【文章內容簡介】 定的段導通電流，還需根據外接電源及額定段導通電流來確定相應的限流電阻。 黑龍江八一農墾大學畢業(yè)設計（論文） 10共陰極數碼管的 8 個發(fā)光二極管的陰極（二極管負端）連接在一起，通常，公共陰極接低電平（一般接地），其它管腳接段驅動電路輸出端，當某段驅動電路的輸出端為高電平時，則該端所連接的字段導通并點亮，根據發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數字或字符。此時，要求段驅動電路能提供額定的段導通電流，還需根據外接電源及額定段導通電流來確定相應的限流電阻。 本設計采用共 陰 極數碼顯示管做顯示電路 ，數碼管引腳圖如圖 2 所示： abcdefgabcdefgdpdp2abfcgdedp1abfcgdedpabfcgdedp34abfcgdedpU3SR420561K 圖 2 數 碼管引腳圖 由于采用的是 共陰 的數碼顯示管，所以只要數碼管的 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、h 引腳為高電平，那么其對應的二極管就會發(fā)光，使數碼顯示管顯示 0～ 9 的編碼見表 1。 表 1 共陰極 數碼顯示管字型代碼 字型 共陰極代碼 字型 共陰極代碼 0 3FH 5 6DH 1 06H 6 7DH 2 5BH 7 07H 3 4FH 8 7FH 4 66H 9 6FH 動態(tài)顯示電路由顯示塊、字形碼驅動模塊、字位驅動模塊三部分組成。圖中， 8個數碼管 的 8 段段選線分別與外接上拉電阻的單片機 P0 口對應相連，而 8 個數碼管 的位控制端則和 單片機的 P2 口相連 。單片機的 ~ 口則分別對應數碼顯示管的最低位到最高位，另外數碼管顯示是采用動態(tài)顯示 。 由于數碼管是有P0 口來驅動，它內部沒有上拉電阻，作為輸出口時驅動能力比較弱，不能點亮數碼顯示管，因此 P0 口必須接上拉電阻來提高驅動能力。另外一位 共陰 數碼管的驅動電流一般為 20mA 左右，如果電流太大容易造成數碼管損壞，所以也需要根據電源的電壓值來確定上拉電阻的大小。如果電阻過小，勢必會形成灌電流過大，造成單片機 IO 的損壞，如果電阻過大，那么對拉電流沒有太大的影響。電源供電電壓為 5V，當上拉電阻選用 220Ω 電阻時灌電流為 22mA。不會損壞單片機的 I/O 口，同時也可以為數碼顯示管起到限制電流的保護作用。 黑龍江八一農墾大學畢業(yè)設計（論文） 11 按鍵電路的選擇與設計 本設計中有 七 個按鍵，分別實現開始、暫停、 存儲、清除當前數據、查看、全部清零復位 功能。這 七 個鍵可以采用中斷的方法，也可以采用查詢的方法來識別。對于 復位和 查看 鍵，主要功能在于數值復位和對上次計時時間的查看，對于時間的要求不是很嚴格，而開始和暫停鍵主要用于時間的鎖定，需要比較準確的控制。因此可以考慮，對復位鍵和查看鍵采用查詢的 方式，而對于開始和暫停鍵采用外 部中斷。 七 個按鍵均采用低電平有效 。 當按鍵沒有按下時，單片機的 I/O 口直接連接電源，因此需要接上拉電阻來進行限流，本設計中選取阻值為 2kΩ 的電阻作為上拉電阻，根據計算可知此時的灌電流為 ，查看 AT89S51 的資料得知次電流在安全范圍內，符合安全設計要求。 按鍵電路中由于采用了外部中斷，所以需要用到 P3 口的第二功能。 P3 口引腳的第二功能如表 2： 表 2 P3 口引腳第二功能表 P3 口引腳 特殊功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） INT0（外部中斷 0 請求輸 入端） INT1（外部中斷 1 請求輸入端） T0（定時器 /計數器 0 計數脈沖輸入端） T1（定時器 /計數器 1 計數脈沖輸入端） WR(片外數據存儲器寫選通信號輸出端 ) RD（片內數據存儲器讀選通信號輸出端） 時鐘電路的選擇與設計 單片機的時鐘信號用來提供單片機內各種微操作的時間基準， AT89S51 片內設有一個由反向放大器所構成的振蕩電路， XTAL1 和 XTAL2 分別為振蕩電路的輸入和輸出端， AT89S51 單片機的時鐘信號通常用兩種電路形式得 到：內部振蕩方式與外部振蕩方式。外部方式的時鐘很少用，若要用時，只要將 XTAL1接地， XTAL2 接外部振蕩器就行。對外部振蕩信號無特殊要求，只要保證脈沖寬度，一般采用頻率低于 12MHz 的方波信號。 時鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產生一個兩相時鐘信號 P1 和 P2 供單片機使用。 