【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 定的段導(dǎo)通電流，還需根據(jù)外接電源及額定段導(dǎo)通電流來(lái)確定相應(yīng)的限流電阻。 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10共陰極數(shù)碼管的 8 個(gè)發(fā)光二極管的陰極（二極管負(fù)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(qū)動(dòng)電路輸出端，當(dāng)某段驅(qū)動(dòng)電路的輸出端為高電平時(shí)，則該端所連接的字段導(dǎo)通并點(diǎn)亮，根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符。此時(shí)，要求段驅(qū)動(dòng)電路能提供額定的段導(dǎo)通電流，還需根據(jù)外接電源及額定段導(dǎo)通電流來(lái)確定相應(yīng)的限流電阻。 本設(shè)計(jì)采用共 陰 極數(shù)碼顯示管做顯示電路 ，數(shù)碼管引腳圖如圖 2 所示： abcdefgabcdefgdpdp2abfcgdedp1abfcgdedpabfcgdedp34abfcgdedpU3SR420561K 圖 2 數(shù) 碼管引腳圖 由于采用的是 共陰 的數(shù)碼顯示管，所以只要數(shù)碼管的 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、h 引腳為高電平，那么其對(duì)應(yīng)的二極管就會(huì)發(fā)光，使數(shù)碼顯示管顯示 0～ 9 的編碼見(jiàn)表 1。 表 1 共陰極 數(shù)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(dòng)態(tài)顯示電路由顯示塊、字形碼驅(qū)動(dòng)模塊、字位驅(qū)動(dòng)模塊三部分組成。圖中， 8個(gè)數(shù)碼管 的 8 段段選線(xiàn)分別與外接上拉電阻的單片機(jī) P0 口對(duì)應(yīng)相連，而 8 個(gè)數(shù)碼管 的位控制端則和 單片機(jī)的 P2 口相連 。單片機(jī)的 ~ 口則分別對(duì)應(yīng)數(shù)碼顯示管的最低位到最高位，另外數(shù)碼管顯示是采用動(dòng)態(tài)顯示 。 由于數(shù)碼管是有P0 口來(lái)驅(qū)動(dòng)，它內(nèi)部沒(méi)有上拉電阻，作為輸出口時(shí)驅(qū)動(dòng)能力比較弱，不能點(diǎn)亮數(shù)碼顯示管，因此 P0 口必須接上拉電阻來(lái)提高驅(qū)動(dòng)能力。另外一位 共陰 數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)電流一般為 20mA 左右，如果電流太大容易造成數(shù)碼管損壞，所以也需要根據(jù)電源的電壓值來(lái)確定上拉電阻的大小。如果電阻過(guò)小，勢(shì)必會(huì)形成灌電流過(guò)大，造成單片機(jī) IO 的損壞，如果電阻過(guò)大，那么對(duì)拉電流沒(méi)有太大的影響。電源供電電壓為 5V，當(dāng)上拉電阻選用 220Ω 電阻時(shí)灌電流為 22mA。不會(huì)損壞單片機(jī)的 I/O 口，同時(shí)也可以為數(shù)碼顯示管起到限制電流的保護(hù)作用。 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 按鍵電路的選擇與設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中有 七 個(gè)按鍵，分別實(shí)現(xiàn)開(kāi)始、暫停、 存儲(chǔ)、清除當(dāng)前數(shù)據(jù)、查看、全部清零復(fù)位 功能。這 七 個(gè)鍵可以采用中斷的方法，也可以采用查詢(xún)的方法來(lái)識(shí)別。對(duì)于 復(fù)位和 查看 鍵，主要功能在于數(shù)值復(fù)位和對(duì)上次計(jì)時(shí)時(shí)間的查看，對(duì)于時(shí)間的要求不是很?chē)?yán)格，而開(kāi)始和暫停鍵主要用于時(shí)間的鎖定，需要比較準(zhǔn)確的控制。因此可以考慮，對(duì)復(fù)位鍵和查看鍵采用查詢(xún)的 方式，而對(duì)于開(kāi)始和暫停鍵采用外 部中斷。 七 個(gè)按鍵均采用低電平有效 。 當(dāng)按鍵沒(méi)有按下時(shí)，單片機(jī)的 I/O 口直接連接電源，因此需要接上拉電阻來(lái)進(jìn)行限流，本設(shè)計(jì)中選取阻值為 2kΩ 的電阻作為上拉電阻，根據(jù)計(jì)算可知此時(shí)的灌電流為 ，查看 AT89S51 的資料得知次電流在安全范圍內(nèi)，符合安全設(shè)計(jì)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(qǐng)求輸 入端） INT1（外部中斷 1 請(qǐng)求輸入端） T0（定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0 計(jì)數(shù)脈沖輸入端） T1（定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1 計(jì)數(shù)脈沖輸入端） WR(片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通信號(hào)輸出端 ) RD（片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端） 時(shí)鐘電路的選擇與設(shè)計(jì) 單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)用來(lái)提供單片機(jī)內(nèi)各種微操作的時(shí)間基準(zhǔn)， AT89S51 片內(nèi)設(shè)有一個(gè)由反向放大器所構(gòu)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(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常用兩種電路形式得 到：內(nèi)部振蕩方式與外部振蕩方式。外部方式的時(shí)鐘很少用，若要用時(shí)，只要將 XTAL1接地， XTAL2 接外部振蕩器就行。對(duì)外部振蕩信號(hào)無(wú)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(hào)。 時(shí)鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產(chǎn)生一個(gè)兩相時(shí)鐘信號(hào) P1 和 P2 供單片機(jī)使用。 P1 在每一個(gè)狀態(tài) S 的前半部分有效， P2 在每個(gè)狀態(tài)的后半部分有效。本設(shè)計(jì)采用的內(nèi)部振蕩方式，內(nèi)部振蕩方式所得的時(shí)鐘信號(hào)比較穩(wěn)定，實(shí)用電路中使用較多。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的時(shí)鐘電路如圖 3 所示。只要按照?qǐng)D 3 所示電路進(jìn)行設(shè)計(jì)連黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12接就能使系統(tǒng)可靠起振并能穩(wěn)定運(yùn)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(shí)鐘電路的實(shí)際應(yīng)用中一定要注意正確選擇其大小，并保證電路的對(duì)稱(chēng)性，盡可能匹配，選用正牌的瓷片或云母電容，如果可能的話(huà)，溫度系數(shù)盡可能低。本設(shè)計(jì)中采用大小為 30pF 的電容和12MHz 的晶振 [8]。 12Y1XTAL30pFC430pFC5 圖 3 內(nèi)部振蕩電路 （ 4） 時(shí)序 AT89S51 典型的指令周期（執(zhí)行一條指令的時(shí)間稱(chēng)為指令周期）為一個(gè)機(jī)器周期，一個(gè)機(jī)器周期由六個(gè)狀態(tài)（十二振蕩周期）組成。每個(gè)狀態(tài)又被分成兩 個(gè)時(shí)相 P1 和 P2。所以，一個(gè)機(jī)器周期可以依次表示為 S1P1， S1P2…… ， S6P1， S6P2。 圖 4 AT89S51 時(shí)序 圖 4 給出了 AT89S51 單片機(jī)的取指和執(zhí)行指令的定時(shí)關(guān)系。這些內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)不能從外部觀(guān)察到，所用 XTAL2 振蕩信號(hào)作參考。在圖中可看到，低 8 位黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13地址的鎖存信號(hào) ALE 在每個(gè)機(jī)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(duì)于單周期指令，當(dāng)操作碼被送入指令寄存器時(shí)，便從 S1P2 開(kāi)始執(zhí)行指令。如果是雙字節(jié)單機(jī)器周期指令，則在同一機(jī)器周期的 S4 期間讀入第二個(gè)字節(jié)，若是單字節(jié)單機(jī)器周期指令，則在 S4 期間仍進(jìn) 行讀，但所讀的這個(gè)字節(jié)操作碼被忽略，程序計(jì)數(shù)器也不加 1，在 S6P2 結(jié)束時(shí)完成指令操作。圖 4 的 (a)和 (b)給出了單字節(jié)單機(jī)器周期和雙字節(jié)單機(jī)器周期指令的時(shí)序。 AT89S51 指令大部分在一個(gè)機(jī)器周期完成。乘（ MUL）和除（ DIV）指令是僅有的需要兩個(gè)以上機(jī)器周期的指令，占用 4 個(gè)機(jī)器周期。對(duì)于雙字節(jié)單機(jī)器周期指令，通常是在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)從程序存儲(chǔ)器中讀入兩個(gè)字節(jié)，唯有 MOVX 指令例外。 MOVX 是訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的單字節(jié)雙機(jī)器周期指令。在執(zhí)行 MOVX 指令期間，外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器被訪(fǎng)問(wèn)且被選通時(shí)跳過(guò)兩次取指操作。圖 4 中 (c)給出了一般單字節(jié)雙機(jī)器周期指令的時(shí)序 [9]。 