【正文】 ”字符的字形代碼應(yīng)為 10001100（ 8CH）。在本次設(shè)計(jì)中，采用的是靜態(tài)顯示。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。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。下圖為 4位 LED顯示器動(dòng) 態(tài)顯示路。 由于所有的段選碼連在一起，所以同一瞬間只能顯示同一種字符。（如果 LED為共陰則 ~~高電平，如果 LED為共陽(yáng)則 ~~。再將顯示的數(shù)字“ 5”延時(shí) 5~10ms，以造成視覺(jué)暫留效果；同時(shí)代碼由 。為了使顯示效果更加穩(wěn)定，可以使每個(gè)數(shù)碼管顯示的數(shù)字不斷的重復(fù)，但其中重復(fù)頻率達(dá)到了一定的程度的時(shí)候，加之人眼睛本身的視覺(jué)暫留效果的作用，便可以看到相當(dāng)穩(wěn)定的“ 5678”四個(gè)數(shù)字。 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 表 28 模擬過(guò)程表 LED顯示器接口實(shí)例 由 LED的結(jié)構(gòu)及工作原理可知，要想在 LED上顯示數(shù)據(jù)或者字母，則首先必須要把待顯示的數(shù)據(jù)或者字母轉(zhuǎn)換成 LED的 7位顯示代碼，方可顯示相應(yīng)的數(shù)字或者字母。本次設(shè)計(jì)采用的是專用硬件譯碼器 74HC573實(shí)現(xiàn)。 變量譯碼器的輸出表示輸入變量的狀態(tài)。 兩者的功能及引腳完全一樣，功能見下表。 碼制變換譯碼器是將一種代碼變換為另一種代碼的電路。 (1)顯示器件 常見的顯示器有白熾燈、輝光數(shù)碼管、熒光數(shù)碼管、發(fā)光二極管（ LED）和液晶顯示器（ LCD）等。我們只對(duì)發(fā)光二極管顯示器作一簡(jiǎn)單介紹。共陽(yáng)極接法的器件如 LA5011， LA5021， LA5031等。 (2)顯示譯碼器 由于 LED顯示器有共陽(yáng)極和共陰極兩種結(jié)構(gòu)，故所對(duì)應(yīng)的顯示譯碼器也不同，使用共陽(yáng)數(shù)碼管時(shí)，公共陽(yáng)極接電源電壓，七個(gè)陰極 a~g由相應(yīng)的 BCD七段譯碼器的輸出來(lái)驅(qū)動(dòng)。若數(shù)碼管為共陰，則選用輸出為高電平有效的顯示譯碼器。 驅(qū)動(dòng)共陰數(shù)碼管的 BCD七段的譯碼器有 744 74LS48等，該功能 CMOS電路為74HC573及 MC14513等。 D、 C、 B、 A為BCD碼輸入端， BI為隱功能端。 LT為測(cè)試端，LT=1時(shí)，正常顯示； LT=0時(shí)，顯示器顯示 8。 由計(jì)數(shù)器、顯示譯碼器和顯示器構(gòu)成的顯示系統(tǒng)由 CD40150組成。 MR為清零端，當(dāng)該端為低電平時(shí)，計(jì)數(shù)器清 0。只有 MR、 PE、 CEP和 CET均為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器才進(jìn)行加法計(jì)數(shù)。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。 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。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號(hào)通過(guò)電磁線圈，使得電磁線圈 產(chǎn)生了 一個(gè)磁場(chǎng)。 在本設(shè)計(jì)中，由于只要求 LED顯示器顯示 0~9是個(gè)數(shù)字，因此我們選用 74HC573作為 LED數(shù)碼管的鎖存器芯片。這些閂鎖出現(xiàn)透明的數(shù)據(jù)（即，輸出的變化異步）當(dāng)鎖存使能高。 