【文章內(nèi)容簡(jiǎn)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(jì)中的比分校正電路采用四輸入與門74LS21來實(shí)現(xiàn)。74LS21是雙4輸入與門。在一個(gè)芯片里有兩個(gè)相同的單元，其中一個(gè)任何一個(gè)都是1/2斷口。同型號(hào)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(dòng)電流AHCCMOS8/8AHCTCOMS/TTL8/8HCCOMS258/8HCTCOMS/TTL258/8ACTCOMS/TTL1024/24FTTL15/64ALSTTL1015/64LSTTL1815/24 報(bào)警器 報(bào)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(dòng)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(dòng)的蜂鳴器，蜂鳴器都是用音頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)的，都是交流驅(qū)動(dòng)。 報(bào)警器工作原理報(bào)警器的種類很多，比如：揚(yáng)聲器，蜂鳴器等，本次設(shè)計(jì)采用的是電磁式蜂鳴器作為報(bào)警器。電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、震動(dòng)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(hào)通過電磁線圈，使得電磁線圈產(chǎn)生了一個(gè)磁場(chǎng)。振動(dòng)膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性的振動(dòng)發(fā)聲 [2]。第三章 硬件電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件由以下幾個(gè)部分組成：（1）單片機(jī) AT89C51（2）計(jì)時(shí)電路（3）計(jì)分電路（4）按鍵開關(guān)說明：整個(gè)系統(tǒng)只用一片AT89C51；在圖中將計(jì)時(shí)電路與計(jì)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(gè)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(jì) 系統(tǒng)構(gòu)成框圖基于單片機(jī)系統(tǒng)的籃球賽計(jì)時(shí)計(jì)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(jī)AT89C51作為本設(shè)計(jì)的核心元件。利用7段共陰LED作為顯示器件。在本次設(shè)計(jì)中，共接入十個(gè)七段共陰LED顯示器，其中6個(gè)用于記錄 甲、乙兩隊(duì)的分?jǐn)?shù)，每隊(duì)3個(gè)LED顯示器分?jǐn)?shù)范圍可達(dá)到0—99分，足夠滿足賽程需要。另外4個(gè)LED顯示器則用于記錄賽程的時(shí)間，其中兩個(gè)用于顯示分鐘；2個(gè)用于顯示秒鐘。賽程計(jì)時(shí)采用倒計(jì)時(shí)方式。即比賽前將時(shí)間設(shè)置好，比賽開始時(shí)啟動(dòng)計(jì)時(shí)，直至計(jì)時(shí)到零為止。根據(jù)設(shè)計(jì)，計(jì)時(shí)范圍可達(dá)0—99分鐘，也完全滿足賽程的需要。其次，為了配合計(jì)時(shí)器和計(jì)分器校正、調(diào)整時(shí)間和比分，特在本設(shè)計(jì)中設(shè)立了7個(gè)按鍵。其中4個(gè)用于輸入甲、乙兩隊(duì)的分?jǐn)?shù)；另外3個(gè)則用于完成設(shè)置、調(diào)整、啟動(dòng)和暫停賽程時(shí)間等功能 [6]。 器件選擇本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)的過程中主要選取了以下一些器件：?jiǎn)纹瑱C(jī)：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(jì)這次設(shè)計(jì)的核心是：如何運(yùn)用AT89C51單片機(jī)，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(jì)在電路上的實(shí)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(gè)點(diǎn)所在位置對(duì)應(yīng)的LED器件發(fā)光，就能得到結(jié)果。本次設(shè)計(jì)采用的是靜態(tài)驅(qū)動(dòng)方式。所謂靜態(tài)驅(qū)動(dòng)，就是每一個(gè)顯示器都要占用單獨(dú)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(jī)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(shí)，再發(fā)送新的字形碼，因此，使用這種方法單片機(jī)中CPU的開銷小[4]。這種電路的優(yōu)點(diǎn)在于：在同一時(shí)間可以顯示不同的字符；但缺點(diǎn)就是占用端口資源較多 [3]。 計(jì)時(shí)電路部分 振蕩電路本次設(shè)計(jì)要使用到AT89C51單片機(jī)的時(shí)鐘振蕩功能。AT89C51中有一個(gè)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(gè)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(shí)鐘振蕩電路圖33 外部時(shí)鐘電路圖34 系統(tǒng)總體電路圖35 計(jì)時(shí)電路原理圖 計(jì)時(shí)電路的工作原理計(jì)時(shí)電路如圖35所示，主要由開關(guān)K5K7，單片機(jī)AT89C51，譯碼器以及LED顯示器構(gòu)成。