【正文】 （ 1） 通過 8255可編程芯片驅(qū)動(dòng) 6個(gè) LED數(shù)碼顯示器和鍵盤， 在 6位 數(shù)碼管顯 示倒計(jì)時(shí)的時(shí)分秒值，用矩陣鍵盤設(shè)定初始倒計(jì)時(shí)的時(shí)分秒值并控制倒計(jì)時(shí)。 本次課程設(shè)計(jì)主要以 AT89C51單片機(jī)為核心， 結(jié)合外圍有關(guān)器件來實(shí)現(xiàn) 矩陣鍵盤輸入倒計(jì)時(shí)初始值進(jìn)行 數(shù)碼管的倒計(jì)時(shí)功能， 此次設(shè)計(jì)主要由硬件和軟件兩部分組成，硬件是由 Protues 連接硬件電路圖進(jìn) 行模擬仿真，軟件是用 Keil C 采用匯編語言或 C語言編譯程序?；趩纹瑱C(jī)的倒計(jì)時(shí)鐘的設(shè)計(jì) 摘 要 隨著數(shù)字集成技術(shù)和電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)的迅速發(fā)展 和計(jì)算機(jī)在社會(huì)領(lǐng)域的滲透 ， 單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入。在實(shí)時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往是作為一個(gè)核心部件來使用，僅單片機(jī)知識(shí)是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對(duì)具體應(yīng)用對(duì)象特點(diǎn)的軟件結(jié)合，以作完善。通過此次設(shè)計(jì)加深了我對(duì)單片機(jī)知識(shí)的運(yùn)用與理解，同時(shí)提高了我的實(shí)際電路設(shè)計(jì)能力。 （ 2） 在本設(shè)計(jì)中選定用 AT89C51單片機(jī)，用六位共 陰 LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示倒計(jì)時(shí)時(shí)分秒值，用 16個(gè)按鍵開關(guān)組成 4*4 矩陣鍵盤。 設(shè)計(jì)目的和意義 （ 1） 掌握單片機(jī)中 C語言和匯編語言的使用 （ 2） 學(xué)會(huì)使用 Protues 以及 Keil 軟件的編輯使用 （ 3） 真正理解單片機(jī)中軟硬件結(jié)合工作的原理 （ 4） 學(xué)會(huì)查閱資料進(jìn)行課程設(shè)計(jì) （ 5） 培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的學(xué)習(xí)態(tài)度 2 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 總體方案設(shè)計(jì) 方案設(shè)計(jì) 與論證 近年來隨著計(jì)算機(jī)在社會(huì)領(lǐng)域的滲透，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測(cè)日新月異更新。 3 可見倒計(jì)時(shí)器在社會(huì)中的重要性。 方案一：基于 AT89C51單片機(jī)的 LCD液晶顯示模塊 1602顯示的倒計(jì)時(shí)器。 方案二：基于 AT89C51單片機(jī)的數(shù)碼管顯示模塊顯示的倒計(jì)時(shí)器。此電路對(duì)于倒計(jì)時(shí)器中的 LED數(shù)碼管顯示器來說，采用以軟件為主的接口方法，即不使用專門的硬件譯碼器，而采用軟件程序進(jìn)行譯碼。首先方案一雖然硬件電路簡(jiǎn)單，但造價(jià)較高，且在編寫程 序?qū)崿F(xiàn)所要求的功能時(shí)較難；而方案二所用的顯示模塊是比較熟悉的數(shù)碼管，編寫程序時(shí)相對(duì)容易，且電路造價(jià)不高。 總體方案設(shè)計(jì) 根據(jù)系統(tǒng)的要求以及方案論證，確定系統(tǒng)的總體方案如圖 1所示。 AT89C51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。 AT89C51芯片圖如圖 2所示： 圖 2 AT89C51單片機(jī)芯片圖 在本設(shè)計(jì)中用到的 AT89C51的 主要特性： 全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz；三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定； 32可編程 I/O 線；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 。 P2口： 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。 ALE：當(dāng)訪 問外部存儲(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)。當(dāng) EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件， XTAL2應(yīng)不接。 （ 2） 8255A介紹 8255A是有 40引腳的可編程并行接口芯片， 8255A具有 24個(gè)可編程設(shè)置的 I/O口，包括 3組 8位的 I/O為 PA口、 PB口、 PC口，又可分為 2組 12位的 I/O口： A組包括A口及 C口高 4位， B組包括 B口及 C組的低 4位。 CS 非為片選信號(hào)，低電平有效，有效時(shí)表明該 8255 被選中。 A1 和 A0 是端口選擇信號(hào)， A1和 A0 分別與單片機(jī)的第二位地址線 和 相連，用于選擇不同的端口： 當(dāng) A1A0=00B 時(shí)，選擇端口 A。 當(dāng) A1A0=10B 時(shí)，選擇端口 C。 