邏輯功能測(cè)試或門(mén)電路測(cè)試設(shè)計(jì)

1、安徽大學(xué)江淮學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目： 邏輯功能測(cè)試或門(mén)電路測(cè)試設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 夏 懷 金 學(xué)號(hào)： JK064059 系 別：計(jì)算機(jī)科學(xué)與電子技術(shù)系 專(zhuān) 業(yè)：電 子 信 息 入學(xué)時(shí)間： 2006 年 09 月導(dǎo)師姓名：李 斌 職稱(chēng)/學(xué)位：講 師邏輯功能測(cè)試或門(mén)電路測(cè)試設(shè)計(jì)摘要本選題結(jié)合51單片機(jī)穩(wěn)定可靠的特點(diǎn)，研究以51單片機(jī)作為主控芯片的TTL芯片邏輯門(mén)電路的設(shè)計(jì)并測(cè)試負(fù)載三極管特性參數(shù)。設(shè)計(jì)的目的是為了可以完成對(duì)74系列IC芯片邏輯功能或門(mén)電路的測(cè)試。以從驗(yàn)證的角度分析，只要我們能夠完成對(duì)74系列中的幾種芯片邏輯功能或門(mén)的測(cè)試，那么應(yīng)用這個(gè)原理，依此繼續(xù)開(kāi)發(fā)，便可以完成對(duì)整個(gè)系列芯片

2、邏輯功能的測(cè)試和其負(fù)載特性參數(shù)的測(cè)試。關(guān)鍵詞:51單片機(jī); STC89C51系統(tǒng); 鍵盤(pán)電路; 顯示電路；74LS164擴(kuò)展單片機(jī)I/O口；三極管特性參數(shù)。Logic function test or a gate test designAbstractThis paper combining 51 SCM is stable and reliable, and research on the characteristics of the chip microcontroller as the master 51 TTL chip logic gate circuit design and t

3、est load triode characteristic parameters. The goal is to design can be finished in 74 series IC chip logic function or gate test. From the perspective of validation to, as long as we can finish to 74 series of logic functions or gate chip, then applies the principle of testing, the continued develo

4、pment, and for the whole series of chip can finish the test and the logic function of the parameters of the load test.Keywords: 51 SCM, STC89C51 system, Keyboard circuit, Display circuit, 74LS164 extended microcontroller I/O；Transistor characteristic parameters.目 錄第一章 前言41.1 項(xiàng)目背景與意義41.2 項(xiàng)目的發(fā)展趨勢(shì)41.3

5、主要研究?jī)?nèi)容4第二章 設(shè)計(jì)概述42.1 設(shè)計(jì)原理42.2 設(shè)計(jì)思想52.3 設(shè)計(jì)原則6第三章 硬件電路設(shè)計(jì)73.1 單片機(jī)的選擇73.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊93.3 顯示模塊123.4 鍵盤(pán)模塊123.5 測(cè)試模塊143.6 負(fù)載部分電路測(cè)試153.6 相關(guān)器件介紹183.7 I/O選擇及擴(kuò)展20第四章 系統(tǒng)的部分軟件模塊224.1 單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)概述224.2 編程語(yǔ)言的選用224.3 主要軟件功能的實(shí)現(xiàn)23設(shè)計(jì)小結(jié)25主要參考文獻(xiàn)25附錄25致 謝26第一章 前 言1.1 項(xiàng)目背景生產(chǎn)與生活當(dāng)中電子產(chǎn)品應(yīng)用越來(lái)越廣，而一些電子元器件在其中起著越來(lái)越重要的作用，TTL就是其中的一個(gè)元器件。所

