【文章內(nèi)容簡介】 的。下表為774HC、74LS系列芯片資料。表29 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(Ioh/Lol)mAAHCCMOS8/8AHCTCOMS/TTL8/8HCCOMS258/8HCTCOMS/TTL258/8ACTCOMS/TTL1024/24FTTL15/64ALSTTL1015/64LSTTL1815/24 報警器蜂鳴器有兩類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。報警器的種類很多，比如：揚聲器，蜂鳴器等，本次設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，周期性地振動發(fā)聲。第3章 硬件電路設計第3章 硬件電路設計系統(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。 Protel99軟件介紹本次設計的原理圖與PCB板仿真及封裝數(shù)據(jù)采用的是一款多功能軟件Protel99?；贓DA技術(shù)的仿真軟件Protel99在模擬電路中有強大的仿真功有和模擬實現(xiàn)功能。 關(guān)于EDA技術(shù)與Protel99簡要介紹EDA(Electronic Design Automation)是未來技術(shù)發(fā)展不可阻擋的潮流，Protel公司最新推出Protel99SE是開創(chuàng)桌面EDA的新紀元，它不僅在繪制原理圖、PCB板布局布線等方面功能更加完善，而且為用戶提供了功能強大，使用方便的電路仿真器，它可對所設計的電路原理圖進行模擬、分析、驗證，即時的反映所設計電路的性能。與實驗室里使用一系列電子元件和測試儀器才可完成的電路驗證相比，這種電路仿真的技術(shù)即省時又經(jīng)濟，而且還可避免實驗中發(fā)生的各種損壞和事故。 Protel99界面及功能簡述本次設計使用的是軟件Protel99 [3]。Protel99是PROTEL公司推出的最新版本，應用于電路原理圖設計、電路板設計等，他基于Windows環(huán)境，功能強大，人機界面友好，能讓人們在具有最完整的功能環(huán)境下，提升設計上的品質(zhì)和效率。它能基于Windows 98/2000/NT環(huán)下的電路原理圖輔助設計與繪制軟件其功能模塊包括電路原理圖設計、印制電路圖設計、電路信號仿真、可編程邏輯器件設計。Protel99軟件沿襲了PROTEL以前版本方便易學的特點，內(nèi)部界面與PROTEL 99大體相同，新增加了一些功能模塊，功能更加強大。新增的層堆棧管理功能，可以設計32個信號層，16個地電層，16個機械層。新增的3D功能讓您在加工印制版之前可以看到板的三維效果。增強的打印功能，可以輕松修改打印設置控制打印結(jié)果。Protel99SE的繪圖界面如下：圖31 Protel99繪圖界面Protel99 SE共分5個模塊，分別是原理圖設計、PCB設計（包含信號完整性分析）、自動布線器、原理圖混合信號仿真、PLD設計。 PROTEL99設計電路步驟一般而言，設計電路板的最基本過程可分為兩大步驟[2]：電路原理圖的設計；印制電路板的設計。圖32原理圖設計流程圖33 PCB板的設計流程基于單片機系統(tǒng)的籃球賽計時計分器的系統(tǒng)構(gòu)成框圖如圖所視。 圖34 系統(tǒng)構(gòu)成圖本系統(tǒng)采用單片機AT89C51作為本設計的核心元件。利用七段共陰LED作為顯示器件。在本次設計中，共接入十個七段共陰LED顯示器，其中6個用于計錄甲、乙兩隊的分數(shù)，每隊3個LED顯示器分數(shù)范圍可達到0—999分，足夠滿足賽程需要。另外4個LED顯示器則用于計錄賽程的時間，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。即比賽前將時間設置好，比賽開始時啟動計時，直至計時到零為止。根據(jù)設計，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，特定在本設計中設立了7個按鍵。其中4個用于輸入甲、乙兩隊的分數(shù)；另外3個則用于完成設置、調(diào)整、啟動和暫停賽程時間等功能。本系統(tǒng)在設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：歐姆龍按鍵在34所示的計時電路中。按鍵開關(guān)KK6用來設置賽程時間。比如：比賽時間上半場時間20分鐘，則通過按鍵K5鍵，使數(shù)碼管1顯示“2”即可；再按K6鍵，設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，所以只需要按K5鍵使數(shù)碼管1顯示“4”，按K6使數(shù)碼管2顯示“0”即可。時間設置好后，等待比賽開始。當比賽結(jié)束時，如果由于一些特殊原因需要增加比賽時間，這時增加比賽時間同樣由按鍵KK6來設置，并且設置方法與上面所述一眼，但一般情況下只需要按K6鍵來設置即可，因為加時比賽一般只有幾分鐘而已。 / 暫停設置當時間設置完成后，比如設置賽程時間為45分鐘，則在圖34所示的LED顯示器上顯示為4500，45表示分鐘，00表示秒鐘。這時，如果裁判吹響開始的哨聲時，則應立即按下按鍵K7，表示賽程開始，計時顯示則由4500變成4459，4458……一直計時直到計為0000時表示賽程結(jié)束。按鍵K7為賽程啟動和暫?？刂?。我們知道，因為比分交換是在上半場賽程結(jié)束后進行的，也就是說比分交換受賽程時間控制，只有當上半場計時器指示為0000時，按K7鍵，則會自動交換甲、乙兩隊的比分。如果上半場賽程時間沒有到0000時，則此時按下K7鍵，只會暫停比賽，不能交換分數(shù)。如果要繼續(xù)比賽，再按一次K7即可。因此，K7鍵完成三重功能，即：啟動，暫停，比分交換。