【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 8 根段馬線8 根段馬線端口 4端口 3端口 2端口 1GN D專(zhuān) 科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 16 頁(yè) 共 41 頁(yè) 輸入與門(mén) 。在 一個(gè) 芯 片里有兩個(gè)相同的單元，其中一個(gè)任何一個(gè)都是 1/2斷口。同型號(hào)的 74系列、 74HC系列、 74LS系列芯片，邏輯 功能上是一樣的。 表 24為7 74HC、 74LS系列芯片資料 [8]。 表 24 7 74HC、 74LS 相關(guān)資料表 系列 電平 典型傳輸延遲 ns 最大驅(qū)動(dòng)電流 AHC CMOS 8/8 AHCT COMS/TTL 8/8 HC COMS 25 8/8 HCT COMS/TTL 25 8/8 ACT COMS/TTL 10 24/24 F TTL 15/64 ALS TTL 10 15/64 LS TTL 18 15/24 報(bào)警器 報(bào)警器的分類(lèi) 蜂鳴器有兩類(lèi) 3大品種 。一 類(lèi)是壓電式，一類(lèi)是電磁式，電磁式又有兩大品種，鐵振膜式和動(dòng)圈式，二者原理一樣只是結(jié)構(gòu)不同。所有蜂鳴器都有兩種類(lèi)型：純蜂鳴器和帶驅(qū)動(dòng)的蜂鳴器，蜂鳴器都是用音頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)的， 都 是交流驅(qū)動(dòng) 。 報(bào)警器工作原理 報(bào)警器的種類(lèi)很多，比如：揚(yáng)聲器，蜂鳴器等， 本次設(shè)計(jì)采用的是電磁式蜂鳴器作為報(bào)警器。電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、震動(dòng)膜片以及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號(hào)通過(guò)電磁線圈，使得電磁線圈產(chǎn)生了一個(gè)磁場(chǎng)。振動(dòng)膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性的振動(dòng)發(fā)聲 [2]。 專(zhuān) 科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 17 頁(yè) 共 41 頁(yè) 第三章 硬件電路設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件由以下幾個(gè)部分組成： （ 1）單片機(jī) AT89C51 （ 2）計(jì)時(shí)電路 （ 3）計(jì)分電路 （ 4）按鍵開(kāi)關(guān) 說(shuō)明：整個(gè)系統(tǒng)只用一片 AT89C51；在圖中將計(jì)時(shí)電路與計(jì)分電路分開(kāi)畫(huà)，只是 為了能夠更好的更清晰的說(shuō)明問(wèn)題；并且在整個(gè)畫(huà)圖過(guò)程中將 AT89C51引腳打亂是為了使圖示能夠更加的清晰明了 [7]。 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 系統(tǒng)構(gòu)成框圖 基于單片機(jī)系統(tǒng)的籃球賽計(jì)時(shí)計(jì)分器的系統(tǒng)構(gòu)成框圖如圖 31所視。 計(jì) 時(shí) 顯 示C D 4 5 1 1AT89C51C D 4 5 1 1計(jì) 分 顯 示復(fù) 位晶 振賽 程 時(shí) 間設(shè) 置 鍵 盤(pán)7 4 L S 2 1賽 程 比 分調(diào) 整 鍵 盤(pán) 圖 31 系統(tǒng)構(gòu)成圖 本系統(tǒng)采用單片機(jī) AT89C51作為本設(shè)計(jì)的核心元件。利用 7段共陰 LED作為顯示器件。在本次設(shè)計(jì)中，共接入十個(gè)七段共陰 LED顯示器，其中 6個(gè)用于記錄 甲、乙兩隊(duì)的分?jǐn)?shù)，每隊(duì) 3個(gè) LED顯示器分?jǐn)?shù)范圍可達(dá)到 0— 99分，足夠滿足賽程需要。另外 4個(gè) LED顯示器則用于記錄賽程的時(shí)間，其中兩個(gè)用于顯示分鐘；2個(gè)用于顯示秒鐘。賽程計(jì)時(shí)采用倒計(jì)時(shí)方式。即比賽前將時(shí)間設(shè)置好，比賽開(kāi)始時(shí)啟動(dòng)計(jì)時(shí)，直至計(jì)時(shí)到零為止。根據(jù)設(shè)計(jì)，計(jì)時(shí)范圍可達(dá) 0— 99 分鐘，也完全滿足賽程的需要。 專(zhuān) 科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 18 頁(yè) 共 41 頁(yè) 其次，為了配合計(jì)時(shí)器和計(jì)分器校正、調(diào)整時(shí)間和比分，特在本設(shè)計(jì)中設(shè)立了 7個(gè)按鍵。