【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中起到了越來(lái)越重要的作 用 . 單片機(jī)體積小 ,功能強(qiáng) ,集成了微型機(jī)的各部件 ,大大縮短了系統(tǒng)內(nèi)信號(hào)傳送的距離 ,從而提高了系統(tǒng)的可靠性及運(yùn)行速度。 該系統(tǒng)主要是線(xiàn)以下兩種功能： ① 計(jì)分：能同時(shí)顯示甲、乙兩隊(duì)比分 ,最大計(jì)分?jǐn)?shù)為 99。能分別對(duì)甲、乙兩隊(duì)比分進(jìn)行加分。 ② 計(jì)時(shí)：從比賽開(kāi)始時(shí)啟動(dòng)計(jì)時(shí)工作方式 ,初始時(shí)間為 00,最大計(jì)時(shí)為 99 分鐘， 經(jīng)過(guò)修改后應(yīng)該還能實(shí)施計(jì)時(shí)暫停 ,還能設(shè)定為倒計(jì)時(shí)。 ③ 交換比分：中場(chǎng)交換比賽場(chǎng)地時(shí)，能交換甲、乙兩隊(duì)比分的位置。 ④ 哨音提示：設(shè)定的比賽時(shí)間到了 ,能自動(dòng)哨音提示比賽結(jié)束 . 課題運(yùn)用的知識(shí)點(diǎn) 本 課題主要運(yùn)用單片機(jī)設(shè)計(jì)知識(shí)設(shè)計(jì)籃球賽記時(shí)計(jì)分器，因此涉及到的知識(shí)點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)： （ 1） AT89C51 單片機(jī)的運(yùn)用 （ 2） LED數(shù)碼管的運(yùn)用 （ 3）人機(jī)接口 課題組成 （ 1）課題的理論基礎(chǔ) （ 2）系統(tǒng)原理的設(shè)計(jì) （ 3）硬件部分的設(shè)計(jì) （ 4）軟件部分的設(shè)計(jì) （ 5）仿真調(diào)試 第二章 課論基礎(chǔ) 單片機(jī)概述 單片化是把計(jì)算機(jī)系統(tǒng)盡可能集成在一塊半導(dǎo)體芯片上，其目的在于計(jì)算機(jī)微型化和提高系統(tǒng)的可靠性，這種單片計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱(chēng)單片機(jī)。單片機(jī)的內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)和指令系 統(tǒng)主要是針對(duì)自動(dòng)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，所以單片機(jī)又稱(chēng)微控制器 MCU（ Micro Controller Unit），用它可以很容易的將計(jì)算機(jī)嵌入到各種儀器和現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備中，因此單片機(jī)又叫做嵌入式微控制器（ Embedded MCU）。 MCS— 51單片機(jī) 是美國(guó) INTEL司于 1980年推出的產(chǎn)品，典型產(chǎn)品有 8031（內(nèi)部沒(méi)有程序存儲(chǔ)器，實(shí)際使用方面已經(jīng)被市場(chǎng)淘汰）、 8051（芯片采用 HMOS，功耗是 630mW，是 89C5 的 5 倍，實(shí)際使用方 面已經(jīng)被市場(chǎng)淘汰）和 8751 等通用產(chǎn)品，一直到現(xiàn)在， MCS51 內(nèi)核系列兼容 的單片機(jī)仍是應(yīng)用的主流產(chǎn)品（比如目前流行的 89S5已經(jīng)停產(chǎn)的 89C51 等）， ATMEL 公司的 AT89C51 8位 單片機(jī)，同時(shí)是在原基礎(chǔ)上增強(qiáng)了許多特性，如時(shí)鐘，更優(yōu)秀的是由 Flash（程序存儲(chǔ)器 的內(nèi)容至少可以改寫(xiě) 1000 次）存儲(chǔ)器取帶了原來(lái)的 ROM（一次性寫(xiě)入）， AT89C51的性能相對(duì)于 8051 已經(jīng)算是非常優(yōu)越的了。 ? AT89C51 性能介紹 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（ FPEROM— Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱(chēng)單片機(jī)。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案 。 1．主要特性： 與 MCS51 兼容 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 壽命： 1000 寫(xiě) /擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10 年 全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 128*8 位內(nèi)部 RAM 32 可編程 I/O 線(xiàn) 兩個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 5 個(gè)中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 2．管腳說(shuō)明： VCC：供電電壓。 GND：接地。 圖 AT89C51的引腳排列 P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開(kāi)路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門(mén)電流。