單片機(jī)籃球計(jì)時(shí)計(jì)分器課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　單片機(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)告</b></p><p><b>　　籃球計(jì)時(shí)計(jì)分器</b></p><p>　　姓 名： ××× </p><p>　　學(xué) 號： ×××××

2、 </p><p>　　專業(yè)班級： ×××× </p><p>　　指導(dǎo)老師： ××× </p><p>　　所在學(xué)院：××××××××××

3、 </p><p>　　2007年6月30日</p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　籃球比賽計(jì)時(shí)計(jì)分器是為了解決籃球比賽時(shí)計(jì)分與計(jì)時(shí)準(zhǔn)確的問題。此裝置利用單片機(jī)AT89C51完成了計(jì)時(shí)和計(jì)分的功能。該設(shè)計(jì)將介紹系統(tǒng)硬件與軟件的設(shè)計(jì)過程，采用該裝置可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行比分修改和時(shí)間的準(zhǔn)確顯示，具有低功耗，可靠性，安全

4、性以及低成本等特點(diǎn)。</p><p><b>　　1.1背景知識介紹</b></p><p>　　單片機(jī)又稱單片微控制器,它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片,而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。概括的講：一塊芯片就成了一臺計(jì)算機(jī)。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。同時(shí)，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。</p>

5、<p>　　單片機(jī)自20世紀(jì)70年代問世以來，以極其高的性價(jià)比受到人們的重視和關(guān)注，所以應(yīng)用很廣，發(fā)展很快。單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是體積小、重量輕、抗干擾能力強(qiáng)，對環(huán)境要求不高，價(jià)格低廉，可靠性高，靈活性好，開發(fā)較為容易。例如，80C51系列單片機(jī)已有十多年的生命期，如今仍保持著上升的趨勢，就充分證明了這一點(diǎn)。單片機(jī)以其一系列優(yōu)點(diǎn)，近幾年得到迅猛發(fā)展和大范圍推廣，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、智能化儀器儀表，及通訊設(shè)備、日常消費(fèi)

6、類產(chǎn)品、玩具等。并且已經(jīng)深入到工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)以及人民生活的各層次中，如車間流水線控制、自動化系統(tǒng)等、智能型家用電器等。而美國ATMEL公司開發(fā)生產(chǎn)了新型的8位單片機(jī)——AT89系列單片機(jī)。他不但具有一般MCS-51單片機(jī)的所有特性，而且還擁有一些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，此次設(shè)計(jì)中所用到的AT89C51就是其中典型的代表。</p><p>　　單片機(jī)內(nèi)部也用和電腦功能類似的模塊，比如CPU，內(nèi)存，并行總線，還有和硬盤作用相

7、同的存儲器件，用它來做一些控制電器一類不是很復(fù)雜的工作足矣了。我們現(xiàn)在用的全自動滾筒洗衣機(jī)、排煙罩、VCD等等的家電里面都可以看到它的身影。    </p><p>　　單片機(jī)是靠程序?qū)崿F(xiàn)功能的，并且可以修改。通過不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是特殊的獨(dú)特的一些功能。一個(gè)不是很復(fù)雜的功能要是用美國50年代開發(fā)的74系列，或者60年代的CD4000系列這些純硬件的話，電路一定

8、是一塊大PCB板。但是如果要是用美國70年代成功投放市場的系列單片機(jī)，結(jié)果就會有天壤之別。只因?yàn)閱纹瑱C(jī)的通過你編寫的程序可以實(shí)現(xiàn)高智能，高效率，以及高可靠性。 </p><p><b>　　1.2 設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　隨著單片機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，許多用單片機(jī)做控制的球賽計(jì)時(shí)計(jì)分系統(tǒng)也應(yīng)運(yùn)而產(chǎn)生，如用單片機(jī)控制LCD液晶顯示器計(jì)時(shí)計(jì)分器，用單片機(jī)控

9、制LED七段顯示器計(jì)時(shí)計(jì)分器等。</p><p>　　本設(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)。該系統(tǒng)具有賽程定時(shí)設(shè)置，賽程時(shí)間暫停，及時(shí)刷新甲、乙雙方的成績以及賽后成績暫存等功能。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)。廣泛適合各類學(xué)?；蛘咝⌒蛨F(tuán)體作為賽程計(jì)時(shí)計(jì)分。</p><p>　　通過本次基于C51系列籃球計(jì)時(shí)計(jì)分器的設(shè)計(jì)，可以了解、熟

10、悉有關(guān)單片機(jī)開發(fā)設(shè)計(jì)的過程，并加深對單片機(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：</p><p>　　(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。</p><p>　　(2) 可以了解到LED顯示器的結(jié)構(gòu)、工作原理以及這種顯示器的接口實(shí)例與具體連接與編程方法。</p>

11、;<p>　　(3) 怎樣利用串行口來擴(kuò)展顯示接口等。</p><p><b>　　1.3功能要求</b></p><p>　　（1）能記錄整個(gè)賽程的比賽時(shí)間，并能在比賽開始前設(shè)定比賽時(shí)間，在比賽過程中能暫停比賽時(shí)間。</p><p>　?。?）能隨時(shí)刷新甲、乙兩隊(duì)在真?zhèn)€賽程中的比分，即對甲乙兩隊(duì)的分?jǐn)?shù)進(jìn)行加分和減分。</p

12、><p>　?。?）中場交換比賽場地時(shí)，能交換甲、乙兩隊(duì)比分的位置。</p><p>　?。?）比賽結(jié)束時(shí)能發(fā)出報(bào)警提示。</p><p>　?。?）在每次交換球權(quán)后24秒能手動賦初值，進(jìn)攻超過24秒計(jì)時(shí)暫停知道按下繼續(xù)開始計(jì)時(shí)。</p><p>　　1.4硬件系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)</p><p>　　基于單片機(jī)系統(tǒng)的籃球記時(shí)記分

13、器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1.1</p><p>　　圖1.1 籃球記時(shí)記分器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</p><p>　　系統(tǒng)硬件由以下三個(gè)部分組成：</p><p>　?。?）處理器：單片機(jī) AT89C51</p><p><b>　?。?）顯示部分</b></p><p><b>　?。?）按鍵開關(guān)&l

14、t;/b></p><p>　　處理器：本系統(tǒng)采用單片機(jī)AT89C51作為本設(shè)計(jì)的核心元件，兼容MCS—51指令系統(tǒng)，32個(gè)雙向I/O口，兩個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，1個(gè)串行中斷，兩個(gè)外部中斷源，低功耗空閑和掉電模式，4k可反復(fù)擦寫(>1000次）Flash ROM，全靜態(tài)操作0-24MHz，128x8bit內(nèi)部RAM，共6個(gè)中斷源，足以滿足本次設(shè)計(jì)的要求。</p><p>

