1、 单片机系统开发与应用工程实习报告 选题名称 : 基于 AT89S52 单片机的比赛记分牌设计 系（院） : 专 业 : 班 级 : 姓 名 : 学 号 : 指导教师 : 学年学期 : 2009 2010 学年 第 2 学期 2010 年 5 月 30 日 摘要： 单片机是把主要计算机功能部件都集成在一块芯片上的微型计算机。它是 一种集计数和多接口于一体的微控制器，被广泛应用在智能产品和工业自动化上，而 AT89S52单片机是单片机中较为典型和有代表性的一种 。 本次实习的主要任务是设计一个比赛记分牌，包括硬件设计和软件设计。硬件设计的主要任务是： LED 数码管显示、按键控制系统、单片机主控
2、系统及电源模块设计。软件设计包括：实现加分、减分及复位。本文主要介绍了单片机实现记分牌的整个设计流程，采用汇编语言编写程序。本课题选择AT89S52 为核心控制元件，设计了日常比赛中用到的记分牌。设计同时引用 74LS06 专用驱动芯片，解决了共阴码字表向共阳 的转换，同时提高了数码管的亮度。本项目设计的计分牌系统，电路简单，成本较低，灵敏可靠，操作方便，具有较高的推广价值。 关键词： AT89S52 单片机； LED 数码管； 74LS06；汇编；记分牌 目 录 1 课题综述 . 1 1.1 课题来源 .1 1.2 课题意义 .1 1.3 项目目标 .1 2 系统设计 . 1 2.1 框图设
3、计 .1 2.2 知识点 .2 2.2.1 单片机的时钟电路 . 2 2.2.2 单片机复位电路工作原理 . 2 2.2.3 单片机晶振电路工作原理 . 3 2.2.4 按键电路的设计 . 5 2.2.5 蜂鸣器驱动电路设计 . 5 2.2.6 数码管特性及使用 . 5 2.2.7 AT89S52 单片机引脚 . 6 2.2.8 集成块 74LS06 的使用 . 7 3 硬件设计 . 7 3.1 电路原理图 .7 3.2 硬件连线 .8 4 软件设计 . 8 4.1 软件流程图 .8 4.2 程序代码 .9 5 系统仿真与调试 .11 5.1 硬件调试 . 11 5.2 软件调试 . 11 总
4、结 . 13 参考文献 . 14 单片机系统开发与应用工程实习 报告 1 1 课题综述 1.1 课题来源 单片机是一个单芯片形态 ,面向控制对象的嵌入式应用计算机系统 .它的出现及发展使计算机技术从通用型数值计算领域 进入到智能化的控制领域。 由于本次设计的简单篮球记分牌体积小，故要求其控制器体积更小以便能嵌入其结构之中。单片机以微小的体积和编程的灵活性而产生多种控制功能，完全可以满足需求。可以适应不同规则下操作。 1.2 课题意义 现在大多数比赛活动中都会遇到需要向观众和选手展示选手得分的情况，需要用到比赛记分牌。在目前的市场上，普通计分牌系统都需要几百块，价钱比较高。本项目设计的记分牌系统
5、，电路简易，灵敏可靠，具有一定的使用价值和竞争价值。 1.3 项目目标 基于 AT89S52 单片机比赛记分牌，采用 12MHz 晶振。项 目具体要求如下 ： (1) 启动时显示为 10 分。 (2) 当得分的时候加上相应的分数，失分时减去相应的分数。 (3) 刷新分数的按键按下时，伴随提示音。 (4) 计分范围设为 0100 2 系统设计 计分牌主要用途是展示选手的得分情况，当选手得分时记分牌加上相应的分数。根据项目要求进行系统设计 2.1 框图设计 基于 AT89S52 单片机比赛计分牌由显示模块、按键模块、单片机主控模块、电源模块等组成，系统框图如图 2-1 所示： 单片机系统开发与应用
6、工程实习 报告 2 图 2-1 基于 AT89S52 单片机比赛记分牌体统框图 2.2 知识点 本项目需要通过学习和查阅资料，掌握和了解如下知识 ： 2.2.1 单片机的时钟电路 单片机本身是一个复杂的同步时序系统，为保证同步工作方式的实现，单片机必须有时钟信号，以使其系统在时钟信号的控制下按时序协调工作。单片机的时钟电路由振荡电路和分频电路组成。其中震荡电路由反相器以及并联外接的石英晶体和电容构成，用于产生振荡脉冲。而分频电路则用于把振荡脉冲分频，以得到所需要的时钟信号。如图 2-2 图 2-2 单片机的时钟电路 2.2.2 单 片机复位电路工作原理 复位是单片机的初始化操作，其作用是使 C
