【正文】 下面是用 DXP畫的總體電路圖： 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 圖 硬件電路設(shè)計(jì) 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(jī)最小系統(tǒng)版 本次設(shè)計(jì)要使用到 STC89C51單片機(jī)的時(shí)鐘振蕩功能。 當(dāng)比賽結(jié)束時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出鐘報(bào)警聲，提示賽程結(jié)束 ，同時(shí)紅色 LED亮起表示比賽結(jié)束 。 啟動(dòng) / 暫停設(shè)置 當(dāng)時(shí)間設(shè)置完成后，比如設(shè)置賽程時(shí)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。 （ 16個(gè)矩陣鍵盤沒(méi)有完全應(yīng)用） 本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中主要選取了以下一些器件： 單片機(jī)： STC89C51 鎖存器 芯片： SN74HC573AN 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(jì)時(shí)電路中。利用共陰 LED作 為顯示器件?？梢园凑諆煞N方法切換當(dāng)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(xiàng)。 在如圖 ，當(dāng)前項(xiàng)目的名字已經(jīng)換成了“ ” 。 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 表 Protel DXP設(shè)計(jì)文檔擴(kuò)展名 .1 創(chuàng)建一個(gè)新文件項(xiàng)目 (Project) 在圖 Protel DXP的設(shè)計(jì)環(huán)境下，執(zhí)行菜單命令【 File】 /【 New】 /【 PCB Project】，如圖 。 (10) Text Document。 (6) PCB項(xiàng)目。 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 (2) VHDL程序的編寫。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(bào)表文件，這些報(bào)表也是重要的工藝設(shè)計(jì)文件。根據(jù)具體電路的復(fù)雜程度決定是否需要使用層次原理圖。 (3) 提供了豐富的原理圖元件庫(kù)和 PCB封裝庫(kù)，并且為設(shè)計(jì)新的器件封裝提供了封裝向?qū)С绦?，?jiǎn) 化了封裝設(shè)計(jì)過(guò)程。 矩陣式結(jié)構(gòu)的鍵盤顯然比直接法要復(fù)雜一些，識(shí)別也要復(fù)雜一些，圖中 ，列線通過(guò)電阻接正電源，并將行線所接的單片機(jī)的 I/O口作為輸出端，而列線所接的 I/O口則作為輸入。 （ 5）將閉合鍵鍵號(hào)保存，同時(shí)轉(zhuǎn)去執(zhí)行該閉合鍵的 功能。 鍵盤的編碼 ： 按鍵數(shù)量少，可根據(jù)實(shí)際需要靈活編碼。然而，矩陣鍵盤中的行線、列線和多個(gè)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(hào)配合起來(lái)作適當(dāng)處理，才能確定閉合鍵的位置。 在本設(shè)計(jì)中，由于只要求 LED顯示器顯示 0~9是個(gè)數(shù)字，因此我們選用 74HC573作為 LED數(shù)碼管的鎖存器芯片。只有 MR、 PE、 CEP和 CET均為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器才進(jìn)行加法計(jì)數(shù)。 D、 C、 B、 A為BCD碼輸入端， BI為隱功能端。共陽(yáng)極接法的器件如 LA5011， LA5021， LA5031等。 兩者的功能及引腳完全一樣，功能見(jiàn)下表。為了使顯示效果更加穩(wěn)定，可以使每個(gè)數(shù)碼管顯示的數(shù)字不斷的重復(fù)，但其中重復(fù)頻率達(dá)到了一定的程度的時(shí)候，加之人眼睛本身的視覺(jué)暫留效果的作用，便可以看到相當(dāng)穩(wěn)定的“ 5678”四個(gè)數(shù)字。下圖為 4位 LED顯示器動(dòng) 態(tài)顯示路。如果是共陽(yáng) LED顯示器，公共陽(yáng)極接高電平，顯示“ P”字符的字形代碼應(yīng)為 10001100（ 8CH）。圖上為共陰結(jié)構(gòu)。 （ 3）二極管耗電大，液晶耗電小。由于這兩種顯示器 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，接口容易實(shí)現(xiàn)，因而得到廣泛的應(yīng)用。需要注意的是，當(dāng)由硬 件復(fù)位來(lái)終止空閑工作模式時(shí)， CPU通常是從激活模式那條指令的下一條指令 開(kāi)始繼續(xù)執(zhí)行程序的，要完成內(nèi)部復(fù)位操作，硬件復(fù)位脈沖要保持兩個(gè)機(jī)器周 期（ 24個(gè)時(shí) 鐘周期）有效，在這種情況下，內(nèi)部禁止 CPU訪問(wèn)片內(nèi) RAM，而允許訪問(wèn)其他端口。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(lái)實(shí)現(xiàn)的。 XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE禁止，置位無(wú)效。 ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在給出地址“ 1” 時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫 時(shí)， P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。在 FIASH編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0輸出原碼，此時(shí) P0外部必須被拉高。其將通用的微處理器和 Flash存 儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的 Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開(kāi)發(fā)成本 [2][3]。 (3) 怎樣利用 外接矩陣鍵盤來(lái)控制比賽時(shí)間和比賽分?jǐn)?shù) 等 設(shè)計(jì)意義 單片機(jī)的應(yīng)用是具有高度現(xiàn)實(shí)意義的。只因?yàn)閱纹瑱C(jī)的通過(guò)你編寫的程序可以實(shí)現(xiàn)高智能，高效率，以 及高可靠性。而美國(guó) STCMEL公司開(kāi)發(fā)生產(chǎn)了新型的 8位單片機(jī) —— STC89系列單 機(jī)。概括的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。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(jī)，攝像機(jī)，全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及遙控玩具，電子寵物等等，這些都離不開(kāi)單片機(jī)。 數(shù)碼管顯示 。 南京工程學(xué)院 自動(dòng)化學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題目： 基于單片機(jī)的籃球賽計(jì)時(shí)計(jì)分器器的設(shè)計(jì) 專業(yè)： 自動(dòng)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(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘 要 此次設(shè)計(jì) 屬于計(jì)算機(jī)控制技術(shù)弱電課程設(shè)計(jì)，主要通過(guò)基于單片機(jī)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(guān)的軟件的有機(jī)結(jié)合以及喇叭等輔助器件，構(gòu)成了一個(gè)滿足基本設(shè)計(jì)要求的籃球計(jì)時(shí)計(jì)分系統(tǒng) 。 計(jì)數(shù)器 。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。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開(kāi)發(fā)提供了便利條件。他不但具有一般 MCS51單片機(jī)的所有特性，而且還擁有一些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，此次設(shè)計(jì)中所用到的 STC89C51就是其中典型的代表。 設(shè)計(jì)目的 隨著單片機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，許多用單片機(jī)做控制的球賽計(jì)時(shí)計(jì)分系統(tǒng)也應(yīng)運(yùn)而產(chǎn)生，如用單片機(jī)控制 LCD液晶顯示器計(jì)時(shí)計(jì)分器，用單片機(jī)控制 數(shù)碼管 計(jì)時(shí)計(jì)分器等。單片機(jī)極高的可靠性，微型性和智能 性（我們只要編寫不同的程序后就能夠完成不同的控制工作），單片機(jī)已成為工 業(yè)控制領(lǐng)域中普遍采用的智能化控制工具，已經(jīng)深深地滲入到我們的日常生活 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 當(dāng)中 通過(guò)此次基于單片機(jī)設(shè)計(jì)的籃球計(jì)時(shí)計(jì)分系統(tǒng)，我們可以更清楚詳細(xì)的了解單片機(jī)程序設(shè)計(jì)的基本指令功能、編程步驟和技巧來(lái)講述單片機(jī)編程，并對(duì) MCS51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理進(jìn)行講述，以及基于單片機(jī)開(kāi)發(fā)應(yīng)用的相關(guān)芯片的 工作原理 ，并且可以在將來(lái)的工作和學(xué)習(xí)中加以應(yīng)用。 如圖所示，圖 11為 STC89C51基本構(gòu)造，其基本性能介紹如下： 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 圖 21為 STC89C51基本構(gòu)造 STC89C51本身內(nèi)含 40個(gè)引腳， 32個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含 2個(gè)外中端口， 2個(gè) 16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ,2個(gè)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。 P1口 ： P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P1口緩沖器能接收輸出 4TTL門電流。 P2口在 FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。在 FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。 /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。 芯片擦除 整個(gè) PEROM陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過(guò)正確的控制信號(hào)組合，并保持 ALE管腳處于低電 平 10ms 來(lái)完成。 PD是掉電模式，當(dāng) PD=1時(shí)，激活掉電工作模 式，單片機(jī)進(jìn)入掉電工作狀態(tài)， IDL是空閑等待狀態(tài)，當(dāng) IDL=1時(shí)，激活空閑 工作模式，單片機(jī)進(jìn)入睡眠狀態(tài)，如需同時(shí)進(jìn)入兩種工作模式，即 PD和 IDL同時(shí)為 1，則先激活掉電工作模式。為了避免對(duì)端口產(chǎn)生意外寫入，激活空閑模式的那條指令的后一條指令不應(yīng)是一條對(duì)端口或者外部存儲(chǔ)器的寫入指令。 發(fā)光二極管 LED，組成的顯示屏 ，每個(gè)點(diǎn)都是一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管，通過(guò)控制電路控制二極管的亮與滅來(lái)控制點(diǎn)的發(fā)光，從而使整個(gè)大屏幕顯示圖案。 （ 4）二極管圖像刷新率低，液晶的高二者的檔次相差比較大，一般來(lái)講在一些圖像簡(jiǎn)單，對(duì)成本控制較嚴(yán)格的場(chǎng)合，用二極管，比如商場(chǎng)、銀行等服務(wù)部門的電子提示窗，街道、百貨公司外面的廣告宣傳窗；而液晶一般都是作計(jì)算機(jī)顯示器、電視、手持設(shè)備等對(duì)圖像質(zhì)量要求高的場(chǎng)合。即把 8個(gè)發(fā)光二極管陰極連在一起。 表 26列出了共陽(yáng)極與共陰極 LED顯示器顯示數(shù)字、字母與顯示代碼之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 表 24 代碼對(duì)應(yīng)表 顯示字符 共陰極段碼 共陽(yáng)極段碼 顯示字符 共陰極段碼 共陽(yáng)極段碼 0 3FH C0 8 7FH 80H 1 06H F9 9 6FH 90H 2 5BH A4 A 77H 88H 3 4FH B0 B 7CH 83H 4 66H 99H C 39H C6 5 6DH 92H D 5EH A1H 6 7DH 82H E 79H 86H 7 07H F8 F 71H 8EH 0 3FH C0 8 7FH 80H 1 06H F9 9 6FH 90H LED顯示器顯示方式 點(diǎn)亮 LED顯示器有兩種方式：一是靜態(tài)顯示；二是動(dòng)態(tài)顯 示。 圖 27動(dòng)態(tài)顯示圖 在此電路中，單片機(jī)的 P1口用于控制 4位 LED的段選碼： P2口的 ~~于控制 4位 LED位選碼。如下表，即為模擬以上的過(guò)程表（以共陰 LED設(shè)置顯示代碼，共陽(yáng)與此相反）。 表 25 功能引腳表 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 常見(jiàn)的 47線譯碼器， TTL型號(hào)是 7415 74S154和 74LS154等， CMOS電路是74HC154，兩者功能與引腳圖也完全一樣。共陰極接法 LED型號(hào)只是將 LA換成了 LC，其他部分及意義完全一樣。 BI=1，正常顯示： BI=0字型消隱。本次設(shè)計(jì)采用專用的帶驅(qū)動(dòng)器的 LED段譯碼器，類似譯碼器種類比較多，如 74HC573， MC14495， 74LS164等 報(bào)警器 蜂鳴器有兩類 3大品種。 74HC573是 八進(jìn)制 3 態(tài)非反轉(zhuǎn)透明鎖存器 ，該 設(shè)備輸入兼容標(biāo)準(zhǔn) CMOS輸出與上拉電阻器，它們兼容與 LS/ ALSTTL輸出的。 一、 掃描法 按鍵按下時(shí)，與此鍵相連的行線與列線導(dǎo)通，行線在無(wú)鍵按下時(shí)處在高電平，顯南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 然，如果讓所有的列線也處在高電平，那么，按鍵按下與否不會(huì)引起行線電平的變化，因此，必須使所有列線處在低電平，只有這 樣，當(dāng)有鍵按下時(shí)，該鍵所在的行電平才會(huì)由高電平變?yōu)榈碗娖健? ： 按鍵的位置由行號(hào)和列號(hào)唯一確定，因此可分別對(duì)行號(hào)和列 號(hào)進(jìn)行二進(jìn)制編碼，然后將兩值合成 一個(gè)字節(jié)，高 4位是行號(hào)，低 4位是列號(hào)。 定時(shí)掃描方式 定時(shí)掃描方式就是每隔一段時(shí)間對(duì)鍵盤掃描一次，它利用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器產(chǎn)生一定時(shí)間（例如 10ms）的定時(shí)，當(dāng)定時(shí)時(shí)間到就產(chǎn)生定時(shí)器溢出中斷，CPU 響應(yīng)中斷后對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描，并在有鍵按下時(shí)識(shí)別出該鍵，再執(zhí)行該鍵的功能程序。這樣，當(dāng)按鍵沒(méi)有按下時(shí)，所有的輸入端都是高電平，代表無(wú)鍵按下。 (4) 提供了層次原理圖設(shè)計(jì)方法，支持“自上向下”的設(shè)計(jì)思想，使大型電路設(shè)計(jì)的工作組開(kāi)發(fā)方式成為可能。 3. 生成網(wǎng)絡(luò)表 :網(wǎng)絡(luò)表是原理圖 (Schematic)設(shè)計(jì)與印制電路板 (PCB)設(shè)計(jì)之間的一座橋梁。設(shè)計(jì)文件應(yīng)以磁盤文檔的方式保存。選中【 VHDL Document】命令，即可啟動(dòng) VHDL程序的編寫模塊。執(zhí)行【 PCB Project】命令可