15、　　顯示部分：在本次設(shè)計(jì)中，共接入12個(gè)七段共陰LED顯示器，其中6個(gè)用于計(jì)錄甲、乙兩隊(duì)的分?jǐn)?shù)，每隊(duì)3個(gè)LED顯示器分?jǐn)?shù)范圍可達(dá)到0—999分，足夠滿足賽程需要。另外的6個(gè)LED顯示器則用于計(jì)錄賽程的時(shí)間。分、秒、進(jìn)攻時(shí)間，各用2個(gè)用LED顯示。其中顯示分鐘的兩位數(shù)字和顯示進(jìn)攻時(shí)間的四個(gè)LED可以通過按鍵進(jìn)行調(diào)整設(shè)定。當(dāng)把時(shí)間設(shè)置好后，按下開始計(jì)時(shí)按鍵比賽開始時(shí)啟動計(jì)時(shí)。分鐘和進(jìn)攻時(shí)間可以設(shè)置的范圍為0—99。根據(jù)設(shè)計(jì)，計(jì)時(shí)范圍可達(dá)0—

16、99分鐘，進(jìn)攻時(shí)間最大為99秒也完全滿足賽程的需要。</p><p>　　按鍵部分：本次設(shè)計(jì)共用了10各按鍵。其中4各來調(diào)整甲乙兩隊(duì)的分?jǐn)?shù)，每個(gè)隊(duì)用兩個(gè)按鍵，分別對分?jǐn)?shù)進(jìn)行加1分和減1分；2各按鍵用來設(shè)定比賽時(shí)間的分鐘，其中這兩個(gè)按鍵分別控制分鐘的十位和個(gè)位；同樣兩個(gè)按鍵來設(shè)定進(jìn)攻時(shí)間的十位和個(gè)位；剩下的兩個(gè)按鍵一個(gè)用來控制比賽時(shí)間的開始與暫停，另外一個(gè)用來控制進(jìn)攻時(shí)間，當(dāng)按下比賽開始暫停按鍵時(shí)，比賽的時(shí)間有原來

17、的狀態(tài)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)，進(jìn)攻調(diào)整按鍵則是在交換球權(quán)的時(shí)候，手動來賦予進(jìn)攻時(shí)間初值。</p><p>　　當(dāng)一場比賽結(jié)束的時(shí)候，暫停/開始按鍵還能完成交換兩隊(duì)分?jǐn)?shù)的功能。</p><p><b>　　1.5軟件設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　一、在上電點(diǎn)時(shí)，先對系統(tǒng)初始化。等待時(shí)間設(shè)定。</p><p>　　二、當(dāng)時(shí)間

18、設(shè)定完成之后，按下開始鍵，系統(tǒng)顯示分值和比賽時(shí)間。</p><p>　　三、進(jìn)攻時(shí)間由設(shè)定值減到0時(shí)。整個(gè)體統(tǒng)暫停計(jì)時(shí)，直到開始鍵重新按下。進(jìn)攻時(shí)間重新賦值，開始繼續(xù)計(jì)時(shí)。</p><p>　　四、當(dāng)按下暫停按鍵時(shí)，進(jìn)攻時(shí)間賦初值，停止計(jì)時(shí)，等待繼續(xù)計(jì)時(shí)鍵按下。</p><p>　　五、倒計(jì)時(shí)結(jié)束時(shí)，發(fā)出10秒警報(bào)。</p><p>　　六、

19、在整個(gè)計(jì)時(shí)過程中，都可以對甲乙兩隊(duì)分?jǐn)?shù)進(jìn)行修改。</p><p><b>　　2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.1單片機(jī)AT89C51介紹</p><p>　　MCS-51是指由美國INTEL公司生產(chǎn)的一系列單片機(jī)的總稱，這一系列單片機(jī)包括了很多品種，如8031，8051，8751，8032，8052，8752等，其中8051

20、是最早最典型的產(chǎn)品，該系列其它單片機(jī)都是在8051的基礎(chǔ)上進(jìn)行功能的增、減、改變而來的，所以人們習(xí)慣于用8051來稱呼MCS51系列單片機(jī)，而8031是前些年在我國最流行的單片機(jī)，所以很多場合會看到8031的名稱。</p><p>　　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只讀程序存儲器和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用AT

21、MEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51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。</p><p>　　AT89C51具有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。AT89C51也是一個(gè)低功耗高性能單片機(jī)，有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

22、信口，AT89C51可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。如圖所示，圖2.1為AT89C51單片機(jī)基本構(gòu)造，其基本性能介紹如下：</p><p>　　圖2.1 AT89C51引腳圖</p><p><b>　　2.1.1管腳說明</b></p>&

23、lt;p><b>　　VCC：供電電壓</b></p><p><b>　　GND：接地。</b></p><p>　　P0口：P0口為一個(gè)8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸

24、入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。</p><p>　　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。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。</p><p>　　P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)

25、部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)

26、接收高八位地址信號和控制信號。</p><p>　　P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。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。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。</p><p>　　P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：</p><p>

27、　　表2.1 AT89C51特殊功能表</p><p>　　P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號。     RST：復(fù)位輸入。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。</p><p>　　ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖

28、。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。    /PSEN：外部程序存儲器

29、的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。</p><p>　　/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。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)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源

30、（VPP）。</p><p>　　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。</p><p>　　XTAL2：來MCS-51系列單片機(jī)片內(nèi)有一個(gè)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。 </p><p>　　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

31、，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(gè)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(每秒傳送的位數(shù))以及作為中斷標(biāo)志等。</p><p>　　串行端口有一個(gè)數(shù)據(jù)寄存器SBUF(在特殊功能寄

32、存器中的字節(jié)地址為99H)，該寄存器為發(fā)送和接收所共同。發(fā)送時(shí)，只寫不讀；接收時(shí)，只讀不寫。在一定條件下，向SBUF寫入數(shù)據(jù)就啟動了發(fā)送過程；讀SBUF就啟動了接收過程。串行通信的波特率可以程控設(shè)定。在不同工作方式中，由時(shí)鐘振蕩頻率的分頻值或由定時(shí)器T1的溢出率確定，使用十分方便靈活自反向振蕩器的輸出。</p><p>　　2.1.2 芯片擦除特性</p><p>　　整個(gè)PEROM陣列和

33、三個(gè)鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。</p><p>　　2.1.3 AT89C51省電模式</p><p>　　AT89C51有兩種可用軟件編程的省電模式，它們是空閑模式和掉電工作模式。這兩種方式是控制專用寄存器PCON（電源控制寄存器）中的PD（