具體特點(diǎn)如下： （ 1） 輸出直接連接到 CMOS， NMOS和 TTL （ 2） 工作電壓范圍： V （ 3） 低輸入電流： mA （ 4） 高噪聲 CMOS器件的免疫特性 引腳圖如下： 圖 74HC573引腳分布圖 其中 OE為使能端， 0~7為 段 碼輸出端 ， D0~D7為單片機(jī)信號(hào)輸入端， LE為位碼選擇端口 。當(dāng)無(wú)鍵按下時(shí)，行 線處于高電平狀態(tài)；當(dāng)有鍵按下時(shí)，行、列線將導(dǎo)通，此時(shí)，行線電平將由與此行線相連的列線電平?jīng)Q定。然而，矩陣鍵盤中的行線、列線和多個(gè)鍵相連，各按鍵按下與否均影響該鍵所在行線和列線的電平，各按鍵間將相互影響，因此，必須將行線、列線信號(hào)配合起來(lái)作適當(dāng)處理，才能確定閉合鍵的位置。 CPU 根據(jù)行平電的變化，便能判定相應(yīng)的行有鍵按下。為進(jìn)一步確定具體鍵，不能使所有列線在同一時(shí)刻都處在低電平，可在某一時(shí)刻只讓一條列線處于低電平，其余列線均處于高電平，另一時(shí)刻，讓下一列處在低電平，依次循環(huán)，這種依次輪流每次選通一列的工作方式稱為鍵盤掃描。 ? 第 2步：將行線作為輸入線，列線作為輸出線，并將輸出線輸出為低電平，讀行線狀態(tài)，則行線中電平為低的是按鍵所在的行。 鍵盤的編碼 ： 按鍵數(shù)量少，可根據(jù)實(shí)際需要靈活編碼。 編程掃描方式 編程掃描方式是利用 CPU 完成其他工作的空余調(diào)用鍵盤掃描子程序來(lái)響應(yīng)鍵盤輸入的要求。 鍵盤掃描程序一般應(yīng)包括以下內(nèi)容： （ 1）判別有無(wú)鍵按下。 （ 3）用計(jì)算法或查表法得到鍵值。 （ 5）將閉合鍵鍵號(hào)保存，同時(shí)轉(zhuǎn)去執(zhí)行該閉合鍵的 功能。 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 中斷掃描方式 當(dāng)無(wú)鍵按下時(shí)， CPU 處理自己的工作，當(dāng)有鍵按下時(shí)，產(chǎn)生中斷請(qǐng)求， CPU轉(zhuǎn)去執(zhí)行鍵盤掃描子程序，并識(shí)別鍵號(hào)。 在 鍵盤 中按鍵數(shù)量較多時(shí)，為了減少 I/O 口的占用，通常將按鍵排列成矩陣 形式，如圖 1 所示。這樣，一個(gè)端口（如 P1口）就可以構(gòu)成 4*4=16 個(gè)按鍵，比之直接將端口線用于鍵盤多出了一倍，而且線數(shù)越多，區(qū)別越明顯，比如再多加一條線就可以構(gòu)成 20鍵的鍵盤， 而直接用端口線則只能多出一鍵（ 9 鍵）。 矩陣式結(jié)構(gòu)的鍵盤顯然比直接法要復(fù)雜一些，識(shí)別也要復(fù)雜一些，圖中 ，列線通過(guò)電阻接正電源，并將行線所接的單片機(jī)的 I/O口作為輸出端，而列線所接的 I/O口則作為輸入。行線輸出是低電平，一旦有鍵按下，則輸入線就會(huì)被拉低，這樣，通過(guò)讀入輸入線的狀態(tài)就可得知是否有鍵按下了。 Protel DXP在文件交換方面也有很大的進(jìn)展。 Protel DXP作為新推出的優(yōu)秀的電子 CAD設(shè)計(jì)軟件，具有以下特點(diǎn)： (1) 通過(guò)設(shè)計(jì)文件包的方式，將原理圖編輯、電路仿真、 PCB圖設(shè)計(jì)以及打印這些功能有機(jī)地結(jié)合在一起，提供了一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境。 (3) 提供了豐富的原理圖元件庫(kù)和 PCB封裝庫(kù)，并且為設(shè)計(jì)新的器件封裝提供了封裝向?qū)С绦?，?jiǎn) 化了封裝設(shè)計(jì)過(guò)程。 (5) 提供了強(qiáng)大的查錯(cuò)功能。 (6) 全面兼容 Protel系列以前的版本設(shè)計(jì)文件，并提供了與 OrCAD格式文件的轉(zhuǎn)換功能。 Protel DXP工作總體流程 1. 設(shè)計(jì)原理圖元件 :雖然 Protel DXP提供了豐富的原理圖元件庫(kù)，但是南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 并不可能將所有的元件都收到這些庫(kù)中。根據(jù)具體電路的復(fù)雜程度決定是否需要使用層次原理圖。