由于在比賽中，甲、乙兩隊的比分是不斷在變化的，所以需要設置比分刷新控制裝置；此部分功能由圖所示的計分電路中的按鍵開關(guān)K1~~K4來完成的：K1鍵：完成甲隊加1分操作K2鍵：完成甲隊減1分操作K3鍵：完成乙隊加1分操作K4鍵：完成乙隊減1分操作 計時計分顯示器是采用七段共陰LED顯示器來顯示的。其中計分是用6個LED顯示器。計時采用4個LED顯示器；顯示格式為000 000和00 00。當比賽結(jié)束時，系統(tǒng)會自動發(fā)出10秒鐘報警聲，提示賽程結(jié)束。這次設計的核心是：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計在電路上的實現(xiàn)。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。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。下面是用PROTEL畫的總體電路圖：圖35 系統(tǒng)總體電路圖 計時電路部分本次設計要使用到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。振蕩電路如下圖所示圖36 時鐘振蕩電路如圖36，外接石英晶體或者陶瓷諧振器以及電容C1，C2接在放大器的反饋電路中構(gòu)成并聯(lián)諧振電路。諧振器本身對外接電容CC2雖然沒有十分嚴格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度以及溫度的穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，推薦使用30pF，而使用陶瓷諧振器建議選擇40pF。我們也可以使用外部時鐘，采用外部時鐘電路如圖所示圖37 外部時鐘電路在外接時鐘的情況下，外部時鐘脈沖接到XTAL1端，即內(nèi)部時鐘脈沖的輸入端，XTAL2則懸空。由于外部時鐘信號是通過一個兩分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時鐘信號的，所以對外部時鐘信號的占空比沒有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時間和最大低電平持續(xù)時間應符合技術(shù)條件以及本次設計所采用硬件的要求。本次設計使用的是石英晶體諧振器，因此采用30pF的電容，頻率大小采用12MHZ與6MHZ均可，這里采用的是12MHZ晶振。本次設計中的計時部分采用的是7段共陰LED顯示數(shù)碼管以及CD4511芯片構(gòu)成。由于本次設計采用的是靜態(tài)顯示，因此在連接電路時需要將CD4511的輸入端，~~，并且由于采用了四個7段共陰數(shù)碼管，因此也要采用四個CD4511芯片與之對應，同時LE端分別與AT89C51 ~~。同時，CD4511的輸出直接與LED的a~~g相接，便可實現(xiàn)對BCD的顯示。圖38 計時電路原理圖 計時電路的工作原理計時電路如圖58所示，主要由開關(guān)K5~~K7，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)到需要設置的時間即可。調(diào)時（個位）的操作方法與上面一樣時間設置完成后，啟動定時器T0開始定時計數(shù)。計時采用倒計時，比如：設置的時間為45分鐘，則在LED上顯示4500四位數(shù)。定時T0計數(shù)60秒后中斷返回，繼續(xù)定時計數(shù)下一個60秒；同時則在4位LED顯示器上顯示4459四位數(shù)，表示時間已過去1秒鐘，即為44分59秒。這樣一直持續(xù)下去，直到變?yōu)椤?000”時表示賽程結(jié)束。如果比賽中，裁判叫暫停，則只要按一下K7鍵，即可暫停計時。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。 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)可與外設電路進行全雙工的 串行異步通信。 8051單片機的串行端口有4種基本工作方式，通過編程設置，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。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。表51為寄存器SCON內(nèi)容定義表，表52為寄存器PCON位地址：表51 SCON各位內(nèi)容定義位 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0位地址9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98HSM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI表52 PCON位地址 D7 D0SMOD——————本次設計的計分電路中，我們使用集成電路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，是典型的串行/并行轉(zhuǎn)換芯片。其中引腳分布圖如第二章總圖210所示。其中2腳DATA為串行數(shù)據(jù)輸入腳；3腳CLOCK為時鐘脈沖輸入；1111腳為并行8位數(shù)據(jù)輸出，前7腳與LED顯示器a~~g引腳相連，11腳置空；8腳接地；16腳接電源5V。本次設計中的比分校正控制電路由四輸入與門74LS21和4個按鍵組成，其中KK2鍵接 74LS21的10腳，完成甲隊加、減分控制；KK4鍵接74LS21的113腳，完成乙隊加、減分控制。有關(guān)74LS21集成電路的引腳分布及內(nèi)部原理構(gòu)造如下圖所示圖39 74LS21引腳圖74LS21芯片的主要引腳說明：14腳為電源腳7腳接地113為與門輸入腳8腳為與門輸出腳圖310 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（