維修電工智能排故系統(tǒng)裝置畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p>　　維修電工智能排故系統(tǒng)裝置</p><p>　　院(系)、部： 電子電氣工程系 </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　指導(dǎo)教師： 職稱 </p><p>　　專 業(yè)： </p><p&

2、gt;　　班 級(jí)： </p><p>　　完成時(shí)間： </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　在當(dāng)今時(shí)代，大部分的儀器儀表都實(shí)現(xiàn)了智能化，功能多樣化，操作方便化，直觀化。本次的設(shè)計(jì)課題是為修電工智能排故系統(tǒng)裝置。此裝置具有功能多、直觀、操作

3、方便的優(yōu)勢(shì)。維修電工智能排故系統(tǒng)裝置主要用來(lái)對(duì)學(xué)員進(jìn)行培訓(xùn)專用。它分為教師模式和學(xué)員培訓(xùn)考核模式。在教師模式下，我們可以進(jìn)行故障的設(shè)定，排故所需要的時(shí)間設(shè)定，也可以查看所設(shè)置好的故障序號(hào)。為用戶解決維修電工智能排故系統(tǒng)裝置長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有使用而忘記密碼，則采用一個(gè)開(kāi)機(jī)密碼和啟動(dòng)系統(tǒng)后再設(shè)密碼方案。學(xué)員培訓(xùn)考核模式，是用來(lái)檢驗(yàn)學(xué)員的考核情況。</p><p>　　關(guān)鍵詞：智能排故；單片機(jī)；控制；STC89C51；STC8

4、9C52；程序</p><p><b>　　目 錄 </b></p><p><b>　　摘 要2</b></p><p>　　第一章 緒 論5</p><p>　　1.1硬件方案討論5</p><p>　　1.2 硬件方案的確定6</p>&

5、lt;p>　　1.3軟件方案設(shè)計(jì)7</p><p>　　1.4 STC89C51單片機(jī)的性能及應(yīng)用8</p><p>　　1.5 成果預(yù)測(cè)9</p><p>　　第二章 硬件設(shè)計(jì)9</p><p>　　2.1硬件電路設(shè)計(jì)9</p><p>　　2.1.1顯示電路9</p><p

6、>　　2.1.2鍵盤電路11</p><p>　　2.1.3 復(fù)位電路13</p><p>　　2.1.4 電源設(shè)計(jì)13</p><p>　　2.1.5 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)14</p><p>　　2.1.6 輸出電路15</p><p>　　2.1.7 系統(tǒng)原理圖17</p><p&g

7、t;　　2.2 PCB板設(shè)計(jì)17</p><p>　　2.2.1主電路板原理圖繪制18</p><p>　　2.2.2 輔助電路板設(shè)計(jì)20</p><p>　　第三章 軟件設(shè)計(jì)23</p><p>　　3.1 主片CPU程序設(shè)計(jì)23</p><p>　　3.1.1 中斷和計(jì)數(shù)程序24</p>

8、<p>　　3.1.2 動(dòng)態(tài)顯示程序24</p><p>　　3.1.3 4×4矩陣鍵盤掃描程序26</p><p>　　3.1.4 密碼程序27</p><p>　　3.1.5 監(jiān)控程序28</p><p>　　3.1.6 延時(shí)程序28</p><p>　　3.1.7 并行連接輸出程序

9、29</p><p>　　3.1.8設(shè)置程序設(shè)計(jì)30</p><p>　　3.1.8 考核程序設(shè)計(jì)30</p><p>　　3.2 從片CPU程序設(shè)計(jì)31</p><p>　　第四章 使用指南33</p><p>　　4.1電源指南33</p><p>　　4.2密碼指南33<

10、;/p><p>　　4.3設(shè)置指南33</p><p>　　4.3.1故障個(gè)數(shù)設(shè)置33</p><p>　　4.3.1.1 數(shù)字選擇故障號(hào)33</p><p>　　4.3.1.2 用“+”和“—”鍵選擇34</p><p>　　4.3.1.3 取消已設(shè)置的故障34</p><p>　　4.

11、3.2 定時(shí)設(shè)置34</p><p>　　4.3.3 密碼設(shè)置35</p><p>　　4.3.3.1 系統(tǒng)密碼35</p><p>　　4.3.3.2 臨時(shí)密碼35</p><p>　　4.3.3.3 臨時(shí)密碼設(shè)置35</p><p>　　4.4考核指南35</p><p>　　4

12、.5查詢指南36</p><p>　　4.5.1 教師模式下查詢36</p><p>　　4.5.2 考核后查詢36</p><p>　　4.5.3 推出查詢模式36</p><p>　　第五章 結(jié) 論37</p><p>　　第六章 參考文獻(xiàn)38</p><p>　　第七章

13、 致 謝39</p><p>　　第八章 附 錄40</p><p>　　附錄一 主片CPU程序40</p><p>　　附錄二 從片（U2和U3）程序55</p><p><b>　　緒論</b></p><p><b>　　1.硬件方案討論</b><

14、;/p><p>　　維修電工智能排故系統(tǒng)裝置（以下簡(jiǎn)稱裝置），主要用來(lái)對(duì)學(xué)員進(jìn)行培訓(xùn)專用。該裝置具有的四個(gè)功能：功能一，智能化；功能二，能很方便的進(jìn)行人機(jī)對(duì)話，即鍵盤顯示操作系統(tǒng)的應(yīng)用；功能三，能顯示排故定時(shí)，故障點(diǎn)的編號(hào)，以及設(shè)置的故障數(shù)等，即至少要有三組（兩個(gè)數(shù)碼管一組）數(shù)碼管顯示；功能四，能對(duì)電路中的48個(gè)點(diǎn)進(jìn)行選擇性控制，來(lái)模擬電路中的故障。</p><p>　　功能一的設(shè)計(jì)討論。智能

15、化，采用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。使用單片機(jī)的選擇有，AT89C51、AT89C52、STC89C51、STC89C52.宏晶STC系列單片機(jī)的功能，性能要比AT系列的好。</p><p>　　功能二的設(shè)計(jì)討論。需要的按鍵，有0～9十個(gè)數(shù)字按鍵，因?yàn)檠b置需要輸入和設(shè)置密碼；有功能鍵，例如“模式”鍵、“確認(rèn)”鍵、“清零”鍵、“考核”鍵等；即按鍵數(shù)至少要有十四個(gè)按鍵。</p><p>　　功能三的設(shè)計(jì)討論

16、。顯示采用三個(gè)兩位的數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示。顯示數(shù)據(jù)的數(shù)值和組別的區(qū)別，用數(shù)碼管的閃爍實(shí)現(xiàn)。顯示有軟件譯碼和硬件譯碼。軟件譯碼比硬件譯碼占用的I/O口數(shù)多。硬件譯碼包括位選譯碼和數(shù)據(jù)顯示譯碼。</p><p>　　功能四的設(shè)計(jì)討論。功能二和功能三占用了兩個(gè)I/O口，只剩下兩個(gè)I/O口可用，要實(shí)現(xiàn)功能四，I/O口就必須得擴(kuò)展。現(xiàn)有三種擴(kuò)展I/O口的方法：</p><p>　　方法一，用8255芯片擴(kuò)