網(wǎng)絡(luò)表可以從原理圖中獲得，也可以從印制電路板中提取。如果發(fā)現(xiàn)元件封裝庫(kù)中沒(méi)有需要的元件，可以自己動(dòng)手設(shè)計(jì)元件封裝。首先根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和工藝要求，繪制 PCB板輪廓，并確定 PCB的工藝要求 (如使用幾層板，加工精度等 )；然后將原理圖傳輸?shù)?PCB板中來(lái)，在網(wǎng)絡(luò)表、設(shè)計(jì)規(guī)則和原理圖的引導(dǎo)下布局和布線；最后利用 DRC(設(shè)計(jì)規(guī)則檢查 )工具查錯(cuò)。需要打印的文檔包括原理圖、 PCB圖的 絲印層以及器件清單文件等各種報(bào)表文件，這些報(bào)表也是重要的工藝設(shè)計(jì)文件。 Protel DXP設(shè)計(jì)環(huán)境 當(dāng)用戶啟動(dòng) Protel DXP后，系統(tǒng)將進(jìn)入 Protel DXP管理器設(shè)計(jì)環(huán)境(Design Explorer)，如圖 ，所有 Protel DXP功能都是從這個(gè)環(huán)境啟動(dòng)的。 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 圖 Protel DXP的設(shè)計(jì)環(huán)境 Protel DXP組成 在 Protel DXP設(shè)計(jì)環(huán)境下，單擊菜單【 File】 /【 New】命令，從【 New】子菜單中可以選擇建立項(xiàng)目文件，包括 PCB、 Schematic、 FPGA、 VHDL以及相關(guān)的庫(kù) (Library)文件。 (1) Schematic(原理圖 )設(shè)計(jì)編輯。 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 (2) VHDL程序的編寫。 (3) PCB的設(shè)計(jì)制作。 (4) 原理圖元件庫(kù)的生成。 (5) PCB庫(kù)的生成。 (6) PCB項(xiàng)目。 (7) FPGA項(xiàng)目。 (8) 集成化庫(kù)文件的管理。 (9) 嵌入式設(shè)計(jì)項(xiàng)目的生成。 (10) Text Document。 (11) CAM Document。 Protel DXP的文件管理 Protel DXP將所有的設(shè)計(jì)文檔保存為獨(dú)立的文件，可以使用 Windows資源管理器找到它們。因此，在以后的敘述中，文檔和文件表示同一個(gè)意思，不再區(qū)分。 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 表 Protel DXP設(shè)計(jì)文檔擴(kuò)展名 .1 創(chuàng)建一個(gè)新文件項(xiàng)目 (Project) 在圖 Protel DXP的設(shè)計(jì)環(huán)境下，執(zhí)行菜單命令【 File】 /【 New】 /【 PCB Project】，如圖 。從集成環(huán)境左側(cè)的項(xiàng)目管理器【 Projects】面板中可以看到這個(gè)新建的項(xiàng)目，如圖 。這樣，一個(gè)新的項(xiàng)目文件創(chuàng)建完畢，如圖 。可以添加的文檔類型很多，有原理圖、原理圖庫(kù)、 PCB庫(kù)和 VHDL文檔等，詳細(xì)的內(nèi)容會(huì)在以后各章講解。 在如圖 ，當(dāng)前項(xiàng)目的名字已經(jīng)換成了“ ” 。通過(guò)執(zhí)行菜單【 File】 /【 Save As】命令， 可以將這個(gè)文檔重新命名為“ ” 保存，如圖 。通過(guò)執(zhí)行菜單【 File】 /【 Save As】命令，可以將這個(gè)文檔重新命名為“ ” 保存，如圖 。可以看出， Protel DXP將文檔按類型在項(xiàng)目南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 面 板中分類列出?？梢园凑諆煞N方法切換當(dāng)前正在編輯的文件：一種方法是單擊圖 ，另一種方法是單擊如圖 的文件名選項(xiàng)。 