【文章內容簡介】 超過 1ms，就可以實現自動上電復位。 LED 顯示電路 二極管 二極管是半導體設備中的一種最常見的器件 ， 大多數半導體最是由攙雜半導體材料制成 (原子和其它物質 )發(fā)光二極管導體材料通常都是鋁砷化稼 ， 在純鋁砷化稼中 ， 所有的原子都完美的與它們的鄰居結合 ， 沒有留下自由電子連接電流 。 在攙雜物質中，額外的原子改變電平衡，不是增加自由電子就是創(chuàng)造電子可以通過的空穴。這兩樣額外的條件都使得材料更具傳導性。帶額外電子的半導體叫做 N 型半導體，由于它帶有額外負電粒子，所以在 N 型半導體材料中，自由電子是從負電區(qū)域向正電區(qū)域流動。帶額外 “ 電子空穴 ” 的半導體叫做 P 型半導體，由于帶有正電粒子。電子可以從另一個電子空穴跳向另一個電子空穴，從從負電區(qū)域向正電區(qū)域流動。 因此，電子空 穴本身就顯示出是從正電區(qū)域流向負電區(qū)域 。 二極管是由 N型半導體物質與 P 型半導體物質結合，每端都帶電子。這樣排列使電流只能從一個方向流動。當沒有電壓通過二極管時，電子就沿著過渡層之間的匯合處從N 型半導體流向 P 型半導體，從而形成一個損耗區(qū)。在損耗區(qū)中，半導體物質會回復到它原來的絕緣狀態(tài) 所有的這些 “ 電子空穴 ” 都會被填滿，所有就沒有自由電子或電子真空區(qū)和電流不能流動 。 為了除掉損耗區(qū)就必須使 N 型向 P 型移動和空穴應反向移動。為了達到目的，連接二極管 N 型一方到電流的負極和 P 型就連接到電流的正極。這時蘭州工業(yè)學院畢業(yè)設 計說明書（論文） 8 在 N 型物質的自由電 子會被負極電子排斥和吸引到正極電子。在 P 型物質中的電子空穴就移向另一方向。當電壓在電子之間足夠高的時候，在損耗區(qū)的電子將會在它的電子空穴中和再次開始自由移動。損耗區(qū)消失，電流流通過二極管。 發(fā)光二極管的性能 發(fā)光二極管 LED（ LightEmittingDiode）是能將電信號轉換成光信號的結型電致發(fā)光半導體器件。 發(fā)光二極管 LED 主要特點 ： （ 1）在低電壓（ ～ ）、小電流 (5～ 30mA)的條件下工作，即可獲得足夠高的亮度。 （ 2）發(fā)光響應速度快（ 107～ 109 s），高頻特性好，能顯示脈沖信息。 （ 3）單色性好，常見顏色有紅、綠、黃、橙等。 （ 4）體積小。發(fā)光面形狀分圓形、長方形、異形（三角形等）。其中圓形管子的外徑有 φ φ φ φ φ φ φ φ1 φ1 φ20（ mm）等規(guī)格，直徑 1mm 的屬于超微型 LED。 （ 5）防震動及抗沖擊穿性能好，功耗低，壽命長。由于 LED 的 PN 結工作在正向導通狀態(tài)，本射功耗低，只要加必要的限流措施，即可長期使用，壽命在 10 萬小時以上，甚至可達 100 萬小時。 （ 6）使用靈活，根據需要可制成數碼管、字符管 、電平顯示器、點陣顯示器、固體發(fā)光板、 LED 平極型電視屏等。 （ 7）容易與數字集成電路匹配。 顯示接口電路的設計 在單片機應用系統(tǒng)中，使用的顯示器主要有 LED 顯示器（發(fā)光二極管顯示器）。這種顯示器成本低廉，配置靈活，與單片機接口方便。在本系統(tǒng)的設蘭州工業(yè)學院畢業(yè)設 計說明書（論文） 9 計中采用 LED 顯示器。 LED 顯示器由 8 位 LED 數碼管組成，用于顯示系統(tǒng)在各種不同條件下的狀態(tài)。 用單片機驅動 LED 數碼管有很多方法，按顯示方式分，有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示，按譯碼方式分為硬件譯碼和軟件譯碼。 靜態(tài)顯示是顯 示驅動電路具有輸出鎖存功能，單片機將要顯示的數據送出后不再控制 LED，直到下次顯示時再傳送一次新的顯示數據。