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 復(fù)位電路的選擇與設(shè)計(jì) 關(guān)于單片機(jī)的置位和復(fù)位，都是為了把電路初始化到一個(gè)確定的狀態(tài)，一般來(lái)說(shuō)，單片機(jī)復(fù)位電路作用是把一個(gè)例如狀態(tài)機(jī)初始化到空狀態(tài)，而在單片機(jī)內(nèi)部，復(fù)位的時(shí)候單片機(jī)是把一些寄存器以及存儲(chǔ)設(shè)備裝入廠(chǎng)商預(yù)設(shè)的一個(gè)值，復(fù)位是一個(gè)很重要的操作方式。但單片機(jī)本身是不能自動(dòng)進(jìn)行復(fù)位的，必須配合相應(yīng)的外部電路才能實(shí)現(xiàn)。 當(dāng) AT89S51 單片機(jī)的復(fù)位引腳 RST（全稱(chēng) RESET）出現(xiàn) 2 個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)，單片機(jī)就完成了復(fù)位操作。如果 RST 持續(xù) 為高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)，而無(wú)法執(zhí)行程序。因此要求單片機(jī)復(fù)位后能脫離復(fù)位狀態(tài)。而本系統(tǒng)選用的是 12MHz 的晶振，因此一個(gè)機(jī)器周期為 1μs，那么復(fù)位脈沖寬度最小應(yīng)為 2μs。在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中，考慮到電源的穩(wěn)定時(shí)間，參數(shù)漂移，晶振穩(wěn)定時(shí)間以及復(fù)位的可靠性等因素，必須有足夠的余量。 根據(jù)應(yīng)用的要求，復(fù)位操作通常有兩種基本形式：上電復(fù)位、手動(dòng)復(fù)位。 上電復(fù)位要求接通電源后，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。 AT89S51 單片機(jī)的上電復(fù)位 POR（ Power On Reset）實(shí)質(zhì)上就是上電延時(shí)復(fù)位，也就是在上電延時(shí)期間把單片 機(jī)鎖定在復(fù)位狀態(tài)上。在單片機(jī)每次初始加電時(shí)，首先投入工作的功能部件是復(fù)位電路。復(fù)位電路把單片機(jī)鎖定在復(fù)位狀態(tài)上并且維持一個(gè)延時(shí)（記作TRST），以便給予電源電壓從上升到穩(wěn)定的一個(gè)等待時(shí)間；在電源電壓穩(wěn)定之后，再插入一個(gè)延時(shí)，給予時(shí)鐘振蕩器從起振到穩(wěn)定的一個(gè)等待時(shí)間；在單片機(jī)開(kāi)始進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)之前，還要至少推遲 2 個(gè)機(jī)器周期的延時(shí)。 上述一系列的延時(shí)，都是利用在單片機(jī) RST 引腳上外接一個(gè) RC 支路的充電時(shí)間而形成的。典型復(fù)位電路，其中的阻容值是原始手冊(cè)中提供的。在經(jīng)歷了一系列延時(shí)之后，單片機(jī)才開(kāi)始按照時(shí)鐘源的工作頻 率，進(jìn)入到正常的程序運(yùn)行狀態(tài)。在電源電壓以及振蕩器輸出信號(hào)穩(wěn)定之后，又等待了一段較長(zhǎng)的延時(shí)才釋放 RST 信號(hào)，使得 CPU 脫離復(fù)位鎖定狀態(tài)；而 RST 信號(hào)一旦被釋放，立刻在A(yíng)LE 引腳上就可檢測(cè)到持續(xù)的脈沖信號(hào) [8]。 由于標(biāo)準(zhǔn) AT89S51 的復(fù)位邏輯相對(duì)簡(jiǎn)單，復(fù)位源只有 RST 一個(gè)（相對(duì)新型單片機(jī)來(lái)說(shuō)，復(fù)位源比較單一），因此各種原因所導(dǎo)致的復(fù)位活動(dòng)以及復(fù)位狀態(tài)的進(jìn)入，都要依靠在外接引腳 RST 上施加一定時(shí)間寬度的高電平信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 標(biāo)準(zhǔn) AT89S51 不僅復(fù)位源比較單一，而且還沒(méi)有設(shè)計(jì)內(nèi)部上電復(fù)位的延時(shí)功能，因此必須借 助于外接阻容支路來(lái)增加延時(shí)環(huán)節(jié)，其實(shí)，外接電阻 R 還是可以省略的，理由是一些 CMOS 單片機(jī)芯片內(nèi)部存在一個(gè)現(xiàn)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(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15在每次單片機(jī)斷電之后，須使延時(shí)電容 C 上的電荷立刻放掉，以便為隨后可能在很短的時(shí)間內(nèi)再次加電作好準(zhǔn)備。否則，在斷電后 C 還沒(méi)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(yīng)有的延遲功能。手動(dòng)復(fù)位要求在電源接通的條件下，在單片機(jī)運(yùn)行期間，如果發(fā)生死機(jī)，用按鈕開(kāi)關(guān)操作使單片機(jī)復(fù)位。 