【文章內(nèi)容簡介】 進(jìn)制代碼01100000011000000C0H11111100111111001F9H21010010010100100A4H31011000010110000B0H4100110011001100199H5100101101001011092H6100000101000001082H71111100011111000F8H8100000001000000080H9100100001001000090H 驅(qū)動電路 總線驅(qū)動器74LS244為三態(tài)輸出的八組緩沖器和總線驅(qū)動器。74ls244由2組、每組四路輸入、輸出構(gòu)成。每組有一個控制端E，由控制端的高或低電平?jīng)Q定該組數(shù)據(jù)被接通還是斷開。圖56 74LS244芯片表54 74ls244功能表圖57 74LS244邏輯圖244內(nèi)部包含8個單向三態(tài)門，分為兩組，同時作為總線芯片的另外一個特點是驅(qū)動能力加強(qiáng)了，可以提供比較大的輸出電流，所以經(jīng)常用來直接驅(qū)動光耦、發(fā)光管等，也可以用于驅(qū)動微型的繼電器！開關(guān)量輸入的擴(kuò)展經(jīng)常使用的芯片是74LS244/74LS245/74LS240等；這些芯片的特點是三態(tài)門，可以把多個芯片的輸出，并聯(lián)在一起而不會互相影響；通過1313153等譯碼選通芯片，把RD/WR/地址的高位信號（高3位或者高4位，看單片機(jī)系統(tǒng)中的芯片的數(shù)量）接到譯碼芯片，把譯碼芯片的輸出接到鎖存器的鎖存輸入，或者緩沖器的選通輸入。為了提供共陽LED數(shù)碼管的列掃描驅(qū)動電壓，用三極管9012作電源驅(qū)動輸出。三極管是一種控制元件，主要用來控制電流的大小，以共發(fā)射極接法為例（信號從基極輸入，從集電極輸出，發(fā)射極接地），當(dāng)基極電壓UB有一個微小的變化時，基極電流IB也會隨之有一小的變化，受基極電流IB的控制，集電極電流IC會有一個很大的變化，基極電流IB越大，集電極電流IC也越大，反之，基極電流越小，集電極電流也越小，即基極電流控制集電極電流的變化。但是集電極電流的變化比基極電流的變化大得多，這就是三極管的放大作用。IC的變化量與IB變化量之比叫做三極管的放大倍數(shù)β（β=ΔIC/ΔIB，Δ表示變化量。），三極管的放大倍數(shù)β一般在幾十到幾百倍。 三極管在放大信號時，首先要進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，即要先建立合適的靜態(tài)工作點，也叫建立偏置，否則會放大失真。 在三極管的集電極與電源之間接一個電阻，可將電流放大轉(zhuǎn)換成電壓放大：當(dāng)基極電壓UB升高時，IB變大，IC也變大，IC在集電極電阻RC的壓降也越大，所以三極管集電極電壓UC會降低，且UB越高，UC就越低，ΔUC=ΔUB。下面簡單介紹一下三極管的電流放大原理 。晶體三極管（以下簡稱三極管）按材料分有兩種：鍺管和硅管。而每一種又有NPN和PNP兩種結(jié)構(gòu)形式，但使用最多的是硅NPN和PNP兩種三極管，兩者除了電源極性不同外，其工作原理都是相同的，下面僅介紹NPN硅管的電流放大原理。 圖58 晶體三極管（NPN）的結(jié)構(gòu) 圖58是NPN管的結(jié)構(gòu)圖，它是由2塊N型半導(dǎo)體中間夾著一塊P型半導(dǎo)體所組成，從圖可見發(fā)射區(qū)與基區(qū)之間形成的PN結(jié)稱為發(fā)射結(jié),而集電區(qū)與基區(qū)形成的PN結(jié)稱為集電結(jié),三條引線分別稱為發(fā)射極e、基極b和集電極c。 當(dāng)b點電位高于e點電位零點幾伏時，發(fā)射結(jié)處于正偏狀態(tài)，而c點電位高于b點電位幾伏時，集電結(jié)處于反偏狀態(tài)，集電極電源Ec要高于基極電源Eb。在制造三極管時，有意識地使發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子濃度大于基區(qū)的，同時基區(qū)做得很薄，而且，要嚴(yán)格控制雜質(zhì)含量，這樣，一旦接通電源后，由于發(fā)射結(jié)正確，發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子（電子）及基區(qū)的多數(shù)載流子（空穴）很容易地越過發(fā)射結(jié)互相向反方擴(kuò)散，但因前者的濃度基大于后者，所以通過發(fā)射結(jié)的電流基本上是電子流，這股電子流稱為發(fā)射極電流Ie。 