【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 電源方案的選擇 系統(tǒng)需要多個(gè)電源， AT89C51使用 5V穩(wěn)壓電源，驅(qū)動(dòng)芯片需要 550V電壓驅(qū)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)等需要 12V穩(wěn)壓電源。 方案一：采用升壓型穩(wěn)壓電路。用兩片 MC34063芯片分別將 3V的電池電壓進(jìn)行直流嶄波調(diào)壓，得到 5V和 12V的穩(wěn)壓輸出。只需使用兩節(jié)電池，既節(jié)省了電池，又減小系統(tǒng)體積重量但該電路供電電流小，供電時(shí)間短， 無(wú)法使相對(duì)龐大的系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)作。 方案二：采用三端穩(wěn)壓集成 7805與 7812分別得到 5V和 12V的穩(wěn)定電壓。利用該方法方便簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定可靠。 綜上所述，選擇方案二，采用三端穩(wěn)壓器電路。 槍答器鍵盤的選擇 鍵盤是單片機(jī)不可缺少的輸入設(shè)備，是實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話的紐帶。鍵盤按結(jié)構(gòu)形式可以分為非編碼鍵盤和編碼鍵盤，前者用軟件方法產(chǎn)生鍵碼，而后者則用硬件方法來(lái)產(chǎn)生鍵碼。在單片機(jī)中使用的都是非編碼鍵盤，因?yàn)榉蔷幋a鍵盤結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，非編碼鍵盤的類型很多，常用的有獨(dú)立式鍵盤，行列式鍵盤等。 方案一：獨(dú)立式鍵盤 鍵盤 接口中使用多少根 I/O線，鍵盤中就有幾個(gè)按鍵，鍵盤接口使用了 8根 I/O口線，該鍵盤就有 8個(gè)按鍵，這種類型的鍵盤，其按鍵比較少，且鍵盤 中各按鍵的工作互不干擾。因此可以根據(jù)實(shí)際需要對(duì)鍵盤中的按鍵靈活的編碼。如圖 7。 P101234567獨(dú)立式鍵盤 最簡(jiǎn)單的編碼方式就是根據(jù) I/O輸入口所直接反映的相應(yīng)按鍵，按下的狀態(tài)進(jìn)行編碼，稱按鍵直接狀態(tài)碼，對(duì)于這樣編碼的獨(dú)立式鍵盤， CPU可以通過(guò)直接讀取I/O口的狀態(tài)來(lái)獲取按鍵的直接狀態(tài)編碼值，根據(jù)這個(gè)值直接進(jìn)行按鍵識(shí)別，這樣形式的鍵盤結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，按鍵識(shí)別容易。 獨(dú)立式鍵盤的缺點(diǎn)是需要占用比較多的 I/O口線，當(dāng)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)鍵盤中需要的按鍵比較少或 I/O口線比較富余時(shí)，可以采用這樣類型的鍵盤。 方案二：行列式鍵盤 行列式鍵盤是用 N條 I/O線作為行線， M條 I/O線作為列線組成的鍵盤，在行線和列線的每個(gè)交叉點(diǎn)上，設(shè)置一個(gè)按鍵中按鍵的個(gè)數(shù)是 M*N個(gè)。這種形式的鍵盤結(jié)構(gòu)，能夠有效的提高單片機(jī)系統(tǒng)中 I/O的利用率，列線接 ~~，行列適用 于按鍵輸入多的情況。 0123456789ABCDEFP 1 . 0P 1 . 1P 1 . 2P 1 . 3P 1 . 4P 1 . 5P 1 . 6P 1 . 7行列式鍵盤 CPU對(duì)鍵盤的掃描可以采用取程序控制的隨機(jī)方式，即只有在 CPU空閑是時(shí)才去掃描鍵盤，響應(yīng)操作人員的鍵盤輸入，但 CPU在執(zhí)行應(yīng)用程序的過(guò)程中，不能響應(yīng)鍵盤輸入，對(duì)鍵盤的掃描可以采用定時(shí)方式，即利用單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器每隔一定時(shí)間對(duì)鍵盤掃描一次，這樣控制方式，不管鍵盤上有無(wú)鍵閉合， CPU總是定時(shí)的關(guān)心鍵盤狀態(tài)。 在大多數(shù)情況下， CPU對(duì)鍵盤可能進(jìn)行空掃描。為了提高 CPU的效率而又能及時(shí)響應(yīng)鍵盤輸入，可以采用中斷方式，既 CPU平時(shí)不必掃描鍵盤，只要當(dāng)鍵盤上有鍵盤閉合時(shí)就產(chǎn)生中斷請(qǐng)求，向 CPU申請(qǐng)中斷后，立即對(duì)鍵盤上有鍵盤進(jìn)性掃描，識(shí)別閉合鍵，并做相應(yīng)的處理。 根據(jù)以上的論述，采用方案一，在本系統(tǒng)中采用了獨(dú)立式鍵盤，其按鍵比較少，且鍵盤中各個(gè)按鍵的工作互不干擾。如圖 8所示。 計(jì)分器顯示模塊 顯示模塊必須要顯示三位數(shù)為一組 ,本系統(tǒng)設(shè)計(jì)為八組 ,共要顯示 27位數(shù)。采用靜態(tài)顯示，其方案如下： 方案一：不帶鎖存方式 。顯示器由 9個(gè)共陰極數(shù)碼管組成。輸入只 有兩個(gè)信號(hào)，它們是串行數(shù)據(jù)線 DIN和移位信號(hào) CLK。 9個(gè)串 /并移位寄存器芯片 74LS164首尾相連， 74LS164為 8位串入并出移位寄存器， 2為串行輸入端， Q0Q7為并行輸出端，CLK為移位時(shí)鐘脈沖上升沿移入一位； MR為清零端，低電平時(shí)并行輸出為零。實(shí)驗(yàn)證明在顯示位數(shù)超出 6位，數(shù)碼管有閃爍的現(xiàn)象。 方案二：帶鎖存方式 。采用帶有鎖存功能的移位寄存器 74LS595芯片， 74595的數(shù)據(jù)端： QAQH: 八位并行輸出端，可以直接控制數(shù)碼管的 8個(gè)段。 QH39。: 級(jí)聯(lián)輸出端。