其中 4個(gè)用于輸入甲、乙兩隊(duì)的分?jǐn)?shù)；另外 3個(gè)則用于完成 設(shè)置、調(diào)整、啟動(dòng)和暫停賽程時(shí)間等功能 [6]。 器件選擇 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)： AT89C51 四一七段 BCD譯碼芯片： CD4511 并行 / 串行轉(zhuǎn)換芯片： CD4094 四輸入與門(mén)： 74LS21 顯示器件： 7段共陰 LED顯示器 按鍵：歐姆龍按鍵 硬件總體設(shè)計(jì) 這次設(shè)計(jì)的核心是：如何運(yùn)用 AT89C51 單片機(jī)， CD451譯碼芯片， CD4094 8位移位寄存器。 7 段共陰 LED顯示數(shù)碼管等電子元件完成顯示設(shè)計(jì)在電路上的實(shí)現(xiàn) [8]。 從理論上說(shuō)，不論顯示圖形還是文字，只要控制與組成這些圖形和文字的各個(gè)點(diǎn)所在位置對(duì)應(yīng)的 LED器件發(fā)光，就能得到結(jié)果。 本次設(shè)計(jì)采用的是靜態(tài)驅(qū)動(dòng)方式。 所謂靜態(tài)驅(qū)動(dòng)，就是每一個(gè)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。這樣單片機(jī)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(shí)，再發(fā)送新的字形碼，因此，使用這種方法單片機(jī)中 CPU的開(kāi)銷(xiāo)小 [4]。 這種電路的優(yōu)點(diǎn)在于：在同一時(shí) 間可以顯示不同的字符；但缺點(diǎn)就是占用端口資源較多 [3]。 計(jì)時(shí)電路部分 專(zhuān) 科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 19 頁(yè) 共 41 頁(yè) 振蕩電路 本次設(shè)計(jì)要使用到 AT89C51 單片機(jī)的時(shí)鐘振蕩功能。 AT89C51 中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部震蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTAL1 和 XTAL2分別是該放大器的輸入和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或者陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器 [1]。 振蕩電路如 圖 32所示 圖 32 時(shí)鐘振蕩電路 專(zhuān) 科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 20 頁(yè) 共 41 頁(yè) 圖 33 外部時(shí)鐘電路 專(zhuān) 科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 21 頁(yè) 共 41 頁(yè) 圖 34 系統(tǒng)總體電路 專(zhuān) 科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 22 頁(yè) 共 41 頁(yè) 圖 35 計(jì)時(shí)電路原理圖 專(zhuān) 科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 23 頁(yè) 共 41 頁(yè) 計(jì)時(shí)電路的工作原理 計(jì)時(shí)電路如圖 35 所示，主要由開(kāi)關(guān) K5K7，單片機(jī) AT89C51，譯碼器以及LED顯示器構(gòu)成。 其工作過(guò)程如下： 當(dāng)比賽準(zhǔn)備開(kāi)始的時(shí)候，當(dāng)調(diào)時(shí)（十位）開(kāi)關(guān) K5按下時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)低電平；立即數(shù) 00H取出，同時(shí)對(duì)應(yīng)調(diào)分（十位）控制端 LE輸出高電平，表示此時(shí)可以向調(diào)分（十位）的 CD4511發(fā)送數(shù)據(jù)，但 CD4511的輸出端不會(huì)有輸出，因?yàn)?LE=1時(shí)， CD4511 鎖存。 這時(shí)，只要將要顯示數(shù)據(jù)的代碼經(jīng)過(guò) P1口的 CD4511的輸入端 A~~D端，送完后，將 LE 清零。這時(shí)便可以將要顯示數(shù)據(jù)的代碼經(jīng)過(guò) CD4511 譯碼后，從輸出端 a~~g 輸出，送 LED 顯示器顯示 即可。