由于基區(qū)很薄,加上集電結(jié)的反偏，注入基區(qū)的電子大部分越過集電結(jié)進(jìn)入集電區(qū)而形成集電集電流Ic，只剩下很少（110%）的電子在基區(qū)的空穴進(jìn)行復(fù)合，被復(fù)合掉的基區(qū)空穴由基極電源Eb重新補(bǔ)給，從而形成了基極電流Ib。根據(jù)電流連續(xù)性原理得：Ie=Ib+Ic。這就是說，在基極補(bǔ)充一個很小的Ib，就可以在集電極上得到一個較大的Ic，這就是所謂電流放大作用，Ic與Ib是維持一定的比例關(guān)系，即：β1=Ic/Ib 。式中：β1稱為直流放大倍數(shù)。集電極電流的變化量△Ic與基極電流的變化量△Ib之比為：β=△Ic/△Ib 。式中β稱為交流電流放大倍數(shù)，由于低頻時β1和β的數(shù)值相差不大，所以有時為了方便起見，對兩者不作嚴(yán)格區(qū)分，β值約為幾十至一百多。 三極管是一種電流放大器件，但在實際使用中常常利用三極管的電流放大作用，通過電阻轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷悍糯笞饔谩?9012是一種最常用的普通三極管。它是一種低電壓，大電流，小信號的PNP型硅三極管。其主要特性如下：集電極電流Ic：Max 500mA 集電極基極電壓Vcbo：40V 工作溫度：55℃ to +150℃ 和9013（NPN）相對 主要用途：開關(guān)應(yīng)用，射頻放大圖59 9012三極管引腳圖圖59中引腳1是發(fā)射極，引腳2是集電極，引腳3是基極。當(dāng)MCS51單片機(jī)的復(fù)位引腳RST出現(xiàn)2個機(jī)器周期以上的高電平時，單片機(jī)就執(zhí)行復(fù)位操作。如果RST持續(xù)為高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。復(fù)位的基本功能是：系統(tǒng)上電時提供復(fù)位信號。直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤消復(fù)位信號。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時才撤銷復(fù)位信號，以防電源開關(guān)或電源插頭分合過程中引起的抖動而影響復(fù)位。51單片機(jī)的復(fù)位是由RESET引腳來控制的，此引腳與高電平相接超過24個振蕩周期后，51單片機(jī)即進(jìn)入芯片內(nèi)部復(fù)位狀態(tài)，而且一直在此狀態(tài)下等待，直到RESET引腳轉(zhuǎn)為低電平后，才檢查EA引腳是高電平或低電平，若為高電平則執(zhí)行芯片內(nèi)部的程序代碼，若為低電平便會執(zhí)行外部程序。由于本設(shè)計只采用內(nèi)部存儲器，不會執(zhí)行外部程序，因此EA端一般為高電平。單片機(jī)的復(fù)位操作使單片機(jī)進(jìn)入初始化狀態(tài)，其中包括使程序計數(shù)器PC＝0000H，這表明程序從0000H地址單元開始執(zhí)行。單片機(jī)冷啟動后，片內(nèi)RAM為隨機(jī)值，運行中的復(fù)位操作不改變片內(nèi)RAM區(qū)中的內(nèi)容，21個特殊功能寄存器復(fù)位后的狀態(tài)為確定值。與其他計算機(jī)一樣，MCS51單片機(jī)系統(tǒng)常常有上電復(fù)位和操作復(fù)位兩種方法。操作復(fù)位指用戶按下“復(fù)位”按鈕使計算機(jī)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。上電復(fù)位電路是—種簡單的復(fù)位電路，只要在RST復(fù)位引腳接一個電容到VCC，接一個電阻到地就可以了。上電復(fù)位是指在給系統(tǒng)上電時，復(fù)位電路通過電容加到RST復(fù)位引腳一個短暫的高電平信號，這個復(fù)位信號隨著VCC對電容的充電過程而回落，所以RST引腳復(fù)位的高電平維持時間取決于電容的充電時間。為了保證系統(tǒng)安全可靠的復(fù)位，RST引腳的高電平信號必須維持足夠長的時間。