17、展I/O口，使其擴(kuò)展到48個(gè)I/O 口，但程序復(fù)雜；</p><p>　　方法二，用4線16線譯碼器與D型觸發(fā)器控制電路結(jié)合使用，但這種方法的成本價(jià)高，需要用到24片D型觸發(fā)器芯片；</p><p>　　方法三，用兩片單片機(jī)擴(kuò)展I/O口，采用并行連接法，程序簡(jiǎn)單，成本價(jià)低。</p><p><b>　　2 硬件方案的確定</b></p&g

18、t;<p>　　綜合上述的討論與分析，確定的硬件設(shè)計(jì)方案為：采用STC89C52作為該裝置的主控CPU芯片，按鍵采用4×4矩陣鍵盤，顯示采用硬件譯碼，輸出采用兩片單片機(jī)STC89C51作為從片CPU芯片與主片CPU芯片STC89C52并行連接，輸出控制點(diǎn)的通斷用繼電器來(lái)控制。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖如圖1-1。</p><p><b>　　3軟件方案設(shè)計(jì)</b></p&

19、gt;<p>　　按維修電工智能排故系統(tǒng)裝置的硬件設(shè)計(jì)，來(lái)設(shè)計(jì)CPU的操作應(yīng)用系統(tǒng)，即軟件的設(shè)計(jì)。</p><p>　　兩從片CPU（STC89C51）的功能是，將主控CPU發(fā)過(guò)來(lái)的信號(hào)中轉(zhuǎn)控制繼電器的工作狀態(tài)，并保持當(dāng)前狀態(tài)，直到下一個(gè)相同的信號(hào)到來(lái)。由于它是與主控CPU并行連接，所以，只要讀取與主控CPU相連的I/O口的數(shù)據(jù)，并保持相應(yīng)的狀態(tài)就行。</p><p>　　主

20、控CPU（STC89C52）的功能，能對(duì)按鍵的輸入進(jìn)行相應(yīng)的處理，并能在數(shù)碼管上顯示；操作按鍵可實(shí)現(xiàn)的功能有，可以輸入并設(shè)置一個(gè)六位數(shù)的密碼；設(shè)置故障點(diǎn)；查詢故障點(diǎn)；設(shè)置定時(shí)時(shí)間；清零功能等等。</p><p>　　由于主控CPU的功能強(qiáng)大，系統(tǒng)程序長(zhǎng)，所以主程序的運(yùn)行采用中斷程序法，其它都設(shè)計(jì)成子程序。主要子程序有：動(dòng)態(tài)顯示程序；4×4矩陣鍵盤掃描程序；密碼程序；監(jiān)控程序；延時(shí)程序；輸出程序；報(bào)警程序

21、；中段計(jì)數(shù)程序等 </p><p>　　4 STC89C51單片機(jī)的性能及應(yīng)用</p><p>　　STC89C51系列單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代超強(qiáng)抗干擾、高速、低功耗的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機(jī)，12時(shí)鐘/機(jī)器周期和6時(shí)鐘/機(jī)器周期可任意選擇。其主要特點(diǎn)如下：</p><p>　　1）增強(qiáng)型6時(shí)鐘/機(jī)器周期，12時(shí)鐘/機(jī)器周期；<

22、;/p><p>　　2）工作電壓：5.5V-3.4V（5V單片機(jī)）；</p><p>　　3）工作頻率范圍：0-40MHZ，相當(dāng)于普通8051的0-80MHZ。實(shí)際工作頻率可達(dá)48MHZ；</p><p>　　4）用戶應(yīng)用程序空間有4K字節(jié)；</p><p>　　5）片上集成512字節(jié)RAM；</p><p>　　6）通用

23、I/O口（32個(gè)），復(fù)位后為：P0、P1、P2、P3是準(zhǔn)雙向口、弱上拉（普通8051傳統(tǒng)I/O口）。P0口是開(kāi)漏輸出。作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為I/O口用時(shí)，需要加上拉電阻；</p><p>　　7）ISP（在系統(tǒng)可編程）、IAP（在應(yīng)用可編程），無(wú)需專用編程器、仿真器可通過(guò)串口（P3.0/P3.1）直接下載用戶程序，下載速度快；</p><p>　　8）EEPROM功能；&l

24、t;/p><p><b>　　9）看門狗；</b></p><p>　　10）共3個(gè)16位定時(shí)器、計(jì)數(shù)器,其中定時(shí)器0還可以當(dāng)成2個(gè)8位定時(shí)器使用；</p><p>　　11）外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷，POWER DOWN模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒；</p><p>　　12）通用異步串行口（UA

25、RT），還可用定時(shí)軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè)UART； </p><p>　　13）工作溫度范圍： -40～+85攝氏度； </p><p>　　STC89C52用戶存儲(chǔ)器空間為8K，其功能與STC89C51相同，這里就不再介紹了。</p><p><b>　　5 成果預(yù)測(cè)</b&

26、gt;</p><p>　　維修電工智能排故系統(tǒng)裝置是根據(jù)高級(jí)電工培訓(xùn)考核的實(shí)際情況而設(shè)計(jì)的集培訓(xùn)學(xué)習(xí)、理論驗(yàn)證、實(shí)際操作能力、考核鑒定于一體的多功能考核設(shè)備。整個(gè)系統(tǒng)裝置能完成高級(jí)電工考核鑒定中的電力拖動(dòng)控制與照明電路的實(shí)操項(xiàng)目，適應(yīng)各大、中專、技校、職校初、高級(jí)電工、電拖專業(yè)教學(xué)與實(shí)訓(xùn)考核。</p><p><b>　　一 元器件簡(jiǎn)介</b></p>

27、;<p>　　1.主控芯片STC89C52</p><p>　　（1）STC89C52處理芯片</p><p><b>　?。?）主要性能</b></p><p>　　與MCS-51單片機(jī)產(chǎn)品兼容 、8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器、 1000次擦寫周期、全靜態(tài)操作：0Hz～33Hz 、三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器 、 32個(gè)可編程I/

28、O口線、三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器八個(gè)中斷源、全雙工UART串行通道、 低功耗空閑和掉電模式 、掉電后中斷可喚醒 、看門狗定時(shí)器 、雙數(shù)據(jù)指針、掉電標(biāo)識(shí)符 。</p><p><b>　　功能特性描述</b></p><p>　　STC89C52 是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。使用高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工

29、業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在線系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 STC89C52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16 位 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶

