【正文】 32 所示 圖 32 時(shí)鐘振蕩電路 專 科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 20 頁(yè) 共 60 頁(yè) 圖 33 外部時(shí)鐘電路 專 科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 21 頁(yè) 共 60 頁(yè) 圖 34 系統(tǒng)總體電路 專 科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 22 頁(yè) 共 60 頁(yè) 圖 35 計(jì)時(shí)電路原理圖 專 科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 23 頁(yè) 共 60 頁(yè) 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LED 顯示器構(gòu)成。 AT89C51 中有一個(gè)用于構(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]。 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。 從理論上說(shuō)，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。 器件選擇 本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)的過(guò)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。 專 科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 18 頁(yè) 共 60 頁(yè) 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。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。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 ；2個(gè)用于顯示秒鐘。利用 7 段共陰 LED 作為顯示器件。 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。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]。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。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) 。 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 報(bào)警器的分類 蜂鳴器有兩類 3大品種 。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。 74LS21 是雙 4GN 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專 科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 16 頁(yè) 共 60 頁(yè) 輸入與門 。 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 24 為 4 位 LED 顯示器動(dòng)態(tài)顯示電路。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，專 科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 15 頁(yè) 共 60 頁(yè) 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]。在本次設(shè)計(jì)中，采用的是靜態(tài)顯示。 如圖 23所示。中 7個(gè)長(zhǎng)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。 專 科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 14 頁(yè) 共 60 頁(yè) （ 3）二 極管耗電大，液晶耗 電小 。 （ 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。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]。由于這兩種顯示器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，接口容易實(shí)現(xiàn)，因而得到廣泛的應(yīng)用。當(dāng)加密位 LB1 被編程時(shí)，在復(fù)位期間， EA 斷的邏輯電平被采樣并鎖存，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]。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(wú)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]。 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)。但 RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。 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。 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。 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。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。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。 /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。另外，該引腳被略微拉高。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。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。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如 表 22所示： 表 22 AT89C51特殊功能 表 端口引腳 第二功能 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)。當(dāng) P3口寫入 “1” 后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。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)。 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。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。 低功耗空閑和掉電模式 可直接驅(qū)動(dòng) LED 兩個(gè)外部中斷源 1 個(gè)串行中斷 兩個(gè) 16位可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器 32 個(gè)雙向 I/O 口 兼容 MCS— 51指令系統(tǒng) 在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。 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 門電流。 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。 P0 口： P0口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。 主要特性 AT89C51 的主要特性如 表 21所示： 表 21 AT89C51主要功能描述 管腳說(shuō)明 VCC：供電電壓。 如圖所示圖 21為 AT89C51 單片機(jī)基本構(gòu)造，其基本性能介紹如 圖 21： 圖 21 AT89C51引腳圖 AT89C51 本身內(nèi)含 40 個(gè)引腳， 32 個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含 2 個(gè)外中端口， 2個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ,2 個(gè)全雙工串行通信口， AT89C51專 科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 10 頁(yè) 共 60 頁(yè) 可以按 照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。它 是一個(gè)低功耗高性能單片機(jī)， 40 個(gè)引腳， 32 個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端 口，同時(shí)內(nèi)含 2 個(gè)外中斷口， 2個(gè) 16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ,2個(gè)全雙工串行通信口， AT89C51 可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。 AT89C51 是一個(gè)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)，內(nèi)置功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的 AT89C51 提供了高性價(jià)比的解決方案 [7]。 (3) 怎樣利用串行口來(lái)擴(kuò)展顯示接口等 [6]。 通過(guò)本次基于 C51 系列籃球計(jì)時(shí)計(jì)分器的設(shè)計(jì)，可以了解、熟悉有關(guān)單片機(jī)開發(fā)設(shè)計(jì)的過(guò)程，并加深對(duì)單片機(jī)的理解和應(yīng)用以及掌握單片機(jī)與外圍接口的一些方法和技巧，這主要表現(xiàn)在以下一些方面： 專 科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 8 頁(yè) 共 60 頁(yè) (1) 籃球賽計(jì)時(shí)計(jì)分系統(tǒng)包含了 8051 系列單片機(jī)的最小應(yīng)用系統(tǒng)的構(gòu)成，同時(shí)在此基礎(chǔ)上擴(kuò)展了一些使用性強(qiáng)的外圍接口。它具有價(jià)格低廉，性能穩(wěn)定，操作方 便并且易于攜帶等特點(diǎn)。 本次設(shè)計(jì)用由 AT89C51 編程控制 LED 七段數(shù)碼管作顯示的球賽計(jì)時(shí)計(jì)分系統(tǒng)。 通過(guò)此次基于單片機(jī)設(shè)計(jì)的籃球計(jì)時(shí)計(jì)分系統(tǒng)，我們可以更清楚詳細(xì)的了解單片機(jī)程序設(shè)計(jì)的基本指令功能、編程步驟和技巧來(lái)講述單片機(jī)編程，并對(duì)MCS51 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理進(jìn)行講述，以及基于單片機(jī)開 發(fā)應(yīng)用的相關(guān)芯片的工作原理，并且可以在將來(lái)的工作和學(xué)習(xí)中加以應(yīng)用 [5]。 設(shè)計(jì)意義 單片機(jī) 的 應(yīng)用 是具有高度 現(xiàn)實(shí)意義 的 。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了 便利條件。 目 錄 .............................................................................................................................. 5 第一章 引言 .................................................................................................................. 7 背景知識(shí)介紹 .................................................................................................. 7 設(shè)計(jì)意義 .......................................................................................................... 7 設(shè)計(jì)目的 .......................................................................................................... 7 第二章 系統(tǒng)硬件介紹 ............................................................................................. 9 MCS51 單片機(jī)簡(jiǎn)述 ................................................................................... 9 單片機(jī) AT89C51簡(jiǎn)介 ............................................................................ 9 主要特性 .............................................................................................. 10 管腳說(shuō)明 .............................................................................................. 10 芯片擦除 .............................................................................................. 12 掉電模式 .............................................................................................. 12 程序儲(chǔ)存器的加密 ..........