcion Design (Thesis) Design of the splitterbased singlechip basketball game time scoring By Zhouweijun Supervised by Prof. XING Can hua Department of Automstcion Engineering Nanjing Institute of Technology April, 20xx 南京工程學院自動化學院本科畢業(yè)設計（論文） 摘 要 此次設計 屬于計算機控制技術弱電課程設計，主要通過基于單片機STC89C51 芯片座位本次核心控制元件 ，利用數(shù)碼管座位顯示器件，鍵盤輸入電路等相關的軟件的有機結(jié)合以及喇叭等輔助器件，構(gòu)成了一個滿足基本設計要求的籃球計時計分系統(tǒng) 。系統(tǒng)符合一般籃球賽計時器的工作要求。 數(shù)碼管顯示 。 counter。導彈的導航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網(wǎng)絡通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制盒數(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)，錄像機，攝像機，全自動洗衣機的控制，以及遙控玩具，電子寵物等等，這些都離不開單片機。 籃球比賽計時計分器是為了解決籃球比賽時計分與計時準確的問題。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。單片機的優(yōu)點是體積小、重量輕、抗干擾能力強，對環(huán)境要求不高，價格低廉，可靠性高，靈活性好，開發(fā)較為容易。而美國 STCMEL公司開發(fā)生產(chǎn)了新型的 8位單片機 —— STC89系列單 機。 單片機是靠程序?qū)崿F(xiàn)功能的，并且可以修改。只因為單片機的通過你編寫的程序可以實現(xiàn)高智能，高效率，以 及高可靠性。它具有價格低廉，性能穩(wěn)定，操作方便并且易于攜帶等特點。 (3) 怎樣利用 外接矩陣鍵盤來控制比賽時間和比賽分數(shù) 等 設計意義 單片機的應用是具有高度現(xiàn)實意義的。 本課題中用到的芯片 是 STC89C51單片機芯片。其將通用的微處理器和 Flash存 儲器結(jié)合在一起，特別是可反復擦寫的 Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本 [2][3]。 GND：接地。在 FIASH編程時， P0 口作為原碼輸入口，當 FIASH進行校驗時， P0輸出原碼，此時 P0外部必須被拉高。 P2口 ： P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P2口緩沖器可接收，輸出4個 TTL門電流，當 P2口被寫“ 1” 時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。在給出地址“ 1” 時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫 時， P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。作為輸入， 由于外部下拉為低電平， P3口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE脈沖。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE禁止，置位無效。 /EA/VPP：當 /EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 在閑置模式下， CPU停止工作。這兩種方式是 控制專用寄存器 PCON（電源控制寄存器）中的 PD（ ） 和 IDL（ ）位來實現(xiàn)的?？