8255A 是可編程并行接口芯片，因此可以通過編程設(shè)定其工作方式。我們可以通過程序把兩個(gè)控制字送到 8255A 的控制字寄存器以設(shè)定 8255 的工作方式和端口 PC 各口的狀態(tài)。在單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)時(shí)鐘振蕩電路，只要外界一個(gè)振蕩源就能產(chǎn)生一定的時(shí)鐘信號(hào)送到單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)單元，決定單片機(jī)的工作速度，現(xiàn)在一般單片機(jī)都自帶有時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路，沒有外部時(shí)鐘電路也能正常工作，為 了清楚起見，設(shè)了簡(jiǎn)單的外圍 振蕩 時(shí)鐘 電路 。外圍 振蕩和復(fù)位 時(shí)鐘電路如圖 4所示。此電路在加電大約延遲 10ms 后振蕩器起振，在XTAL2 引腳產(chǎn)生幅度為 3V 左右的正弦波時(shí)鐘信號(hào)，其振蕩頻率主要有石英晶體的頻率決定。本系統(tǒng)的 C C2 的值為 30pf。 地址數(shù)據(jù)鎖存 電路 的設(shè)計(jì) 因?yàn)閱纹瑱C(jī) P0 口是地址數(shù)據(jù)輸入 /輸出端，而 AT89C51 單片機(jī) P0 口直接輸出的是數(shù)據(jù)，要分離出地址，必須接地址數(shù)據(jù)鎖存器 74LS373 把地址和數(shù)據(jù)分開送入 8255A。 圖 5 地址數(shù)據(jù)鎖存電路 一般 74LS373 的 D口輸入的是 P0口直接輸出的數(shù)據(jù)， Q口輸出的是地址，其中 Q0、 Q1接 8255A 的 A0、 A1 口， A0、 A1 是 8255 的四種工作方式選擇控 制鍵。其中靜態(tài)顯示的特點(diǎn)是顯示穩(wěn)定不閃爍，程序編寫簡(jiǎn)單，但占用端口資源多，所耗的電能較大；動(dòng)態(tài)顯示的特點(diǎn)是顯示穩(wěn)定性沒靜態(tài)好，程序編寫復(fù)雜，但是相對(duì)靜態(tài)顯示而言占用端口資源少。 本系統(tǒng)的倒計(jì)時(shí)間要倒計(jì)時(shí)分秒，要顯示出所有的值，從而可知數(shù)碼管顯示電路要用到 6 位數(shù)碼管。數(shù)碼管有段選和位選控制，在此電路中有 6個(gè)位選， 8個(gè)段選（每一個(gè)數(shù)碼管的段選進(jìn)行并聯(lián)）。電路如圖 6所示。 本系統(tǒng)的矩陣電路的作用是能否夠設(shè)定倒計(jì)時(shí)的初始值，還可以按軟件中設(shè)定的幾個(gè)鍵的功能，來實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)開始，暫停與繼續(xù)倒計(jì)時(shí)，倒計(jì)時(shí)結(jié)束的控制，倒計(jì)時(shí)是按時(shí)十位、時(shí)個(gè)位、分十位、分個(gè)位、秒十位、秒個(gè)位的順序依次排列顯示的，用編碼好的 0— 9 十個(gè)數(shù)字鍵來設(shè)定倒計(jì)時(shí)初值，按一下對(duì)應(yīng)的鍵時(shí)，對(duì)應(yīng)的數(shù)字顯示到顯示頻上，顯示器顯示數(shù)字的順序依次是從左到右，之后再按開始倒計(jì)時(shí)鍵時(shí)、開始倒計(jì)時(shí)。 圖 7 矩陣鍵盤電路 (注：連接為網(wǎng)絡(luò)布線 ) 系統(tǒng)總體電路 基于 AT89C51 和 8255A 的倒計(jì)時(shí)鐘設(shè)計(jì)以 AT89C51 單片機(jī)為核心，起著控制作用，使用 8255A芯片作為擴(kuò)展 I/O作用。系統(tǒng)的電路模塊包括外圍時(shí)鐘電路，地址數(shù)據(jù)鎖存電路，六位數(shù)碼管顯示電路，矩陣鍵盤電路。 10 圖 8 倒計(jì)時(shí)鐘總體電路圖 本設(shè)計(jì)主要是 AT89C51芯片通過 8255A I/O擴(kuò)展芯片連接控制矩陣鍵盤和 LED顯示器實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)鐘的功能。鍵盤設(shè)置如圖 9所示： 圖 9 鍵盤按鍵分布 系統(tǒng)所用元器件 本系統(tǒng)所用的元器件清單如表 2 所示。為了結(jié)構(gòu)清晰還編寫了一些小的輔助程序，比如延時(shí)程序、定時(shí)器設(shè)計(jì)程序、 開始計(jì)時(shí)子程序、結(jié)束計(jì)時(shí)子程序、暫停計(jì)時(shí)子程序等。 圖 10 軟件系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案框圖 軟件系統(tǒng)流程圖 主程序流程圖 程序開始前得先對(duì)程序中用到的一些量進(jìn)行定義，尤其注意的是必須得先定義 8255的 PA、 PB、 PC口的端口地址以及控制字的端口地址。然后給 8255芯片設(shè)定 PA和 PB口為輸入端口 PC的低四位位輸入端口，而高四位為輸出端口，進(jìn)入死循環(huán)函數(shù)，在循環(huán)函數(shù)中，先對(duì)矩陣進(jìn)行掃描，如果有鍵按下返回按鍵值，調(diào)用顯示程序送與顯示器顯示，調(diào)用倒計(jì)時(shí)程序，又對(duì)矩陣進(jìn)行掃描，如果有開始鍵按下，執(zhí)行判斷語句，若為真 則進(jìn)入倒計(jì)時(shí)方式，若為假則跳出該倒計(jì)時(shí)方式。顯示子程序流程圖如圖 13所示。通過逐行掃描給各行的各個(gè)鍵賦鍵值并判斷那個(gè)鍵按下。 定義字型碼 給 8255 PB 口賦段選值 給 8255 PA口賦位選值 調(diào)用延時(shí)子程序 在相應(yīng)的位顯示值 給 PA 口 PB 口賦不同的值 循環(huán) 6 次 開始 子程序返回 15