【文章內(nèi)容簡介】 可直接與總線相連。當三態(tài)允許控制端 OE 為低電平時， O0~O7 為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅(qū)動負載或總線。當 OE 為高電平時， O0~O7 呈高阻態(tài)，即不驅(qū)動總線，也不為總線的負載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。 當鎖存允許端 LE 為高電平時， O 隨數(shù)據(jù) D 而變。當 LE 為低電平時， O 被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平。 微機原理及應用課程設(shè)計說明書 7 圖 33 74LS373 引腳 (管腳 ) 圖 34 74LS373 內(nèi)部邏輯 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計 proteus 軟件環(huán)境介紹 本系統(tǒng)的硬件設(shè)計首先是在 Proteus 軟件環(huán)境中仿真實現(xiàn)的。 Proteus 軟件是來自英國Labcenter electronics 公司的 EDA 工具軟件， Proteus 軟件有十多年的歷史，在全球廣泛使用，除了具有和其它 EDA 工具一樣的原理布圖、 PCB 自動或人工布線及電路仿真的功能外，其革命性的功能是， 它 的電路仿真是互動的 。 針對微處理器的應用，還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，并實現(xiàn)軟件源碼級的實時調(diào)試 。 如 果 有顯示及輸出，配合系統(tǒng)配置的虛擬儀器如示波器、邏輯分析儀等 ， 還能看到運行后輸入輸出的效果 。 Proteus建立了完備的電子設(shè)計開發(fā)環(huán)境 ， 尤其重要的是 Proteus Lite 可以完全免費，也 可以花微不足道的費用注冊達到更好的效果 [2]。 Proteus 是目前最好的模擬單片機外圍器件的工具 。 可以仿真 51 系列、 AVR、 PIC 等常用的 MCU 及其外圍電路（如 LCD， RAM， ROM，鍵盤，馬達 ， LED， AD/DA，部分SPI 器件，部分 IIC 器件 ...） 。 其實 Proteus 與 multisim 比較類似，只不過它可以仿真MCU， 當然，軟件仿真精度有限，而且不可能所有的器件都找得到相應的仿真模型，用開發(fā)板和仿真器當然是最好選擇，可是初學者 擁 有 它們 的可能性比較小 。 當然，硬件實踐還是必不可少的 。 在沒有硬件的情況 下 ， Proteus 能像 pspice 仿真模擬 /數(shù)字電路那樣仿真 MCU 及外圍電路。另外，即使有硬件，在程序編寫早期用軟件仿真一下也 是很有必要的。Proteus 軟件主要具有以下幾個方面的特點： 微機原理及應用課程設(shè)計說明書 8 設(shè)計和仿真軟件 Proteus 是一個很有用的工具，它可以幫助學生和專業(yè)人士提高他們的模擬和數(shù)字電路的設(shè)計能力。 它允許對電路設(shè)計采用圖形環(huán)境，在這種環(huán)境中，可以使用一個特定符號來代替元器件，并完成不會對真實電路造成任何損害的電路仿真操作。 它可以仿真儀表以及可描述在仿真過程中所獲得的信號的圖表。 它可以仿 真目前流行的單片機，如 PICS, ATMELAVR, MOTOROLA, 8051 等。 在設(shè)計綜合性方案中 ,還可以利用 ARES 開發(fā)印制電路板。 Protel 軟件環(huán)境介紹 Protel 印制板設(shè)計軟件包是澳大利亞 protel technology 公司與 1990 年推出的電子CAD 產(chǎn)品，具有方便、易學、實用、快速以及高速度、高步通率的特點。它采用了分層次下拉窗口菜單結(jié)構(gòu)形式，用戶基本上不需要記背太多的鍵盤命令，用鼠標點擊菜單命令就能操作， protel 有著很高的自動布線布通率。布通率是電子產(chǎn) CAD 產(chǎn)品 的一項重要指標，它反映電子元件在電路圖中連接關(guān)系有多少能在印刷版圖中實現(xiàn)。在設(shè)計常用的單、雙面印制板時只要選擇適當?shù)脑季趾筒季€策略方法 ， protel 就可以輕易的達到 98%100%的布通率。對于極少數(shù)不能布通的定方 ， protel 可以用飛線指示出來，引導用戶用手工方法連通。另外， protel 有強大的宏命令設(shè)置功能，利用宏命令功能多定義的熱鍵可以大大提高操作速度 [1]。 Protel對微機的軟硬件配置要求很低： cpu在 8088以上， ，內(nèi)存 640kb以上，雙軟件（或一個軟件一個硬盤），單色 顯示器（多層板設(shè)計時最好用彩色），各種兼容打印機。也能在 Windows9X 平臺的模擬 DOS 下運行。 Protel 已成為印制板設(shè)計加工方面的工業(yè)標準。據(jù)初步統(tǒng)計 protel 在 CAD 的市場占有率達 95%，成為電子產(chǎn)品制造業(yè)界的首選 CAD 軟件。 