基于單片機的田徑比賽比分告示器LED顯示設計

1、 第一章 田徑比賽比分告示器概述當電子技術(shù)和計算機技術(shù)還沒有當今這么發(fā)達的時候，一些體育比賽和其它項目的比賽中，對于比賽結(jié)果，裁判人員主要通過紙和紙筆來進行相應選手的記錄，然后由專門的統(tǒng)計人員將記錄結(jié)果匯總、統(tǒng)計，最后公布成績。在這過程中，往往需要等待很長的時間，而且也可能帶來結(jié)果的誤差性，因為有著外在因數(shù)的影響。更是需要較多的工作人員，成績也不能夠?qū)崟r地向現(xiàn)場觀眾告示，特別在比較正式的的體育賽事里面。所以，隨著體育事業(yè)的發(fā)展，迫切需要一種更方便，更可靠，更實用的田徑比賽告示器，來減輕人的勞動，增強比賽的客觀性和可視性。各種相關(guān)技術(shù)的日益成熟，給體育事業(yè)帶來了新的活力和發(fā)展。根據(jù)各項比賽的具體

2、要術(shù)，將現(xiàn)代技術(shù)應用于體育事業(yè)中，形成了各種各樣電體育器材。田徑比賽比分告示器就是在結(jié)合了單片機技術(shù)，通訊技術(shù)，控制技術(shù)，液晶顯示技術(shù)，機械技術(shù)等相關(guān)技術(shù)后而設計的，它可應用于田賽各項比賽中，來替代傳統(tǒng)的比分告示方法。單片機是單片微型計算機的簡稱。它是把組成微型計算機的各功能部件：中央處理器CPU、隨機存取存儲器RAM、只讀存儲器ROM、I/O接接口電路、定時器/計數(shù)器以及串行通訊接口等部件制作在一塊集成芯片中，構(gòu)成一個完整的微型計算機。其控制功能強，有優(yōu)異的性能/價格比，體積小，耗電少，可靠性高和容易掌握等優(yōu)點，所以其應用范圍不斷擴大，已成為生產(chǎn)中和人類生活中不可缺少的有力工具。綜合以上優(yōu)點

3、，田徑比賽比分告示器，以單片機為核心部件，通過對其進行接口電路擴展，來進行系統(tǒng)開發(fā)，以實現(xiàn)應達到的設計要求。本田徑比賽比分告示器，按鍵輸入選手的成績、號碼等信息內(nèi)容，在液晶顯示端（即裁判控制器）可以看到輸入的信息，確認輸入正確無誤后，按鍵發(fā)送，成績就通過通訊線路輸送到大屏比分告示器，同時也可以將信息送入計算機數(shù)據(jù)處理，可以讓場上的觀眾即時看到運動員比分。它采用許多比較流行的元件如W77E58而不是8031，簡化了軟硬件結(jié)構(gòu)增加了實用性，因此更具有適應性?，F(xiàn)有的田徑比賽比分告示器要實現(xiàn)的功能都大同小異，只是實現(xiàn)手段方面略有差異，所采用的技術(shù)有些區(qū)別。田徑比賽比分告示器數(shù)字體育的一個應用，將會對田

4、徑比賽產(chǎn)生良好的促進作用，隨著比賽的信息化時代的到來，其應用必將越來越廣泛。在近年來我國舉行的許多重大體育賽事中，我們欣喜的看到許多數(shù)字體育技術(shù)的應用，標志著體事業(yè)正越來越向現(xiàn)代化方向發(fā)展。中國的體育事業(yè)正蓬勃發(fā)展，2008北京奧動會將是我國數(shù)字體育的一個里程碑，我們相信這必將帶動體育數(shù)字技術(shù)的進步，也將使的這些數(shù)字設備的更加完備和成熟。第二章 田徑比賽比分告示器系統(tǒng)的原理及組成田徑比賽比分告示器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1，它主要有三個組成系統(tǒng)：主控制系統(tǒng)、液晶顯示系統(tǒng)和大屏幕告示器系統(tǒng)。主控制系統(tǒng)排列有矩陣鍵盤，用以實現(xiàn)運動員信息的采集，經(jīng)過處理后，通過20mA電流環(huán)路串行接口采用異步通訊的方

5、法送與液晶顯示和大屏幕告示器系統(tǒng),并能采用RS232接口電路與PC機進行通訊。液晶顯示器當接受到主系統(tǒng)送來的信息，進行實時顯示，以便于工作人員確認輸入正確與否。大屏幕告示器系統(tǒng)與液晶顯示器同時收到主機送來的信息，但并不立即顯示，而是在得到確認命令后，再顯示號碼、次數(shù)、成績、成功與否情況，轉(zhuǎn)動大屏幕向全場告示。各個原理圖將在下面分別詳細的說明。 2.1主控制器的系統(tǒng)原理及組成 主控制器的系統(tǒng)原理圖見圖2.2 ,W77E58單片機通過P0、P2口組成38矩陣鍵盤來達到對單片機的控制和數(shù)據(jù)信息的輸入功能。W77E58是雙串口的芯片，用P1.2 和P1.3組成的串口與MAX232接口相連，來與PC機進

6、行數(shù)據(jù)通信，W77E58的另一個串口與電流環(huán)接口相連，中間用光電耦合器（4N25）進行單片機與電流環(huán)的電氣隔離，通過NE556N的電氣轉(zhuǎn)換，將單片機的TTL電平轉(zhuǎn)換成環(huán)路的電流信號。P0.0P0.3：矩陣式鍵盤行接口引腳；P2.0P2.7: 矩陣式鍵盤行接口引腳；P1.2: RXD1(W77E58串行口1輸入端)；P1.3: TXD1(W77E58串行口1輸出端)；P3.1: TXD2(W77E58串行口2輸出端)接光電藕合器。圖2.2主控制器的系統(tǒng)原理2.2液晶顯示系統(tǒng)的原理及組成液晶顯示系統(tǒng)的原理圖見圖2.3。采用AT89S52單片機，其完成的主要工作是接受從主控制系統(tǒng)異步通訊傳輸過來的數(shù)