30、振及時(shí)鐘電路。另外，STC89C52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。8 位微控制器 8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash</p><p>　　P0 口：P0口是一個(gè)8位漏極開(kāi)路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TT

31、L邏輯電平。對(duì)P0端口寫“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。</p><p>　　當(dāng)訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下， P0具有內(nèi)部上拉電阻。</p><p>　　在flash編程時(shí)，P0口也用來(lái)接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。</p><p>　　P1 口：P1 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻

32、的8 位雙向I/O 口，p1 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì)P1 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。</p><p>　　此外，P1.0和P1.2分別作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入（P1.0/T2）和時(shí)器/計(jì)數(shù)器2 的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），具體如下表所示。 在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P

33、1口接收低8位地址字節(jié)。</p><p><b>　　引腳號(hào)第二功能</b></p><p>　　P1.0 T2（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出</p><p>　　P1.1 T2EX（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制）</p><p>　　P1.5 MOSI（在線系統(tǒng)編程用）</p&

34、gt;<p>　　P1.6 MISO（在線系統(tǒng)編程用）</p><p>　　P1.7 SCK（在線系統(tǒng)編程用）</p><p>　　P2 口：P2 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì)P2 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流

35、（IIL）。</p><p>　　在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX @DPTR） 時(shí)，P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用 8位地址（如MOVX @RI）訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。</p><p>　　P3 口：P3 口

36、是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì)P3 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。 P3口亦作為STC89C52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P3口也接收一些控制信號(hào)。</p><p><b>　　端口引腳 第二功

37、能</b></p><p>　　P3.0 RXD(串行輸入口)</p><p>　　P3.1 TXD(串行輸出口)</p><p>　　P3.2 INTO(外中斷0)</p><p>　　P3.3 INT1(外中斷1)</p><p>　　P3.4 TO(定時(shí)/計(jì)數(shù)器0)</p><p&

38、gt;　　P3.5 T1(定時(shí)/計(jì)數(shù)器1)</p><p>　　P3.6 WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通)</p><p>　　P3.7 RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通)</p><p>　　此外，P3口還接收一些用于FLASH閃存編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。</p><p>　　RST——復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平

39、將是單片機(jī)復(fù)位。</p><p>　　ALE/PROG——當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。</p><p>　　對(duì)FLASH存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）

40、。</p><p>　　如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE禁止位無(wú)效。</p><p>　　PSEN——程序儲(chǔ)存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)STC89C52由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，

41、每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個(gè)脈沖，在此期間，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過(guò)兩次PSEN信號(hào)。</p><p>　　EA/VPP——外部訪問(wèn)允許，欲使CPU僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000H-FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。</p><p>　　如EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器

42、的指令。</p><p>　　FLASH存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。</p><p>　　2. 3-8譯碼器74LS138</p><p><b>　　引腳圖</b></p><p>　　74LS138 為3 線－8 線譯碼器，共有 54/74S1

43、38和 54/74LS138 兩種線路結(jié)構(gòu)型式，</p><p><b>　　其工作原理如下：</b></p><p>　　當(dāng)一個(gè)選通端（E3）為高電平，另兩個(gè)選通端（E1)和/(E2)）為</p><p>　　低電平時(shí)，可將地址端（A、B、C）的二進(jìn)制編碼在一個(gè)對(duì)應(yīng)的輸出端以低</p><p><b>　　電

44、平譯出。 </b></p><p>　　利用 E1、E2和E3可級(jí)聯(lián)擴(kuò)展成 24 線譯碼器；若外接一個(gè)反</p><p>　　相器還可級(jí)聯(lián)擴(kuò)展成 32 線譯碼器。 </p><p>　　若將選通端中的一個(gè)作為數(shù)據(jù)輸入端時(shí)，74LS138還可作數(shù)據(jù)分配器。</p><p><b>　　3.數(shù)碼管</b><

45、/p><p>　　數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個(gè)發(fā)光二極管單元（多一個(gè)小數(shù)點(diǎn)顯示）；按能顯示多少個(gè)“8”可分為1位、2位、4位等等數(shù)碼管；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽(yáng)極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽(yáng)數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽(yáng)極接到一起形成公共陽(yáng)極(COM)的數(shù)碼管。共陽(yáng)數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的

46、陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陽(yáng)極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。 </p><p><b>　?。?）驅(qū)動(dòng)方式</b></p><p>　　數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來(lái)

47、驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類。</p><p>　?、?靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的I/O端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如BCD碼二-十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用I/O端口多，如驅(qū)動(dòng)5個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5×8＝40根I/O端口來(lái)驅(qū)

48、動(dòng)，要知道一個(gè)89S51單片機(jī)可用的I/O端口才32個(gè)呢：），實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬件電路的復(fù)雜性。</p><p>　?、?動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，

49、當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開(kāi)，該位就顯示出字形，沒(méi)有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過(guò)程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為1～2ms，由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描

50、的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。 </p><p><b>　　（2）主要參數(shù)</b></p><p>　　8字高度：8字上沿與下沿的距離。比外型高度小。通常用英寸來(lái)表示。范圍一般為0.25-20英寸。</p><p>　　長(zhǎng)*寬*高：長(zhǎng)——

51、數(shù)碼管正放時(shí)，水平方向的長(zhǎng)度；寬——數(shù)碼管正放時(shí)，垂直方向上的長(zhǎng)度；高——數(shù)碼管的厚度。</p><p>　　時(shí)鐘點(diǎn)：四位數(shù)碼管中，第二位8與第三位8字中間的二個(gè)點(diǎn)。一般用于顯示時(shí)鐘中的秒。</p><p><b>　　數(shù)碼管應(yīng)用</b></p><p>　　數(shù)碼管是一類顯示屏 通過(guò)對(duì)其不同的管腳輸入相對(duì)的電流 會(huì)使其發(fā)亮 從而顯示出 數(shù)字&l

52、t;/p><p>　　能夠顯示 時(shí)間 日期 溫度 等所有可用數(shù)字表示的參數(shù)</p><p>　　由于它的價(jià)格便宜 使用簡(jiǎn)單 在電器 特別是家電領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛 空調(diào) 熱水器 冰箱 等等</p><p>　　絕大多數(shù) 熱水器用的都是數(shù)碼管 其他家電 也用液晶屏與 熒光屏</p><p>　　數(shù)碼管使用的電流與電壓</p><p&

53、gt;　　電流：靜態(tài)時(shí)，推薦使用10-15mA；動(dòng)態(tài)時(shí)，16/1動(dòng)態(tài)掃描時(shí)，平均電流為4-5mA，峰值電流50-60mA。</p><p>　　電壓：查引腳排布圖，看一下每段的芯片數(shù)量是多少？當(dāng)紅色時(shí)，使用1.9V乘以每段的芯片串聯(lián)的個(gè)數(shù)；當(dāng)綠色時(shí)，使用2.1V乘以每段的芯片串聯(lián)的個(gè)數(shù)。 </p><p><b>　?。?）常見(jiàn)問(wèn)題</b></p>&l

