【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 程序驅(qū)動(dòng)七段數(shù)碼管顯示。該方案設(shè)計(jì)的系統(tǒng)每輪至多允許8名運(yùn)動(dòng)員同時(shí)跑，而且占用單片機(jī)I/O口較多，但該方案的實(shí)時(shí)性好，可靠性好，易于實(shí)現(xiàn)，而且一般的田徑跑道幾乎最多只能同時(shí)容納8人，該方案能滿足大多數(shù)場(chǎng)合田徑短跑比賽計(jì)時(shí)要求。 方案的確定好的設(shè)計(jì)方案能使事半功倍，能以最低的成本滿足系統(tǒng)功能和性能上的要求。不好的設(shè)計(jì)方案可能成本高，最致命的是功能和性能無(wú)法滿足系統(tǒng)的要求，致使系統(tǒng)無(wú)法正常工作。所以確定好的設(shè)計(jì)方案是順利完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)的前提。本設(shè)計(jì)對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性要求較高，在很短的時(shí)間內(nèi)可能有多個(gè)人幾乎同時(shí)到達(dá)終點(diǎn)，因此系統(tǒng)的精確度必須很高才能測(cè)出微小的差距，如果可靠性和實(shí)時(shí)性不夠高也可能造成系統(tǒng)無(wú)法在很短的時(shí)間內(nèi)處理多個(gè)記錄，造成部分人的成績(jī)丟失。因此，實(shí)時(shí)性和可靠性的影響對(duì)該系統(tǒng)是致命的。由于本次設(shè)計(jì)只是對(duì)所學(xué)知識(shí)的一次實(shí)踐，設(shè)計(jì)要求簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，成本低。比較以上三種設(shè)計(jì)方案，第一種方案理論上非常完美，占用I/O口少，節(jié)約單片機(jī)接口資源，理論上無(wú)空間限制、無(wú)人數(shù)限制，可以擴(kuò)展適用范圍，可以應(yīng)用到長(zhǎng)跑，使用方便等優(yōu)點(diǎn)但憑現(xiàn)有水平實(shí)現(xiàn)起來(lái)非常困難，而且抗干擾能力差，實(shí)時(shí)性和可靠性很難保證。第二種方案抗干擾性，可靠性和實(shí)時(shí)性都優(yōu)于第一種方案，但各種性能還不能滿足計(jì)時(shí)系統(tǒng)的要求。第三種雖然功能上不如前兩種方案，但能滿足大多數(shù)情況下的使用要求，在性能上，實(shí)時(shí)性、可靠性較好、精確度等很多指標(biāo)都遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于前兩種方案，并且容易實(shí)現(xiàn)，成本也較低。綜上，所以第三種設(shè)計(jì)方案比較適合本次設(shè)計(jì)，故選擇第三種方案作為本次設(shè)計(jì)的方案。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)硬件的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮到軟件的可實(shí)現(xiàn)性，只有軟硬件達(dá)到最好的結(jié)合才能顯示出系統(tǒng)的優(yōu)越性，所以軟硬件設(shè)計(jì)要想結(jié)合。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)與要求，可初步將系統(tǒng)分為五大功能模塊：主電路模塊、監(jiān)測(cè)裝置電路模塊，信號(hào)電路模塊、控制臺(tái)電路模塊和 5V穩(wěn)壓電源模塊。進(jìn)一步細(xì)說(shuō)，主電路選用AT89S51作為中央處理器；監(jiān)測(cè)裝置電路用一對(duì)激光發(fā)射/接收器組成；控制電路由“發(fā)令鍵”、“成績(jī)查詢鍵”UP“鍵”、“DOWN”鍵、“復(fù)位”鍵，5個(gè)按鍵組成；信號(hào)電路由蜂鳴器、信號(hào)燈、顯示器組成，顯示器由七個(gè)數(shù)碼管和4094移位寄存器組成；音響電路用蜂鳴器； 穩(wěn)壓電路把電源電壓穩(wěn)定在 5V。系統(tǒng)整體的模塊圖如圖3所示。圖3 系統(tǒng)整體模塊圖 主電路設(shè)計(jì)主電路是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，以89S51單片機(jī)為中央處理器。