7、據(jù)與控制信息，經(jīng)處理將數(shù)據(jù)顯示在M液晶屏上，以方便操作人員判別輸入的數(shù)據(jù)正確與否，從而進行必要的修改。AT89S52具體的引腳連接如下：P1.1P1.7: MLS-12864液晶顯示器的8位數(shù)據(jù)輸入；P3.0P3.5: MLS12864液晶顯示器的控制信號輸入；P3.0: RXD(串行口輸入端引腳)。 圖2.3液晶顯示系統(tǒng)的原理圖2.3 大屏幕告示器顯示板的原理及組成大屏幕告示器顯示板的原理見圖2.4。同樣采用AT89S52單片機，其完成的主要工作是接受從主控制系統(tǒng)異步通訊傳輸過來的數(shù)據(jù)與控制信息，在接受到主控系統(tǒng)送來的信息正確無誤的確認命令后，將數(shù)字信息輸入串行輸入并行輸出移位寄存器CD40

8、94，進行LED顯示，同時控制顯示器的轉(zhuǎn)動停止（控制信號控制電機正反轉(zhuǎn)）。AT89S52具體的引腳連接如下：P0.6、P0.7: 大屏顯示牌正、反轉(zhuǎn)控制； P1.6、P3.1: 屏幕轉(zhuǎn)動行程開關(guān)信號；P3.0 ：RXD(串行口輸入端引腳)；P0.1、P0.5: CD4094時鐘信號；P0.2、P0.4: CD4094煤串行數(shù)據(jù)輸入端；P0.0、P0.3 ：D4094并行輸出控制信號輸入端。圖2.4大屏幕告示器顯示板的原理圖第三章 控制系統(tǒng)的硬件設計硬件系統(tǒng)的設計主要是在滿足設計要求的前提下,選擇合適的芯片以及電路連接方式,以提高系統(tǒng)的性和性價比 。3.1 主控制器部分設計3.1.1 CPU 的

9、選擇 CPU是其核心部分，應根椐信息處理需要選擇合適的芯片，在田徑比賽比分告示器系統(tǒng)中，由于需要一個串口通過RS-232總線與PC機相連，又需要一個串口通過電流環(huán)與液晶顯示系統(tǒng)和大屏幕顯示系統(tǒng)進行通訊，為減小系統(tǒng)的花銷，提高軟件實時性，所以采用具有雙串口的芯片W77E58。為更好的和PC機通訊，設定晶振為11.0592MHZ。 一、W77E58簡介W77E58是臺灣華邦公司（Inbond）生產(chǎn)的與MCS51系列單片機兼容的可多次編程的快速微處理器，在它內(nèi)部集成有32K的可重復編程的flash ROM,256字節(jié)的片內(nèi)存儲器，1K的MOVX指令訪問的SRAM，可編程的看門狗定時器,3個16位定時

10、器，2個增強型的全雙工串行口，片內(nèi)RC震蕩器，雙16位數(shù)據(jù)指針等諸多功能。在很多場合，幾乎不用擴展外圍芯片就能夠滿足系統(tǒng)要求，而且，由于它采用了全新設計的微處理器內(nèi)核，去除多余的時鐘和存儲周期，因此，在相同的晶振頻率下，根據(jù)不同的指令類型，其運行速度一般比傳統(tǒng)8051系列快1.5到3倍，一般情況下，平均可達到2.5倍以上，另外，由于W77E58采用全靜態(tài)CMOS設計，能工作在低速晶振頻率下，因此，和普通的8051相比，若W77E58采用低速工作頻率，在相同的指令吞吐量下，W77E58的節(jié)電性能也將大大提高。右圖是其引腳功能。二、W77E58串口W77E58串口是一個全雙工端口。W77E58為用

11、戶提供余外的功能，如幀錯檢測和自動地址識別。串口有異步和同步通信的能力。在同步模式下，W77E58產(chǎn)生時鐘并工作在半雙工模式。在異步模式下，全雙工通信可以實現(xiàn)。發(fā)送寄存器和接收緩沖區(qū)地址都是SBUF特殊功能寄存器。任何對SBUF的寫操作將被傳送到傳送寄存器，而從SBUF的讀操作將從接收緩沖寄存器讀得。串口能工作在4種不同方式下，如下所述。方式0：提供和外部設備的同步通信。此方式下串行數(shù)據(jù)在RXD上傳送和接收。TXD用于發(fā)送時鐘。如果設備發(fā)送或接收數(shù)據(jù)則時鐘由W77E58提供。因此此方式為半雙工串行通信。此方式下，發(fā)送和接受的每幀8位。LSB先被發(fā)送或接收。波特率被固定在晶震的1/12或者1/4

12、。波特率由SCON.5位SM2決定。當此位為0，串口運行在時鐘的1/12。當為1，串口運行在時鐘的1/4。在最后一位傳送結(jié)束之后TI標志被設置為高。當REN為1并且RI為0時串口將接收數(shù)據(jù)。當所有8位都接收之后，RI將為高，接收終止，要繼續(xù)接收許用軟件將RI設置為0。方式1：全雙工異步方式。串行通信幀由10位組成，在TXD上傳送，在RXD上接收。10位包含一個起始位，8個數(shù)據(jù)位（LSB先）和一個停止位。接收時，結(jié)束位進入SCON的RB8。此方式下波特率可變。傳送從寫到SBUF開始。串行數(shù)據(jù)被傳送到TXD引腳。傳送與16計數(shù)器同步。在停止位被傳送到TXD之后TI標志被置位。接收僅僅當REN為1時