7、PU 中的各个部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。当单片机的 ALE 及 两脚输出高电平， RST 引脚高电平时，单片机复位。单片机的复位电路有上电复位和手动按钮复位两种形式，电源 复位电路 AT89S52 单片机 晶振电路 显示电路 按键电路 单片机系统开发与应用工程实习 报告 3 RST/VPD 端的高电平直接由上电瞬间产生高电平则为上电复位；若通过按钮产生高电平复位信号称为手动按钮复位。在实际应用系统中，有些外围芯片也需要复位，如果这些复位端的复位电平要求与单片机的要求一致，则可以与之相连。复位后， P0P3 四个并行接口全为高电平，其它寄存器全部 清零，只有 SBUF
8、寄存器状态不确定。 目前，在单片机体统中共使用 4 种类型的复位电路，分别为：积分型电路、微分型电路、比较器型和看门狗型。其中前三种是在芯片外面用分立元件或集成电路芯片搭建的，而最后一种位于芯片内部，是单片机芯片的一部分。对于片外复位电路，无论哪种类型，加电复位和手动复位是必不可少的基本功能。如图 2-3 所示： 图 2-3 复位原理电路 2.2.3 单片机晶振电路工作原理 每个单片机系统里都有晶振，全程是叫晶体震荡器，在单片机系统里晶振的作用非常大，他结合单片机内部的电路，产生单片机所必须的时钟 频率，单片机的一切指令的执行都是建立在这个基础上的，晶振的提供的时钟频率越高，那单片机的运行速度
9、也就越快。 晶振用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作，以提供稳定，精确的单频振荡。在通常工作条件下，普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。高级的精度更高。有些晶振还可以由外加电压在一定范围内调整频率，称为压控振荡器（ VCO）。 晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步。有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振，而通过电子调整频率的方法保持同步。 单片机系统开发与应用工程实习 报告 4 晶振通常与锁相环电路配合使用，以提供系统所需的时钟频率。如果不同子系统需要不同频率的时钟信号，可以用与同一个晶振相连的不同锁相环来提供。 下面具体的介
10、绍一下晶振的作用以及原理，晶振一般采用如图 2-4a 的电容三端式 (考毕兹 ) 交流等效振荡电路；实际的晶振交流等效电路如图 2-4b，其中 Cv 是用来调节振荡频率，一般用变容二极管加上不同的反偏电压来实现，这也是压控作用的机理；把晶体的等效电路代替晶体后如图 2-4c。其中 Co， C1， L1， RR 是晶体的等效电路。 图 2-4 晶振电路及其等效槽路 分析整个 振荡槽路可知，利用 Cv 来改变频率是有限的：决定振荡频率的整个槽路电容 C=Cbe,Cce,Cv 三个电容串联后和 Co 并联再和 C1 串联。可以看出： C1 越小， Co越大， Cv 变化时对整个槽路电容的作用就越小。
11、因而能 “压控 ”的频率范围也越小。实际上，由于 C1 很小 (1E-15 量级 )， Co 不能忽略 (1E-12 量级，几 PF)。所以， Cv 变大时，降低槽路频率的作用越来越小， Cv 变小时，升高槽路频率的作用却越来越大。这一方面引起压控特性的非线性，压控范围越大，非线性就越厉害；另一方面，分给振荡的反馈电压 (Cbe 上的电压 )却越来越 小，最后导致停振。通过晶振的原理图你应该大致了解了晶振的作用以及工作过程了吧。采用泛音次数越高的晶振，其等效电容 C1 就越小；因此频率的变化范围也就越小。 微控制器的时钟源可以分为两类：基于机械谐振器件的时钟源，如晶振、陶瓷谐振槽路； RC（电
12、阻、电容）振荡器。一种是皮尔斯振荡器配置，适用于晶振和陶瓷谐振槽路。另一种为简单的分立 RC 振荡器。 用万用表测量晶体振荡器是否工作的方法：测量两个引脚电压是否是芯片工作电压的一半，比如工作电压是 51 单片机的 +5V 则是否是 2.5V 左右。另外如果用镊子碰晶体另外一个脚，这个电 压有明显变化，证明是起振了的。 晶振的类型有 SMD 和 DIP 型，即贴片和插脚型 。 单片机系统开发与应用工程实习 报告 5 其中 DIP：常用尺寸有 HC-49U/T， HC-49S， UM-1， UM-5，这些都是 MHZ 单位的。 2.2.4 按键电路的设计 本次实验用了三个按键电路 :复位电路、加