調(diào)時(shí)按鍵開(kāi)關(guān)每按一次，數(shù)字自動(dòng)加 1，直到調(diào)到需要設(shè)置的時(shí)間即 [2]。 計(jì)分電路部分 8051 系列單片機(jī)除了有 4 個(gè) 8 位并行口外，還有一個(gè)能同時(shí)進(jìn)行串行發(fā)送和接收的全雙工串行通信口。它能同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，還能作為同步移位寄存器使用。球賽計(jì)分電路正是利用了 8051 單片機(jī)串行口可以外接串行輸入并行輸出移位寄存作用為輸出口來(lái)實(shí)現(xiàn)球賽比分刷新顯示的 [9]。 串行接口工作原理 MCS51 系列單片機(jī)片內(nèi)有一個(gè)串行 I／ O 端口，通過(guò)引腳 RXD(P3． 0)和TXD(P3． 1)可與外設(shè)電路進(jìn)行全雙工的 串行異步通信 [12]。 8051單片機(jī)的串行端口有 4種基本工作方式，通過(guò)編程設(shè)置，可以使其工作在任一方式，以滿足不同應(yīng)用場(chǎng)合的需要。其中，方式 0主要用于外接移位寄存器，以擴(kuò)展單片機(jī)的 I／ O 電路；方式 1 多用于雙機(jī)之間或與外設(shè)電路的通信；方式 2， 3除有方式 l的功能外，還可用作多機(jī)通信，以構(gòu)成分布式多微機(jī)系統(tǒng)。串行端口有兩個(gè)控制寄存器 (SCON 和 PCON)，用來(lái)設(shè)置工作方 式、發(fā)送或接收的狀態(tài)、特征位、數(shù)據(jù)傳送的波特率 (每秒傳送的位數(shù) )以及作為中斷標(biāo)志等 [11]。 串行端口有一個(gè)數(shù)據(jù)寄存器 SBUF(在特殊功能寄存器中的字節(jié)地址為 99H)，專(zhuān) 科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 24 頁(yè) 共 41 頁(yè) 該寄存器為發(fā)送和接收所共同。發(fā)送時(shí)，只寫(xiě)不讀；接收時(shí)，只讀不寫(xiě)。在一定條件下，向 SBUF寫(xiě)入數(shù)據(jù)就啟動(dòng)了發(fā)送過(guò)程；讀 SBUF就啟動(dòng)了接收過(guò)程。串行通信的波特率可以程控設(shè)定。在不同工作方式中，由時(shí)鐘振蕩頻率的分頻值或由定時(shí)器 T1的溢出率確定，使用十分方便靈活 [10]。 計(jì)分電路原理圖 圖 36 計(jì)分電路原理圖 專(zhuān) 科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 25 頁(yè) 共 41 頁(yè) 計(jì)分電路的工作原理 計(jì)分電路主要由單片機(jī) AT89C51，串行 /并行轉(zhuǎn)換器（ CD4094）， LED 顯示器， 74LS21 以及按鍵開(kāi)關(guān)組成。其工作過(guò)程如下：按鍵開(kāi)關(guān) K1~~K4 組成甲、乙兩隊(duì)加減分控制。按鍵 K1~~K4 一端接地，另一端輸入與門(mén) 74LS21 的 9 腳，10 腳， 12 腳， 13 腳，以及單片機(jī) AT89C51 的 ， ， ， ， 8 腳接AT89C51 的 腳。當(dāng)按鍵開(kāi)關(guān) K1~~K4 四個(gè)按鍵的任何一個(gè)一位按下時(shí)，與門(mén)的 8 腳輸出都會(huì)產(chǎn)生 低電平 使單片機(jī)中斷，從而使相應(yīng) LED 顯示。因?yàn)榘存I開(kāi)關(guān)按下時(shí)為 低電平 [12]。 專(zhuān) 科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 26 頁(yè) 共 41 頁(yè) 第四章 籃球計(jì)時(shí)計(jì)分器軟件設(shè)計(jì) 籃球 計(jì)時(shí)計(jì)分器的工作過(guò)程 首先在比賽之前，接通電源，系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位，此時(shí)計(jì)時(shí)電路與計(jì)分電路中的共陰極數(shù)碼管全部顯示為 0000和 000 000；然后我們按照計(jì)時(shí)電路中 的 K5鍵來(lái)設(shè)置比賽時(shí)間的十位數(shù)，例如比賽時(shí)間上半場(chǎng)為 20分鐘，則通過(guò) K5 鍵，使數(shù)碼管 1顯示“ 2”即可；再按下 K6鍵，設(shè)置比賽時(shí)間的個(gè)位數(shù)，使數(shù)碼管 2顯示“ 0”即可。一般比賽時(shí)間為 40 分鐘，所示只需要按下 K5 鍵顯示“ 4”，按下 K6 鍵顯示“ 0”即可。 