13、就可進行。串口真正開始接收數(shù)據(jù)是在RXD引腳上探測到一個下降沿時開始的。方式2：全雙工11位異步通信方式。每幀包括一個起始位，8個數(shù)據(jù)位（LSB先），一個可編程的第9位（TB8）和一個停止位。收到的第9位被放到RB8。寫SBUF時傳輸開始。在停止位被送到TXD腳之后，TI被置1。僅當REN為1時接收開始。為了成功接收必須滿足一些條件：1.RI必須為0；2.或者SM2=0或者接收停止位為1。如果這些條件滿足,那么停止位進入RB8，8位數(shù)據(jù)進入SBUF并且RI被設置為1。否則，收到的幀會被丟失。接收方重新到RXD腳尋找下降沿。方式3：除了波特率可變外，工作方式3與工作方式2完全相同，工作方式3串行

14、口為波特率可變的9位異步串行通訊。3.1.2鍵盤接口電路鍵盤是一組按鍵開關(guān)的集合，它能實現(xiàn)向計算機輸入數(shù)據(jù)、傳送命令等功能，是人工干預計算機的主要手手段。鍵盤可分為非編碼鍵盤和編碼鍵盤兩種。前者用軟件來識別和產(chǎn)生代碼，后者則用硬件來識別。鍵盤處理程序?qū)崿F(xiàn)對鍵盤的管理，它的主要任務是：（1） 確定是否有鍵按下。（2） 當有鍵按下時，則對鍵進行鍵譯碼，找出按下的是哪一個鍵；當無鍵按下時，即返回。（3） 如按下的是數(shù)字鍵，便送顯示緩沖區(qū)單元；當按下的是功能鍵，即轉(zhuǎn)到對應的鍵服務程序。（4） 去抖動。按鍵從開啟到閉合穩(wěn)定，或者從閉合到完全打開，總要有數(shù)毫秒的彈跳時間（即抖動）。彈跳將引起按一次鍵被多次

15、讀取的誤動作。因此，在鍵盤處理程序中，必須設法去抖動。鍵盤的消抖通常有軟、硬件兩種方法，硬件有雙穩(wěn)態(tài)消抖、濾波消抖電路等方法，軟件消抖可以采用延時的辦法。本設計采用軟件消抖，延時10ms再判斷鍵狀態(tài)，以區(qū)鍵是否處理過，從而消除抖動帶來的影響。（5） 處理同時按鍵。對于兩個或者多個按鍵同時按下的重鍵問題，可以采用不同的方法來處理。最常用的方法為N鍵鎖定技術(shù)，即只處理一個鍵，任何其它按下又松開的鍵不產(chǎn)生代碼。通常采用“先入有效”或“后留有效”的原則進行處理。“先入有效”或“后留有效”的原則進行處理?！跋热胗行А钡姆椒ㄊ牵攦蓚€或兩個以上的按鍵被按下時，只有第一個按下的鍵是有效的，其余均2無效；“后

16、留有效”的方法是，當多個鍵按下時，只有最后松開的鍵是有效的，其余均無效。由于此比分告示器除了10個數(shù)字鍵外，還有14個功能鍵，因此為減少單片機口資源消耗，將鍵盤設計成38矩陣式非編碼鍵盤的形式（采用軟掃描的方法處理鍵值）。具體安裝如下：列線： P2.0（21腳） P2.1（22腳）P2.2（23腳）P2.3（24腳）P2.4（25腳）P2.5（26腳）P2.6（27腳）P2.7（28腳），行線：P0.0(39腳) P0.1(38腳) P0.2(37腳)。鍵值/功能依次是：1、2、3、4、5、6、7、8、9、0、NO（號碼）、OR（次數(shù)）、SC（成績）、SU（成功）、FA（失?。?、F1（清號碼）

17、、F2（清次數(shù)）、F3（清成/?。4（清成績）、F5（停轉(zhuǎn)）、TN（轉(zhuǎn)動）、CD（清液顯）、CB（黑大屏）、PA（送大屏）。3.2 液晶顯示系統(tǒng)設計3.2.1 CPU的選擇液晶顯示系統(tǒng)的CPU主要用于接受從主控制系統(tǒng)傳送過來的數(shù)據(jù)和信息，根據(jù)顯示命令，將數(shù)據(jù)和信息送入M液晶顯示器執(zhí)行相關(guān)的顯示。為存儲數(shù)據(jù)和程序（需要有一定的存儲空間），并且電路應盡量簡單，故選用AT89S52單片機。它是是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含8k Bytes ISP的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)及

18、80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，此外，AT89S52設計和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設置省電模式?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復位。同時該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應不同產(chǎn)品的需求。具有較高的性價比。AT89S52具有如下特點：40個引腳，8k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲器，256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個中斷優(yōu)先級

19、2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。為與主控制系統(tǒng)進行通訊，它們的晶振頻率應相同，故晶振：11.0592MHZ，上圖為其引腳功能圖。3.2.2 液晶顯示模塊液晶顯示器是一種極低功耗顯示器，其應用特別廣泛，從電子表到計算器，從袖珍儀表到微型計算機以及一些文字處理機都利用了液晶顯示器。液晶是一種介于液體與固體之間的熱力學中間穩(wěn)定相。其特點是在一定的溫度范圍內(nèi)既有液體的流動性和連續(xù)性，又有晶體的各向異性，其分子呈長棒形，長寬之比較大，分子不能彎曲，是一個流動的剛體，中心一般有一個橋鏈，分子兩頭有極性。其顯示器的組成為：上偏振片、液

20、晶盒、下偏振片、反射板。當外部光線通過上偏振片后形成偏振光，偏振方向成垂直方向，當此偏振光通過液晶材料后，被旋轉(zhuǎn)90，偏振方向成水平方向，此方向與下偏振片的偏振方向一致，因此此光線能完全穿過下偏振片而達到反射板，經(jīng)反射板沿原路返回，從呈現(xiàn)出透明狀態(tài)。當在液晶盒煌上、下加上一定的電壓后，電極部分的液晶分子轉(zhuǎn)成垂直排列，從而失去旋光性。因此，從上偏振片入射的偏振光不被旋轉(zhuǎn)，當此偏振光到達下偏振片時，因其偏振方向與下偏振片垂直，因而被下偏振片吸收，無法達到反射板形成反射，所以呈現(xiàn)黑色。根據(jù)需要將電極做成各種文字，數(shù)字或點陣，就可獲得各種顯示。要利用LCD顯示器，必須有相應的LCD控制器，以及一空間的