其工作過程如下：當(dāng)比賽準(zhǔn)備開始的時(shí)候，當(dāng)調(diào)時(shí)（十位）開關(guān)K5按下時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)低電平；立即數(shù)00H取出，同時(shí)對(duì)應(yīng)調(diào)分（十位），表示此時(shí)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(huì)有輸出，因?yàn)長(zhǎng)E=1時(shí)，CD4511鎖存。這時(shí)，~~D端，送完后，將LE清零。這時(shí)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(shí)按鍵開關(guān)每按一次，數(shù)字自動(dòng)加1，直到調(diào)到需要設(shè)置的時(shí)間即 [2]。 計(jì)分電路部分8051系列單片機(jī)除了有4個(gè)8位并行口外，還有一個(gè)能同時(shí)進(jìn)行串行發(fā)送和接收的全雙工串行通信口。它能同時(shí)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(jì)分電路正是利用了8051單片機(jī)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(shí)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(jī)片內(nèi)有一個(gè)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(jìn)行全雙工的 串行異步通信 [12]。 8051單片機(jī)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(yīng)用場(chǎng)合的需要。其中，方式0主要用于外接移位寄存器，以擴(kuò)展單片機(jī)的I／O電路；方式1多用于雙機(jī)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(jī)通信，以構(gòu)成分布式多微機(jī)系統(tǒng)。串行端口有兩個(gè)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(biāo)志等 [11]。串行端口有一個(gè)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(shí)，只寫不讀；接收時(shí)，只讀不寫。在一定條件下，向SBUF寫入數(shù)據(jù)就啟動(dòng)了發(fā)送過程；讀SBUF就啟動(dòng)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(shí)鐘振蕩頻率的分頻值或由定時(shí)器T1的溢出率確定，使用十分方便靈活 [10]。 計(jì)分電路原理圖圖36 計(jì)分電路原理圖 計(jì)分電路的工作原理計(jì)分電路主要由單片機(jī)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(duì)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(dāng)按鍵開關(guān)K1~~K4四個(gè)按鍵的任何一個(gè)一位按下時(shí)，與門的8腳輸出都會(huì)產(chǎn)生低電平使單片機(jī)中斷，從而使相應(yīng)LED顯示。因?yàn)榘存I開關(guān)按下時(shí)為低電平 [12]。第四章 籃球計(jì)時(shí)計(jì)分器軟件設(shè)計(jì) 籃球計(jì)時(shí)計(jì)分器的工作過程首先在比賽之前，接通電源，系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位，此時(shí)計(jì)時(shí)電路與計(jì)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(jì)時(shí)電路中的K5鍵來設(shè)置比賽時(shí)間的十位數(shù)，例如比賽時(shí)間上半場(chǎng)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(shí)間的個(gè)位數(shù)，使數(shù)碼管2顯示“0”即可。一般比賽時(shí)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(shí)間設(shè)置好時(shí)，等待賽程開始，當(dāng)裁判吹響哨聲時(shí)，啟動(dòng)計(jì)時(shí)，這時(shí)計(jì)時(shí)電路便開始工作，計(jì)時(shí)采用到計(jì)時(shí)方式，即從20分鐘減為0分鐘表示上半場(chǎng)結(jié)束。上半場(chǎng)結(jié)束時(shí)，蜂鳴器會(huì)發(fā)出10秒鐘響聲，通知上半場(chǎng)結(jié)束，這時(shí)按下K7鍵，便完成了甲、乙兩隊(duì)的分?jǐn)?shù)交換。在整個(gè)賽程中，我們還要對(duì)兩隊(duì)比分進(jìn)行及時(shí)刷新，這時(shí)我們通過計(jì)分電路中的K1K4鍵完成此功能，K1和K2鍵完成甲隊(duì)加分、減分，K3和K4鍵完成乙隊(duì)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(jì)時(shí)電路中的中斷優(yōu)先權(quán)，所以不會(huì)對(duì)計(jì)時(shí)電路造成影響。如果在賽程過程中，一方的教練申請(qǐng)暫停時(shí)，經(jīng)裁判批準(zhǔn)，我們立即按下K7鍵，即可以暫