圖 通過(guò)文件名選項(xiàng)切換當(dāng)前編輯文件 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 .6 從項(xiàng)目中去除文件 在如圖 ，用右鍵單擊欲刪除的文件，彈出如圖。 圖 刪除文件 圖 確認(rèn)刪除提示框 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 .7 將文件加入項(xiàng)目 自由文檔也可以加入項(xiàng)目中。 圖 自由文檔 圖 把自由文件加入項(xiàng)目 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 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)成框圖如圖所視 。利用共陰 LED作 為顯示器件。另外 2個(gè) LED顯示器則用于計(jì)錄賽程的時(shí)間，其中 1個(gè)用于顯示分鐘 秒鐘 ； 1個(gè)用于顯示 24秒計(jì)時(shí) 。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。 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，特定在本設(shè)計(jì)中設(shè)立了 16個(gè)按鍵。 （ 16個(gè)矩陣鍵盤沒(méi)有完全應(yīng)用） 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)： STC89C51 鎖存器 芯片： SN74HC573AN 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 顯示器件： 4位 共陰 數(shù)碼管 按鍵：歐姆龍按鍵 在 34所示的計(jì)時(shí)電路中。比賽時(shí)間 預(yù)設(shè) 時(shí)間 為 12分鐘， 通過(guò)按鍵 K5鍵， 比賽分鐘加一 ；再按 K6鍵，設(shè)置比賽分鐘減一 。 從而達(dá)到比賽時(shí)間調(diào)整的效果。 當(dāng)比賽結(jié)束時(shí)，如果由于一些特殊原因需要增加比賽時(shí)間，這時(shí)增加比賽時(shí)間同樣由按鍵 K K K K8來(lái)設(shè)置，并且設(shè)置方法與上面所述一樣 ，但一般情況下只需要按 K5鍵來(lái)設(shè)置即可，因?yàn)榧訒r(shí)比賽一般只有幾分鐘而已。 啟動(dòng) / 暫停設(shè)置 當(dāng)時(shí)間設(shè)置完成后，比如設(shè)置賽程時(shí)間為 12分鐘，則在圖 34所示的 LED 顯示器上顯示為 1200， 12表示分鐘， 00表示秒鐘。 按鍵 K2為賽程啟動(dòng)和暫?？刂啤t此時(shí)按下 K3鍵， 就能 交換分?jǐn)?shù)。其中計(jì)分是用 2個(gè) LED 顯示器， 顯示格式為 0000和 0000。 當(dāng)比賽結(jié)束時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出鐘報(bào)警聲，提示賽程結(jié)束 ，同時(shí)紅色 LED亮起表示比賽結(jié)束 。 四位 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)。 本次設(shè)計(jì)采用的是動(dòng)態(tài) 驅(qū)動(dòng)方式。這樣單片機(jī) 每次顯示需要刷新，先選擇位碼，在選擇斷碼，這樣就能用盡量少的線來(lái)顯示更多的東西 ， 因此，使用這種方法單片機(jī)中 IO口 的開銷小。 下面是用 DXP畫的總體電路圖： 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 圖 硬件電路設(shè)計(jì) 最小系統(tǒng)板 電路部分 最小系統(tǒng)板電路 原理圖 部分 圖 單片機(jī)最小系統(tǒng)版 本次設(shè)計(jì)要使用到 STC89C51單片機(jī)的時(shí)鐘振蕩功能。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。諧振器本身對(duì)外接電容