54、t;p>　　恒流驅(qū)動(dòng)與非恒流驅(qū)動(dòng)對(duì)數(shù)碼管的影響</p><p><b>　　1、顯示效果：</b></p><p>　　由于發(fā)光二極管基本上屬于電流敏感器件，其正向壓降的分散性很大， 并且還與溫度有關(guān)，為了保證數(shù)碼管具有良好的亮度均勻度，就需要使其具有恒定的工作電流，且不能受溫度及其它因素的影響。另外，當(dāng)溫度變化時(shí)驅(qū)動(dòng)芯片還要能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出電流 的大小以實(shí)現(xiàn)色

55、差平衡溫度補(bǔ)償。</p><p><b>　　2、安全性：</b></p><p>　　即使是短時(shí)間的電流過(guò)載也可能對(duì)發(fā)光管造成永久性的損壞，采用恒流驅(qū)動(dòng)電路后可防止 由于電流故障所引起的數(shù)碼管的大面積損壞。</p><p>　　另外，我們所采用的超大規(guī)模集成電路還具有級(jí)聯(lián)延時(shí)開(kāi)關(guān)特性，可防止反向尖峰電壓對(duì)發(fā)光二極管的損害。</p>

56、<p>　　超大規(guī)模集成電路還具有熱保護(hù)功能，當(dāng)任何一片的溫度超過(guò)一定值時(shí)可自動(dòng)關(guān)斷，并且可在控制室內(nèi)看到故障顯示。</p><p>　　為什么數(shù)碼管亮度不均勻？</p><p>　　關(guān)于亮度一致性的問(wèn)題是一個(gè)行業(yè)內(nèi)的常見(jiàn)問(wèn)題。</p><p>　　有二個(gè)大的因素影響到亮度一致性。</p><p>　　一是使用原材料芯片的選取，

57、一是使用數(shù)碼管時(shí)采取的控制方式。</p><p>　　1、原材料--芯片的VF和亮度和波長(zhǎng)是一個(gè)正態(tài)分布，</p><p>　　即使篩選過(guò)芯片，VF和亮度和波長(zhǎng)已在一個(gè)很小的范圍了，生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品還是在一個(gè)范圍內(nèi),結(jié)果就是亮度不一致。</p><p>　　2、要保證數(shù)碼管亮度一樣，在控制方式選取上也有差別</p><p>　　最好的辦法是恒流

58、控制，流過(guò)每一個(gè)發(fā)光二極管的電流都是相同的，這樣發(fā)光二極管看起來(lái)亮度就是一樣的了。如恒壓控制，則導(dǎo)致VF不相同的發(fā)光二極管分到的電流不相同，所以亮度也不同。</p><p>　　當(dāng)然以上二個(gè)條件是相輔相成的。</p><p>　　怎樣測(cè)量數(shù)碼管引腳，分共陰和共陽(yáng)?</p><p>　　找公共共陰和公共共陽(yáng)：首先，我們找個(gè)電源（3到5伏）和1個(gè)1K（幾百歐的也行）的電

59、阻，VCC串接個(gè)電阻后和GND接在任意2個(gè)腳上，組合有很多，但總有一個(gè)LED會(huì)發(fā)光的，找到一個(gè)就夠了，然后GND不動(dòng)，VCC（串電阻）逐個(gè)碰剩下的腳，如果有多個(gè)LED（一般是8個(gè)），那它就是共陰的了。相反用VCC不動(dòng)，GND逐個(gè)碰剩下的腳，如果有多個(gè)LED（一般是8個(gè)），那它就是共陽(yáng)的。也可以直接用數(shù)字萬(wàn)用表，紅表筆是電源的正極，黑表筆是電源的負(fù)極。</p><p><b>　　二 硬件設(shè)計(jì)</

60、b></p><p><b>　　1硬件電路設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　（1）顯示電路</b></p><p>　　1) 74LS48是一款常用的共陽(yáng)極數(shù)碼管專用譯碼芯片。它實(shí)現(xiàn)的功能是從BCD碼到七段數(shù)碼管的譯碼和驅(qū)動(dòng)。引腳圖如圖2-1所示。 　　 </p><

61、;p>　　它的a～g腳接七段數(shù)碼管的七段數(shù)字段，而A、B、C、D引腳接單片機(jī)的數(shù)據(jù)線，3個(gè)控制引腳接高電平。這樣當(dāng)A、B、C、D 4個(gè)引腳輸入0～15的數(shù)據(jù)時(shí)，跟它相連接的數(shù)碼管就顯示相應(yīng)的字符。</p><p>　　2）74LS138芯片是位選譯碼器，它的A、B、C引腳接單片機(jī)的數(shù)據(jù)線，這樣當(dāng)A、B、C 3個(gè)引腳輸入0～5的數(shù)據(jù)時(shí)，跟它相連接的相應(yīng)數(shù)碼管工作。</p><p>&l

62、t;b>　　圖2-2顯示電路</b></p><p>　　3）系統(tǒng)顯示電路采用了3個(gè)2位共陰數(shù)碼管，如圖2-1所示。3個(gè)數(shù)碼管使用一塊74LS138譯碼器作為位選輸出，與主片CPU的P1口低三位相連；同時(shí)采用一塊74LS48作為段選譯碼，與主片CPU的P1口高四位相連。用74LS48作為段選譯碼器，則需要在它與數(shù)碼管之間串聯(lián)電阻（設(shè)計(jì)中用了8個(gè)300Ω的電阻），其作用是限流，保護(hù)數(shù)碼管燈不被大電

63、流燒壞。</p><p><b>　?。?）鍵盤電路</b></p><p>　　對(duì)于圖3-3的按鍵連接，一般情況下在按鍵被按下和被釋放的瞬間，單片機(jī)讀到的數(shù)據(jù)并不是理想中的從高電平到低電平和從低電平到高電平的跳變，而是如圖3-4所示的有抖動(dòng)的電壓波形。</p><p>　　圖2-4中的抖動(dòng)是由按鍵的機(jī)械特性所決定的，抖動(dòng)時(shí)間一般為10ms左右

64、。如果不對(duì)按鍵抖動(dòng)做任何處理而直接讀取，對(duì)相對(duì)操作者來(lái)說(shuō)速度非?？斓膯纹瑱C(jī)，在按鍵被按下和被釋放的過(guò)程中相當(dāng)于有多次按下和釋放的操作。為了保證單片機(jī)對(duì)按鍵輸入的正確判斷，必須對(duì)按鍵抖動(dòng)做出處理，這個(gè)過(guò)程叫做按鍵的去抖。去抖可以采用硬件和軟件兩種方法。硬件方法就是在按鍵的輸入通道里加入一定的去抖電路，如加入一個(gè)電容或低通濾波器，靠其積分作用來(lái)消除抖動(dòng)；軟件方法是指采用延時(shí)的方法把抖動(dòng)的時(shí)間拋掉，等電壓穩(wěn)定之后再讀取按鍵的狀態(tài)。由于抖動(dòng)時(shí)間