單片機(jī)要完成復(fù)位，必須向復(fù)位端輸出并持續(xù) 兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平，從而實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。 本設(shè)計(jì)采用上電且開(kāi)關(guān)復(fù)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(shí)間。當(dāng)單片機(jī)已在運(yùn)行之中時(shí)，按下復(fù)位鍵也能使 RST持續(xù)一段時(shí)間的高電平，從而實(shí)現(xiàn)上電且開(kāi)關(guān)復(fù)位的操作。通常選擇 C=10~30μF，本設(shè)計(jì)采用的電容值為 10μF的電容和電阻為 的電阻。 4K7R1Res210uFC1Cap Pol1VCCS1SWPBres復(fù)位電路 圖 5 單片機(jī)復(fù)位電路 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 164 系統(tǒng)的軟件電路 設(shè)計(jì) 程序設(shè)計(jì)思想 本設(shè)計(jì)采用了 C 語(yǔ)言編寫(xiě)， C 語(yǔ)言由于采用了助記符號(hào)來(lái)編寫(xiě)程序，比用機(jī)器語(yǔ)言的二進(jìn)制代碼編程要方便些，在一定程度上簡(jiǎn) 化了編程過(guò)程。 C 語(yǔ)言的特點(diǎn)是用符號(hào)代替了機(jī)器指令代碼，而且助記符與指令代碼一一對(duì)應(yīng)，基本保留了機(jī)器語(yǔ)言的靈活性。使用 C 語(yǔ)言能面向機(jī)器并較好地發(fā)揮機(jī)器的特性，得到質(zhì)量較高的程序。 C 語(yǔ)言的特點(diǎn) : (1).面向機(jī)器的低級(jí)語(yǔ)言，通常是為特定的計(jì)算機(jī)或系列計(jì)算機(jī)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的。 (2).保持了機(jī)器語(yǔ)言的優(yōu)點(diǎn)，具有直接和簡(jiǎn)捷的特點(diǎn)。 (3).可有效地訪(fǎng)問(wèn)、控制計(jì)算機(jī)的各種硬件設(shè)備，如磁盤(pán)、存儲(chǔ)器、 CPU、 I/O端口等。 (4).目標(biāo)代碼簡(jiǎn)短，占用內(nèi)存少，執(zhí)行速度快，是高效的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。 (5).經(jīng)常與高級(jí)語(yǔ)言配合使用， 應(yīng)用十分廣泛。 在程序設(shè)計(jì)過(guò)程中，為了有效地完成任務(wù)，把所要完成的任務(wù)精心的分割成若干個(gè)相互獨(dú)立但相互又仍可有聯(lián)系的任務(wù)模塊，這些任務(wù)模塊使得任務(wù)變得相對(duì)單純，對(duì)外的數(shù)據(jù)交換相對(duì)簡(jiǎn)單，容易編寫(xiě)，容易檢測(cè)，容易閱讀和維護(hù)。這種程序設(shè)計(jì)思想稱(chēng)為模塊化程序設(shè)計(jì)思想。模塊化結(jié)構(gòu)程序的設(shè)計(jì)，可以使系統(tǒng)軟件便于調(diào)試與優(yōu)化，也使其他人更好地理解和閱讀系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)。因此，本醫(yī)院病床呼叫系統(tǒng)在軟件的設(shè)計(jì)上，運(yùn)用了模塊化程序的結(jié)構(gòu)對(duì)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，使得程序變得更加直觀(guān)易懂。程序的主要模塊有：主程序、顯示程序、定時(shí)溢出中斷服務(wù)程 序、外部中斷服務(wù)程序。 主程序設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)程序主要模塊由主程序、定時(shí)中斷服務(wù)程序、外部中斷 0 服務(wù)程序組成。其中主程序是整個(gè)程序的主體?？梢詫?duì)各個(gè)中斷程序進(jìn)行調(diào)用。協(xié)調(diào)各個(gè)子程序之間的聯(lián)系。 系統(tǒng)（上電）復(fù)位后，進(jìn)入主程序，主程序流程圖如圖 6。首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，包括設(shè)置各入口地址、中斷的開(kāi)啟、對(duì)各個(gè)數(shù)據(jù)緩存區(qū)清 “0”、賦定時(shí)器初值，初始化完畢后，就進(jìn)入數(shù)碼管顯示程序。數(shù)碼管顯示程序?qū)︼@示緩存區(qū)內(nèi)的數(shù)值進(jìn)行調(diào)用并在數(shù)碼管上進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示。顯示一次就對(duì) 各個(gè)按鍵 進(jìn)行一次掃描，查詢(xún)復(fù)位鍵 RST 是否按下，當(dāng) 復(fù)位鍵按下后，程序返回開(kāi)始，重新對(duì)系黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17統(tǒng)進(jìn)行初始化。當(dāng)沒(méi)有按下復(fù)位鍵時(shí)，程序則掃描 各個(gè)接口按鍵，若 沒(méi)有按下則返回顯示程，