P1 在每一個狀態(tài) S 的前半部分有效， P2 在每個狀態(tài)的后半部分有效。本設計采用的內部振蕩方式，內部振蕩方式所得的時鐘信號比較穩(wěn)定，實用電路中使用較多。本設計系統的時鐘電路如圖 3 所示。只要按照圖 3 所示電路進行設計連黑龍江八一農墾大學畢業(yè)設計（論文） 12接就能使系統可靠起振并能穩(wěn)定運行。 圖中，電容器 C1 、 C2 起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，電容值一般為 5～ 33pF。但在時鐘電路的實際應用中一定要注意正確選擇其大小，并保證電路的對稱性，盡可能匹配，選用正牌的瓷片或云母電容，如果可能的話，溫度系數盡可能低。本設計中采用大小為 30pF 的電容和12MHz 的晶振 [8]。 12Y1XTAL30pFC430pFC5 圖 3 內部振蕩電路 （ 4） 時序 AT89S51 典型的指令周期（執(zhí)行一條指令的時間稱為指令周期）為一個機器周期，一個機器周期由六個狀態(tài)（十二振蕩周期）組成。每個狀態(tài)又被分成兩 個時相 P1 和 P2。所以，一個機器周期可以依次表示為 S1P1， S1P2…… ， S6P1， S6P2。 圖 4 AT89S51 時序 圖 4 給出了 AT89S51 單片機的取指和執(zhí)行指令的定時關系。這些內部時鐘信號不能從外部觀察到，所用 XTAL2 振蕩信號作參考。在圖中可看到，低 8 位黑龍江八一農墾大學畢業(yè)設計（論文） 13地址的鎖存信號 ALE 在每個機器周期中兩次有效：一次在 S1P2 與 S2P1 期間，另一次在 S4P2 與 S5P1 期間。 對于單周期指令，當操作碼被送入指令寄存器時，便從 S1P2 開始執(zhí)行指令。如果是雙字節(jié)單機器周期指令，則在同一機器周期的 S4 期間讀入第二個字節(jié)，若是單字節(jié)單機器周期指令，則在 S4 期間仍進 行讀，但所讀的這個字節(jié)操作碼被忽略，程序計數器也不加 1，在 S6P2 結束時完成指令操作。圖 4 的 (a)和 (b)給出了單字節(jié)單機器周期和雙字節(jié)單機器周期指令的時序。 AT89S51 指令大部分在一個機器周期完成。乘（ MUL）和除（ DIV）指令是僅有的需要兩個以上機器周期的指令，占用 4 個機器周期。對于雙字節(jié)單機器周期指令，通常是在一個機器周期內從程序存儲器中讀入兩個字節(jié)，唯有 MOVX 指令例外。 MOVX 是訪問外部數據存儲器的單字節(jié)雙機器周期指令。在執(zhí)行 MOVX 指令期間，外部數據存儲器被訪問且被選通時跳過兩次取指操作。圖 4 中 (c)給出了一般單字節(jié)雙機器周期指令的時序 [9]。 黑龍江八一農墾大學畢業(yè)設計（論文） 14 復位電路的選擇與設計 關于單片機的置位和復位，都是為了把電路初始化到一個確定的狀態(tài)，一般來說，單片機復位電路作用是把一個例如狀態(tài)機初始化到空狀態(tài)，而在單片機內部，復位的時候單片機是把一些寄存器以及存儲設備裝入廠商預設的一個值，復位是一個很重要的操作方式。但單片機本身是不能自動進行復位的，必須配合相應的外部電路才能實現。 當 AT89S51 單片機的復位引腳 RST（全稱 RESET）出現 2 個機器周期以上的高電平時，單片機就完成了復位操作。如果 RST 持續(xù) 為高電平，單片機就處于循環(huán)復位狀態(tài)，而無法執(zhí)行程序。因此要求單片機復位后能脫離復位狀態(tài)。而本系統選用的是 12MHz 的晶振，因此一個機器周期為 1μs，那么復位脈沖寬度最小應為 2μs。在實際應用系統中，考慮到電源的穩(wěn)定時間，參數漂移，晶振穩(wěn)定時間以及復位的可靠性等因素，必須有足夠的余量。 根據應用的要求，復位操作通常有兩種基本形式：上電復位、手動復位。 上電復位要求接通電源后，自動實現復位操作。 AT89S51 單片機的上電復位 POR（ Power On Reset）實質上就是上電延時復位，也就是在上電延時期間把單片 機鎖定在復位狀態(tài)上。在單片機每次初始加電時，首先投入工作的功能部件是復位電路。復位電路把單片機鎖定在復位狀態(tài)上并且維持一個延時（記作TRST），以便給予電源電壓從上升到穩(wěn)定的一個等待時間；在電源電壓穩(wěn)定之后，再插入一個延時，給予時鐘振蕩器從起振到穩(wěn)定的一個等待時間；在單片機開始進入運行狀態(tài)之前，還要至少推遲 2 個機器周期的延時。 