當(dāng) P1口的管腳第一次寫(xiě) 1時(shí)，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校 驗(yàn)時(shí)， P0輸出原碼，此時(shí) P0外部必須被拉高。 P1口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門(mén)電流。 P1 口管腳寫(xiě)入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。 P2口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4個(gè) TTL 門(mén)電流，當(dāng) P2 口被寫(xiě) “1” 時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外 部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2口輸出地址的高八位。在給出地址 “1” 時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3 口： P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4個(gè) TTL 門(mén)電流。當(dāng) P3口寫(xiě)入 “1” 后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL） 這是由于上拉的緣故。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： 口管腳 備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時(shí)器 0 外部輸入） T1（記時(shí)器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。如想禁止 ALE的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外 ，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無(wú)效。 /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式 1 時(shí)， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA 端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。 3．振蕩器特性： XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2 應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 4．芯片擦除： 整個(gè) PEROM 陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過(guò)正確的控制信號(hào)組合 ，并保持 ALE 管腳處于低電平 10ms 來(lái)完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫(xiě) “1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。 此外， AT89C51 設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下， CPU 停止工作。但 RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。 5. 存儲(chǔ)器組織 * 64KB 的程序存儲(chǔ)器空間（ 0000FFFFH） * 128B 內(nèi)部 RAM 空間（ 00HFFH） * 128B 內(nèi)部特殊功能寄存器空間（ 80HFFH） * 位尋址空間（ 20HFFH） * 64KB 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間（ 0000FFFFH） 七段數(shù)碼管的基本介紹 簡(jiǎn)介 數(shù)碼管是工業(yè)控制中使用非常多的一種顯示輸出設(shè)備，通過(guò)他可以很容易的顯示控制系統(tǒng)的數(shù)字量，如一些溫度儀表、電梯樓層顯示、電子完年歷等系統(tǒng)中都常用的數(shù)碼顯示管進(jìn)行顯示。數(shù)碼管包括七段星數(shù)碼管和米字型數(shù)碼管?，F(xiàn)在工業(yè)共常用的是七段數(shù)碼管（一下簡(jiǎn)稱(chēng)數(shù)碼管）來(lái)介紹的它的結(jié)構(gòu)及其單片機(jī)的接 口。 數(shù)碼管是 8個(gè)發(fā)光的二極管的構(gòu)成，顯示不同的組合可用來(lái)顯示數(shù)字 0~9，字段 A~F 符號(hào) H、 L 、 P、 R、 U、 Y，符號(hào)“ _”及小數(shù)點(diǎn)。同一組發(fā)光二極管的 共陰共陽(yáng)的連接原理是一樣的。數(shù)碼管也分共陰極和共陽(yáng)極兩種，它的的結(jié)構(gòu) (圖)和共陰 (圖 )、共陽(yáng)極 (圖 )。 圖 圖 圖 共陰極數(shù)碼管的 8 個(gè)發(fā)光二極管的陰極連接在一起接低電平 （一般接地 )，其他管腳接電源各段輸出端。當(dāng)某段輸出端的為高電平時(shí)，該端所接的發(fā)光二極管發(fā)光，根據(jù)不同的發(fā)光字段的不同的組合形成數(shù)字或者字符。