34、PCON.1）和IDL（PCON.0）位來實(shí)現(xiàn)的。PD是掉電模式，當(dāng)PD=1時(shí)，激活掉電工作模式，單片機(jī)進(jìn)入掉電工作狀態(tài)，IDL是空閑等待狀態(tài)，當(dāng)IDL=1時(shí)，激活空閑工作模式，單片機(jī)進(jìn)入睡眠狀態(tài)，如需同時(shí)進(jìn)入兩種工作模式，即PD和IDL同時(shí)為1，則先激活掉電工作模式。</p><p><b>　　空閑模式：</b></p><p>　　在空閑工作模式狀態(tài)，CPU保持

35、睡眠狀態(tài)而所有片內(nèi)的外設(shè)仍保持激活狀態(tài)，這種方式由軟件產(chǎn)生。此時(shí)，片內(nèi)RAM和所有特殊功能寄存器的內(nèi)容保持不變。空閑模式可由任何允許的中斷請求或者硬件復(fù)位終止。</p><p>　　終止空閑工作模式的方法有兩種</p><p>　　其一是任何一條被允許中斷的事件被激活，IDL（PCON.0）被硬件清除，即刻終止空閑工作模式。程序會首先響應(yīng)中斷，進(jìn)入中斷服務(wù)程序，執(zhí)行完中斷服務(wù)程序并緊隨RE

36、TI（中斷返回）指令后，下一條要執(zhí)行的指令就是使單片機(jī)進(jìn)入空閑模式那條指令后面的一條指令。</p><p>　　其二是通過硬件復(fù)位也可以將空閑工作模式終止。需要注意的是，當(dāng)由硬件復(fù)位來終止空閑工作模式時(shí)，CPU通常是從激活模式那條指令的下一條指令開始繼續(xù)執(zhí)行程序的，要完成內(nèi)部復(fù)位操作，硬件復(fù)位脈沖要保持兩個(gè)機(jī)器周期（24個(gè)時(shí)鐘周期）有效，在這種情況下，內(nèi)部禁止CPU訪問片內(nèi)RAM，而允許訪問其他端口。為了避免對端

37、口產(chǎn)生意外寫入，激活空閑模式的那條指令的后一條指令不應(yīng)是一條對端口或者外部存儲器的寫入指令。</p><p><b>　　掉電模式：</b></p><p>　　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。</p><p>　　

38、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(shí)間以使振蕩器重新啟動并且穩(wěn)定的工作。</p><p>　　空閑和掉電模式外部引腳狀態(tài)如表2.3所示</p><p>　　表2.2 外部引腳狀態(tài)表</p><p>　　2.1.4最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　通過上面對單片機(jī)

39、的介紹，我們已經(jīng)對單片的功能有了充分的了解。下面就以AT89C51單片機(jī)來設(shè)計(jì)該設(shè)計(jì)中的核心部分——最小系統(tǒng)。</p><p>　　單片機(jī)最小系統(tǒng),或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng),是指用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng)。對51系列單片機(jī)來說，最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括：單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路。下面給出一個(gè)51單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路圖。</p><p>　　圖2.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)</p>

40、<p>　　復(fù)位電路：由電容串聯(lián)電阻構(gòu)成。由圖并結(jié)合"電容電壓不能突變"的性質(zhì)，可以知道，當(dāng)系統(tǒng)一上電,RST腳將會出現(xiàn)高電平，并且,這個(gè)高電平持續(xù)的時(shí)間由電路的RC值來決定。典型的51單片機(jī)當(dāng)RST腳的高電平持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上就將復(fù)位。所以，適當(dāng)組合RC的取值就可以保證可靠的復(fù)位。在電路圖中，電容的的大小是22uF，電阻的大小是10k。所以根據(jù)公式，可以算出電容充電到電源電壓的0.7倍（單片機(jī)的電源

41、是5V，所以充電到0.7倍即為3.5V），需要的時(shí)間是10K*10UF=0.1S。也就是說在開機(jī)的0.1S內(nèi)，電容兩端的電壓時(shí)在0~3.5V增加。這個(gè)時(shí)候10K電阻兩端的電壓為從5~1.5V減少（串聯(lián)電路各處電壓之和為總電壓）。所以在0.1S內(nèi)，RST引腳所接收到的電壓是5V~1.5V。在5V正常工作的51單片機(jī)中小于1.5V的電壓信號為低電平信號，而大于1.5V的電壓信號為高電平信號。所以在開機(jī)0.1S內(nèi)，單片機(jī)系統(tǒng)自動復(fù)位（RST引

42、腳接收到的高電平信號時(shí)間為0.1S左右）。當(dāng)然也有其他取法的，原則就是要讓RC組合可以在RST腳上產(chǎn)生不少于2個(gè)機(jī)周期的高電平。51單片機(jī)最小系統(tǒng)復(fù)位電路的極性電容C</p><p>　　除上電復(fù)位外，還可以通過手動來復(fù)位，單片機(jī)手動復(fù)位電路就好比電腦的重啟部分，當(dāng)電腦在使用中出現(xiàn)死機(jī)，按下重啟按鈕電腦內(nèi)部的程序從頭開始執(zhí)行。單片機(jī)也一樣，當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行中，受到環(huán)境干擾出現(xiàn)程序跑飛的時(shí)候，按下手動復(fù)位按鈕內(nèi)部

43、的程序自動從頭開始執(zhí)行。原理同上電復(fù)位，當(dāng)按鍵被按下時(shí)，給RST腳一個(gè)復(fù)位信號，使其重新開始運(yùn)行。由于在比賽過程中，我們通常不希望系統(tǒng)從頭開始計(jì)時(shí)，在該設(shè)計(jì)中手動復(fù)位就不再設(shè)計(jì)電路中。</p><p>　　晶振電路：51單片機(jī)最小系統(tǒng)晶可以采用6MHz或者11.0592MHz，在正常工作的情況下可以采用更高頻率的晶振，51單片機(jī)最小系統(tǒng)晶振的振蕩頻率直接影響單片機(jī)的處理速度，頻率越大處理速度越快。典型的晶振取11

44、.0592MHz(因?yàn)榭梢詼?zhǔn)確地得到9600波特率和19200波特率,用于有串口通訊的合)/12MHz(產(chǎn)生精確的uS級時(shí)歇,方便定時(shí)操作)，本設(shè)計(jì)使用的晶振為12MHz。單片機(jī)最小系統(tǒng)起振電容C2、C3一般采用15~33pF，并且電容離晶振越近越好，晶振離單片機(jī)越近越好。設(shè)置為定時(shí)器模式時(shí)，加1計(jì)數(shù)器是對內(nèi)部機(jī)器周期計(jì)數(shù)（1個(gè)機(jī)器周期等于12個(gè)振蕩周期，即計(jì)數(shù)頻率為晶振頻率的1/12）。計(jì)數(shù)值N乘以機(jī)器周期Tc就是定時(shí)時(shí)間t。<