主電路模塊包括現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)模塊、信號(hào)模塊、控制模塊，復(fù)位模塊和晶振電路模塊等幾部分組成?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)模塊接P0口、。監(jiān)測(cè)裝置與系統(tǒng)連接采用外部中斷源擴(kuò)展的連接方法，每個(gè)賽道的起點(diǎn)和終點(diǎn)都安裝監(jiān)測(cè)裝置，同一賽道起點(diǎn)和終點(diǎn)的兩個(gè)監(jiān)測(cè)裝置經(jīng)過(guò)保護(hù)電阻連接到單片機(jī)P0口上的同一接口上。信號(hào)模塊接P1口、。P1口連接信號(hào)模塊的顯示器，、。P2口中，、黃色信號(hào)燈和綠色信號(hào)，。、和RST五個(gè)接口連接。其中，“發(fā)令”按鍵，“顯示成績(jī)”按鍵， ”UP”按鍵，“DOWN”按鍵。 控制臺(tái)電路設(shè)計(jì)控制臺(tái)由“復(fù)位”按鍵電路、“命令”按鍵電路、“查看結(jié)果”按鍵電路、“UP”按鍵電路以及“DOWN”按鍵電路組成。、和RST五個(gè)接口連接?！鞍l(fā)令”鍵，“顯示成績(jī)”鍵， ”UP”鍵，“DOWN”鍵。復(fù)位電路連接+V電源、地線，通過(guò)電容、電阻、和按鍵接在單片機(jī)的VCC、RST、VSS三接口上。復(fù)位電路是連接電源和單片機(jī)的通道，負(fù)責(zé)向系統(tǒng)提供電源和復(fù)位。其功能是復(fù)位到系統(tǒng)初始化狀態(tài)，而且其功能的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)硬件電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。圖32是控制臺(tái)電路的電路連接、信號(hào)燈電路的連接以及音響設(shè)備電路的連接的原理圖。 信號(hào)裝置設(shè)計(jì)信號(hào)電路由顯示器，信號(hào)燈、音響設(shè)備組成。顯示裝置用的設(shè)計(jì)采用移位寄存器4094與數(shù)碼桿連接的方法。其中，道號(hào)狀態(tài)顯示器由兩個(gè)4094移位寄存器和兩位數(shù)碼管組成，；分顯示器也由兩個(gè)4094移位寄存器和兩位數(shù)碼管組成，；秒顯示器由兩個(gè)4094移位寄存器和兩位數(shù)碼管組成，；毫秒顯示器由三個(gè)4094移位寄存器和三位數(shù)碼管組成，、。其連接原理圖見(jiàn)圖33。信號(hào)燈由紅色信號(hào)燈、黃色信號(hào)燈、綠色信號(hào)燈組成。、。音響設(shè)備使用驅(qū)動(dòng)電路連接蜂鳴器。信號(hào)燈和音響設(shè)備電路的連接見(jiàn)圖32。圖32 控制臺(tái)電路原理圖圖33 顯示器電路原理圖由于激光具有相干性好、方向性強(qiáng)、發(fā)散角小、亮度高等特點(diǎn)，故每個(gè)監(jiān)測(cè)裝置用一對(duì)激光發(fā)射/接收器來(lái)實(shí)現(xiàn)。激光發(fā)射器放置在賽道的一側(cè)，激光接收器安置在賽道對(duì)應(yīng)的另一側(cè)，使激光發(fā)射器發(fā)射的激光束恰好射到激光接收裝置的感應(yīng)器上。當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)后，無(wú)人經(jīng)過(guò)監(jiān)測(cè)裝置時(shí)激光發(fā)射器發(fā)射的激光直接照射到激光接收器的感應(yīng)器件上，此時(shí)激光接收裝置輸出一個(gè)高電平給系統(tǒng)。當(dāng)運(yùn)動(dòng)員經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)裝置時(shí)，激光發(fā)射器到激光束接收器間的激光束被運(yùn)動(dòng)員的身體遮擋住，此時(shí)激光接收裝置的感應(yīng)器上無(wú)法接收到激光的照射，故此時(shí)激光接收裝置輸出低電平給系統(tǒng)。 監(jiān)測(cè)裝置激光發(fā)射器激光發(fā)射器是現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)裝置的組成部分，負(fù)責(zé)產(chǎn)生激光信號(hào)并發(fā)送給激光接收裝置。圖321是激光發(fā)射器裝置的電路原理圖。該裝置由PIC12C508A芯片、9014三極管、和激光發(fā)射管等器件連接組成，在+5V的電壓下，激光發(fā)射管LD發(fā)射出激光束。