同樣由于每個(gè)字段的發(fā)光二極管，都有一個(gè)的額定的導(dǎo)通電流，而且根據(jù)設(shè)計(jì)人員要根據(jù)具體情況來(lái)調(diào)節(jié)數(shù)碼管的寬度和亮度，所以還需根據(jù)外接電源及額定導(dǎo)通電流及其亮度的來(lái)確定的相應(yīng)的限流電阻。 至于共陽(yáng)極的發(fā)光原理和共陰極的數(shù)碼管發(fā)光原理并無(wú)二異，不同的是共陽(yáng)極數(shù)碼管是當(dāng)某段輸出端的為低電平時(shí)，每個(gè)的字段的發(fā)光二極管才能正常發(fā)光。此設(shè)計(jì)采用的共陰極的數(shù)碼管，所以主要介紹共陰極的數(shù)碼 管及其軟件的譯碼方式。 數(shù)碼管的連接方式有軟件譯碼和硬件譯碼。軟件譯碼通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)譯碼來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的組合字符或者數(shù)字的顯示；硬件譯碼主要通過(guò)硬件驅(qū)動(dòng)電路或芯片來(lái)控制數(shù)碼管所要顯示的字符的組合。相應(yīng)的硬件譯碼需要外加專(zhuān)用的譯碼芯片，增加相應(yīng)的應(yīng)用成本，但是軟件的設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，會(huì)降低的 CPU 的運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)荷，適合要求較高的場(chǎng)合。而軟件譯碼的優(yōu)點(diǎn)是成本低廉，但是軟件的設(shè)計(jì)會(huì)稍微復(fù)雜。 硬件譯碼 硬件譯碼是指通過(guò)專(zhuān)用的譯碼驅(qū)動(dòng)硬件電路或者芯片來(lái)控制顯示數(shù)碼管來(lái)顯示所需的字符， 74LS47 是一款常用的共陽(yáng) 極數(shù)碼管主用的現(xiàn)實(shí)芯片。他的功能是從 BCD 碼到七段數(shù)碼管的譯碼和驅(qū)動(dòng)。本次試驗(yàn)不適用硬件譯碼，基本原理的介紹從略。 軟件譯碼 圖 下面以共陰極數(shù)碼管為例介紹數(shù)碼管的軟件的譯碼方式。 根據(jù)共陰極數(shù)碼管的現(xiàn)實(shí)原理，假如數(shù)碼管要顯示字符“ 2”，依據(jù)上所示的數(shù)碼結(jié)構(gòu)圖，可以反推出該數(shù)碼管的各個(gè)引腳所需的電平信號(hào)是 “ 01011011”，即為 0x5b。這個(gè)從目標(biāo)輸出字符反推出的數(shù)碼管的各段應(yīng)該輸入的數(shù)據(jù)過(guò)程為字形編碼。事實(shí)上我們可以此顯示原理推出大部分的字符的字形編碼。以下表格將逐一羅列各自字符 (0~9)的字形編碼。 數(shù)碼管字形編碼表 共陰極 dp g f e d c b a 字型碼 0 0 1 1 1 1 1 1 0x3f 0 0 0 0 0 1 1 0 0x60 a f e g d b c dp 0 1 0 1 1 0 1 1 0x5b 0 1 0 0 1 1 1 1 0x4f 0 1 1 0 0 1 1 0 0x66 0 1 1 0 1 1 0 1 0x6d 0 1 1 1 1 1 0 1 0x7d 0 0 0 0 0 1 1 1 0x07 0 1 1 1 1 1 1 1 0x7f 數(shù)碼管的顯示方法 數(shù)碼管的現(xiàn)實(shí)方法是靜態(tài)顯示方法和動(dòng)態(tài)顯示方法。 靜態(tài)顯示是指數(shù)碼管的顯示某一字符，相應(yīng)的發(fā)光的二極管恒定導(dǎo)通的或者恒定截止。這種的現(xiàn)實(shí)方法中的每個(gè)數(shù)碼管是相對(duì)的獨(dú)立的、公共端的恒定接地(共陰極 )或 者接電源 (共陽(yáng)極 )。每個(gè)的數(shù)碼管的的每個(gè)字段分別于 I/O 地址相連或者硬件譯碼電路相連，這時(shí)只要 I/O 口或者硬件電路譯碼器所需的電平輸出，相應(yīng)的字符即可顯示出來(lái)，并保持不變，直到需要更新所顯示的字符為止。采用靜態(tài)顯示方法占用 CPU 的時(shí)間少，編程簡(jiǎn)單，但占用的 I/O 口線(xiàn)多，硬件電路復(fù)雜，成本高，只適用字符顯示少的場(chǎng)合。 動(dòng)態(tài)顯示逐次點(diǎn)亮每個(gè)數(shù)碼管。方法是每個(gè)數(shù)碼管公共端都有一個(gè) I/O 口線(xiàn)來(lái)控制，以動(dòng)態(tài)顯示時(shí)先選中第 1個(gè)數(shù)碼管，把數(shù)據(jù)送給他顯示，一定時(shí)間后在選中第 2 個(gè)數(shù)碼管，把數(shù)據(jù)送給他顯示 ......即在某一時(shí) 刻只有一個(gè)數(shù)碼管在顯示字符。這樣只要掃描的速度走夠快 (要超過(guò)人眼的視覺(jué)停留時(shí)間 )，動(dòng)態(tài)顯示的效果在人看來(lái)就是幾個(gè)數(shù)碼管同時(shí)顯示。采用動(dòng)態(tài)顯示方式比較節(jié)省 I/O 口，硬件電路比靜態(tài)顯示的方式簡(jiǎn)單，但其亮度不如靜態(tài)顯示時(shí)的時(shí)間的亮，而且顯示數(shù)碼管較多時(shí)， CPU 要逐次掃描，會(huì)占用較多的時(shí)間。 第三章 系統(tǒng)原理的設(shè)計(jì) 課題的技術(shù)和量化要求 ① 能記錄整個(gè)賽程的比賽時(shí)間，并能修改比賽時(shí)間、暫停比賽時(shí)間。 ② 能隨時(shí)刷新甲、乙兩隊(duì)在整個(gè)賽程中的比分。 ③ 中場(chǎng)交換比賽場(chǎng)地時(shí)，能交換甲、乙兩隊(duì)比分的位置。 ④ 比賽時(shí)間結(jié)束時(shí)，能發(fā)出報(bào) 警指令；