45、/p><p>　　在本設(shè)計(jì)中特別注意：對于31腳(EA/Vpp),當(dāng)接高電平時(shí)，單片機(jī)在復(fù)位后從內(nèi)部ROM的0000H開始執(zhí)行；當(dāng)接低電平時(shí)，復(fù)位后直接從外部ROM的0000H開始執(zhí)行?？紤]到本設(shè)計(jì)用到的程序不多，內(nèi)部ROM可以滿足要求。所以在最小系統(tǒng)中P3.1管腳接高電平。</p><p><b>　　2.2顯示器設(shè)計(jì)</b></p><p>　

46、　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(jì)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(jià)格便宜，接口容易實(shí)現(xiàn)，因而得到廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　發(fā)光二極管LED，組成的顯示屏，每個(gè)點(diǎn)都是一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管，通過控制電路控制二極管的亮與滅來控制點(diǎn)的發(fā)光，從而使整個(gè)大屏幕顯示圖案。 液晶顯示器LCD最常見的就是TFT類型的，它是由光源，液晶光柵

47、，和控制芯片組成，他的光源是常亮的白色強(qiáng)光，當(dāng)光線通過液晶光柵（液晶屏）的時(shí)候，通過電壓改變液晶顆粒濾光方向，從而改變每個(gè)點(diǎn)的顏色和強(qiáng)度來顯示圖案。</p><p>　　液晶顯示器分很多種類，按顯示方式可分為段式，行點(diǎn)陣式和全點(diǎn)陣式。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。兩者之間的區(qū)別：</p><p>　?。?）二極管本身時(shí)發(fā)光， 液晶

48、本身也不發(fā)光，只是透射光。 </p><p>　?。?）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；而液晶成本較高，面積無法做得很大，但圖像質(zhì)量很好，適合做顯示器。 </p><p>　?。?）二極管耗電大，液晶耗電小。</p><p>　　（4）二極管圖像刷新率低，液晶的高 </p><p>　　二者的檔次相差比較大，一般來講在

49、一些圖像簡單，對成本控制較嚴(yán)格的場合，用二極管，比如商場、銀行等服務(wù)部門的電子提示窗，街道、百貨公司外面的廣告宣傳窗；而液晶一般都是作計(jì)算機(jī)顯示器、電視、手持設(shè)備等對圖像質(zhì)量要求高的場合。</p><p>　　2.2.1 LED結(jié)構(gòu)與原理</p><p>　　LED顯示器又稱為數(shù)碼管，LED顯示器由8個(gè)發(fā)光二極管組成。中7個(gè)長條形的發(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

50、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。</p><p>　　圖2.3 7段LED數(shù)碼管</p><p>　　LED顯示器有兩種不同的形式：一種是8個(gè)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(gè)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。共陽和共陰兩種結(jié)構(gòu)，如上圖所示。圖上為共陰結(jié)構(gòu)。即把8個(gè)發(fā)光二極管陰極連在一起。這時(shí)如果需要點(diǎn)亮a到g

51、中的任何一盞燈，只需要在相應(yīng)的端口輸入高電平即可；輸入低電平則截止。比如我們現(xiàn)在要顯示數(shù)字“3”，則只要在對應(yīng)的a、b、c、d、g段送入高電平，在其他端送入低電平即可，點(diǎn)亮為“3”。</p><p>　　共陰和共陽結(jié)構(gòu)的LED顯示器各筆劃段名和安排位置是相同的。當(dāng)二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的筆劃段發(fā)亮，由發(fā)亮的筆劃段組合而顯示的各種字符。</p><p>　　8個(gè)筆劃段hgfedcba對應(yīng)于一個(gè)字

52、節(jié)（8位）的D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,于是用8位二進(jìn)制碼就可以表示欲顯示字符的字形代碼。例如，對于共陰LED顯示器，當(dāng)公共陰極接地（為零電平），而陽極hgfedcba各段為0111011時(shí)，顯示器顯示"P"字符，即對于共陰極LED顯示器，“P”字符的字形碼是73H。如果是共陽LED顯示器，公共陽極接高電平，顯示“P”字符的字形代碼應(yīng)為10001100（8CH）。</p><p

53、>　　表2.3列出了共陽極與共陰極LED顯示器顯示數(shù)字、字母與顯示代碼之間的對應(yīng)關(guān)系</p><p>　　表2.3 代碼對應(yīng)表</p><p>　　2.2.2 LED顯示器顯示方式</p><p>　　點(diǎn)亮LED顯示器有兩種方式：一是靜態(tài)顯示；二是動態(tài)顯示。</p><p>　　所謂靜態(tài)顯示，就是每一個(gè)顯示器都要占用單獨(dú)的具有鎖存功能的

54、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(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。</p><p>　　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。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)。</p><p>

55、　　圖2.4 動態(tài)顯示圖</p><p>　　動態(tài)顯示，就是將要顯示的多位LED顯示器采用一個(gè)8位的段選端口，然后采用動態(tài)掃描一位一位地輪流點(diǎn)亮各位顯示器。下圖為4位LED顯示器動態(tài)顯示電路。</p><p>　　圖2.5 靜態(tài)顯示圖</p><p>　　在此電路中，單片機(jī)的P1口用于控制4位LED的段選碼：P2口的P2.0~~P2.3用于控制4位LED位選碼。&

56、lt;/p><p>　　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。但如果要顯示不同字符，則要借助位選碼來控制。（如果LED為共陰則P2.0~~P2.3輸出為高電平，如果LED為共陽則P2.0~~P2.3輸出為低電平。）</p><p>　　例如，現(xiàn)在要顯示5678四個(gè)數(shù)字，則首先應(yīng)該將“5”的顯示代碼（共陰LED顯示器的顯示代碼為6DH，共陽LED顯示器的顯示代碼為92H）由P

57、1.0送出，然后P2.0~~P2.3輸出相應(yīng)位碼（LED為共陰則P2.0~~P2.3輸出1000，） LED為共陰則P2.0~~P2.3輸出0111）時(shí)，則可以看到在數(shù)碼管1上顯示的數(shù)字為“5”。再將顯示的數(shù)字“5”延時(shí)5~10ms，以造成視覺暫留效果；同時(shí)代碼由P1.0送出。</p><p>　　用同樣的方法將其余3個(gè)數(shù)字“678”送數(shù)碼管2，3，4顯示，于是最后則可以在4位LED顯示器上看到“5678”四個(gè)數(shù)

58、字。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。</p><p>　　如下表，即為模擬以上的過程表（以共陰LED設(shè)置顯示代碼，共陽與此相反）。</p><p>　　表2.4 模擬過程表</p><p>　　2.2.3 LED顯示器接

59、口</p><p>　　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。通過實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換有兩種方法：一種是專用硬件譯碼器，另一種是專用軟件譯碼器。本次設(shè)計(jì)采用的LED有12個(gè)，至于用哪種顯示方式，在下面的設(shè)計(jì)過程中，我們將根據(jù)具體的功能要求選擇相應(yīng)的譯碼方式。</p><p>　　在前面