上述一系列的延時，都是利用在單片機 RST 引腳上外接一個 RC 支路的充電時間而形成的。典型復位電路，其中的阻容值是原始手冊中提供的。在經歷了一系列延時之后，單片機才開始按照時鐘源的工作頻 率，進入到正常的程序運行狀態(tài)。在電源電壓以及振蕩器輸出信號穩(wěn)定之后，又等待了一段較長的延時才釋放 RST 信號，使得 CPU 脫離復位鎖定狀態(tài)；而 RST 信號一旦被釋放，立刻在ALE 引腳上就可檢測到持續(xù)的脈沖信號 [8]。 由于標準 AT89S51 的復位邏輯相對簡單，復位源只有 RST 一個（相對新型單片機來說，復位源比較單一），因此各種原因所導致的復位活動以及復位狀態(tài)的進入，都要依靠在外接引腳 RST 上施加一定時間寬度的高電平信號來實現。 標準 AT89S51 不僅復位源比較單一，而且還沒有設計內部上電復位的延時功能，因此必須借 助于外接阻容支路來增加延時環(huán)節(jié)，其實，外接電阻 R 還是可以省略的，理由是一些 CMOS 單片機芯片內部存在一個現成的下拉電阻 Rrst。例如， AT89 系列的 Rrst 阻值約為 50～ 200 kΩ。 黑龍江八一農墾大學畢業(yè)設計（論文） 15在每次單片機斷電之后，須使延時電容 C 上的電荷立刻放掉，以便為隨后可能在很短的時間內再次加電作好準備。否則，在斷電后 C 還沒有充分放電的情況下，如果很快又加電，那么 RC 支路就失去了它應有的延遲功能。手動復位要求在電源接通的條件下，在單片機運行期間，如果發(fā)生死機，用按鈕開關操作使單片機復位。 單片機要完成復位，必須向復位端輸出并持續(xù) 兩個機器周期以上的高電平，從而實現復位操作。 本設計采用上電且開關復位電路，如圖 5 所示上電后，由于電容充電，使RST 持續(xù)一段高電平時間。當單片機已在運行之中時，按下復位鍵也能使 RST持續(xù)一段時間的高電平，從而實現上電且開關復位的操作。通常選擇 C=10~30μF，本設計采用的電容值為 10μF的電容和電阻為 的電阻。 4K7R1Res210uFC1Cap Pol1VCCS1SWPBres復位電路 圖 5 單片機復位電路 黑龍江八一農墾大學畢業(yè)設計（論文） 164 系統的軟件電路 設計 程序設計思想 本設計采用了 C 語言編寫， C 語言由于采用了助記符號來編寫程序，比用機器語言的二進制代碼編程要方便些，在一定程度上簡 化了編程過程。 C 語言的特點是用符號代替了機器指令代碼，而且助記符與指令代碼一一對應，基本保留了機器語言的靈活性。使用 C 語言能面向機器并較好地發(fā)揮機器的特性，得到質量較高的程序。 C 語言的特點 : (1).面向機器的低級語言，通常是為特定的計算機或系列計算機專門設計的。 (2).保持了機器語言的優(yōu)點，具有直接和簡捷的特點。 (3).可有效地訪問、控制計算機的各種硬件設備，如磁盤、存儲器、 CPU、 I/O端口等。 (4).目標代碼簡短，占用內存少，執(zhí)行速度快，是高效的程序設計語言。 (5).經常與高級語言配合使用， 應用十分廣泛。 在程序設計過程中，為了有效地完成任務，把所要完成的任務精心的分割成若干個相互獨立但相互又仍可有聯系的任務模塊，這些任務模塊使得任務變得相對單純，對外的數據交換相對簡單，容易編寫，容易檢測，容易閱讀和維護。這種程序設計思想稱為模塊化程序設計思想。模塊化結構程序的設計，可以使系統軟件便于調試與優(yōu)化，也使其他人更好地理解和閱讀系統的程序設計。因此，本醫(yī)院病床呼叫系統在軟件的設計上，運用了模塊化程序的結構對軟件進行設計，使得程序變得更加直觀易懂。程序的主要模塊有：主程序、顯示程序、定時溢出中斷服務程 序、外部中斷服務程序。 主程序設計 本系統程序主要模塊由主程序、定時中斷服務程序、外部中斷 0 服務程序組成。其中主程序是整個程序的主體?？梢詫Ω鱾€中斷程序進行調用。協調各個子程序之間的聯系。 系統（上電）復位后，進入主程序，主程序流程圖如圖 6。首先對系統進行初始化，包括設置各入口地址、中斷的開啟、對各個數據緩存區(qū)清 “0”、賦定時器初值，初始化完畢后，就進入數碼管顯示程序。數碼管顯示程序對顯示緩存區(qū)內的數值進行調用并在數碼管上進行動態(tài)顯示。顯示一次就對 各個按鍵 進行一次掃描，查詢復位鍵 RST 是否按下，當 復位鍵按下后，程序返回開始，重新對系黑龍江八一農墾大學畢業(yè)設計（論文） 17統進行初始化。當沒有按下復位鍵時，程序則掃描 各個接口按鍵，若 沒有按下則返回顯示程，