数字电路课程设计(3)

3.1.2复位电路

当89C51单片机的复位引脚RST(全称RESET)出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作。如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。根据应用的要求，复位操作通常有两种基本形式，上电复位和上电或开关复位。上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。

常用的上电复位电路电容C3和电阻R17对电源+5V来说构成微分电路[15]。上电后，保持RST一段高电平时间，由于单片机内的等效电阻的作用，不用图中电阻R17，也能达到上电复位的操作功能（如图3-2)所示。

3-2开关复位电路

开关复位要求电源接通后，单片机自动复位，并且在单片机运行期间，用开关操作也能使

单片机复位常用的上电或开关复位电路如图3-2所示。上电后，由于电容C3的充电和反相门的作用，使RESET持续一段时间的高电平。当单片机已在运行当中时，按下复位键K后松开,也能使RESET为一段时间的高电平，从而实现上电或开关复位的操作。

3.2显示模块

74LS240的输出端A0-A3可直接与总线相连，总线的另一端与单片机的P0.0-P0.7相连。采用74LS240来传输8位数据，当液晶显示器进行写数据时，三态允许控制端OE为低电平，通过74LS240进行缓存。当数码管显示器进行读数据，还要通过74LS240进行输出，把存在液晶显示器里的数据传输到单片机中。数码管显示模块的D1和D8分别与74LS240的Y0到Y3相连来控制数码管显示模块指令寄存器和数据寄存器读写条件。P0口为双向三态口，用作输出的时候需要接上拉电阻[16]。

74LS240这里的用法是逻辑上透明的，也就是P0输出什么，它也输出什么。不做锁存。作用是提高驱动能力。这样数码管的电流来自240，而不是单片机。数码管是共阴极的。

3-3 数字输出电路

3.3 按键模块和输出模块

本设计使用发光二极管来作为彩灯使用。发光二极管具有单向导电性。 当反向电压增加到某一定数值时，反向电流急增，产生反向击穿。二极管的工作原理晶体二极管为一个由p型半导体和n型半导体形成的p-n结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。当不存在外加电压时，由于p-n 结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。当外界有正向电压偏置时，外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流。当外界有反向电压偏置时，外界电场和自建电场进一步加强，形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流I0。当外加的反向电压高到一定程度时，p-n结空间电荷层中的电场强度达到临界值产生载流子的倍增过程产生大量电子空穴对，产生了数值很大的反向击穿电流，称为二极管的击穿现象二极管种类有很多，按照所用的半导体材料，可分为锗二极管(Ge管)和硅二极管(Si管)。根据其不同用途，可分为检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管等。按照管芯结构，又可分为点接触型二极管、面接触型二极管及平面型二极管。点接触型二极管是用一根很细的金属丝压在光洁的半导体晶片表面，通以脉冲电流使触丝一端与晶片牢固地烧结在一起，形成一个“PN结”。由于是点接触，只允许通过较小的电流(不超过几十毫安)，适用于高频小电流电路，如收音机的检波等。面接触型二极管的“PN结”面积较大，允许通过较大的电流(几安到几十安)，主要用于把交流电变换成直流电的“整流”电路中。平面型二极管是一种特制的硅二极管，它不

仅能通过较大的电流，而且性能稳定可靠，多用于开关、脉冲及高频电路中。

二极管最重要的特性就是单方向导电性。在电路中，电流只能从二极管的正极流入，负极流出。下面通过简单的实验说明二极管的正向特性和反向特。(1)正向特性。在电子电路中，将二极管的正极接在高电位端，负极接在低电位端二极管就会导通，这种连接方式，称为正向偏置。必须说明，当加在二极管两端的正向电压很小时，二极管仍然不能导通，流过二极管的正向电流十分微弱。只有当正向电压达到某一数值(这一数值称为“门槛电压”，锗管约为0.2V，硅管约为0.6V)以后，二极管才能直正导通。导通后二极管两端的电压基本上保持不变(锗管约为0.3V，硅管约为0.7V)，称为二极管的“正向压降”[17]。(2)反向特性。在电子电路中，二极管的正极接在低电位端，负极接在高电位端，此时二极管中几乎没有电流流过，此时二极管处于截止状态，这种连接方式，称为反向偏置。二极管处于反向偏置时，仍然会有微弱的反向电流流过二极管，称为漏电流。当二极管两端的反向电压增大到某一数值，反向电流会急剧增大，二极管将失去单方向导电特性，这种状态称为二极管的击穿。二极管的主要参数用来表示二极管的性能好坏和适用范围的技术指标称为二极管的参数。不同类型的二极管有不同的特性参数。

对初学者而言，必须了解以下几个主要参数：

(1)额定正向工作电流。是指二极管长期连续工作时允许通过的最大正向电流值。因为电流通过管子时会使管芯发热，温度上升，温度超过容许限度(硅管为140左右，锗管为90左右)时，就会使管芯过热而损坏。所以，二极管使用中不要超过二极管额定正向工作电流值。例如，常用的IN4001，4007型锗二极管的额定正向工作电流为1A。(2)最高反向工作电压加在二极管两端的反向电压高到一定值时，会将管子击穿，失去单向导电能力。为了保证使用安全，规定了最高反向工作电压值。例如，IN4001二极管反向耐压为50V，IN4007反向耐压为1000V。(3)反向电流反向电流是指二极管在规定的温度和最高反向电压作用下，流过二极管的反向电流。反向电流越小，管子的单方向导电性能越好。值得注意的是反向电流与温度有着密切的关系，大约温度每升高10，反向电流增大一倍。例如2AP1型锗二极管在25时反向电流若为250uA，温度升高到35，反向电流将上升到500uA，依此类推，在75时，它的反向电流已达8mA，不仅失去了单方向导电特性，还会使管子过热而损坏。又如，2CP10型硅二极管，25时反向电流仅为5uA，温度升

高到75时，反向电流也不过160uA。故硅二极管比锗二极管在高温下具有较好的稳定性。

3-4 开关控制电路

3.4 总电路图

3--5 彩灯控制电路图

3.5 本章小结

本章介绍了硬件电路的总电路图和各个电路图的子模块图，以及各个模块的理论原理。比

较细致的学习各个模块的工作原理。首先介绍了时钟电路和复位电路。其次是介绍了显示模块。最后介绍了输出模块和按键模块。本章为之后的软件编程设计实现提供了硬件原理图，打下了良好的基础。

4· 软件电路设计

4.1 程序框图

4.1.1软件系统中的主程序流程

本课题的硬件电路相对简单，其中大部分工作要求用软件完成。软件应包括三部分：中断

程序、花样变化程序、数码管显示输出。

程序流程：首先进行系统及花样的初始化，设置中断方式判断是执行下一个花样还是减一执行下一个花样。主程序一直在判断flower_Flag的值。从而执行对应的花样程序。flower_Flag的值在增减中断函数被改变[18]。同时数码管的显示也是在中断中被更新。数码管变化一次会显示一次花样变化。

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