60、我們已經(jīng)介紹過該設(shè)計(jì)的功能，該籃球計(jì)時(shí)計(jì)分器上所需要顯示的LED有12個(gè)，不管用上面所介紹的動態(tài)顯示還是靜態(tài)顯示，這都要給CPU帶來很大的負(fù)擔(dān)。而且可能會出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。為了避免該問題的出現(xiàn)，在該設(shè)計(jì)中我們選用硬件鎖存的方法來解決上面的問題。所謂硬件鎖存，就是在需要改變顯示的數(shù)值時(shí)，只需要CPU重新給鎖存芯片一次信號，把信號鎖存到芯片即可完成顯示。下面就分?jǐn)?shù)顯示和時(shí)間顯示來分別設(shè)計(jì)。</p><p>　　2.2.4

61、 計(jì)時(shí)顯示設(shè)計(jì)</p><p>　　時(shí)間顯示部分包括倒計(jì)時(shí)的分鐘顯示、秒鐘顯示、進(jìn)攻時(shí)間顯示6個(gè)LED塊，由于時(shí)間顯示相對分?jǐn)?shù)顯示來言，刷新比較頻繁，所以采用并口顯示，并用鎖存器鎖存，在這里我們選用CD4511。</p><p>　　CD4511是將鎖存、譯碼、驅(qū)動三種功能集于一身的“三合一”電路。鎖存器的作用是避免在計(jì)數(shù)過程中出現(xiàn)跳數(shù)現(xiàn)象，便于觀察和記錄。譯碼器將BCD碼轉(zhuǎn)換成7段碼，再

62、經(jīng)過大電流反相器，驅(qū)動共陰極LED數(shù)碼管。譯碼器屬于非時(shí)序電路，其輸出狀態(tài)與時(shí)鐘無關(guān)，僅取決于輸入的BCD碼。</p><p>　　如圖2.6顯示為CD4511引腳分布圖，D～A為BCD碼輸入端。a～g是7段碼輸出端。</p><p>　　圖2.6 CD4511引腳分布圖</p><p>　　CD4511為四——七段BCD碼譯碼器；它可以實(shí)現(xiàn)對BCD碼的譯碼，但不

63、對大于9的二進(jìn)制數(shù)譯碼。其中，A~~D為BCD碼輸入端；a~~g是7段輸出；LT為試燈腳；BI為消隱（滅燈）；LT和BI接高電平（電源）；LE端為選通腳，接低電平有效，當(dāng)LT=0時(shí)LED數(shù)碼管顯示全亮筆段“8“字，可以檢查數(shù)碼管的質(zhì)量好壞，有無筆段殘缺現(xiàn)象。當(dāng)BI=0時(shí)，強(qiáng)迫顯示器消隱；當(dāng)LE=0時(shí)選通，LE=1時(shí)鎖存。考慮到正常工作時(shí)不需檢查LED的全亮筆段，不必強(qiáng)迫LED消隱，因此將LT、BI端接UDD。需要加鎖存功能時(shí)LE端應(yīng)接上

64、拉電阻，常態(tài)下呈高電平，選通信號為負(fù)脈沖。</p><p>　　進(jìn)行累計(jì)數(shù)譯碼顯示時(shí)不需要鎖存功能，LE端可固定接USS。LED數(shù)碼管的每段工作電流IF一般為5mA～10mA，7段全亮電流可達(dá)35mA～70mA?？紤]到依次顯示0～9數(shù)字時(shí)每次平均只有4.5段發(fā)光。因此正常顯示的平均電流為17mA～32mA。LED的正向壓降UF＝1.5V～2V。CD4511選＋5V電源時(shí)，每段最大輸出電流為40mA～50mA。這表

65、明必須采取限流措施，以免因驅(qū)動電流過大而損壞數(shù)碼管。</p><p>　　具體方法是在每個(gè)筆段驅(qū)動端串入幾百歐的限流電阻R，將各段驅(qū)動電流限制在5mA～10mA為宜。改變R值，可以調(diào)節(jié)IF，進(jìn)而控制顯示器亮度。選擇UDD＝＋5V、＋10V、＋15V時(shí)，CD4511輸出的高電平依次約為＋4V、＋9V和＋14V。舉例說明：假設(shè)設(shè)UDD＝＋5V，IF＝10mA，UOH＝4V，UF＝3-4V。那么由此可以計(jì)算出R＝210

66、Ω?？蛇x標(biāo)稱阻值為200Ω的1/8W電阻。UF的準(zhǔn)確值可用數(shù)字多用表的二極管擋測出。使用時(shí)，只要將CD4511的輸入端與微機(jī)系統(tǒng)輸出端口的某4個(gè)數(shù)據(jù)位相連，而CD4511的輸出直接與LED的a~~g相連，便可實(shí)現(xiàn)對BCD的顯示。下圖為對1位BCD碼的顯示</p><p>　　圖2.7 CD4511對BCD碼的顯示</p><p>　　時(shí)間顯示電路如附錄2.</p><

67、p>　　在該電路中，有單片機(jī)送給CD4511鎖存器的BCD碼由P1口的低4四位送出，并有P2口的P2.0~P2.5分別對進(jìn)攻時(shí)間的個(gè)位、進(jìn)攻時(shí)間的十位、秒鐘的個(gè)位、秒鐘的十位、分鐘的個(gè)位、分鐘的十位進(jìn)行鎖存。當(dāng)需要對某一位數(shù)碼管進(jìn)行刷新顯示的時(shí)候，先通過P2口的相應(yīng)端口將其LE引腳寫0，再通過P1口將要寫入的BCD碼寫入CD4511鎖存器，并將LE重新寫1，以把P1口的數(shù)據(jù)鎖存到該鎖存器，并通過LED顯示</p>&

68、lt;p>　　下表為CD4511的邏輯功能表（表2.5）。</p><p>　　表2.5 CD4511邏輯功能表</p><p>　　2.2.5 分?jǐn)?shù)顯示設(shè)計(jì)</p><p>　　分?jǐn)?shù)顯示部分同樣也是用到了6個(gè)LED，但是相對時(shí)間顯示部分，這部分的LEE顯示刷新速度并不塊，這里我們用串口工作方式來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送顯示。</p><p>

69、　　在串口顯示過程中，如果要讓數(shù)據(jù)通過led顯示，我們還應(yīng)該將串輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換，然后再送給LED，并把該數(shù)據(jù)鎖存到LED的引腳。由于本次設(shè)計(jì)所用的LED是12個(gè)，為了盡量少的使用單片機(jī)的端口，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。下圖為CD4094的引腳圖：</p><p>　　圖2.8 CD4094引腳分布圖&