臻e模式可由任何允許的中斷請求或者硬 件復位終止。需要注意的是，當由硬 件復位來終止空閑工作模式時， CPU通常是從激活模式那條指令的下一條指令 開始繼續(xù)執(zhí)行程序的，要完成內(nèi)部復位操作，硬件復位脈沖要保持兩個機器周 期（ 24個時 鐘周期）有效，在這種情況下，內(nèi)部禁止 CPU訪問片內(nèi) RAM，而允許訪問其他端口。復位后將重新定義全部特殊功能寄存器但不改變 RAM中的內(nèi)容，在 VCC恢復到正常工作電平前，復位應無效，且必須保持一定時間以使振蕩器重新啟 動并且穩(wěn)定的工作。由于這兩種顯示器 結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，接口容易實現(xiàn)，因而得到廣泛的應用。段 式與數(shù)碼管類似，行點陣式一般是英文字符，全點陣式可顯示任何信息 ， 如漢 字、圖形、圖表等。 （ 3）二極管耗電大，液晶耗電小。中 7個長條形的發(fā)光管排列成“日”字形，另一個賀點形的發(fā)光管在顯示器的右下角作為顯示小數(shù)點用，它能顯示各種數(shù)字及部份英文字母。圖上為共陰結(jié)構(gòu)。 共陰和共陽結(jié)構(gòu)的 LED顯示器各筆劃段名和安排位置是相同的。如果是共陽 LED顯示器，公共陽極接高電平，顯示“ P”字符的字形代碼應為 10001100（ 8CH）。這樣單片機只要把要顯示的字形代碼發(fā)送到接口電路，就不用管它了，直到要顯示新的數(shù)據(jù)時，再發(fā)送新的字形碼，因此，使用這種方法單片機中 CPU的開銷小。下圖為 4位 LED顯示器動 態(tài)顯示路。（如果 LED為共陰則 ~~高電平，如果 LED為共陽則 ~~。為了使顯示效果更加穩(wěn)定，可以使每個數(shù)碼管顯示的數(shù)字不斷的重復，但其中重復頻率達到了一定的程度的時候，加之人眼睛本身的視覺暫留效果的作用，便可以看到相當穩(wěn)定的“ 5678”四個數(shù)字。本次設計采用的是專用硬件譯碼器 74HC573實現(xiàn)。 兩者的功能及引腳完全一樣，功能見下表。 (1)顯示器件 常見的顯示器有白熾燈、輝光數(shù)碼管、熒光數(shù)碼管、發(fā)光二極管（ LED）和液晶顯示器（ LCD）等。共陽極接法的器件如 LA5011， LA5021， LA5031等。若數(shù)碼管為共陰，則選用輸出為高電平有效的顯示譯碼器。 D、 C、 B、 A為BCD碼輸入端， BI為隱功能端。 由計數(shù)器、顯示譯碼器和顯示器構(gòu)成的顯示系統(tǒng)由 CD40150組成。只有 MR、 PE、 CEP和 CET均為高電平時，計數(shù)器才進行加法計數(shù)。 報警器的種類很多，比如：揚聲器，蜂鳴器等，本次設計采用的是電磁式蜂 鳴器作為報警器。 在本設計中，由于只要求 LED顯示器顯示 0~9是個數(shù)字，因此我們選用 74HC573作為 LED數(shù)碼管的鎖存器芯片。 具體特點如下： （ 1） 輸出直接連接到 CMOS， NMOS和 TTL （ 2） 工作電壓范圍： V （ 3） 低輸入電流： mA （ 4） 高噪聲 CMOS器件的免疫特性 引腳圖如下： 圖 74HC573引腳分布圖 其中 OE為使能端， 0~7為 段 碼輸出端 ， D0~D7為單片機信號輸入端， LE為位碼選擇端口 。然而，矩陣鍵盤中的行線、列線和多個鍵相連，各按鍵按下與否均影響該鍵所在行線和列線的電平，各按鍵間將相互影響，因此，必須將行線、列線信號配合起來作適當處理，才能確定閉合鍵的位置。為進一步確定具體鍵，不能使所有列線在同一時刻都處在低電平，可在某一時刻只讓一條列線處于低電平，其余列線均處于高電平，另一時刻，讓下一列處在低電平，依次循環(huán)，這種依次輪流每次選通一列的工作方式稱為鍵盤掃描。 鍵盤的編碼 ： 按鍵數(shù)量少，可根據(jù)實際需要靈活編碼。 鍵盤掃描程序一般應包括以下內(nèi)容： （ 1）判別有無鍵按下。 （ 5）將閉合鍵鍵號保存，同時轉(zhuǎn)去執(zhí)行該閉合鍵的 功能。 在 鍵盤 中按鍵數(shù)量較多時，為了減少 I/O 口的占用，通常將按鍵排列成矩陣 形式，如圖 1 所示。 矩陣式結(jié)構(gòu)的鍵盤顯然比直接法要復雜一些，識別也要復雜一些，圖中 ，列線通過電阻接正電源，并將行線所接的單片機的 I/O口作為輸出端，而列線所接的 I/O口則作為輸入。 Protel DXP在文件交換方面也有很大的進展。 (3) 提供了豐富的原理圖元件庫和 PCB封裝庫，并且為設計新的器件封裝提供了封裝向?qū)С绦?，?化了封裝設計過程。 (6) 全面兼容 Protel系列以前的版本設計文件，并提供了與 OrCAD格式文件的轉(zhuǎn)換功能。根據(jù)具體電路的復雜程度決定是否需要使用層次原理圖。如果發(fā)現(xiàn)元件封裝庫中沒有需要的元件，可以自己動手設計元件封裝。需要打印的文檔包括原理圖、 PCB圖的 絲印層以及器件清單文件等各種報表文件，這些報表也是重要的工藝設計文件。 南京工程學院自動化學院本科畢業(yè)設計（論文） 21 圖 Protel DXP的設計環(huán)境 Protel DXP組成 在 Protel DXP設計環(huán)境下，單擊菜單【 File】 /【 New】命令，從【 New】子菜單中可以選擇建立項目文件，包括 PCB、 Schematic、 FPGA、 VHDL以及相關的庫 (Library)文件。 南京工程學院自動化學院本科畢業(yè)設計（論文） 22 (2) VHDL程序的編寫。 (4) 原理圖元件庫的生成。 (6) PCB項目。 (8) 集成化庫文件的管理。 (10) Text Document。 Protel DXP的文件管理 Protel DXP將所有的設計文檔保存為獨立的文件，可以使用 Windows資源管理器找到它們。 南京工程學院自動化學院本科畢業(yè)設計（論文） 23 表 Protel DXP設計文檔擴展名 .1 創(chuàng)建一個新文件項目 (Project) 在圖 Protel DXP的設計環(huán)境下，執(zhí)行菜單命令【 File】 /【 New】 /【 PCB Project】，如圖 。這樣，一個新的項目文件創(chuàng)建完畢，如圖 。 在如圖 ，當前項目的名字已經(jīng)換成了“ ” 。通過執(zhí)行菜單【 File】 /【 Save As】命令，可以將這個文檔重新命名為“ ” 保存，如圖 ?？梢园凑諆煞N方法切換當前正在編輯的文件：一種方法是單擊圖 ，另一種方法是單擊如圖 的文件名選項。 圖 刪除文件 圖 確認刪除提示框 南京工程學院自動化學院本科畢業(yè)設計（論文） 29 .7 將文件加入項目 自由文檔也可以加入項目中。利用共陰 LED作 為顯示器件。即比賽前將時間設置好，比賽開始時啟動計時，直至計時到零為止。 （ 16個矩陣鍵盤沒有完全應用） 本系統(tǒng)在設計的過程中主要選取了以下一些器件： 單片機： STC89C51 鎖存器 芯片： SN74HC573AN 南京工程學院自動化學院本科畢業(yè)設計（論文） 31 顯示器件： 4位 共陰 數(shù)碼管 按鍵：歐姆龍按鍵 在 34所示的計時電路中。 從而達到比賽時間調(diào)整的效果。 啟動 / 暫停設置 當時間設置完成后，比如設置賽程時間為 12分鐘，則在圖 34所示的 LED 顯示器上顯示為 1200， 12表示分鐘， 00表示秒鐘。則此時按下 K3鍵， 就能 交換分數(shù)。 當比賽結(jié)束時，系統(tǒng)會自動發(fā)出鐘報警聲，提示賽程結(jié)束 ，同時紅色 LED亮起表示比賽結(jié)束 。 本次設計采用的是動態(tài) 驅(qū)動方式。 下面是用 DXP畫的總體電路圖： 南京工程學院自動化學院本科畢業(yè)設計（論文） 33 圖 硬件電路設計 最小系統(tǒng)板 電路部分 最小系統(tǒng)板電路 原理圖 部分 圖 單片機最小系統(tǒng)版 本次設計要使用到 STC89C51單片機的時鐘振蕩功能。諧振器本身對外接電容