靜態(tài)顯示的數據穩(wěn)定，占用 CPU 時間少。 動態(tài)顯示要 CPU 時刻對顯示器件進行數據刷新，顯示數據會有閃爍，占用的 CPU 時間多。 這兩種顯示方式各有利弊：靜態(tài)顯示雖然數據顯示穩(wěn)定，占用很少的 CPU時間，但每個顯示單元都需要單獨的顯示驅動電路，使用的電路硬件較多；動態(tài)顯示雖然閃爍，占用的 CPU 時間多，但使用的硬件少，能節(jié)省線路板空間。 在本設計中由于顯示部分比較簡單，所以選用了靜態(tài)顯示 方式， LED 顯示器由 74LS373 來驅動 ,為了擴展外部存儲器需一塊 74LS373(地址鎖存器 ) 。 LED 發(fā)光器件一般常用的有兩類：數碼管和點陣。常用的數碼管一般為 8字型數碼管，分為 A、 B、 C、 D、 E、 F、 G、 DP 八段，其中 DP 為小數點。數碼管常用的有 10 根管腳，每一段有一根管腳，另外兩根管腳為一個數碼管的公共端，兩根之間相連通。數碼管從電路上來看可分為共陰和共陽兩種，在本設計中用了共陽的 LED。 時鐘振蕩電路 AT89C51 中有一個用于構成內部振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端和輸出端。這個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成自然振蕩器。外接石英晶體及電容 C C2 接在放大器的反饋回路中構成并聯振蕩電路。對外接電容 C1， C2雖然沒有什么嚴格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蘭州工業(yè)學院畢業(yè)設 計說明書（論文） 10 蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性。如果使用石英晶體，我們推薦電容使用 30PF? 10PF，而如果使用陶瓷振蕩器建議選擇 40PF? 10PF。用戶也可以采用外 部時鐘。采用外部時鐘的電路如圖示。這種情況下，外部時鐘脈沖接到 XTAL1 端，即內部時鐘發(fā)生器的輸入端， XTAL2 則懸空。由于外部時鐘信號是通過一個 2 分頻觸發(fā)器后作為內部時鐘信號的，所以對外部時鐘信號的占空比沒有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時間和最大的低電平持續(xù)時間應符合產品技術條件的要求。振蕩器電路如圖 33 所示。 圖 33 時鐘振蕩電路 按鍵電路 按鍵的開關狀態(tài)通過一定的電路轉換為高、低電平狀態(tài)。按鍵閉合過程在相應的 I/O 端口形成一個負脈沖。閉合和釋放過程都要經過一定的過程才能達到穩(wěn)定，這 一過程是處于高、低電平之間的一種不穩(wěn)定狀態(tài)，稱為抖動。抖X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 / R D17P 3 . 6 / W R16P 3 .5 /T 115P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 / A 821P 2 .1 / A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427U1A T 8 9 C5 1C13 0 p FC23 0 p FX1CR Y S T A LG ND蘭州工業(yè)學院畢業(yè)設 計說明書（論文） 11 動持續(xù)時間的常長短與開關的機械特性有關，一般在 510ms 之間。為了避免CPU 多次處理按鍵的一次閉合，應采用措施消除抖動。本文采用的是獨立式按鍵，直接用 I/O 口線構成單個按鍵電路，每個按鍵占用一條 I/O 口線，每個按鍵的工作狀態(tài)不會產生互相影響。