圖341 激光發(fā)射器電路原理圖 監(jiān)測(cè)裝置接收轉(zhuǎn)換器激光接收器是現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)裝置的重要組成部分，負(fù)責(zé)監(jiān)視激光發(fā)射器和自己之間的激光路是否暢通，并對(duì)檢測(cè)到的信息進(jìn)行處理，并發(fā)送給系統(tǒng)。若有物體遮擋激光發(fā)射器和激光接收器之之間的激光路，則輸出低電平表示有人通過(guò)，若激光路暢通則輸出高電平表示無(wú)運(yùn)動(dòng)員通過(guò)。激光接收器的電路原理圖如圖342所示。圖中的IRM8881V可對(duì)接收到的激光信號(hào)進(jìn)行放大，并具有解調(diào)功能，而鎖相環(huán)則起譯碼作用。將鎖相環(huán)的壓控振蕩頻率調(diào)到由軟件確定的編碼頻率，則當(dāng)接收器接收到激光器發(fā)射的編碼調(diào)制信號(hào)并經(jīng)接收器放大、解調(diào)譯碼后，在LM567的8端輸出一個(gè)低電平信號(hào)，則在PNP晶體管的集電極輸出一個(gè)高電平，從而完成對(duì)發(fā)射信號(hào)的接收和把監(jiān)測(cè)到的信號(hào)通過(guò)OUT發(fā)送給系統(tǒng)的任務(wù)。與單片機(jī)連接時(shí)，只需把OUT與單片機(jī)的相關(guān)接口直接相連即可。圖342 激光接收器的電路原理圖 監(jiān)測(cè)裝置與系統(tǒng)的連接設(shè)計(jì)好系統(tǒng)監(jiān)測(cè)裝置后的任務(wù)就是把現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)裝置和單片機(jī)連接起來(lái)該系統(tǒng)有8個(gè)賽道，每個(gè)賽道上的起點(diǎn)和終點(diǎn)都要安置現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)裝置，起點(diǎn)的裝置負(fù)責(zé)監(jiān)視運(yùn)動(dòng)員是否搶跑，終點(diǎn)上的監(jiān)測(cè)裝置負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)運(yùn)動(dòng)員是否到達(dá)終點(diǎn)。但為了節(jié)省I/O接口，可以把同一賽道上的兩個(gè)監(jiān)測(cè)裝置的輸出端連接到單片機(jī)的同一接口，可以用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)它們的功能。8個(gè)賽道上的監(jiān)測(cè)裝置與單片機(jī)上對(duì)應(yīng)8個(gè)接口連接后，監(jiān)測(cè)裝置就可以把檢測(cè)到的信息傳送到單片機(jī)。然后采用外部中斷源擴(kuò)展方法把8個(gè)接口和一個(gè)8位串行口接收端RXD連接起來(lái)連接到單片機(jī)兩外部中斷接口上。這樣當(dāng)監(jiān)測(cè)器向系統(tǒng)發(fā)送消息后，系統(tǒng)就可以分辨出是哪一個(gè)接口接收到的信號(hào)，即可以分辨出是哪一個(gè)賽道上的運(yùn)動(dòng)員。圖323是監(jiān)測(cè)裝置與系統(tǒng)連接的示意圖。如圖監(jiān)測(cè)裝置與系統(tǒng)連接可采用外部中斷源擴(kuò)展的連接方法，每個(gè)賽道的起點(diǎn)和終點(diǎn)都安裝監(jiān)測(cè)裝置，同一賽道起點(diǎn)和終點(diǎn)的兩個(gè)監(jiān)測(cè)裝置經(jīng)過(guò)保護(hù)電阻連接到單片機(jī)P0口上的同一接口上。圖343 監(jiān)測(cè)裝置連接電路原理圖4 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)　　系統(tǒng)軟件模塊分為：主程序模塊，搶跑中斷1處理模塊，計(jì)時(shí)中斷0處理模塊，成績(jī)查詢模塊在硬件連接中，、?！鞍l(fā)令”鍵，“顯示成績(jī)”鍵，”UP”鍵，“DOWN”鍵。、。存儲(chǔ)單元中用，30H—37H單元依次存放1—8賽道的道號(hào)和狀態(tài)，38H—3FH存儲(chǔ)1—8賽道用時(shí)的分鐘數(shù)，40H—47H存儲(chǔ)1—8賽道用時(shí)的數(shù)鐘，48H—4FH存儲(chǔ)1—8賽道用時(shí)的毫秒數(shù)。用51H存儲(chǔ)開(kāi)跑以來(lái)時(shí)間的分鐘數(shù)，52H存儲(chǔ)秒數(shù)，53H存儲(chǔ)毫秒數(shù)。代碼中用XSZ模塊顯示道號(hào)和狀態(tài)，用XSF模塊顯示分鐘數(shù)，X