70、lt;/p><p>　　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，是典型的串行/并行轉(zhuǎn)換芯片。其中引腳分布圖如圖2-9所示。其中2腳DATA為串行數(shù)據(jù)輸入腳；3腳CLOCK為時(shí)鐘脈沖輸入；4、5、6、7、14、1、3、12、11腳為并行8位數(shù)據(jù)輸出，前7腳與LED顯示器a~~g引腳相連，11腳置空；8腳接地；16腳接電源5V。</p><p>　　MCS-51系

71、列單片機(jī)片內(nèi)有一個(gè)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。 </p><p>　　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

72、多微機(jī)系統(tǒng)。串行端口有兩個(gè)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(每秒傳送的位數(shù))以及作為中斷標(biāo)志等。</p><p>　　串行端口有一個(gè)數(shù)據(jù)寄存器SBUF(在特殊功能寄存器中的字節(jié)地址為99H)，該寄存器為發(fā)送和接收所共同。發(fā)送時(shí)，只寫不讀；接收時(shí)，只讀不寫。在一定條件下，向SBUF寫入數(shù)據(jù)就啟動了發(fā)送過程；讀SBUF就啟動了接收過程。串行通信的波特率可以

73、程控設(shè)定。在不同工作方式中，由時(shí)鐘振蕩頻率的分頻值或由定時(shí)器T1的溢出率確定，使用十分方便靈活。</p><p>　　表2.6為寄存器SCON內(nèi)容定義表，表2.7為寄存器PCON位地址：</p><p>　　表2.6 SCON各位內(nèi)容定義</p><p>　　位 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1

74、 D0</p><p>　　表2.7 PCON位地址</p><p>　　D7 D0</p><p>　　本次設(shè)計(jì)的計(jì)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，是典型的串行/并行轉(zhuǎn)換芯片。<

75、;/p><p>　　與單片機(jī)的連接如：附錄2——硬件原理圖</p><p><b>　　2.3 報(bào)警器</b></p><p>　　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。</p

76、><p>　　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。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(gè)磁場。振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動發(fā)聲。</p><p>　　在該設(shè)計(jì)中所用到的報(bào)警電路是一個(gè)小揚(yáng)聲器。揚(yáng)聲器的工作電流一般在上百毫安，而單片機(jī)的輸

77、出電流只有幾十毫安，如果用單片機(jī)來直接驅(qū)動揚(yáng)聲器報(bào)警，揚(yáng)聲器的的聲音較小。所以在該電路中，我們對單片機(jī)輸出的報(bào)警信號進(jìn)行放大，然后驅(qū)動揚(yáng)聲器產(chǎn)生報(bào)警信號。電路圖如圖2.9。</p><p><b>　　圖2.9　報(bào)警電路</b></p><p><b>　　2.4鍵盤設(shè)計(jì)</b></p><p>　　對整個(gè)設(shè)計(jì)來說，鍵盤是

78、整個(gè)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要的部分。該部分的設(shè)計(jì)，可以決定對整個(gè)操作的難易程度，及該產(chǎn)品實(shí)用性。所以設(shè)計(jì)一個(gè)較好的鍵盤，對產(chǎn)品的適用性起至關(guān)重要的作用。在單片機(jī)設(shè)計(jì)中，鍵盤通常有兩種：獨(dú)立式鍵盤和矩陣鍵盤。由于在本設(shè)計(jì)中所用到的按鍵并不是很多，我就采用獨(dú)立式鍵盤接入方式來對鍵盤進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于采用的是獨(dú)立的按鍵接入方式，所以10個(gè)按鍵就需要十個(gè)端口，分別用P0~P7和P2.6、P2.7這10個(gè)作為鍵盤的輸入端。</p><p&g

79、t;　　在前面的單片機(jī)介紹中可知。當(dāng)P0口作為輸入端口時(shí)，必須接上拉電阻，而P2口則不需要另接上拉電阻。所以鍵盤電路如圖2.10。當(dāng)按鍵被按下時(shí)，按鍵所對應(yīng)的單片機(jī)管腳由搞電平變?yōu)榈碗娖?，通過內(nèi)部程序?qū)@些管腳的掃描，來判斷是哪個(gè)管腳被按下，然后執(zhí)行相應(yīng)的操作。由于P2口的內(nèi)部有上拉電阻，當(dāng)手松開按鍵時(shí)，其內(nèi)部電路自動回復(fù)為高電平；而對于P0口，內(nèi)部沒有自動回復(fù)高電平電路，所以要外接上拉電阻，當(dāng)接在P0管腳上的按鍵被松開時(shí)，有外部電路的

80、作用，可以將其自動回復(fù)高電平。其中按鍵5~8四個(gè)按鍵來設(shè)定時(shí)間，1~4四個(gè)按鍵用來調(diào)整兩隊(duì)的分?jǐn)?shù)，9、10兩個(gè)按鍵分別用來控制計(jì)時(shí)的開始與暫停和進(jìn)攻時(shí)間清零。</p><p>　　圖2.10 鍵盤電路</p><p>　　在前面的分?jǐn)?shù)顯示部分的刷新速度相對于時(shí)間顯示較慢，所以采用的是串口顯示根據(jù)設(shè)計(jì)的要求：當(dāng)需要對兩隊(duì)分?jǐn)?shù)調(diào)整的時(shí)，才對分?jǐn)?shù)顯示器進(jìn)行刷新，所以該顯示采用的是外部中斷方式進(jìn)行

81、顯示。如圖2.10所示，當(dāng)1~4按鍵的任意一個(gè)按鍵被按下時(shí)，都會給相應(yīng)的管腳一個(gè)低電平，同時(shí)也給四與門電路芯片74LS21一個(gè)信號，通過四與門電路給單片機(jī)的外部中斷入口一個(gè)中斷信號，來處理外部中斷——分?jǐn)?shù)的顯示。</p><p>　　該設(shè)計(jì)的原理圖如附錄2</p><p>　　3 軟件編程及調(diào)試</p><p>　　軟件的編程設(shè)計(jì)是單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心部分，也是能

82、否實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能的關(guān)鍵。單片機(jī)編程常用的語言是C語言和匯編語言，最終都要轉(zhuǎn)為Intel HEX格式或二進(jìn)制格式(Binary)文件拷入單片機(jī)芯片內(nèi)。這里我們使用的是匯編語言進(jìn)行編程設(shè)計(jì)。</p><p>　　3.1匯編語言特點(diǎn)簡介</p><p>　　匯編語言的實(shí)質(zhì)和機(jī)器語言是相同的，都是直接對硬件操作，只不過指令采用了英文縮寫的標(biāo)識符，更容易識別和記憶。它同樣需要編程者將每一步具體的操作用