65、與整個(gè)按鍵操作時(shí)間相比很小，所以延時(shí)不會(huì)對(duì)按鍵狀態(tài)的判斷產(chǎn)生什么影響。而且軟件去抖省去了硬件電路，變得更加經(jīng)濟(jì)實(shí)用。</p><p>　　裝置的鍵盤電路采用4×4矩陣鍵盤電路與主片CPU的P2口連接，電路圖如圖2-5所示。鍵盤電路中沒(méi)有接上拉電阻，是因?yàn)閱纹瑱C(jī)的P2口內(nèi)有上拉電阻。</p><p><b>　　圖2-5 鍵盤電路</b></p>

66、<p><b>　?。?）復(fù)位電路</b></p><p>　　復(fù)位電路是使單片機(jī)的CPU或系統(tǒng)中的其它部件處于某一確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作。當(dāng)程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死機(jī)狀態(tài)時(shí)，則需要有復(fù)位鍵來(lái)恢復(fù)CPU的正常工作。通常單片機(jī)復(fù)位操作有上電復(fù)位、信號(hào)復(fù)位、運(yùn)行監(jiān)視復(fù)位，運(yùn)行監(jiān)視有程序運(yùn)行監(jiān)視和電源監(jiān)視。系統(tǒng)復(fù)位電路如圖2-6所示：</p>&l

67、t;p>　　上電復(fù)位要求接通電源后，單片機(jī)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。上電瞬間CPU的RESET引腳獲得高電平，隨著電容的充電，RESET引腳的高電平將逐漸下降。RESET引腳的高電平只要能保持足夠的時(shí)間（2個(gè)機(jī)器周期），單片機(jī)就可以進(jìn)行復(fù)位操作。</p><p><b>　　圖2-6 復(fù)位電路</b></p><p><b>　?。?）電源設(shè)計(jì)</b&g

68、t;</p><p>　　電源的穩(wěn)壓電路根據(jù)調(diào)整元件類型可以分為電子管穩(wěn)壓電路、三極管穩(wěn)壓電路、可控硅穩(wěn)壓電路、集成穩(wěn)壓電路等；根據(jù)調(diào)整元件與負(fù)載連接方法，可以分為串聯(lián)型和并聯(lián)型；根據(jù)調(diào)整元件工作狀態(tài)不同，可以分線性和開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路。直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器、整流濾波電路及穩(wěn)壓電路所組成。</p><p>　　由于本系統(tǒng)對(duì)電源要求相對(duì)較高，所以配備了一個(gè)獨(dú)立的開(kāi)關(guān)電源，其輸出電壓為+5V

69、，輸出電流為1000mA。</p><p><b>　?。?）時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需的時(shí)鐘信號(hào)，而時(shí)序所研究的是指令執(zhí)行中各信號(hào)之間的相互聯(lián)系。單片機(jī)本身就如一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為了保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號(hào)控制下嚴(yán)格的工作。系統(tǒng)時(shí)鐘振蕩電路如圖3-7所示。</p><p&g

70、t;　　圖3-7 時(shí)鐘振蕩電路</p><p>　　單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，其輸入端為芯片引腳XTAL1，其輸出端為引腳XTAL2。而在芯片外部，XTAL1和XTAL2之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，從而構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。</p><p>　　只要在單片機(jī)的XTAL1和XTAL2引腳外接晶體振蕩器就構(gòu)成了自激振蕩器并在單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)。電容C1和C2的作用是穩(wěn)定頻率和

71、快速起振，電容值在5-30pF之間。外部時(shí)鐘方式是把外部已有的時(shí)鐘信號(hào)引入到單片機(jī)內(nèi)。一般要求外部信號(hào)高電平的持續(xù)時(shí)間大于20ns，且為頻率不大于12MHz的方波。</p><p><b>　　（4）輸出電路</b></p><p>　　1）電路要對(duì)48個(gè)繼電器進(jìn)行單獨(dú)控制，則所需主片CPU 的I/O口就要有48個(gè)，而主片CPU的I/O口顯然是不能滿足的。所以必須擴(kuò)展

72、I/O口。電路采用兩片單片機(jī)與主片CPU并行連接來(lái)擴(kuò)展I/O口，電路原理圖如圖2-8所示。用從片U2和U3的P0口分別與主片CPU P1口的低五位和P3口的高五位連接，則兩從片CPU剩余的I/O口數(shù)剛好為48個(gè)。為了保證數(shù)據(jù)同步，3塊CPU的晶振頻率全部為12MHz。</p><p>　　圖2-8 I/O口擴(kuò)展電路 </p><p>　　2)用兩從片剩余的48個(gè)I/O口與48個(gè)繼電器輸出控

73、制電路一一對(duì)應(yīng)的連接。繼電器輸出控制電路由繼電器和ULN2003芯片連接組成。一片ULN2003芯片有8路輸入和8路輸出，輸入口接單片機(jī)，輸出口接繼電器。ULN2003具有很強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力，它可以直接驅(qū)動(dòng)繼電器。其原理圖如圖2-9所示。</p><p><b>　?。?）系統(tǒng)原理圖</b></p><p>　　系統(tǒng)總原理圖如圖3-10所示，</p><

74、;p>　　圖3-10 修電工智能排故系統(tǒng)裝置總原理圖</p><p><b>　　2.PCB板設(shè)計(jì)</b></p><p>　　PCB板的制作在protel99SE中進(jìn)行，protel99SE采用數(shù)據(jù)庫(kù)的管理方式。protel99SE軟件沿襲了protel99以前版本方便易學(xué)的特點(diǎn)，內(nèi)部界面與protel99大體相同，新增加了一些功能模塊，功能更加強(qiáng)大。新增加的

75、層堆棧管理功能，可以設(shè)計(jì)32個(gè)信號(hào)層，16個(gè)地電層，16個(gè)機(jī)械層。新增的3D功能讓您在加工印制板之前看到板的三維效果。增強(qiáng)的打印功能，使您可以輕松修改打印設(shè)置控制打印結(jié)果。protel99SE容易使用的特性還體現(xiàn)在“這是什么”幫助，按下右上角的小問(wèn)號(hào)，然后輸入你所要的信息，可以很快地看到特性的功能，然后用到設(shè)計(jì)中，按下?tīng)顟B(tài)欄末端的按鈕，使用自然語(yǔ)言幫助顧問(wèn)。</p><p>　　在硬件設(shè)計(jì)中，考慮到市場(chǎng)上有一種可

