【文章內(nèi)容簡介】 用集成電路CD4094。CD4094是8位移位寄存器，它主要完成串行輸入，并行輸出8位數(shù)據(jù)的功能，所以又叫8位串/并轉(zhuǎn)換器。圖25為CD4094的引腳圖：圖25 CD4094引腳分布圖 74LS21芯片介紹本次設(shè)計中的比分校正電路采用四輸入與門74LS21來實現(xiàn)。74LS21是雙4輸入與門。在一個芯片里有兩個相同的單元，其中一個任何一個都是1/2斷口。同型號的74系列、74HC系列、74LS系列芯片，邏輯功能上是一樣的。表24為774HC、74LS系列芯片資料 [8]。表24 774HC、74LS相關(guān)資料表系列電平典型傳輸延遲ns最大驅(qū)動電流AHCCMOS8/8AHCTCOMS/TTL8/8HCCOMS258/8HCTCOMS/TTL258/8ACTCOMS/TTL1024/24FTTL15/64ALSTTL1015/64LSTTL1815/24 報警器 報警器的分類蜂鳴器有兩類3大品種。一類是壓電式，一類是電磁式，電磁式又有兩大品種，鐵振膜式和動圈式，二者原理一樣只是結(jié)構(gòu)不同。所有蜂鳴器都有兩種類型：純蜂鳴器和帶驅(qū)動的蜂鳴器，蜂鳴器都是用音頻信號驅(qū)動的，都是交流驅(qū)動。 報警器工作原理報警器的種類很多，比如：揚聲器，蜂鳴器等，本次設(shè)計采用的是電磁式蜂鳴器作為報警器。電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、震動膜片以及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號通過電磁線圈，使得電磁線圈產(chǎn)生了一個磁場。振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性的振動發(fā)聲 [2]。第三章 硬件電路設(shè)計系統(tǒng)硬件由以下幾個部分組成：（1）單片機 AT89C51（2）計時電路（3）計分電路（4）按鍵開關(guān)說明：整個系統(tǒng)只用一片AT89C51；在圖中將計時電路與計分電路分開畫，只是為了能夠更好的更清晰的說明問題；并且在整個畫圖過程中將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 系統(tǒng)構(gòu)成框圖基于單片機系統(tǒng)的籃球賽計時計分器的系統(tǒng)構(gòu)成框圖如圖31所視。 圖31 系統(tǒng)構(gòu)成圖本系統(tǒng)采用單片機AT89C51作為本設(shè)計的核心元件。利用7段共陰LED作為顯示器件。在本次設(shè)計中，共接入十個七段共陰LED顯示器，其中6個用于記錄 甲、乙兩隊的分數(shù)，每隊3個LED顯示器分數(shù)范圍可達到0—99分，足夠滿足賽程需要。另外4個LED顯示器則用于記錄賽程的時間，其中兩個用于顯示分鐘；2個用于顯示秒鐘。賽程計時采用倒計時方式。即比賽前將時間設(shè)置好，比賽開始時啟動計時，直至計時到零為止。根據(jù)設(shè)計，計時范圍可達0—99分鐘，也完全滿足賽程的需要。其次，為了配合計時器和計分器校正、調(diào)整時間和比分，特在本設(shè)計中設(shè)立了7個按鍵。其中4個用于輸入甲、乙兩隊的分數(shù)；另外3個則用于完成設(shè)置、調(diào)整、啟動和暫停賽程時間等功能 [6]。 器件選擇本系統(tǒng)在設(shè)計的過程中主要選取了以下一些器件：單片機：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：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)計這次設(shè)計的核心是：如何運用AT89C51單片機，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)計在電路上的實現(xiàn) [8]。從理論上說，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點所在位置對應的LED器件發(fā)光，就能得到結(jié)果。本次設(shè)計采用的是靜態(tài)驅(qū)動方式。所謂靜態(tài)驅(qū)動，就是每一個顯示器都要占用單獨的具有鎖存功能的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，再發(fā)送新的字形碼，因此，使用這種方法單片機中CPU的開銷小[4]。這種電路的優(yōu)點在于：在同一時間可以顯示不同的字符；但缺點就是占用端口資源較多 [3]。 計時電路部分 振蕩電路本次設(shè)計要使用到AT89C51單片機的時鐘振蕩功能。