83、命令的形式寫出來。匯編程序通常由三部分組成：指令、偽指令和宏指令。匯編程序的每一句指令只能對應(yīng)實(shí)際操作過程中的一個(gè)很細(xì)微的動作，例如移動、自增，因此匯編源程序一般比較冗長、復(fù)雜、容易出錯(cuò)，而且使用匯編語言編程需要有更多的計(jì)算機(jī)專業(yè)知識，但匯編語言的優(yōu)點(diǎn)也是顯而易見的，用匯編語言所能完成的操作不是一般高級語言所能實(shí)現(xiàn)的，而且源程序經(jīng)匯編生成的可執(zhí)行文件不僅比較小，而且執(zhí)行速度很快。</p><p>　　高級語言主要

84、是相對于匯編語言而言的。高級語言是目前絕大多數(shù)編程者的選擇，和匯編語言相比，它不但將許多相關(guān)的機(jī)器指令合成為單條指令，并且去掉了與具體操作有關(guān)但與完成工作無關(guān)的細(xì)節(jié)，例如使用堆棧、寄存器等，這樣就大大簡化了程序中的指令。同時(shí)，由于省略了很多細(xì)節(jié)，編程者也就不需要有太多的專業(yè)知識。高級語言所編制的程序不能直接被計(jì)算機(jī)識別，必須經(jīng)過轉(zhuǎn)換才能被執(zhí)行。C語言就屬于高級語言。作為最基本的編程語言之一，匯編語言雖然應(yīng)用的范圍不大，但仍然具有重要性，

85、因?yàn)樗軌蛲瓿稍S多其它語言所無法完成的功能。匯編語言的優(yōu)點(diǎn)是速度快，可以直接對硬件進(jìn)行操作，這對諸如圖形處理等關(guān)鍵應(yīng)用是非常重要的。</p><p>　　匯編語言直接同計(jì)算機(jī)的底層軟件甚至硬件進(jìn)行交互，它具有如下一些優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　（1）能夠直接訪問與硬件相關(guān)的存儲器或 I/O 端口；</p><p>　?。?）能夠不受編譯器的限制，對生成的二進(jìn)制代碼進(jìn)

86、行完全的控制；</p><p>　?。?）能夠?qū)﹃P(guān)鍵代碼進(jìn)行更準(zhǔn)確的控制，避免因線程共同訪問或者硬件設(shè)備共享引起的死鎖；</p><p>　　（4）能夠根據(jù)特定的應(yīng)用對代碼做最佳的優(yōu)化，提高運(yùn)行速度； </p><p>　　（5）能夠最大限度地發(fā)揮硬件的功能。</p><p><b>　　3.2軟件設(shè)計(jì)</b></

87、p><p>　　軟件設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要是根據(jù)前面的硬件原理來編寫程序，在此我也用計(jì)算機(jī)來設(shè)計(jì)仿真。主要軟件有兩個(gè)一個(gè)是Proteus軟件，一個(gè)是KEIL軟件。通過這兩軟件的配合，來模擬仿真實(shí)際的電路設(shè)計(jì)。</p><p>　　3.2.1主程序設(shè)計(jì)</p><p>　　主程序流程圖如圖3.1示</p><p>　　圖3.1 主程序流程圖</p&g

88、t;<p>　　這部分的功能是上電后要對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，籃球計(jì)時(shí)計(jì)分器的分?jǐn)?shù)顯示部分和時(shí)間顯示部分也要清零，然后進(jìn)入時(shí)間設(shè)定環(huán)境。在這部分里只主程序只對是否有開始鍵按下鍵和時(shí)間設(shè)定鍵的五個(gè)按鍵進(jìn)行掃描。當(dāng)時(shí)間調(diào)整按鍵S5~S8被按下時(shí)，對相應(yīng)的位進(jìn)行時(shí)間設(shè)定；當(dāng)開始暫停按鍵被按下時(shí)，系統(tǒng)不再掃描時(shí)間調(diào)整按鍵，而是進(jìn)入下一個(gè)狀態(tài)——計(jì)時(shí)開始。</p><p>　　在計(jì)時(shí)階段主程序只對開始按鍵和進(jìn)攻

89、復(fù)位按鍵進(jìn)行掃描，如果掃描到這兩個(gè)按鍵的任意一個(gè)按鍵被按下，則主程序開始執(zhí)行相應(yīng)的操作。開始暫停按鍵被按下時(shí)，系統(tǒng)把進(jìn)攻時(shí)間初始化，系統(tǒng)進(jìn)入暫停計(jì)時(shí)狀態(tài)，并延時(shí)一段時(shí)間，等待再次被按下繼續(xù)計(jì)時(shí)；當(dāng)進(jìn)攻復(fù)位鍵被按下時(shí)，倒計(jì)時(shí)不停止計(jì)時(shí)，而是將進(jìn)攻時(shí)間的值賦予一個(gè)初值。</p><p>　　當(dāng)計(jì)時(shí)到時(shí)，系統(tǒng)停止計(jì)時(shí)，并且產(chǎn)生一個(gè)報(bào)警信號，通過報(bào)警電路讓轟鳴器響一段時(shí)間，同時(shí)等待按下開始按鍵進(jìn)行分?jǐn)?shù)交換和再次進(jìn)行時(shí)間設(shè)

90、定。此時(shí)的分?jǐn)?shù)顯示的值不會因?yàn)闀r(shí)間到而賦初值。</p><p>　　3.2.2 外部中斷設(shè)計(jì)</p><p>　　在上面的設(shè)計(jì)中我們已經(jīng)對外部中斷做了詳細(xì)的說明，外部中斷是用來處理分?jǐn)?shù)的，當(dāng)調(diào)整分?jǐn)?shù)的按鍵被按下時(shí)，電路會給外部中斷一個(gè)信號，來處理分?jǐn)?shù)。下面為外部中斷的程序流程圖。</p><p>　　圖3—2外部中斷程序流程圖</p><p>

91、;　　乙兩隊(duì)的分?jǐn)?shù)分別存儲在單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲單元RAM區(qū)33H、34H、35H、36H、37、38H。其中甲隊(duì)分?jǐn)?shù)的個(gè)位、十位、百位分別存放在36H、37、38H；而乙隊(duì)分?jǐn)?shù)的個(gè)位、十位、百位分別存放33H、34H、35H。S4和S3分別對甲隊(duì)分?jǐn)?shù)進(jìn)行加1分和減1分；而S2和S1分別對乙隊(duì)分?jǐn)?shù)進(jìn)行加1分和減1分。</p><p>　　每當(dāng)對甲乙兩隊(duì)分?jǐn)?shù)進(jìn)行修改后，自動調(diào)用串行顯示程序，通過查表把兩隊(duì)分?jǐn)?shù)鎖存到芯片