76、放置電路板的專用盒子（160mm×120mm），為了能使用它，在制作PCB板時(shí)，把硬件電路分別制成了兩快PCB板（一塊PCB放不下整個(gè)電路的元器件）。一塊主電路板，即CPU控制電路板；另一塊輔助電路板，電路有顯示電路、鍵盤電路和繼電器電路。繼電器是要控制強(qiáng)電，可能會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，所以在設(shè)計(jì)時(shí)，就把繼電器電路單獨(dú)放在電路板的一邊，做隔絕處理。</p><p>　　在PCB板設(shè)計(jì)之前，先進(jìn)行原理圖的繪制

77、。</p><p>　　（1）主電路板原理圖繪制</p><p>　　雙擊protel99SE圖標(biāo)打開(kāi)軟件后，新建一個(gè).DDB的庫(kù)文件。在新建好的庫(kù)文件中建立一個(gè).sch的原理圖文件。打開(kāi)新建的原理圖文件，設(shè)置圖紙大小，寬1600，高1200。將所需元器件放置好，然后連線。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中可以利用protel99SE強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)連線功能，不需要將每條電氣線路都畫出來(lái)，只需將所要連接的元件引腳

78、設(shè)置為相同的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)。原理圖畫好后進(jìn)行元器件封裝。最后進(jìn)行ERC規(guī)則檢查。主電路板原理圖如圖2-11所示，</p><p>　　圖2-11 主電路板原理圖</p><p>　　當(dāng)設(shè)計(jì)好原理圖，在進(jìn)行了ERC電氣規(guī)則檢查正確無(wú)誤后，就要生成網(wǎng)絡(luò)表，為PCB布線做好準(zhǔn)備。在“Design”下選取“Create Netlist”對(duì)話框，設(shè)置為相應(yīng)格式的網(wǎng)絡(luò)表。網(wǎng)絡(luò)表生成后，就可以進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)了

79、。</p><p>　　新建議個(gè).pcb的文件，設(shè)置合適的邊框大小，本設(shè)計(jì)PCB尺寸為143mm×106mm。導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表，在“Design”下選擇“l(fā)oad nets”,選取將要導(dǎo)入的網(wǎng)絡(luò)表文件，點(diǎn)擊“Execute”即可。接下來(lái)就可以進(jìn)行布線。</p><p>　　布線的關(guān)鍵是布局，多數(shù)設(shè)計(jì)者采用手動(dòng)布局的形式?！癛oom”定義規(guī)則，可以將指定元件放到指定區(qū)域。protel99

80、SE在布局方面新增加了一些技巧。新的交互式布局選項(xiàng)包括自動(dòng)選擇和自動(dòng)對(duì)齊。使用自動(dòng)選擇方式可以很快地收集相似封裝元件，然后旋轉(zhuǎn)、展開(kāi)和整理成組，就可以移動(dòng)到板上所需的位置上了。當(dāng)簡(jiǎn)易的布局完成后，使用自動(dòng)對(duì)齊方式整齊的展開(kāi)或縮緊一組封裝相似的元件。</p><p>　　在布線之前先要設(shè)置布線規(guī)則。在“Design”下選擇“Rules”對(duì)話框，選擇不同網(wǎng)絡(luò)布線的線寬、布線方式、布線的層數(shù)、安全間距、過(guò)孔大小等。&l

81、t;/p><p>　　有了布線規(guī)則，就可以進(jìn)行自動(dòng)或手動(dòng)布線了。選擇“Auto Route”菜單，采用自動(dòng)布線。</p><p>　　（2）輔助電路板設(shè)計(jì)</p><p>　　LED由強(qiáng)電部分與弱電部分組成。強(qiáng)電部分包括16個(gè)+5V的繼電器以及32個(gè)接線端子。本設(shè)計(jì)可單獨(dú)控制48個(gè)繼電器通斷，考慮到實(shí)際應(yīng)用中可能不需要48個(gè)繼電器，所以LED板只設(shè)計(jì)16個(gè)繼電器輸出，如

82、果需要更多輸出，則可以通過(guò)CPU板上的接口進(jìn)行擴(kuò)展。弱電部分包括顯示電路以及鍵盤電路。LED板原理圖如圖2-2-4所示：</p><p>　　圖2-2-4 LED板原理圖</p><p>　　強(qiáng)電部分通電電流較大，所以線寬設(shè)置為2mm。為了使強(qiáng)電部分不影響弱電部分穩(wěn)定性，強(qiáng)電部分與弱電部分之間用地線來(lái)做一個(gè)屏蔽環(huán)。LED板尺寸與CPU板相同。</p><p>　　當(dāng)

83、一塊線路板已經(jīng)設(shè)計(jì)好，要檢查布線是否有錯(cuò)誤，Protel99 SE提供了很好的檢查工具“DRC”自動(dòng)規(guī)則檢查。只要運(yùn)行“Tools”下的“Design Rlue Check”,計(jì)算機(jī)會(huì)自動(dòng)將檢查結(jié)果列出來(lái)。</p><p><b>　　三 軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　1.主片CPU程序設(shè)計(jì)</p><p>　　主片CPU程序的主程序

84、采用中斷運(yùn)行，其流程圖如圖4-1所示。</p><p>　　主片CPU的子程序設(shè)計(jì)有：中斷和計(jì)數(shù)程序設(shè)計(jì)；動(dòng)態(tài)顯示程序設(shè)計(jì)；4×4矩陣鍵盤掃描程序設(shè)計(jì)；密碼程序設(shè)計(jì)；監(jiān)控程序設(shè)計(jì)；延時(shí)程序設(shè)計(jì)；并行連接輸出程序設(shè)計(jì)；設(shè)置程序設(shè)計(jì)；考核程序設(shè)計(jì)等等。</p><p>　　（1） 中斷和計(jì)數(shù)程序</p><p>　　在C51語(yǔ)言中，中斷服務(wù)程序是以中斷服務(wù)函數(shù)

85、的形式存在的，該函數(shù)需要使用關(guān)鍵字interrupt進(jìn)行定義，interrupt后面的參數(shù)0～4表明了中斷源。在設(shè)計(jì)中斷服務(wù)函數(shù)時(shí)常使用using關(guān)鍵字，using定義了在中斷服務(wù)函數(shù)中使用的寄存器組，參數(shù)0～3，分別對(duì)應(yīng)0～3通用工作寄存器，這樣的好處是可以減少壓入堆棧的變量?jī)?nèi)容，從而簡(jiǎn)化中斷服務(wù)程序的內(nèi)容，以加快程序執(zhí)行的速度。裝置的系統(tǒng)的運(yùn)行采用中斷掃描法，中斷為每隔10ms中斷一次,而監(jiān)視中斷次數(shù)，可以計(jì)算出時(shí)間，于是，可實(shí)現(xiàn)定