MCS51單片機(jī)的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實現(xiàn)的。下圖是上電復(fù)位和操作復(fù)位的相結(jié)合的常用電路。圖510 復(fù)位電路 時鐘電路時鐘是單片機(jī)的心臟，單片機(jī)各功能部件的運行都是以時鐘頻率為基準(zhǔn)，有條不紊的一拍一拍地工作。因此，時鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。單片機(jī)的定時功能是用片內(nèi)的時鐘電路和定時電路來完成的，而片內(nèi)的時鐘產(chǎn)生有兩種方式：內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式。本設(shè)計用的是內(nèi)部時鐘方式。本系統(tǒng)采用內(nèi)部時鐘方式，片內(nèi)高增益反相放大器通過XTAL1，XTAL2外接作為反饋元件的晶體（呈感性）與電容組成的并聯(lián)諧振回路過程的一個自激振蕩向內(nèi)部時鐘提供振蕩時鐘。電容的值通常取30pF左右。電路圖如下：圖511 時鐘電路單片機(jī)以晶體振蕩器的振蕩周期為最小的時序單位，片內(nèi)的各種微操作都以此周期為時序基準(zhǔn)。振蕩頻率二分頻后形成狀態(tài)周期，一個狀態(tài)周期包含2個振蕩周期，振蕩頻率二分頻后形成機(jī)器周期，一個機(jī)器周期包含有6個狀態(tài)周期或者12個振蕩周期，1到4個機(jī)器周期確定一條指令的執(zhí)行時間，這個時間便是指令周期。在MCS51單片機(jī)的所有指令中，有些完成的比較快，只需一個機(jī)器周期就行，有些完成的比較慢，則需兩個機(jī)器周期或者四個機(jī)器周期才能完成。具體的周期計算是這樣的。如果外接晶振頻率為12MHZ，那么振蕩周期為為1/12MHZ=,機(jī)器周期為1us,指令周期為1到4us。當(dāng)單片機(jī)工作于計數(shù)模式時，它的初值為（計數(shù)個數(shù)）求補(bǔ)，當(dāng)工作于定時模式時，它的初值為（定時時間/機(jī)器周期）求補(bǔ)，根據(jù)不同的工作模式對初值進(jìn)行裝入。 按鍵電路按鍵的開關(guān)狀態(tài)通過一定的電路轉(zhuǎn)換為高、低電平狀態(tài)。按鍵閉合過程在相應(yīng)的I/O端口形成一個負(fù)脈沖。閉合和釋放過程都要經(jīng)過一定的過程才能達(dá)到穩(wěn)定，這一過程是處于高、低電平之間的一種不穩(wěn)定狀態(tài)，稱為抖動。抖動持續(xù)時間的常長短與開關(guān)的機(jī)械特性有關(guān)，一般在510ms之間。為了避免CPU多次處理按鍵的一次閉合，應(yīng)采用措施消除抖動。本設(shè)計采用的是獨立式按鍵，直接用I/O口線構(gòu)成單個按鍵電路，每個按鍵占用一條I/O口線，每個按鍵的工作狀態(tài)不會產(chǎn)生互相影響。電路圖如下： 圖512 按鍵電路a)：分單元閃爍；。，時單元閃爍，加減調(diào)整同調(diào)分。 b)：，。c)：00:00: ，可進(jìn)行分設(shè)定，，顯示為00:00: ，，顯示為00:00:0，（顯示00:00:）。，不按鬧鈴1分鐘。 報時器的設(shè)計報時是數(shù)字鐘的一個重要功能，報時器可用蜂鳴器和揚聲器來實現(xiàn)，本設(shè)計采用蜂鳴器實現(xiàn)其報時功能。蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，常用單片機(jī)驅(qū)動蜂鳴器，他廣泛應(yīng)用于計算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報警器、電話機(jī)等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。這里用于時鐘計時器中做報時器。 蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場，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。 壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成，當(dāng)接通電源后（~15V直流工作電壓），多諧振蕩器起振,～，阻抗匹配器推動壓電蜂鳴片發(fā)聲。