系統(tǒng)軟件分析 任何一個應用系統(tǒng)，它們都有著自己的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，少了任何一個部分都不可能稱之為一個完整的應用系統(tǒng)，它們之間是相互依存的一個整體，硬件系統(tǒng)是軟件系統(tǒng)的一個基礎(chǔ)和前提，為軟件系統(tǒng)提供了一個操作平臺；而軟件系統(tǒng)是硬件系統(tǒng)的靈魂，它對硬件系統(tǒng)起到擴充 和完善的作用?？上攵浖到y(tǒng)與硬件系統(tǒng)同等重要，下面為系統(tǒng)軟件設(shè)計過程： 搶答器顯示模塊選擇 顯示模塊主要是顯示搶答的時間，組別號碼等。 在使用傳統(tǒng)的數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管具有：低能耗、低損耗、低壓、壽命長、耐老化、防曬、防潮、防火、防高（低）溫，對外界環(huán)境要求低，易于維護，同時其精度高，稱量快，精確可靠，操作簡單。數(shù)碼顯示是采用 BCD 編碼顯示數(shù)字，程序編譯容易，資源占用較少。 顯示功能與硬件關(guān)系極大，當硬件固定后，如何在不引起操作者誤解的前提下提供盡可能豐富的信息，全靠軟件來解決。在這里我們使用的是七段數(shù)碼管顯示，通常在顯示上我們采用的方法一般包括兩種：一種是靜態(tài)顯示，一種是動態(tài)顯示。其中靜態(tài)顯示的特點是顯示穩(wěn)定不閃爍，程序編寫簡單，但占用端口資源多；動態(tài)顯示的特點是：顯示穩(wěn)定性沒靜態(tài)好，程序編寫復雜，但是相對靜態(tài)顯示而言占用端口資源少。在本設(shè)計中根據(jù)實際情況采用的是動態(tài)顯示方法。 4 位七段數(shù)碼管顯示電路如下圖所示。 微機原理及應用課程設(shè)計說明書 9 圖 41 4 位七段數(shù)碼管顯示電路圖 上圖中數(shù)碼管采用的 是 4 位一體七段共陽數(shù)碼管，其中 A~H 段分別接到單片機的 P0口，由單片機輸出的 P0 口數(shù)據(jù)來決定段碼值，位選碼 COM1， COM2， COM3， COM4 分別接到單片機的 ， ， ， P2.,3，由單片機來決定當前該顯示的是哪一位。在圖中還有一個排阻，連接在 P0 口上，用作 P0 口的上拉電阻，保證 P0 口沒有數(shù)據(jù)輸出時候處于高電平狀態(tài)。 通過查表法，將其在數(shù)碼管上顯示出來，其中 P0 口為字型碼輸入端， P2 口低 4 位為字選段輸入段。在這里我們通過查表將字型碼送給 7 段數(shù)碼管顯示的數(shù)字。 控制器選擇 控 制器主要用于對顯示、搶答、音樂、計分等模塊進行控制。 采用 ATMEL 公司的 AT89S51 作為系統(tǒng)控制器的 CPU 方案。單片機算術(shù)運算功能強，軟件編程靈活、自由度大，可以用軟件編程實現(xiàn)各種算法和邏輯控制，并且由于其功耗低、體積小、技術(shù)成熟和成本低等優(yōu)點，使其在各個領(lǐng)域應用廣泛。 圖 42 AT89S51 元件圖 微機原理及應用課程設(shè)計說明書 10 鍵盤選擇 鍵盤是單片機不可缺少的輸入設(shè)備，是實現(xiàn)人機對話的紐帶。鍵盤按結(jié)構(gòu)形式可以分為非編碼鍵盤和編碼鍵盤，前者用軟件方法產(chǎn)生鍵碼，而后者則用硬件方法來產(chǎn)生鍵碼。在單片機中使用的都是非編碼 鍵盤，因為非編碼鍵盤結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，非編碼鍵盤的類型很多，常用的有獨立式鍵盤，行列式鍵盤等。 本設(shè)計采用獨立式鍵盤 鍵盤接口中使用多少根 I/O 線，鍵盤中就有幾個按鍵，鍵盤接口使用了 8 根 I/O 口線，該鍵盤就有 8 個按鍵，這種類型的鍵盤，其按鍵比較少，且鍵盤中各按鍵的工作互不干擾。因此可以根據(jù)實際需要對鍵盤中的按鍵靈活的編碼。如圖 22。 最簡單的編碼方式就是根據(jù) I/O 輸入口所直接反映的相應按鍵，按下的狀態(tài)進行編碼，稱按鍵直接狀態(tài)碼，對于這樣編碼的獨立式鍵盤， CPU 可以通過直接讀取 I/O 口的狀態(tài)來獲取按鍵的 直接狀態(tài)編碼值，根據(jù)這個值直接進行按鍵識別，這樣形式的鍵盤結(jié)構(gòu)簡單，按鍵識別容易。 獨立式鍵盤的缺點是需要占用比較多的 I/O 口線，當單片機應用系統(tǒng)鍵盤中需要的按鍵比較少或 I/O 口線比較富余時，可以采用這樣類型的鍵盤。 圖 43 搶答按鍵及調(diào)整按鍵 時鐘頻率電路的設(shè)計 單片機必須在時鐘的驅(qū)動下才能工作。在 單片機內(nèi)部有一個時鐘振蕩電路，只需要外接一個振蕩源就能產(chǎn)生一定的時鐘信號送到單片機內(nèi)部的各個單元，決定單片機的工作速度。時鐘電路如下圖所示。 圖 44 外部振蕩源電路 微機原理及應用課程設(shè)計說明書 11 一般選用石英晶體振蕩器。此電路在加電大約延遲 10ms 后振蕩器起振，在 XTAL2 引腳產(chǎn)生幅