13、一电路和减一电路。三个按键电路都是通过手动按下按键拉低电平来分别实现相应的复位及加减功能。 2.2.5 蜂鸣器驱动电路设计 由于蜂鸣器的工作电流一般比较大，以致于单片机的 I/O 口是无法直接驱动的，所以要利用放大电路来驱动，一般使用三极管来放大电流就可以了。如图 2-5： 图 2-5 蜂鸣器驱动电路 2.2.6 数码管特性及使用 数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按能显示多少个 “8”可分为 1 位、 2 位、4 位等等数码管；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到
14、一起形成公共阳极 (COM)的数码管。共阳数码管在应用时应将公共极 COM 接到 +5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指 将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极 (COM)的数码管。共阴数码管在应用时应将公共极 COM 接到地线 GND 上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。 数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。数码管动态显示接口是单片机中应用
15、最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的 8 个显示笔划 “a,b,c,d,e,f,g,dp“的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极 COM 增加位选通控制电路，位选通由各自独立的 I/O 线控制，单片机系统开发与应用工程实习 报告 6 当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通 COM 端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的 COM 端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间
16、为 1 2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫 描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的 I/O 端口，而且功耗更低。下图 2-6 分别为共阳极和共阴极数码管引脚图： 图 2-6 作为共阳极右为共阴极引脚结构 2.2.7 AT89S52 单片机引脚 功能特性： AT89S52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。使用 Atmel 公司高密度非 易失性存储器技术制造 ,与工业 80C51 产品指令和引脚完 全兼容。
17、片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦适于 常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统提 供高灵活、超有效的解决方案。 AT89S52 具有以下标准功能 :8k 字节 Flash， 256 字节 RAM,32 位 I/O 口线，看门狗定时器 ,2 个数据指针，三个 16 位定时器 /计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外， AT89S52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下， CPU 停止工作，允许 RAM、定时器单片机系统
18、开发与应用工程实习 报告 7 /计数器、串口、中断继续工 作。掉电保护方式 下， RAM 内容被保存，振荡器被冻结， 单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。 8 位微控制器 8K字节在系统可编程 FLASH AT89S52P0 口。其引脚结构如图 2-7 图 2-7 AT89S52 引脚图 2.2.8 集成块 74LS06 的使用 74LS06 为集电极开路输出的六组反相驱动器，其结构如图 2-8 所示，其中 1A6A为输入端， 1Y6Y 为输出端： 图 2-8 74LS06 引脚图 3 硬件设计 3.1 电路原理图 根据上述分析，设计出基于 AT89S52 单片机的比赛计分牌电路原理图如图 3-1所示。电源电路为单片机以及其他模块提供标准 5V 电源。晶振模块为单片机提供时钟标准，使系统各部分能协调工作。复位电路为单片机提供复位功能。单片机作为主控制
