【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，定時器，計數(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，且必須保持一定時間以使振蕩器重新啟動并且穩(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) 程序儲存器的加密 AT89C51 可使用對芯片上的三個加密位 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，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 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隨機(jī)數(shù)，這個隨機(jī)數(shù)會保存到真正復(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，價格便宜，接口容易實現(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，行點陣式和全點陣式。段 式與數(shù)碼管類似，行點陣式一般是英文字符，全點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 個發(fā)光二極管組成。中 7個長條形的發(fā)光管排列成“日”字形，另一個賀點形的發(fā)光管在顯示器的右下角作為顯示小數(shù)點用，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 8 圖 23 共陰與共陽極 LED顯示器 LED 顯示器顯示方式 點亮 LED 顯示器有兩種方式：一是靜態(tài)顯示；二是動態(tài)顯示。在本次設(shè)計中，采用的是靜態(tài)顯示。 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。從下圖可以看出，每位 LED顯示器需要單獨占用 8根端口線，因此，在數(shù)據(jù)較多的時候，往往不采用這種設(shè)計，而是采用動態(tài)顯示方式 [3]。 所謂動態(tài)顯示，就是將要顯示的多位 LED 顯示器采用一個 8 位的段選端口，然后采用動態(tài)掃描一位一位地輪流點亮各位顯示器。 圖 24 為 4位 LED 顯示器動態(tài)顯示電路。 圖 24 動態(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 9 在本次設(shè)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，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)計中的比分校正電路采用四輸入與門 74LS21 來實現(xiàn)。 74LS21 是雙 4輸入與門 。在 一個 芯 片 里有兩個相同的單元，其中一個任何一個都是 1/2 斷口。同型號的 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 報警器 長春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 10 報警器的分類 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 。 報警器工作原理 報警器的種類很多，比如：揚聲器，蜂鳴器等，本次設(shè)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，周期性的振動發(fā)聲 [2]。 長春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 11 第 三 章 硬件電路設(shè)計 系統(tǒng)硬件由以下幾個部分組成： （ 1）單片機(jī) 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 [7]。 系統(tǒng)方案設(shè)計 系統(tǒng)構(gòu)成框圖 基于單片機(jī)系統(tǒng)的籃球賽計時計分器的系統(tǒng)構(gòu)成框圖如圖 31 所視。 計 時 顯 示C D 4 5 1 1AT89C51C D 4 5 1 1計 分 顯 示復(fù) 位晶 振賽 程 時 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)計的核心元件。利用 7段共陰 LED 作為顯示器件。在本次設(shè)計中，共接入十個七段共陰 LED 顯示器，其中 6個用于記錄 甲、乙兩隊的分?jǐn)?shù)，每隊 3 個 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 LED 顯示器則用于記錄賽程的時間，其中兩個用于顯示分鐘；長春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 12 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(shè)置好，比賽開始時啟動計時，直至計時到零為止。根據(jù)設(shè)計，計時范圍可達(dá) 0— 99 分鐘，也完全滿足賽程的需要。 其次，為 了配合計時器和計分器校正、調(diào)整時間和比分，特在本設(shè)計中設(shè)立了 7個按鍵。其中 4個用于輸入甲、乙兩隊的分?jǐn)?shù)；另外 3 個則用于完成設(shè)置、調(diào)整、啟動和暫停賽程時間等功能 [6]。 器件選擇 本系統(tǒng)在設(shè)計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 這次設(shè)計的核心是：如何運用 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)計在電路上的實現(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點所在位置對應(yīng)的 LED 器件發(fā)光，就能得到結(jié)果。 本次設(shè)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(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，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 [3]。 計時電路部分 振蕩電路 本次設(shè)計要使用到 AT89C51 單片機(jī)的時鐘振蕩功能。 AT89C51 中有一個用于長春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 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 時鐘振蕩電路 圖 33 外部時鐘電路 長春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 14 圖 34 系統(tǒng)總體電路 長春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 15 圖 35 計時電路原理圖 計時電路的工作原理 計時電路如圖 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 16 LED 顯示器構(gòu)成。 其工作過程如下： 當(dāng)比賽準(zhǔn)備開始的時候，當(dāng)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(yīng)調(diào)分（十位）控制端 的 LE 輸出高電平，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，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 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(shè)置的時間即 [2]。 計分電路部分 8051 系列單片機(jī)除了有 4 個 8 位并行口外，還有一個能同時進(jìn)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(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