AT89C51中有一個用于構(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 時鐘振蕩電路圖33 外部時鐘電路圖34 系統(tǒng)總體電路圖35 計時電路原理圖 計時電路的工作原理計時電路如圖35所示，主要由開關(guān)K5K7，單片機AT89C51，譯碼器以及LED顯示器構(gòu)成。其工作過程如下：當比賽準備開始的時候，當調(diào)時（十位）開關(guān)K5按下時，產(chǎn)生一個低電平；立即數(shù)00H取出，同時對應調(diào)分（十位），表示此時可以向調(diào)分（十位）的CD4511發(fā)送數(shù)據(jù)，但CD4511的輸出端不會有輸出，因為LE=1時，CD4511鎖存。這時，~~D端，送完后，將LE清零。這時便可以將要顯示數(shù)據(jù)的代碼經(jīng)過CD4511譯碼后，從輸出端a~~g輸出，送LED顯示器顯示即可。調(diào)時按鍵開關(guān)每按一次，數(shù)字自動加1，直到調(diào)到需要設(shè)置的時間即 [2]。 計分電路部分8051系列單片機除了有4個8位并行口外，還有一個能同時進行串行發(fā)送和接收的全雙工串行通信口。它能同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，還能作為同步移位寄存器使用。球賽計分電路正是利用了8051單片機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實現(xiàn)球賽比分刷新顯示的 [9]。 串行接口工作原理MCS51系列單片機片內(nèi)有一個串行I／O端口，通過引腳 RXD(P3．0)和TXD(P3．1)可與外設(shè)電路進行全雙工的 串行異步通信 [12]。 8051單片機的串行端口有4種基本工作方式，通過編程設(shè)置，可以使其工作在任一方式，以滿足不同應用場合的需要。其中，方式0主要用于外接移位寄存器，以擴展單片機的I／O電路；方式1多用于雙機之間或與外設(shè)電路的通信；方式2，3除有方式l的功能外，還可用作多機通信，以構(gòu)成分布式多微機系統(tǒng)。串行端口有兩個控制寄存器(SCON和PCON)，用來設(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))以及作為中斷標志等 [11]。串行端口有一個數(shù)據(jù)寄存器SBUF(在特殊功能寄存器中的字節(jié)地址為99H)，該寄存器為發(fā)送和接收所共同。發(fā)送時，只寫不讀；接收時，只讀不寫。在一定條件下，向SBUF寫入數(shù)據(jù)就啟動了發(fā)送過程；讀SBUF就啟動了接收過程。串行通信的波特率可以程控設(shè)定。在不同工作方式中，由時鐘振蕩頻率的分頻值或由定時器T1的溢出率確定，使用十分方便靈活 [10]。 計分電路原理圖圖36 計分電路原理圖 計分電路的工作原理計分電路主要由單片機AT89C51，串行/并行轉(zhuǎn)換器（CD4094），LED顯示器，74LS21以及按鍵開關(guān)組成。其工作過程如下：按鍵開關(guān)K1~~K4組成甲、乙兩隊加減分控制。按鍵K1~~K4一端接地，另一端輸入與門74LS21的9腳，10腳，12腳，13腳，，。當按鍵開關(guān)K1~~K4四個按鍵的任何一個一位按下時，與門的8腳輸出都會產(chǎn)生低電平使單片機中斷，從而使相應LED顯示。因為按鍵開關(guān)按下時為低電平 [12]。第四章 籃球計時計分器軟件設(shè)計 籃球計時計分器的工作過程首先在比賽之前，接通電源，系統(tǒng)自動復位，此時計時電路與計分電路中的共陰極數(shù)碼管全部顯示為0000和000 000；然后我們按照計時電路中的K5鍵來設(shè)置比賽時間的十位數(shù)，例如比賽時間上半場為20分鐘，則通過K5鍵，使數(shù)碼管1顯示“2”即可；再按下K6鍵，設(shè)置比賽時間的個位數(shù)，使數(shù)碼管2顯示“0”即可。一般比賽時間為40分鐘，所示只需要按下K5鍵顯示“4”，按下K6鍵顯示“0”即可。時間設(shè)置好時，等待賽程開始，當裁判吹響哨聲時，啟動計時，這時計時電路便開始工作，計時采用到計時方式，即從20分鐘減為0分鐘表示上半場結(jié)束。上半場結(jié)束時，蜂鳴器會發(fā)出10秒鐘響聲，通知上半場結(jié)束，這時按下K7鍵，便完成了甲、乙兩隊的分數(shù)交換。在整個賽程中，我們還要對兩隊比分進行及時刷新，這時我們通過計分電路中的K1K4鍵完成此功能，K1和K2鍵完成甲隊加分、減分，K3和K4鍵完成乙隊加分、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)小于計時電路中的中斷優(yōu)先權(quán)，所以不會對計時電路造成影響。如果在賽程過程中，一方的教練申請暫停時，經(jīng)裁判批準，我們立即按下K7鍵，即可以暫