時(shí)間設(shè)置好時(shí)，等待賽程開(kāi)始，當(dāng)裁判吹響哨聲時(shí)，啟動(dòng)計(jì)時(shí)，這時(shí)計(jì)時(shí)電路便開(kāi)始工作，計(jì)時(shí)采用到計(jì)時(shí)方式，即從 20分鐘減為 0分鐘表示上半場(chǎng)結(jié)束。上半場(chǎng)結(jié)束時(shí)，蜂鳴器會(huì)發(fā)出 10秒鐘響聲，通知上半場(chǎng)結(jié)束，這時(shí)按下 K7鍵，便完成了甲、乙兩隊(duì)的分?jǐn)?shù)交換。在整個(gè)賽程中，我們還要對(duì) 兩隊(duì)比分進(jìn)行及時(shí)刷新，這時(shí)我們通過(guò)計(jì)分電路中的 K1K4鍵完成此功能， K1和 K2 鍵完成甲隊(duì)加分、減分， K3和 K4 鍵完成乙隊(duì)加分、減分。按鍵每按一下，表示加上或者減去1分。 由于加分、減分我們采用中斷完成，且加、減分的中斷優(yōu)先權(quán)小于計(jì)時(shí)電路中的中斷優(yōu)先權(quán)，所以不會(huì)對(duì)計(jì)時(shí)電路造成影響。如果在賽程過(guò)程中，一方的教練申請(qǐng)暫停時(shí)，經(jīng)裁判批準(zhǔn)，我們立即按下 K7 鍵，即可以暫停計(jì)時(shí)，暫停時(shí)間到時(shí)，再按下 K7鍵繼續(xù)計(jì)時(shí)，直至上半場(chǎng)賽程結(jié)束，蜂鳴器會(huì)發(fā)出 10秒的響聲。下半場(chǎng)的流程和上半場(chǎng)基本上是一樣的 [8]。 籃球計(jì) 時(shí)計(jì)分器編程設(shè)計(jì) 編程前，必須設(shè)置好地址、數(shù)據(jù)以及控制信號(hào)。 編程單元的地址加在 P1 口和 P2 口的 — （ 11 位地址范圍為 0000H— 0FFFH），數(shù)據(jù)從 P0 口輸入，引腳 、 、 、 驗(yàn)電路， /PSEN為低電平， RST保持高電平， EA/Vpp引腳是編程電源的輸入端，按要求加上編程電壓， ALE/PROG引腳輸入編程脈沖。 編程時(shí)，可采用 4— 20MHZ的時(shí)鐘振蕩器，本次設(shè)計(jì)采用 12MHZ 的石 英晶體專(zhuān) 科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 27 頁(yè) 共 41 頁(yè) 振蕩器。具體過(guò)程是： （ 1）在地址線上加上要編程單元的地址信號(hào)，這里為 33H， 34H， 35H， 36H，37H， 38H， 6個(gè)地址符。 （ 2）在數(shù)據(jù)線上加上要寫(xiě)入的數(shù)據(jù)字節(jié)，比如甲隊(duì)加一分就是在 36H地址上加上（偏移）一個(gè)字符 06H。 （ 3）激活相應(yīng)的控制信號(hào)。 （ 4）在高電壓編程方式時(shí)，將 EA/Vpp 端加上 +12V編程電壓。 （ 5）改變編程單元的地址和寫(xiě)入的數(shù)據(jù)，重復(fù) 1— 5 步驟，直到全部文件編程結(jié)束，每個(gè)字節(jié)寫(xiě)入周期是自身定時(shí)的，通常約為 [7]。 本次設(shè)計(jì)的程序流程圖如 41： 開(kāi) 始定 時(shí) 清 0甲 乙 兩 隊(duì) 分 數(shù) 清 0設(shè) 置 定 時(shí)時(shí) 間 如 ： 2 0 分 鐘啟 動(dòng) 鍵 是 否 按 下倒 計(jì) 時(shí) 開(kāi) 始 定 時(shí)定 時(shí) 時(shí) 間 到 否暫 停 鍵 是 否 按 下K 1 、 K 2 、 K 3 、K 4 是 否 按 下交 換 鍵 是 否 按 下對(duì) 應(yīng) 甲 、 乙 兩 隊(duì) 加 減 分 數(shù)甲 乙 兩 隊(duì) 交 換 分?jǐn)?shù) ， 并 顯 示喇 叭 響 1 0 秒YNYNYNYNYN 圖 41 程序流程圖 主要模塊說(shuō)明 計(jì)時(shí)部分模塊流程 專(zhuān) 科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 28 頁(yè) 共 41 頁(yè) 定 時(shí) 中 斷 初 始 化開(kāi) 放 定 時(shí) 中 斷按 下 調(diào) 時(shí) 開(kāi) 關(guān) ， 產(chǎn) 生 低 電 平立 即 數(shù) 0 0 H 取 出 ， L E 輸 出 高 電 平經(jīng) 過(guò) P 1 . 0 發(fā) 送 代 碼 ， 然 后 將 L E 清 0啟 動(dòng) 定 時(shí) 器 ， T 0 開(kāi) 始 定 時(shí)調(diào) 用 定 時(shí) 中 斷 程 序 圖 42 計(jì)時(shí)部分流程圖 記分部分模塊流程 按 下 計(jì) 分 鍵輸 出 低 電 平 ， 外 部中 斷 產(chǎn) 生調(diào) 用 中 斷 程 序串 行 數(shù) 據(jù) 輸 出 移位 脈 沖 輸 出顯 示 數(shù) 據(jù) ， 兩 隊(duì) 相 應(yīng)比 分 變 化串 行 口 發(fā) 送 完