86、時(shí)功能。其子程序設(shè)計(jì)為：“void Timer0Int() interrupt 1 using 3”，詳細(xì)程序請(qǐng)參考附錄。</p><p><b>　?。?）動(dòng)態(tài)顯示程序</b></p><p><b>　　1）顯示方法介紹</b></p><p>　　數(shù)碼管有兩種顯示方法：靜態(tài)顯示法和動(dòng)態(tài)顯示法。</p>

87、<p>　　所謂靜態(tài)顯示是指數(shù)碼管顯示某一字符時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定導(dǎo)通或恒定截止。這種顯示方式占用CPU時(shí)間少，編程簡(jiǎn)單，但其占用的I/O口線多，硬件電路復(fù)雜，成本高，且只適合于顯示字符位數(shù)較少的場(chǎng)合。</p><p>　　動(dòng)態(tài)顯示是指逐次點(diǎn)亮每個(gè)數(shù)碼管。方法是每個(gè)數(shù)碼管的公共端都由一個(gè)I／O口線來(lái)控制，以動(dòng)態(tài)方式顯示時(shí)，先選中第1個(gè)數(shù)碼管，把數(shù)據(jù)送給它顯示，一定時(shí)間后再選中第2個(gè)數(shù)碼管，把數(shù)據(jù)送給

88、它顯示……即在某一時(shí)刻只有一個(gè)數(shù)碼管在顯示字符。這樣只要掃描的速度足夠高(要超過(guò)人眼的視覺(jué)暫留時(shí)間20ms)，動(dòng)態(tài)顯示的效果在人看來(lái)就是幾個(gè)數(shù)碼管同時(shí)顯示。采用動(dòng)態(tài)顯示方式比較節(jié)省I／O口，硬件電路也比靜態(tài)顯示方式簡(jiǎn)單，用一個(gè)位選譯碼芯片74LS138就能實(shí)現(xiàn)，但其亮度不如靜態(tài)顯示方式時(shí)的亮度，而且在顯示的數(shù)碼管較多時(shí)，CPU要依次掃描，會(huì)占用較多的時(shí)間。</p><p><b>　　2）選擇輸送顯示&

89、lt;/b></p><p>　　P1口的低三位為輸出位選信號(hào)，來(lái)控制六位數(shù)碼管的工作；P1口的高四位為輸送顯示數(shù)據(jù)，用“<<”左移指令使數(shù)據(jù)左移四位實(shí)現(xiàn)。其子程序設(shè)計(jì)為：“void Scan7()”， 詳細(xì)程序請(qǐng)參考附錄一。3）顯示程序說(shuō)明</p><p>　　顯示程序分為兩個(gè)子程序“Display0”和“Display1”。“Display0”是顯示密碼程序；“Di

90、splay1”是顯示除密碼值以外的數(shù)值程序（例：定時(shí)、故障編號(hào)等等）。</p><p>　　4）閃爍顯示方法說(shuō)明</p><p>　　在程序中“Flag2”的功能就是實(shí)現(xiàn)閃爍。程序?yàn)椋骸癷f(s_Bian++>=50) {flag2=!flag2;s_Bian=0;} ”。其具體實(shí)現(xiàn)的方法是：</p><p>　　void Display0(void)<

91、/p><p>　　{ if(flag2==1)</p><p>　　{ -------------;</p><p>　　Dis[4]=(char)s_Midxh[4];</p><p>　　Dis[5]=(char)s_Midxh[5];</p><p><b>　　}</b></p>

92、;<p><b>　　else</b></p><p>　　{ Dis[4]=(char)-1;</p><p>　　Dis[5]=(char)-1;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><

93、;p>　　5）“Flag” 指令說(shuō)明</p><p>　　“Flag”指令的功能是：在考核模式下，用來(lái) 查看另一組（黑色）顯示的，即顯示的替換。</p><p>　?。ㄗⅲ骸癉is[]=(char)-1”是在數(shù)碼管不能顯示。執(zhí)行此指令時(shí)，數(shù)碼管燈不亮。）</p><p>　　（3） 4×4矩陣鍵盤掃描程序</p><p>　

94、　矩陣式鍵盤的按鍵判別有兩種方法：行列掃描法和鍵盤中斷法。</p><p>　　行列掃描法：從第1行(或列)開(kāi)始使每一行(或列)分別置低電平，然后讀入所有列。(或行)的狀態(tài)，如果沒(méi)有鍵被按下，則讀到的列(或行)全為高電平；而當(dāng)有鍵被按下后，讀入的列(或行)中必有一條為低電平，此時(shí)此列(或行)與該行(或列)的交點(diǎn)處的按鍵就是被按下的鍵。</p><p>　　鍵盤中斷法的一般電路如圖3-5所示

95、。P1．4～Pl．7置高電平，依次置P1．0～P1．3為低電平，當(dāng)有鍵被按下時(shí)，INT0引腳為低電平，于是單片機(jī)產(chǎn)生外部中斷，在中斷服務(wù)程序中通過(guò)讀取P1．4～P1．7的電平就可以判斷是哪個(gè)鍵被按下。</p><p>　　本課題用的是4行4列的矩陣式鍵盤，程序使用的是行列掃描法，其鍵盤程序流程圖如圖3-6。</p><p><b>　?。?）密碼程序</b></

96、p><p>　　在此次密碼程序的設(shè)計(jì)中，考慮到用戶有可能會(huì)忘記密碼，所以，在程序中設(shè)計(jì)了兩個(gè)密碼程序，系統(tǒng)密碼程序和臨時(shí)密碼程序。</p><p>　　統(tǒng)密碼程序在每次上電或按盒內(nèi)的復(fù)位按鈕10ms后，系統(tǒng)自動(dòng)設(shè)置的密碼程序，系統(tǒng)密碼為123456。其具體實(shí)現(xiàn)的方法，是在十秒后，在“void Timer0Int() interrupt 1 using 3”子程序中調(diào)用“void Mima11(

97、void)”子程序?qū)崿F(xiàn)，具體語(yǔ)句：“if((flag1==1)&&(xh2==0)) { if(s_Counter++<=10) Mima11();}”。系統(tǒng)密碼子程序?yàn)椋骸皏oid Mima11(void)”。</p><p>　　臨時(shí)密碼程序，是在每次掉電或按盒內(nèi)的復(fù)位按鈕時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)清除設(shè)置的密碼數(shù)據(jù)。其程序在“tiaoshi=3”模式和操作面板“故障數(shù)”燈閃爍模式時(shí)可以調(diào)用并可進(jìn)行臨

98、時(shí)密碼的設(shè)置。其臨時(shí)密碼子程序?yàn)椋骸皏oid Mima10(void)”</p><p>　　（注：“xh2”指令功能判斷程序執(zhí)行在那種狀態(tài)，“=0”為解密碼狀態(tài)、“=1”為解開(kāi)密碼狀態(tài)、“=3”為考核狀態(tài)?！癴lag1=1”時(shí)為解開(kāi)密碼狀態(tài)，“flag1=0”為解密碼狀態(tài)）</p><p><b>　?。?） 監(jiān)控程序</b></p><p&g