21、ROM和RAM（用于存儲字符碼）?，F(xiàn)在人們已經(jīng)將LCD控制器，ROM，ROM和LCD顯示器用PCB連接到一起，稱為液晶顯示模塊LCM，使用者只要向LCM送入相應的命令和數(shù)據(jù)就可實現(xiàn)所需的顯示，這種模塊與CPU也很容易地接口，使用起來靈活方便。設計中選用MLS-12864顯示模塊的就是這種模塊。用北京精電蓬運顯示技術(shù)公司的MLS-12864顯示模塊，它內(nèi)置有HD61202液晶顯示控制驅(qū)動器。3.2.3 關(guān)于HD61202一般介紹一、61202的特點1、 內(nèi)藏6464=4096位顯示RAM，RAM中每位數(shù)據(jù)都對應LCD屏上的一個亮、暗狀態(tài)；2、 HD61202是列驅(qū)動器，具有64路列驅(qū)動輸入；3、

22、 HD61202的占空比為1/321/64。二、HD61202的引腳功能 HD61202管腳圖和功能原理圖如下： 表3-1：接口引腳功能引腳符號名稱狀態(tài)功能CS1、CS2、CS3芯片選擇輸入CS1和CS2低電平選通，CS3高電平選通E讀使能輸入E下降沿，數(shù)據(jù)寫入HD61202，高電平讀出R/W讀寫選擇輸入R/W=1讀選通 R/W=0時寫選通D/I數(shù)據(jù)、指令選擇輸入D/I=1時為數(shù)據(jù)操作D/I=0為寫指令或讀狀態(tài)DB0DB7數(shù)據(jù)總線三態(tài)讀.寫操作選擇1;讀;0:寫RST復位信號輸入有效時，關(guān)閉液晶顯示，使顯示起始為0?？珊蚆PU連也可接VCC使之不起作用表3-2：與微處理器接口信號引腳符號名稱狀

23、態(tài)功能M交流驅(qū)動波形信號輸入FRM幀同步信號輸入CL鎖存行顯同步信號輸入此信號上升時鎖存數(shù)據(jù)，同時改變顯示地址1，2內(nèi)部操作時鐘信號輸入表3-3：HD61203接口信號引腳符號名稱狀態(tài)功能Y1Y64液晶顯示驅(qū)動端VCC，GND內(nèi)部邏輯電源VEE1，VEE2液顯驅(qū)動電路電源常令VEE1 = VEE2V1LV4LV1RV4R液顯驅(qū)動電壓值在VCC和VEE之間常令V1L = V1R，V2L = V2RV3L = V4R，V4L = V4RADC決定與液晶屏聯(lián)接順序ADC =1,Y1=$0，Y64=$63ADC =0，Y1=$3，Y64=$0可接地或VCCRST復位信號有效時，關(guān)閉液晶顯示，使顯示起始

24、為0?？珊蚆PU連也可接VCC使之不起作用三、HD61202時序HD具有能與68系列微處理器直接口的時序。各種波形對照如下：圖3.1 HD與68系列微處理器直接口波形圖表3-4：接口參數(shù)參數(shù)項符號最小值最大值單位使能周期tcycE1000-ns使能脈沖寬度PWeh450-ns使能升,降時間Ter,Tef-25ns地址建立時間Tas140-ns地址保持時間Tah10-ns數(shù)據(jù)建立時間Tdsw195-ns數(shù)據(jù)保持時間Th10-ns五、HD61202顯示的地址結(jié)構(gòu)如下圖3.2 HD61202顯示的地址結(jié)構(gòu)圖六、HD61202的指令系統(tǒng)HD61202的指令系統(tǒng)比較簡單，總共只有七種。分明說明如下：1、

25、顯示/開關(guān)指令：D/I R/WDB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB00 00 0 1 1 1 1 1 1/0當DB0=1時，LCD顯示RAM中的內(nèi)容：DB0=0，關(guān)閉顯示。2 顯示起始行（ROW設置指令）：D/I R/WDB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB00 01 1 顯示起始行（063）該指令設置了對應液晶顯示屏最上一行的顯示RAM的行號，有規(guī)律地改變顯示起始行，可以使LCD實現(xiàn)顯示滾屏的效果。3 頁（PAGE）設置指令：D/I R/WDB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB00 01 0 1 1 1 頁號（07） 顯示R

26、AM共64行，分8頁，每頁8行。4列地址（Y ADDRESS）設置指令：D/I R/WDB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB00 00 1 顯示列地址（063）設置了頁地址和列地址，就唯一確定了顯示RAM中的一個單元，這樣MPU就可以用讀、寫指令讀出該單元中和內(nèi)容或向該單元寫進一個字節(jié)數(shù)據(jù)。5讀狀態(tài)指令：D/I R/WDB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB00 0BUSY 0 ON/OFF REST 0 0 0 0讀指令用來查詢HD61202的狀態(tài)，各參量含義如下：BUSY：1-內(nèi)部在工作 0-正常狀態(tài)ON/OFF：1-顯示關(guān)閉 0-顯示打開REST

27、：1-復位狀態(tài)參 0-正常狀態(tài)在BUSY和REST狀態(tài)時，除讀狀態(tài)指令，其它指令均不對HD61202產(chǎn)生作用。在對HD61202操作之前要查詢BUSY狀態(tài)，以確定是否可對HD61202進行操作。6 寫數(shù)據(jù)指令：D/I R/WDB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB01 0寫數(shù)據(jù)7 讀數(shù)據(jù)指令：D/I R/WDB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB01 1讀顯示數(shù)據(jù)讀、寫數(shù)據(jù)指令每執(zhí)行完一次讀、寫操作，列地址就自動增一。必須注意的是，進行讀操作之前，必須有一次空讀操作，緊接著再讀才會讀出所要讀的單元中的數(shù)據(jù)。3.2.4 MGLS-12864的電路結(jié)構(gòu)特點M