我將它接下一個(gè) 595的 SI端。 SI: 串行數(shù)據(jù)輸入端。 74595的控制端說(shuō)明：SRCLR(10腳 ): 低點(diǎn)平時(shí)將移位寄存器的數(shù)據(jù)清零。通常接 Vcc。 SRCK(11腳 )：上升沿時(shí)數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)移位。 QAQBQC...QH；下降沿移位寄存器數(shù)據(jù)不變。（脈沖寬度： 5V時(shí)，大于幾十納秒就行了。我通常都選微秒級(jí)） RCK(12腳 )：上升沿時(shí)移位寄存器的數(shù)據(jù)進(jìn)入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)寄存器，下降沿時(shí)存儲(chǔ)寄存器數(shù)據(jù)不變。 (通常我將 RCK置為低電平， ) 當(dāng)移位結(jié)束后，在 RCK端產(chǎn)生一個(gè)正脈沖（ 5V時(shí)，大于幾十納秒就行了。我通常都選微秒級(jí)），更新顯示 數(shù)據(jù)。 13腳 : 高電平時(shí)禁止輸出（高阻態(tài)）。如果單片機(jī)的引腳不緊張，用一個(gè)引腳控制它，可以方便地產(chǎn)生閃爍和熄滅效果。比通過(guò)數(shù)據(jù)端移位控制要省時(shí)省力。 74164和 74595功能相仿，都是 8位串行輸入轉(zhuǎn)并行輸出移位寄存器。 74164的驅(qū)動(dòng)電流 (25mA)比74595(35mA)的要小 ,14腳封裝，體積也小一些。 74595的主要優(yōu)點(diǎn)是具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)寄存器，在移位的過(guò)程中，輸出端的數(shù)據(jù)可以保持不變。這在串行速度慢的場(chǎng)合很有用處，數(shù)碼管沒有閃爍感。與 164只有數(shù)據(jù)清零端相比， 595還多有輸出端時(shí)能 /禁止控制端，可以使輸 出為高阻態(tài)。 根據(jù)以上論證，采用方案二。 計(jì)分器鍵盤的選擇 方案一：行列式鍵盤 行列式鍵盤是用 N條 I/O線作為行線， M條 I/O線作為列線組成的鍵盤，在行線和列線的每個(gè)交叉點(diǎn)上，設(shè)置一個(gè)按鍵中按鍵的個(gè)數(shù)是 M*N個(gè)。這種形式的鍵盤結(jié)構(gòu)，能夠有效的提高單片機(jī)系統(tǒng)中 I/O的利用率，列線接 ~~，行列適用于按鍵輸入多的情況。 方案二：獨(dú)立式鍵盤 鍵盤接口中使用多少根 I/O線，鍵盤中就有幾個(gè)按鍵，鍵盤接口使用了 16根 I/O口線，需要占用比較多的 I/O口線這種類型的鍵盤， 根據(jù)以上論證，采用方案一。 4 模塊的最終方案 主控制器模塊：采用 AT89C51單片幾機(jī)控制 搶答器顯示模塊：數(shù)碼管顯示 電源方案的選擇：采用三端穩(wěn)壓器電路 槍答器鍵盤模塊：獨(dú)立式鍵盤 計(jì)分器顯示模塊：采用帶有鎖存功能的移位寄存器 74LS595芯片 計(jì)分器鍵盤模塊：行列式鍵盤 5 電子智能搶答器 系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) 計(jì)分器的電路設(shè)計(jì) 主控制器采用 AT89C51單片機(jī)作為微處理器， AT89C51是美國(guó) ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能 CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含 4K bytes的可反復(fù)擦寫的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器和 128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM），器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8位中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲(chǔ)單元。 計(jì)分器的工作原理是采用最小系統(tǒng)，用 4x4鍵盤來(lái)輸入是選手需要加減進(jìn)行分?jǐn)?shù)的加減輸入。主板上的 6個(gè)數(shù)碼顯示，加幾分的數(shù)，按確定鍵后分?jǐn)?shù)值從串口 。原理圖如圖 9所示 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBA標(biāo)題圖號(hào) 修訂尺寸B日期 : 2 3 J u n 2 00 8 第 張 共 張文件 : J : \ 搶答器記分器 .D d b 制圖人 :E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 101P 112P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10U9 8 9S 5 112U 1 A7 4A L S 0634U 1 B7 4A L S 0656U 1 C7 4A L S 0689U 1 D7 4A L S 06A02A13A24A35A46A57A68A79B018B117B216B315B414B513B612B711E19D I R1U27 4A L S 24 5S1 S2 S3 S4S5S9S 13S6S 10S 14S7S 11S 15S W P BS8S 12S 16R11 0KR21 0KR31 0K R41 0KA0A1A2A3A4A5A6A7A0A1A2A3A4A5A6A7A0A1A2A3A4A5A6A7A0A1A2A3A4A5A6A7A0A1A2A3A4A5A6A7V C CB0B1B2B3B4B5B6B7B0 B1 B2 B31 2J1C O N 2C13 0PC23 0PR51 0KY1S0C31 0u FV C CR9R9C4 1 00 0 u FC50 .1 uFR65 .6 KD0