【正文】 .......................................................48 感想與收獲 ....................................................................................................48 致謝 .................................................................................................... 48 參考文獻(xiàn) .............................................................................................. 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(shè)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(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 第一章 緒 論 引言 進(jìn)入 21世紀(jì)，伴隨著電子、信息技 術(shù)的應(yīng)用與迅速普及，人們對電子技術(shù)的要求越來越高。例如， STC80C51系列單片機(jī)已有十多年的生命期，如今仍保持著上升的趨勢，就充分證明了這一點。廣泛適合各類學(xué)校或者小型團(tuán)體作為賽程計時計分。 P0口 ： P0口為一個 8位 雙向 I/O口，每腳可吸收 8TTL門電流。 P3口也可作為 STC89C51的一些特殊功能口，如下表所示： 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 表 22 STC89C51特殊功能表 端口引腳 第二功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸 出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時器 0外部輸入） T1（記時器 1外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。注意加密方式 1時， /EA將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。終止空閑工作模式的方法有兩種其一是任何一條被允許中斷的事件被激活， IDL（ ）被硬件清除，即刻終止空閑工作模式。 兩者之間的區(qū)別 ： （ 1）二極 本身發(fā)光 ， 液晶本身不發(fā)光，只是透射光 。當(dāng)二極管導(dǎo)通時，相應(yīng)的筆劃段發(fā)亮，由發(fā)亮的筆劃段組合而顯示的各種字符。） 例如，現(xiàn)在要顯示 5678四個數(shù)字，則首先應(yīng)該將“ 5”的顯示代碼（共陰 LED顯示器的顯示代碼為 6DH，共陽 LED顯示器的顯示代碼為 92H）由 ，然后~~（ LED為共陰則 ~~ 1000，） LED為共陰則~~ 0111）時，則可以看到在數(shù)碼管 1上顯示的數(shù)字為“ 5”。 目前用的較多 的是發(fā)光二極管和液晶顯示器。 CD40150為 CMOS可預(yù)置數(shù)的二一十進(jìn)制加法計數(shù)器。 功能表如下： 輸入 輸出 輸出使能 鎖存使能 D Q L H H H L H L L L L X 不變 H X X Z 設(shè)計 矩陣式鍵盤中，行、列線分別連接到按鍵開關(guān)的兩端，行線通過上拉電阻接到 +5V 上。 （ 2）鍵盤掃描取得閉合鍵的行、列值。它可以毫無障礙地讀Orcad、 Pads、 Accel(PCAD)等 EDA公司的設(shè)計文件；可以輸入和輸出 DXF、DWG格式文件，實現(xiàn)和 AutoCAD等軟 件的數(shù)據(jù)交換；也可以輸出格式為Hyperlynx的文件，用于板級信號仿真。 5. 設(shè)計 PCB在確認(rèn)原理圖沒有錯誤之后，就可以開始 PCB板的繪制工作了。選中【 Schematic Library】命令，即可打開生成和管理元件庫的模塊進(jìn)行相應(yīng)的工作。項目文件中包含指向它們的連接和必要的項目維護(hù) 信息。 圖 創(chuàng)建新的原理圖文檔 按照同樣的方式，往這個項目中加入一些其他類型的文檔，此時設(shè)計環(huán)境左側(cè)的項目面板如圖 。根據(jù)設(shè)計，計時范圍可達(dá) 0— 99分鐘，也完全滿足賽程的需要 。 由于在比賽中，甲、乙 兩隊的比分是不斷在變化的，所以需要設(shè)置比分刷 新控制裝置；此部分功能由圖所示的計分電路中的按鍵開關(guān) K1~~K4來完成的： K1鍵：完成甲隊加 1分操作 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 32 K1鍵：完成甲隊加 2分操作 K2鍵：完成甲隊減 1分操作 K3鍵：完成乙隊加 1分操作 K3鍵：完成乙隊加 2分操作 K4鍵：完成乙隊減 1分操作 計時計分顯示器是采用七段共陰 LED顯示器來顯示的。 振蕩電路如下圖所示 : 圖 時鐘振蕩電路 如圖 36，外接石英晶體或者陶瓷諧振器以及電容 C1， C2接在放大器的反 饋電路中構(gòu)成并聯(lián)諧振電路。 比分交換控制由圖 K3鍵完成。賽程計時采用倒計時方式。 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)前項目中添加一個新的原理圖文檔，并且使用缺省的文件名“ ” 。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。選中【 PCB】命令，即可啟動印制電路板的設(shè)計模塊。 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。 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 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]。