28、GLS-12864使用HD61202作用列驅(qū)動器，同時使用HD61203為行驅(qū)動器的液晶模塊。HD61203U是帶有振蕩器和顯示時序發(fā)生器的行驅(qū)動器。它具有64路行驅(qū)動輸入出，但它的特點在于本身帶有振蕩器和時序發(fā)生器，通過外接振蕩電阻電容其上電后就以其設定的占空比系數(shù)1/N值開始行掃描工作；它可以自行完成行、列驅(qū)動時序的生成及分配，自動進行行驅(qū)動的工作；同時向列驅(qū)動器輸出同步信號有顯示數(shù)據(jù)驅(qū)動所需要的脈沖時序，控制列驅(qū)動器工作。這不與MPU發(fā)生直接的連系，所以比較簡單，不作深入介紹了。MGLS-12864共有兩片HD61202和一片HD61202，如下圖：圖3.3 MGLS-12864芯片原理

29、圖在MGLS-12864中，兩片HD61202的ADC均接高電平，RST也接高電平，這樣在使MGLS-12864時就不必考慮這兩個引腳的作用。/CSA跟HD61202（1）的CS1相連；/CSB跟HD61202（2）的CS1相連，因此/CSA、/CSB選通組全信號為/CSA，/CSB=01選通（1），/CSA，/CSB=0選通（2）。3.2.5 漢字的顯示1個漢字顯示的原理，我們以UCDOS中文宋體字庫為例，每一個字由16行16列的點陣組成顯示。即國標漢字庫中的每一個字均由256點陣來表示。我們可以把每一個點理解為一個像素，而把每一個字的字形理解為一幅圖像。MGLS-12864液晶顯示模塊具有

30、64128象素點，可顯示48人漢字。如上所述，每塊HD61202分別控制四列漢字的列驅(qū)動，HD61203用以四行漢字的行驅(qū)動。通過將漢字的點陣碼送入行列控制器，就可以實現(xiàn)漢字（數(shù)字）的顯示。3.3 大屏幕顯示系統(tǒng)設計3.3.1 CPU選擇由于所要實現(xiàn)的功能與液晶顯示系統(tǒng)相似，同樣采用AT89S52單片機,同樣晶振頻率：11.0592MHZ。3.3.2 CD4094BECD4094BE是8位品行輸入、并行輸出的移位寄存器。具體引腳如圖，串行數(shù)據(jù)由2腳輸入，移位脈沖從3腳輸入，在移位脈沖的作用下串行口發(fā)送緩沖器的數(shù)據(jù)一位一位地移入CD4094BE，數(shù)據(jù)全部輸完后，對15腳加上高電平信號，輸入的數(shù)據(jù)

31、將由Q0Q7并行輸出。由于要顯示4位號碼、1位次數(shù)、4位成績共9位數(shù)據(jù)，則需9片CD4094BE（分兩行：第一行4位運動員號碼，第二行1位次數(shù)4位成績）。3.3.3 LED顯示設計及顯示界面在這里主要采用的是發(fā)光二極管（LED）顯示。發(fā)光二極管是一種當半導體P-N結(jié)上正向流過電流時，少數(shù)載流子越過P-N結(jié)注入進來，與多數(shù)載流子復合時發(fā)光的器件。 LED顯示器具有體積小、堅固、可靠性高、壽命長等特點。發(fā)光二極管驅(qū)動電壓低（1.52V），工作電流?。?20mA），發(fā)光均勻穩(wěn)定，發(fā)光亮度高，適合于戶外顯示。 如下顯示界面所示，用若干個發(fā)光二極管排列組成一個“8”字，每一個“8”共七段，與常用的七段相

32、似，只不過每一段由于串聯(lián)的發(fā)光二極管較多,由若干個發(fā)光二極點陣組成，所而的驅(qū)動電流更大而已（驅(qū)動電壓為12伏）。每一段若干發(fā)光二極管都采用共陽極的連接方法，即陽極串聯(lián)電阻后接上+12伏的電源，陰極接CD4094BE相應的并行輸出口，當CD4094BE此并行口輸出為低電平時，形成電流回路,這一段二極管發(fā)光如圖所示意。當CD4094BE向七段提供不同的電平就會顯示相應的數(shù)字，從而達到告示的效果。圖3.4 顯示屏示意圖界面說明：第一行4位運動員號碼；第二行1位次數(shù)4位成績；試跳成功（白色，第一排左上角的顯示），由P2.3控制，高電平有效，經(jīng)三極管放大輸出；試跳失?。t色，第一排左下角的顯示），由P2

33、.4控制，高電平有效，經(jīng)三極管放大輸出(發(fā)光電路同以上數(shù)字顯示電路)。3.3.4大屏幕轉(zhuǎn)動與停止的設計為讓全場觀眾都能看清田賽比分告示器的顯示內(nèi)容，在顯示的時候，需要讓告示屏幕能正反方向轉(zhuǎn)動45（即單向轉(zhuǎn)動90）,并設定當公告牌轉(zhuǎn)動到極限位置(安裝有行程開關(guān))后，停止等待5秒后，自動反向轉(zhuǎn)動返回，到達極限位置(安裝有行程開關(guān))后停止。若屏幕在中間位置停止，再次轉(zhuǎn)動時默認正向轉(zhuǎn)動。因此須要控制電機的正反向轉(zhuǎn)動。單片機輸出的是TTL電平，不能直接控制電機,需要對其進行電平轉(zhuǎn)換。所以設計為單片機輸出經(jīng)放大后，控制固態(tài)繼電器的低壓端，實現(xiàn)低壓對高壓（220V）的控制。由于轉(zhuǎn)動扭矩較小，使用也不頻繁，對