99、t;　　為了對(duì)數(shù)據(jù)輸出進(jìn)行監(jiān)控并進(jìn)行相應(yīng)的記錄，如對(duì)設(shè)置的故障數(shù)和排故障狀態(tài)進(jìn)行記錄。設(shè)計(jì)出監(jiān)控子程序有“void ShuChu(void)”、“void Guwcs1()” 和 “void Guwcs2()”。</p><p><b>　?。?）延時(shí)程序</b></p><p>　　延時(shí)程序的設(shè)計(jì)，用于鍵盤按鈕的去斗和輸出的延時(shí)等。其子程序?yàn)椋?lt;/p>

100、<p>　　void Delay (unsigned int value)</p><p>　　{ while (value!=0)</p><p>　　{ value-- ; }</p><p><b>　　}</b></p><p>　　從片CPU和主片CPU的延時(shí)程序及功能一樣，下面就不再介紹了。

101、</p><p>　?。?）并行連接輸出程序</p><p>　　從片CPU與主片CPU是用并行連接。與串行連接相比，雖然多占用了主片CPU的I/O口，但是，并行連接法，在軟件編程和通訊方面比串行連接法要好。利于通訊，節(jié)省ROM存儲(chǔ)空間。</p><p>　　主片CPU（STC89C52）P1口的低五位和P3口的高五位分別與從片CPU“U2”和“U3”相連。其程序流

102、程圖為圖3-7。</p><p><b>　?。?）設(shè)置程序設(shè)計(jì)</b></p><p>　　設(shè)置程序?yàn)閷?duì)故障、定時(shí)和密碼進(jìn)行設(shè)置的程序。其程序設(shè)計(jì)流程圖如圖4-8。</p><p><b>　　（9）考核程序設(shè)計(jì)</b></p><p>　　考核程序是對(duì)學(xué)員進(jìn)行考核記錄設(shè)計(jì)的。其程序流程圖如圖3-

103、9。</p><p>　　2.從片CPU程序設(shè)計(jì)</p><p>　　從片CPU的主要功能是控制繼電器的“通”和“斷”狀態(tài)。當(dāng)接受到主片CPU發(fā)來(lái)的每次信號(hào)時(shí)，相應(yīng)的響應(yīng)一次動(dòng)作，也可以說(shuō)狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次。由此，程序只要用一個(gè)取反指令（=?。┚湍軐?shí)現(xiàn)此功能。例：P1口定義為位變量，每執(zhí)行一次“P1=！P1”語(yǔ)句，P1的狀態(tài)則改變一次。由“0”狀態(tài)變“1”狀態(tài)或由“1”狀態(tài)變“0”狀態(tài)。<

104、/p><p>　　此裝置用了兩個(gè)從片CPU，即U2和U3芯片（STC89C51）。兩個(gè)從片的功能相同，連接方式相同，程序也相同。都是用P1口與主片CPU連接，從片CPU只要讀出主片CPU送給它的P1口數(shù)據(jù)，就可以執(zhí)行其相應(yīng)的語(yǔ)句功能。其從片程序流程圖如圖3-10。</p><p><b>　　四 結(jié)論</b></p><p>　　大學(xué)三年中，

105、我系統(tǒng)的學(xué)習(xí)了單片機(jī)的知識(shí)，也看到了單片機(jī)控制程序的廣闊前景，選擇這個(gè)課題，正是希望能加深自己對(duì)單片機(jī)各方面的理解，并在運(yùn)用先前學(xué)到的知識(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，進(jìn)一步的理解其實(shí)質(zhì)和作用，鞏固和拓展以前的學(xué)習(xí)成果，從而豐富自己的知識(shí)。 由于單片機(jī)技術(shù)發(fā)展已經(jīng)很成熟，我們更多的是借鑒前人的工作，完善我們的設(shè)計(jì)。當(dāng)然，我們?cè)谇叭说幕A(chǔ)上向前走了一步，無(wú)論是原器件的選擇，還是程序的設(shè)計(jì)，我們做的比他們復(fù)雜，這并不是簡(jiǎn)單意義上的重復(fù)，而是消化吸收

106、和創(chuàng)新。 在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，為了查找相關(guān)的技術(shù)文獻(xiàn)資料，我們上網(wǎng)，去學(xué)校圖書館查找資料，雖然辛苦一點(diǎn)，但是令人欣慰的是學(xué)到了書本上學(xué)不到的東西，并且掌握了設(shè)計(jì)的一般方法。 由于時(shí)間很短，我們的能力也有限，很可能我們的設(shè)計(jì)存在這樣或那樣的不足，希望各位多多批評(píng)斧正。</p><p><b>　　第五章 參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[

107、1] 馬家辰、孫玉德《C-51單片機(jī)原理及接口技術(shù)》 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社</p><p>　　[2] 陳麗芳 《單片機(jī)原理與控制技術(shù)》 東南大學(xué)出版社</p><p>　　[3] 何立民 《單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)》 北京航空航天大學(xué)出版社</p><p>　　[4] 王修才、劉祖望：《單片機(jī)接口技術(shù)》

108、 復(fù)旦大學(xué)出版社</p><p>　　[5] 李建忠 《單片機(jī)原理及應(yīng)用》 西安電子科技大學(xué)出版社</p><p>　　[6] 李廣娣《單片機(jī)基礎(chǔ)》 北京航空航天大學(xué)出版社</p><p>　　[7] 公茂法等《單片機(jī)人機(jī)接口實(shí)例集》 北京航天航空大學(xué)出版社1997</p>

109、;<p>　　[8] 《Protel99SE原理圖與PCB設(shè)計(jì)》 清源計(jì)算機(jī)工作室</p><p>　　[9]《實(shí)用電子電路手冊(cè)》 高等教育出版社，1991年10月 　　[10]　王為青、程國(guó)剛 《單片機(jī) Keil CX51 應(yīng)用開(kāi)發(fā)技術(shù)》 人民郵電出版社</p>

110、<p><b>　　第六章 致 謝</b></p><p>　　在這次的設(shè)計(jì)當(dāng)中，我要感謝幾位老師的幫助。李廣兵老師給了我們?cè)谟布O(shè)計(jì)上的指導(dǎo)；湯澤軍老師給了我在軟件設(shè)計(jì)上的指導(dǎo)。有了老師的指導(dǎo)，我們的論文完成進(jìn)度加快了。還要感謝幾位同學(xué)的幫助，在編程的過(guò)程中，他們教我使用編程軟件和硬件仿真軟件，特別是硬件仿真軟件的使用，使我在學(xué)習(xí)編程的過(guò)程中，與實(shí)際結(jié)合，加深了我的應(yīng)用能力