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。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。 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。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。但如果要顯示不同字符，則要借助位選碼來控制。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，點亮為“ 3”。 液晶顯示器分很多種類，按顯示方式可分為段式，行點陣式和全點陣式。此時，片內(nèi) RAM和所有特殊功能寄存器的內(nèi)容保持 不變。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)。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。 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。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。 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。 digital display。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。本文詳細(xì)地介紹了系統(tǒng)硬件與軟件的設(shè)計過程，采用該裝置可根據(jù)實際情況進(jìn)行比分修改和事件的準(zhǔn)確顯示們 具有低功耗，可靠性，安全性以及低成本等特點 。一個不是很復(fù)雜的功能要是用美國 50年代 開發(fā)的 74系列，或者 60年代的 CD4000系列這些純硬件的話，電路一定是一塊 大 PCB板。 STC89C51具有 PDIP、 PQFP/TQFP及 PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。此時， ALE只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC指令是 ALE才起作用。在掉電模式下，保存 RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。當(dāng)加密位 LB1被編程時，在復(fù)位期間， EA斷的邏輯電平被采樣并鎖存，如果單片機(jī)上電后一直沒有服位，則鎖存起的初始值是一個隨機(jī)數(shù)，這個隨機(jī)數(shù)會保存到真正復(fù)位為止。如下圖所示。從下圖可以看出，每位 LED顯示器需要單獨占用 8根端口線，因 此，在數(shù)據(jù)較多的時候，往往不采用這種設(shè)計，而是采用動態(tài)顯示方式。 變量譯碼器的輸出表示輸入變量的狀態(tài)。 驅(qū)動共陰數(shù)碼管的 BCD七段的譯碼器有 744 74LS48等，該功能 CMOS電路為74HC573及 MC14513等。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號通過電磁線圈，使得電磁線圈 產(chǎn)生了 一個磁場。 ? 第 2步：將行線作為輸入線，列線作為輸出線，并將輸出線輸出為低電平，讀行線狀態(tài)，則行線中電平為低的是按鍵所在的行。這樣，一個端口（如 P1口）就可以構(gòu)成 4*4=16 個按鍵，比之直接將端口線用于鍵盤多出了一倍，而且線數(shù)越多，區(qū)別越明顯，比如再多加一條線就可以構(gòu)成 20鍵的鍵盤， 而直接用端口線則只能多出一鍵（ 9 鍵）。 Protel DXP工作總體流程 1. 設(shè)計原理圖元件 :雖然 Protel DXP提供了豐富的原理圖元件庫，但是南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 并不可能將所有的元件都收到這些庫中。 (1) Schematic(原理圖 )設(shè)計編輯。 (9) 嵌入式設(shè)計項目的生成?？梢蕴砑拥奈臋n類型很多，有原理圖、原理圖庫、 PCB庫和 VHDL文檔等，詳細(xì)的內(nèi)容會在以后各章講解。 圖 自由文檔 圖 把自由文件加入項目 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 30 基于單片機(jī)系統(tǒng)的籃球賽計時計分器的系統(tǒng)構(gòu)成框圖如圖所視 。 當(dāng)比賽結(jié)束時，如果由于一些特殊原因需要增加比賽時間，這時增加比賽時間同樣由按鍵 K K K K8來設(shè)置，并且設(shè)置方法與上面所述一樣 ，但一般情況下只需要按 K5鍵來設(shè)置即可，因為加時比賽一般只有幾分鐘而已。這樣單片機(jī) 每次顯示需要刷新，先選擇位碼，在選擇斷碼，這樣就能用盡量少的線來顯示更多的東西 ， 因此，使用這種方法單片機(jī)中 IO口 的開銷小。 四位 共陰 LED顯示數(shù)碼管等電子元件完成顯示設(shè)計在電路上的實現(xiàn)。比賽時間 預(yù)設(shè) 時間 為 12分鐘， 通過按鍵 K5鍵， 比賽分鐘加一 ；再按 K6鍵，設(shè)置比賽分鐘減一 。 圖 通過文件名選項切換當(dāng)前編輯文件 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 .6 從項目中去除文件 在如圖 ，用右鍵單擊欲刪除的文件，彈出如圖。從集成環(huán)境左側(cè)的項目管理器【 Projects】面板中可以看到這個新建的項目，如圖 。 (7) FPGA項目。 Protel DXP設(shè)計環(huán)境 當(dāng)用戶啟動 Protel DXP后，系統(tǒng)將進(jìn)入 Protel DXP管理器設(shè)計環(huán)境(Design Explorer)，如圖 ，所有 Protel DXP功能都是從這個環(huán)境啟動的。 (5) 提供了強大