34、于機械部分的設計校核可省略。電機采用單相異步電容起動式感應電機JY713A 頻率50HZ 370W 電壓220伏 1400r/min(須減減速齒輪減速)，要使其實現(xiàn)正反向轉(zhuǎn)動，只需將起動電容在兩線圈中換接就行了，比較簡單。使用兩個CDC10-10交流接觸器實現(xiàn)對電容的換接，兩個XSSR-D4810（低壓端：3-32VDC，高壓端：45-480VAC）固態(tài)繼電器控制交流接觸器主線圈的通斷，來實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)動。正方向轉(zhuǎn)動到極限位置時，觸動安裝在此的行程開關(guān)，輸入電平信號，導通光電藕合器給單片機一個低電平信號,當單片機接受到信號后，關(guān)斷固態(tài)繼電器，使電機停止，5S再向反方向起動電機。說明：P0.6控制牌

35、正轉(zhuǎn)，電平有效，經(jīng)三極管放大輸出，控制固態(tài)繼電器1；P0.7控制公告牌反轉(zhuǎn)，高電平有效，經(jīng)三極管放大輸出，控制固態(tài)繼電器2；行程開關(guān)按裝在兩端極限位置，經(jīng)光耦隔離后將信號返回（低電平有效）到P1.6（左端開關(guān)信號輸入端，低電平有效）和P1.7（右端開關(guān)信號輸入端，低電平有效）。電機正反向轉(zhuǎn)動電路圖如下:圖3.5 電機正反向轉(zhuǎn)動電路圖3.4 異步通訊電路設計在田賽比分告示器的工作過程中主控制系統(tǒng)要不斷地將數(shù)據(jù)和控制信號傳送給液顯系統(tǒng)和大屏幕顯示牌，并且大屏幕顯示牌要置于比賽場地，離控制器較遠，普通的并行通訊是不能滿足要求的，采用20mA電流環(huán)串行通訊接口電路，向計算機傳送信息的接口采用RS232

36、-C接口。由于在對W77E58串行口工作方式的介紹中,對異步通訊也有較多的介紹,故在此暫只主要介紹異步通訊電路設計。3.4.1 20mA電流環(huán)串行通訊接口20mA電流環(huán)目前串行通訊廣泛使用的一種接口電路。對于要求接口具有遠距離（1km）高速度通信能力，及工業(yè)現(xiàn)場的強抗干擾能力和噪聲抑制能力，對于普通的RS232接口，采用點對點單線共地連接，電平驅(qū)動方式，最大通信距離為15.25m，顯然不能滿足要求。對于本設計也一樣，因此考慮20mA電流環(huán)路驅(qū)動方式。電流環(huán)串行通訊接口的最大優(yōu)點是低阻傳輸線對電氣噪聲不敏感，信號不易衰減，而且易實現(xiàn)光電隔離，抗干擾能力強。其原理圖如上：發(fā)送正、發(fā)送負、接受正、接

37、負四根線組成一個輸入電流回路，一個輸出電流回路。當發(fā)送數(shù)據(jù)時根據(jù)的邏輯1、0，使回路有規(guī)律的形成通、斷狀態(tài)。在每次發(fā)送數(shù)據(jù)時必須以無電流的起始作為每一個字符起始位，接收端檢測到起始位時便開始接收字符數(shù)據(jù)。在田賽比分告示器系統(tǒng)中，從主控制系統(tǒng)到兩個顯示系統(tǒng)的數(shù)據(jù)的傳送主要的為了顯示，無須應答信號，因此，全部采用單向傳輸。對于主控制系統(tǒng)只須以P3.1串行輸出數(shù)據(jù)，兩個顯示系統(tǒng)（接收系統(tǒng)）以P3.0接收即可。數(shù)據(jù)從P3.1串行輸出時，經(jīng)4N25光電藕合器隔離后，送入NE556N將TTL轉(zhuǎn)換成環(huán)路的電流信號（將的+5V直流電壓調(diào)節(jié)為+12V直流電壓，為電流源提供驅(qū)動電壓），在顯示系統(tǒng)的接收端經(jīng)4N25

38、光電藕合器隔離后又轉(zhuǎn)換成TTL電平（送P3.0）。以下是NE556N的引腳以及1bock的功能狀態(tài)圖。片內(nèi)相當于兩555集成定時器，若以本設計中的接法P3.1為高電平時(未發(fā)送時),1THRES=1,1TRIG=1,1RESET=1,故1OUT=0, 2THRES=1,2TRIG=0,2RESET=1,故2OUT=1(1即為2/3VDD),此時接收光藕不導通,不接收數(shù)據(jù)。同理，當P3.1為低電平時(發(fā)送時)， 此時接收光藕導通,接收數(shù)據(jù)。從而完成數(shù)據(jù)的單向傳送，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的通訊。3.4.2 RS232-C接口電路設計在前面的文字中已經(jīng)說明，單片機與PC機采用了RS232-C接口標準。RS-323

39、C標準是美國EIA(電子工業(yè)聯(lián)合會)與BELL等公司一起開發(fā)的1969年公布的通信協(xié)議。它適合于數(shù)據(jù)傳輸速率在020000b/s范圍內(nèi)的通信。作為一種標準，目前已在微機通信接口中廣泛采用。目前在IBM PC機上的COM1、COM2接口，就是RS-232C接口。RS-232-C有如下特點：采用直通方式，雙向通信，基本頻帶，電流環(huán)方式，串行傳輸方式，DCE-DTE間使用的信號形態(tài)，交接方式，全雙工通信。RS-232-C所使用的連接器為25引腳插入式連接器，一般稱為25引腳D-SUB。DTE端的電纜頂端接公插頭，DCE端接母插座。RS-232-C所用電纜的形狀并不固定，但大多使用帶屏蔽的24芯電纜。