本設(shè)計采用壓電式蜂鳴器。壓電蜂鳴片是將高壓極壓化后的壓電陶瓷片黏貼于振動金屬片上。當(dāng)加入交流電壓后,會因為壓電效應(yīng),而產(chǎn)生機(jī)械變形伸展及收縮，利用此特性使金屬片振動而發(fā)出聲響，因此需要一定的電流才能驅(qū)動它，單片機(jī)IO引腳輸出的電流較小，單片機(jī)輸出的TTL電平基本上驅(qū)動不了蜂鳴器，因此需要增加一個電流放大的電路。在時鐘計時器的設(shè)計中，單片機(jī)通過一個三極管來放大驅(qū)動蜂鳴器，原理圖見下圖。蜂鳴器的正極接到三極管的集電極上面，蜂鳴器的負(fù)極接地，，三極管截止，沒有電流流過蜂鳴器，蜂鳴器不發(fā)聲；，三極管飽和，其發(fā)射極與集電極電壓差很小，蜂鳴器可看作接高電平，電流形成回路，發(fā)出聲音。因此。圖513 單片機(jī)驅(qū)動蜂鳴器電路6 系統(tǒng)程序的設(shè)計單片機(jī)的程序設(shè)計有其自身的特點。在單片機(jī)系統(tǒng)中，硬件與軟件緊密結(jié)合，由于硬件電路的設(shè)計不具有通用性，所以必須根據(jù)具體的硬件電路來設(shè)計對應(yīng)的軟件，硬件設(shè)計的優(yōu)劣直接影響到軟件設(shè)計的難易，軟件設(shè)計的優(yōu)劣又直接影響到硬件的發(fā)揮。在很多時候，軟件可以替代硬件的功能，當(dāng)然，需要付出額外占用CPU時間的代價。軟件程序的設(shè)計是根據(jù)硬件電路圖的連接和各個元器件的功能進(jìn)行設(shè)計。在編寫軟件時，按各個程序的功能將軟件細(xì)分為各個功能模塊，再通過主程序的調(diào)用來實現(xiàn)整個軟件系統(tǒng)。而一般編寫的程序都是根據(jù)事前所用的流程圖來編寫的，而且，流程圖中也包含了對設(shè)計所得結(jié)果的要求，因此，流程圖的設(shè)計直接影響到源程序的設(shè)計。主程序是軟件設(shè)計的總體框架，因此主程序流程圖的設(shè)計決定了程序編寫的好壞，主程序的功能主要是讀時間將時間數(shù)據(jù)送到LED顯示，并與鬧鐘的設(shè)定時間比較，再判斷是否有按鍵按下，從而進(jìn)行校時、定時功能。 主程序本設(shè)計中計時采用定時器T0中斷完成，秒表使用定時器T1中斷完成。主程序循環(huán)調(diào)用顯示子程序和查鍵子程序，當(dāng)端口有開關(guān)按下時，轉(zhuǎn)入相應(yīng)功能程序。其主程序執(zhí)行流程如圖61所示 。 圖61 主程序流程圖 顯示子程序時間顯示子程序每次顯示6個連續(xù)內(nèi)存單元的十進(jìn)制BCD碼數(shù)據(jù)，首地址在調(diào)用顯示程序時先指定。內(nèi)存中50H~55H為鬧鐘定時單元，60H~65H為秒表計時單元，70H ~75H為時鐘顯示單元。其中70H71H存放秒數(shù)據(jù)，72H73H存放分?jǐn)?shù)據(jù)，74H75H存放時數(shù)據(jù)，每一地址單元內(nèi)均為十進(jìn)制BCD碼。由于采用7段共陽LED數(shù)碼管動態(tài)掃描實現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示，所以顯示用十進(jìn)制BCD碼數(shù)據(jù)的對應(yīng)段碼存放在ROM中。顯示時，先取出內(nèi)存地址中的數(shù)據(jù)，然后查得對應(yīng)的顯示用段碼從P0口輸出，P2口將對應(yīng)的數(shù)碼管選中供電，就能顯示該地址單元的數(shù)據(jù)值。為了顯示小數(shù)點及“” 、“A”等特殊字符，在顯示班級和計時時應(yīng)采用不同的顯示子程序。 定時器T0中斷服務(wù)程序定時器TO用于時間計時，定時溢出中斷周期設(shè)為50ms。中斷進(jìn)入后，先進(jìn)行定時中斷初值校正，當(dāng)中斷累計20次（即1s）時，對秒計數(shù)單元進(jìn)行加1操作。時鐘計數(shù)單元地址分別在70H71H(秒)、76H77H（分）和78H79H（時）中，最大計時值為23時59分59秒。7AH單元內(nèi)存放“熄滅符”數(shù)據(jù)（＃0AH）。在計數(shù)單元中采用十進(jìn)制BCD碼計數(shù)，滿10進(jìn)位。圖62 T0中斷計時程序流程圖 定時器T1中斷