【文章內(nèi)容簡介】 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 [6]。 掉電模式 在掉電模式下，振蕩器停止工作，進(jìn)入掉電模式的指令是最后一條被執(zhí)行的指令，片內(nèi) RAM 和特殊功能寄存器的內(nèi)容在終止掉電模式前被凍結(jié)。推出掉電模式的唯一方法是硬件復(fù)位。復(fù)位后將重新定義全部特殊功能寄存器但不改變 RAM中的內(nèi)容，在 VCC 恢復(fù)到正常工作電平前，復(fù)位應(yīng)無效，且必須保持一定時(shí)間以使振蕩器重新啟動(dòng)并且穩(wěn)定的工作 [5]。 表 23 外部引腳狀態(tài)表 模式 空閑模式 空閑模式 掉電模式 掉電模式 程序存 儲(chǔ)器 內(nèi)部 外部 內(nèi)部 外部 ALE 1 1 0 0 /PROG 1 1 0 0 P0 數(shù)據(jù) 浮空 數(shù)據(jù) 浮空 P1 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) P2 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) P3 浮空 浮空 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 程序儲(chǔ)存器的加密 AT89C51 可使用對(duì)芯片上的三個(gè)加密位 LB LB LB3[2]進(jìn)行編程（ P） 或者不進(jìn)行編程（ U）。當(dāng)加密位 LB1 被編程時(shí)，在復(fù)位期間， EA 斷的邏輯電平長春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 被采樣并鎖存，如果單片機(jī)上電后一直沒有 服位，則鎖存起的初始值是一個(gè)隨機(jī)數(shù)，這個(gè)隨機(jī)數(shù)會(huì)保存到真正復(fù)位為止 [5]。 顯示器及其接口 顯示器介紹 顯示器是最常用的輸出設(shè)備，其種類繁多，但在單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最常用的是發(fā)光二極管顯示器（ LED）和液晶顯示器（ LCD）兩種。由于這兩種顯示器結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜，接口容易實(shí)現(xiàn)，因而得到廣泛的應(yīng)用。液晶顯示器分很多種類，按顯示方式可分為段式，行點(diǎn)陣式和全點(diǎn)陣式。段 式與數(shù)碼管類似，行點(diǎn)陣式一般是英文字符，全點(diǎn)陣式可顯示任何信息， 如漢字、圖形、圖表等 [4]。 兩者之間的 區(qū)別： （ 1）二極 本身發(fā)光， 液晶本身不發(fā)光，只是透射光。 （ 2） 二極管體積大，圖像質(zhì)量一般，適合作室外大屏幕，價(jià)格較低。液晶成本較高，面積無法做得很大，但圖像質(zhì)量很好，適合做顯示器。 （ 3）二 極管耗電大，液晶耗電小 。 （ 4） 二極管圖像刷新率低，液晶的高 結(jié)構(gòu)與原理 圖 22 7段 LED數(shù)碼管 如 圖 22， LED 顯示器又稱為數(shù)碼管， LED 顯示器由 8 個(gè)發(fā)光二極管組成。中 7個(gè)長條形的發(fā)光管排列成“日”字形，另一個(gè)賀點(diǎn)形的發(fā)光管在顯示器的右下角作為顯示小數(shù)點(diǎn)用，它能顯示各種數(shù)字及部份英文字母。 LEDD 顯示器有兩種不同的形式：一種是 8個(gè)發(fā)光二極管的陽極都連在一起的，稱之為共陽極 LED顯示器；另一種是 8個(gè)發(fā)光二極管的陰極都連在一起的，稱之為共陰極 LED 顯示器 [1]。 如圖 23所示。 長春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 圖 23 共陰與共陽極 LED顯示器 LED 顯示器顯示方式 點(diǎn)亮 LED 顯示器有兩種方式：一是靜態(tài)顯示；二是動(dòng)態(tài)顯示。在本次設(shè)計(jì)中，采用的是靜態(tài)顯示。 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。從下圖可以看出，每位 LED顯示器需要單獨(dú)占用 8根端口線，因此，在數(shù)據(jù)較多的時(shí)候，往往不采用這種設(shè)計(jì)，而是采用動(dòng)態(tài)顯示方式 [3]。 所謂動(dòng)態(tài)顯示，就是將要顯示的多位 LED 顯示器采用一個(gè) 8 位的段選端口，然后采用動(dòng)態(tài)掃描一位一位地輪流點(diǎn)亮各位顯示器。 圖 24 為 4位 LED 顯示器動(dòng)態(tài)顯示電路。 圖 24 動(dòng)態(tài)顯示圖 CD4094 芯片介紹 GN D GN D GN D8 根段馬線8 根段馬線8 根段馬線8 根段馬線端口 4端口 3端口 2端口 1GN D長春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 在本次設(shè)計(jì)的計(jì)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，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7 74HC、 74LS 系列芯片資料 [8]。 表 24 7 74HC、 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 AHC CMOS 8/8 AHCT COMS/TTL 8/8 HC COMS 25 8/8 HCT COMS/TTL 25 8/8 ACT COMS/TTL 10 24/24 F TTL 15/64 ALS TTL 10 15/64 LS TTL 18 15/24 報(bào)警器 長春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 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]。 長春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 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。 計(jì) 時(shí) 顯 示C D 4 5 1 1AT89C51C D 4 5 1 1計(jì) 分 顯 示復(fù) 位晶 振賽 程 時(shí) 間設(shè) 置 鍵 盤7 4 L S 2 1賽 程 比 分調(diào) 整 鍵 盤 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；長春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 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： 單片機(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)用于長春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 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 長春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 圖 34 系統(tǒng)總體電路 長春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 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，譯碼器以及長春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 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）控制端 的 LE 輸出高電平，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)?LE=1 時(shí)， CD4511 鎖存。 這時(shí)，只要將要顯示數(shù)據(jù)的代碼經(jīng)過 P1口的 CD4511的輸入端 A~~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