按鍵電路如圖 34 所示。 圖 34 按鍵電路 鍵盤是一組按鍵的集合，它是最常用的單片機輸入設備。操作人員可以通過鍵盤輸入數據或命令，可以實現簡單的人 — 機通信。 鍵盤可以分為獨立連接式和矩陣式兩種 ，每一種按其譯碼方式都可以分為編碼及非編碼兩種。編碼鍵盤通過硬件的方法產生鍵碼，能自動的識別按下的健并產生相應的鍵碼值，以并行或串行的方式發(fā)送給 CPU，它的接口簡單，X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 / R D17P 3 . 6 / W R16P 3 .5 /T 115P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 / A 821P 2 .1 / A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427U1A T 8 9 C5 1G NDK1K2K3K4K5蘭州工業(yè)學院畢業(yè)設 計說明書（論文） 12 響應速度快，但需要專用的硬件電路；非編碼鍵盤通過軟件的方法產生鍵碼，它不需要專用硬件電路，結構簡單，成本低廉，但響應速度沒有編碼鍵盤快。為了減少電路的復雜程度，節(jié)省單片機的 I/O 接口，因此非編碼鍵盤在單片機鍵盤中使用非常廣泛。 （ 1）鍵盤輸入的特點 鍵盤實質上是一級按鍵開關的集合。通常，鍵盤開關利用了機械觸點的合、斷作用。 （ 2）按 鍵的確認 鍵的閉合與否，反映在行線輸出電壓上就呈現高電平或低電平，如果高電平表示鍵斷開，低電平則表示鍵閉合，通過對行線電平高低狀態(tài)的檢測，便可確認按鍵按下與否。為了確保 CPU 對一次按鍵動作只確認一次按鍵有效，必須消除抖動的影響。 蘭州工業(yè)學院畢業(yè)設 計說明書（論文） 13 4 軟件設計 主程序流程圖 圖 41 主函數程序框圖 開機加電 關閉定時器 T0、 T1 置定時器 T0、 T1 的工作方式 等待按鍵按下 讀取鍵盤 有按鍵輸入？ 是 A 鍵？ 是 B 鍵？ 是 C 鍵？ A 鍵函數 B 鍵函數 C 鍵函數 N Y Y Y N N 蘭州工業(yè)學院畢業(yè)設 計說明書（論文） 14 本設計采用了自定義下的流程圖。主要程序流程有：主程序、判斷有無按鍵子程序、鍵盤掃描子程序、顯示鍵號 /歌曲號子程序、開機畫面子程序、按鍵值播放歌曲子程序等。程序中使用了兩個定時中斷，定時中斷 0 用于產生整個音程的頻率，以便驅動揚聲器。程序的總體流程是當 P1 由按鍵按下時，讀鍵盤，并儲存鍵值，若為 F 鍵則通過查表的方式，調用字符串下手鍵號 /曲目子程序，將鍵號顯示出來。 主程序流程圖如圖 41 所示。 延時模塊 延時程序一般是通過一層或幾層循環(huán)實現的，整個過程延時的時間是程序執(zhí)行的指令總次數乘以每條指令所用的時間。由于該系統(tǒng)的晶振選用的是12M，所以執(zhí)行指令所用的時間是 2ms，程序執(zhí)行流程圖如圖 42 所示。 圖 42 延時程序流程圖 程序如下： void delay_ms(uint xms) { uint x,y。 開始 是否 x0？ x 是否 y0？ y 結束 N Y N 蘭州工業(yè)學院畢業(yè)設 計說明書（論文） 15 for(x=xms。x0。x) for(y=110。y0。x) } 函數初始化模塊 函數初始化程序即在主函數內對某些參數和標記位賦初值編寫成一個函數，這樣便是程序更具有條理化，清晰易懂。由于整個程序要用到定時器 0和定時器 1，所以，初始化程序主要是 對定時器相關內容作說明。 程序如下： void Initialsound(void) { Sound_Temp_TH1=(65536(1/1200)*SYSTEM_OSC)/256