40、電纜的最大長度為15m。使用RS-232-C在200K位/秒以下的任何速率都能進行數(shù)據(jù)傳輸。RS232-C規(guī)定了自己的電氣標準，用正負電壓來表示邏輯狀態(tài)，與TTL以高低電平表示邏輯狀態(tài)的規(guī)定不同。而此標準并不能滿足TTL電平傳送要求，因此，為了能夠同計算機接口或終端的TTL器件連接，必須在EIA-RS-232C與TTL電路之間進行電平和邏輯關(guān)系的變換。因此使用了MAX232作為收發(fā)器芯片。MAX232系列芯片由4部分組成；電壓倍增器、電壓反向器、RS232-C發(fā)送器、RS232-C接收器。如原理圖中的接法，電壓倍增器利用電荷充電泵原理用電容C14把+5電壓變換+10V電壓，并存放在C13上。第

41、二個電容泵用C12將+10V轉(zhuǎn)換成-10V儲存在濾波電容C11上。其類于1488/1489，只是收發(fā)器路數(shù)不同。3.5電源電路的設計電路工作時，需要要種電壓的直流電源供電：+5V、+12V。而正常的電源是220V的交流電，因此需要有一系列的轉(zhuǎn)換電路將交流電轉(zhuǎn)換低壓電源對電路供電。一把交流電變成直流電一般需由以下幾個部分組成：整流變壓器（將交流電源電壓變換成符合整流需要的電壓）、整流電路（將交流電壓變換成單向脈動電壓）、濾波器（減小整流電壓的脈動程度，以適合負載的需要）、穩(wěn)壓環(huán)節(jié)（在交流電源電壓波動或負載變動時，使直流輸出電壓穩(wěn)定，當對直流要求不高是此穩(wěn)壓環(huán)節(jié)也可不要）。根據(jù)+5V、+12V電壓

42、要求，穩(wěn)壓環(huán)節(jié)采用三端集成穩(wěn)壓器（僅有輸入端、輸出端和共公端三個引腳、芯片內(nèi)部設有過流、過熱保護以及調(diào)整管安全保護電路，其所需外接元件少，使用方便、可靠，廣泛用于電子設備中）W7805、 W7812（輸出電壓：55%、125%；輸入電壓范圍：7.5-35V、14.5-35V）。整流電路采用單相橋式全波整流電路，主要器件為4個4007型二極管。整流變壓器的輸出參數(shù)為：10V/1A；17V/0.5A。各元件參數(shù)值如下電路圖示?，F(xiàn)在許多都使用開關(guān)，由專門廠家生產(chǎn)，從輸出功率到穩(wěn)壓效果都更能符合使用要求。圖3.6 硬件電路原理圖第四章 系統(tǒng)的軟件設計在進行應用系統(tǒng)的總體設計時,軟件設計和硬件設計應統(tǒng)一

43、考慮,相結(jié)合進行。當系統(tǒng)的電路設計定型后,軟件的任務也就明確了。系統(tǒng)中的應用軟件是根據(jù)系統(tǒng)功能要求設計的,一般來講,軟件的功能可分二大類。一類是執(zhí)行軟件,它能完成各種實質(zhì)性的功能,如測量、計算、顯示、打印、輸出控制等；另一類是監(jiān)控軟件,它是專門用來協(xié)調(diào)各執(zhí)行模塊和操作者的關(guān)系,在系統(tǒng)軟件中充當組織調(diào)度角色。設計時應考慮以下幾個方面:根據(jù)軟件的功能要求,將系統(tǒng)軟件分解成若干獨立部分,并由它們之間的聯(lián)系和時間上的關(guān)系,設計出合理的軟件總體結(jié)構(gòu)；為提高設計的總體效率,在編寫程序之前,應繪制出程序流程圖;合理分配系統(tǒng)資源,分配時應充分利用各部分的特長,做到物盡期其用。4.1 主控制器軟件設計 主控制器

44、的系統(tǒng)W77E58單片機通過P0、P2口組成38矩陣鍵盤來達到對單片機的控制和數(shù)據(jù)信息的輸入功能。用P1.2 和P1.3組成的串口與MAX232接口相連，來與PC機進行數(shù)據(jù)通信，W77E58的另一個串口實現(xiàn)與液顯和大屏的通訊.在工作過程中,系統(tǒng)復位初始化后,為對以后的發(fā)送數(shù)據(jù)作準備,進行串行通訊口參數(shù)設置,然后系統(tǒng)不斷對鍵掃描,當有鍵按下時,讀出此鍵值,轉(zhuǎn)移到相應的子程序操作。數(shù)字鍵按下,轉(zhuǎn)移到數(shù)字鍵操作子程序,查標志位若此時無功能鍵按下則結(jié)束,否則數(shù)據(jù)保存到相應緩沖地址并調(diào)發(fā)送程序發(fā)送.功能鍵按下,設置標標位,進行相應功能操作。具體主程序流程圖附后。4.1.1鍵掃描程序首先檢查鍵盤是否有鍵按

45、下，若無，則返回，若有，延時10MS時間，再次檢測是否有鍵按下，有無，返回，若有，說明確實是有鍵按下，下面我們就要判斷是哪一個鍵被按下了，先置端口為高電平，然后將端口的數(shù)據(jù)讀入，若哪一位為低電平則說明此鍵被按下，等待此鍵釋放，然后找到相應的鍵地址，若是數(shù)字鍵，則檢查相應的功能健有沒有按下，從而進行相應的顯示。若為功能鍵，則轉(zhuǎn)到相應的功能鍵地址去處理。處理完則進行下面的程序操作。框圖部分程序如下：圖4.1 部分程序框圖部分程序如下：KEY:MOV P2,#0 ;置列線低電平MOV P0,#0FFH ;置行線高電平JNB P0.0,KEY1 ;有鍵按下,轉(zhuǎn)KEY1 JNB P0.1,KEY2JNB