92、CD4094中。</p><p><b>　　3.2.3定時(shí)</b></p><p>　　判斷一個(gè)定時(shí)裝置的計(jì)時(shí)是否夠精確，就是看該裝置的定時(shí)器是否準(zhǔn)確。MCS-51單片機(jī)內(nèi)部帶有兩個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器T0和T1，兩者均可以作為定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(一下簡稱T/C)使用。如果T/C工作于定時(shí)狀態(tài)，則表示定時(shí)的時(shí)間到；若T/C工作于計(jì)數(shù)狀態(tài)，則表示計(jì)數(shù)回零。當(dāng)T/C處于定時(shí)方式

93、時(shí)，加1計(jì)數(shù)在每個(gè)機(jī)器周期加1，因此，也可以把它看作在累計(jì)機(jī)器周期。由于一個(gè)機(jī)器周期包含12個(gè)震蕩周期，所以它的計(jì)數(shù)速度是震蕩周期的1/12。</p><p>　　定時(shí)器工作方式寄存器TMOD設(shè)定：</p><p>　　TMOD是一個(gè)8位的寄存器，其中高四位控制T1，低4位控制T0。其中T0的低兩位控制著定時(shí)計(jì)數(shù)器的工作方式，第三位為定時(shí)/計(jì)數(shù)的選擇位，“0”為定時(shí)，“1”為計(jì)數(shù)。第四位G

94、ATE為門控制位，用于控制定時(shí)器的啟動是否受外部中斷的影響。GATE=0與外部中斷無關(guān)，有TCON寄存器中的TRx位控制啟動。在該設(shè)計(jì)中只用到定時(shí)器T0定時(shí)器的工作方式0，所以只需要對TMOD寫入#00H即可。</p><p>　　在該設(shè)計(jì)中用的晶振是12MHz，機(jī)器周期計(jì)算公式得到Tp</p><p>　　Tp=12/12MHz=0.000001s</p><p>

95、;　　該工作方式的最大計(jì)數(shù)時(shí)間為：</p><p>　　Tp*212=0.008192s</p><p>　　為了便于計(jì)算，在該設(shè)計(jì)中我把定時(shí)時(shí)間設(shè)為0.005秒，通過計(jì)算得知，應(yīng)該給TH0、TL0的值分別為#63H、18H。這樣，如果要計(jì)時(shí)1秒，只需要讓定時(shí)器進(jìn)行200次定時(shí)，把R0賦值為200，當(dāng)定時(shí)到，就對R0減1，當(dāng)R0為0時(shí)，這個(gè)時(shí)間就是所要計(jì)時(shí)1秒的時(shí)間。此時(shí)對時(shí)間進(jìn)行調(diào)整并顯

96、示</p><p>　　由于我們希望在比賽過程中能及時(shí)暫停和繼續(xù)計(jì)時(shí)，在定時(shí)器中我們還可以通過控制TRx來實(shí)現(xiàn)該功能，需要繼續(xù)計(jì)時(shí)給該位進(jìn)行置位，需要暫停給該位清零。</p><p>　　下面為定時(shí)中斷的程序流程圖：</p><p>　　圖3.3 定時(shí)中斷程序流程圖</p><p><b>　　程序參考附錄1</b>&l

97、t;/p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1．彭為 等。 單片機(jī)典型系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例精解。電子工業(yè)出版社。2006.5</p><p>　　2．何立民。 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)。北京航空航天大學(xué)出版社，1990</p><p>　　3．周德明 。微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用。清華大學(xué)出版社，2002</p&

98、gt;<p>　　4．郭維?，F(xiàn)代通信系統(tǒng)集成電路使用手冊。電子工業(yè)出版社。1995</p><p>　　5．何立民。 單片機(jī)高級教程。北京航空航天大學(xué)出版社，2000</p><p>　　6．石東海。 單片機(jī)數(shù)據(jù)通信技術(shù)從入門到精簡。西安電子科技大學(xué)出版社，2002</p><p>　　7．陳善久。單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用。西安電子科技大學(xué)出版社，19

99、98.9</p><p>　　8．楊學(xué)昭。單片機(jī)原理、接口技術(shù)與應(yīng)用。西安電子科技大學(xué)出版社，2009.2</p><p>　　9．沙占友。單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì)。電子工業(yè)出版社，2007.6</p><p>　　10．康華光。電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分）。高等教育出版社。2006.1</p><p>　　11．丁元杰。單片機(jī)微機(jī)原理及應(yīng)用。機(jī)械工業(yè)

100、出版社，1994.6</p><p>　　12．張友德。飛利浦80C51單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)手冊。北京航空航天大學(xué)出版社，1995</p><p>　　13．徐愛鈞，keil Cx51 v7.0單片機(jī)高級語言與vision2應(yīng)用。電子工業(yè)出版社，2004.6</p><p>　　14．C51 Compiler user's Guide keil,Elektr

101、onik Gmbh,and keil softwarer,inc.2001</p><p>　　15．Macro Assembler and utilities, keil,Elektronik.Gmbh.and keil software inc.2001</p><p><b>　　附錄1 程序</b></p><p>　　ORG

102、0000H </p><p>　　AJMP SD ;主程序地址</p><p>　　ORG 0003H ;外部中斷入口地址</p><p>　　AJMP CXT</p><p>　　ORG 000BH

103、;定時(shí)中斷入口地址</p><p>　　AJMP CTCO</p><p>　　ORG 0100H</p><p>　　SD: MOV 33H,#00H ;甲隊(duì)計(jì)分清0</p><p>　　MOV 34H,#00H</p><p>　　MOV

104、35H,#00H</p><p>　　MOV 36H,#00H ;乙隊(duì)計(jì)分清0</p><p>　　MOV 37H,#00H</p><p>　　MOV 38H,#00H</p><p>　　MOV 40H,#00H ;計(jì)時(shí)分鐘清0</p><p&

105、gt;　　MOV 41H,#00H</p><p>　　MOV 42H,#00H</p><p>　　MOV 43H,#00H</p><p>　　MOV 44H,#00H</p><p>　　MOV 45H,#00H</p><p>　　MOV 46H,#00H<

106、/p><p>　　MOV 47H,#00H</p><p>　　CLR P3.5</p><p>　　MP: CLR P2.0 ;計(jì)時(shí)牌子分分秒秒0</p><p>　　CLR P2.1</p><p>　　CLR P2.2<

107、/p><p>　　CLR P2.3</p><p>　　CLR P2.4</p><p>　　CLR P2.5</p><p><b>　　NOP</b></p><p>　　MOV P1,#00H</p><p><b>　　

108、NOP</b></p><p><b>　　NOP</b></p><p>　　SETB P2.0</p><p>　　SETB P2.1</p><p>　　SETB P2.2</p><p>　　SETB P2.3</p><p&

109、gt;　　SETB P2.4</p><p>　　SETB P2.5</p><p>　　MOV R1,#01H</p><p>　　MOV R2,#01H </p><p>　　MOV R3,#01H </p><p>　　MOV R4,#01H </p>