46、 P0.2,KEY3AJMP KEY ;行線都為高電平,無鍵按下,繼續(xù)掃描KEY1:LCALL T10MS ;延時10MSSETB P0.0JNB P0.0,KEY11 ;仍有鍵按下,轉(zhuǎn)此鍵子程序AJMP KEY ;無鍵按下,繼續(xù)掃描 KEY2:LCALL T10MSSETB P0.1JNB P0.1,KEY21AJMP KEYKEY3:LCALL T10MSSETB P0.2JNB P0.2,KEY31AJMP KEY ;子程序結(jié)束后, 繼續(xù)掃描4.1.2 異步通訊的參數(shù)設置主要是進行方式的設置和波特率的設置.采用方式3發(fā)送.方式3是全雙工11位異步通信方式。每幀包括一個起始位，8個數(shù)據(jù)位（

47、LSB先），一個可編程的第9位（TB8）和一個停止位。當CPU向發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器SUBF寫入一個數(shù)據(jù)就啟啟串行口發(fā)送，并通知TX電路有發(fā)送請求.發(fā)送開始,SEND和DATA都是低電平,把起始位送往TXD.在移位脈沖的作用下，數(shù)據(jù)位由低位在前，由右端移出,左端移入，在TXD控制塊進行最后一次移位后，使SEND失效,并且置位發(fā)送中斷標志位TI(須軟件清0)。關(guān)于方式的波特率的設置.它是由SMOD(可設置為1復位時為0，本設中為0)的定時器的溢出率其同決定波特率=(2 smod/32)*T1溢出率 （4-1）溢出周期=(12/fosc)*(256-N) （4-2）T溢出率=fosc/12*(256-N

48、) （4-3）則有： 波特率=(2 smod/32)*T1溢出率 （4-4）給定波特率的性況下,則T1計數(shù)初值為：N=256-2 smod* fosc/波特率*32*12 （4-5）其中fosc為晶振頻率,設計中為1200 出水管bit/s,則T1的計數(shù)初值為:N=256-2 0* 11.0592/1200*32*12=232=0E8H （4-6）以下是串行口設置程序：MOV SCON,#0C0H ;串口控制狀態(tài)寄存器設置,工作方式3MOV TMOD,#20H ;定時器方式寄存器,T1內(nèi)控計數(shù)模式2MOV TH1,#0E8H ;串行口波特率發(fā)生1200MOV TL1,#0E8HSETB TR1

49、 ;啟動定時器 發(fā)送子程序SOUT:MOV SBUF,A ;數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器JNB TI,$ ;等待發(fā)送數(shù)據(jù)完CLR TI RET4.2液晶顯示系統(tǒng)軟件設計液晶顯示系統(tǒng)的CPU主要用于接受從主控制系統(tǒng)傳送過來的數(shù)據(jù)和信息，根據(jù)顯示命令，將數(shù)據(jù)和信息送入M液晶顯示器執(zhí)行相關(guān)的顯示。液晶顯示與CPU接口主要有直接訪問式和間接訪問式。直接訪問式就是將其接口作為存儲器或I/O設備直接掛在計算機總線上，計算機以訪問存儲器或I/O設備的方式操作液晶模塊的工作。間接訪問式是計算機通過自身的或系統(tǒng)中的并行接口與液晶模塊連接，如AT89S52的P1口和P3口。計算機通過對這些口的操作，以達到對液晶顯示模塊的控

50、制。這種方式的電路簡單，控制時序由軟件實現(xiàn)，可以實現(xiàn)高速計算機與液晶顯示模塊的接口，因此設計采用此種接法。如電路原載理圖所示。對液顯的程序操作,首先要對其寫指令代碼,以設置清屏返回光標移動方法數(shù)據(jù)顯示位置等信息,然后可進行顯示數(shù)據(jù)的寫入和讀出.部分程序(左半部分)如下:CSA EQU P3.0 ;片選/CSACSB EQU P3.2 ;片選/CSBD/I EQU P3.3 ;寄存器選擇信號R/W EQU P3.4 ;讀/寫選擇信號E EQU P3.5 ;使能信號 寫指令代碼程序(左)PRL0: CLR CSA ;片選為01SETB CSBCLR D/ISETB R/WPRL01:MOV P1,

51、#0FFH ;p1口置1SETB EMOV A,P1 ;讀狀態(tài)字CLR EJB ACC.7,PRL01 ;判忙標志為0否,否再讀CLR R/WMOV P1,COM ;寫指令代碼SETB ECLR ERET 寫顯示數(shù)據(jù)子程序(左)：PRL1:CLR CSASETB CSBCLR D/ISETB R/WPRL11:MOV P1,#OFFH ;P1口置1SETB EMOV A,P1 CLR EJB ACC.7,PRL11 ;判忙標志為0否,否再讀SETB D/ICLR R/WMOV P,DAT ;寫數(shù)據(jù)SETB ECLR ERET寫顯示數(shù)據(jù)子程序(左)：PRL2:CLR CSA SETB CSBCL

52、R D/ISETB R/WPRL21:OV P1,#OFFHSETB EMOV A,P1CLR EJB ACC.7,PRL21SETB D/IMOV DAT,P1 ;讀數(shù)據(jù)CLR ERET異步通訊接收程序.串行口采用中斷的接收方式工作于方式3.數(shù)據(jù)由P3.0(RXD)端輸入,當RXD從1到0跳變時,啟動接收,并將1FFH寫入移位寄存器.當數(shù)據(jù)從右邊移入移位寄存器,而原寫入的1FFH逐位從左邊移出,起始位移到移位寄存器的最左邊,由位檢測器通知RX控制電路進行最后一次移位操作;同時,RI或SM2須為0或RI為0接收第9位數(shù)據(jù)為1才能將數(shù)據(jù)送入SUBF,否則丟挫.波特率與發(fā)送機相同,設置方法也相同.部分程序如下：串行口設置程序：MOV SCON,#0D0H ;SCON的SM2為0,接收控制位REN為1,允許接收MOV TMOD,#20HMOV TH1,#0E8H ;串行口波特率