6、以本課題基于數(shù)字處理與控制的方向，結(jié)合51單片機(jī)穩(wěn)定可靠的特點(diǎn)，研究以51單片機(jī)作為主控芯片，實(shí)現(xiàn)TTL芯片系列的測(cè)試和其負(fù)載特性參數(shù)的測(cè)試。從中我們可以知道電子產(chǎn)品及電子元器件在我們生活中的廣泛應(yīng)用和重要作用，并培養(yǎng)我們大學(xué)生動(dòng)手做事的能力。1.2項(xiàng)目的發(fā)展趨勢(shì)本課題是以51單片機(jī)穩(wěn)定可靠的特點(diǎn)為基礎(chǔ)，并以51單片機(jī)作為主控芯片的TTL芯片邏輯門(mén)電路的設(shè)計(jì)。從中可以看到數(shù)字集成芯片在1.3主要研究?jī)?nèi)容本課題是以51單片機(jī)為基礎(chǔ)來(lái)設(shè)計(jì)測(cè)試TTL系列的部分邏輯功能或門(mén)電路，并測(cè)試其負(fù)載三極管的特性等。第二章 設(shè)計(jì)概述因?yàn)楸敬萎厴I(yè)設(shè)計(jì)的目的是為了可以完成對(duì)74系列IC芯片邏輯功能或門(mén)電路的測(cè)試和其

7、負(fù)載電路的特性測(cè)試。從驗(yàn)證的角度分析，只要我們能夠完成對(duì)74系列中的幾種芯片邏輯功能或門(mén)的測(cè)試，那么應(yīng)用這個(gè)原理，依此繼續(xù)開(kāi)發(fā)，便可以完成對(duì)整個(gè)系列芯片邏輯功能的測(cè)試。2.1 設(shè)計(jì)原理基本的門(mén)電路TTL芯片 ,實(shí)際上就是一個(gè)由多個(gè)輸入輸出的組合邏輯元件組合而成。若在其輸入端組成若干種穩(wěn)定的邏輯狀態(tài)，則在輸出端也相應(yīng)的形成若干個(gè)穩(wěn)定的邏輯值 。如SN74LS32芯片，就是由4獨(dú)立的2輸入或門(mén)構(gòu)成的。我們不難得出其單個(gè)或門(mén)邏輯真值表如下表。綜合考慮其8個(gè)輸入的各種情況，則總共可形成256種不同的邏輯組合。因此我們可使用計(jì)算機(jī)分別輸出這256種穩(wěn)定的邏輯狀態(tài)至芯片的輸入端 ，并且分別讀取該芯片對(duì)應(yīng)的

8、256種輸出態(tài)，作為邏輯響應(yīng)表保存到相應(yīng)的內(nèi)存單元中， 再通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)的真值表相比較就可知道該芯片是好是壞了。下圖為單個(gè)SN73LS32邏輯真值表：輸入 輸出 A B Q 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1上圖為256種輸入輸出邏輯真值表 輸入輸出B3 A3 B2 A2 B1 A1 B0 A0Q3 Q2 Q1 Q0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 00 0 0 0 0 0 0 10 0 0 10 0 0 0 0 0 1 00 0 0 10 0 0 0 0 0 1 10 0 0 10 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 00 0 0 0 1 0 0 00 0 1 00 0

9、 0 0 1 1 0 00 0 1 0： ： ： ： ： ： ： ： ： ： ： ： ： ： ： ： ： ： ： ： ： ： ： ： 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 12.2 設(shè)計(jì)思想邏輯門(mén)電路功能測(cè)試儀的硬件電路總體設(shè)計(jì)思想是:以單片機(jī)STC89C51為中央處理器，輔以外圍數(shù)字電路功能模塊，實(shí)現(xiàn)從接收被測(cè)試芯片傳來(lái)的信號(hào)到最后的顯示輸出。而測(cè)試比較部分是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，是整個(gè)系統(tǒng)的主要功能完成部分。下圖是其功能框圖。測(cè)試儀硬件框圖2.3 設(shè)計(jì)原則單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)包含有兩部分內(nèi)容，一部分是系統(tǒng)擴(kuò)展，即單片機(jī)的功能單元，如RAM、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)等容量不能滿足應(yīng)

10、用系統(tǒng)的要求時(shí)，必須在片外選擇適當(dāng)?shù)男酒?，設(shè)計(jì)相應(yīng)的電路來(lái)進(jìn)行擴(kuò)展。二是系統(tǒng)配置，即按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備，如鍵盤(pán)、顯示器、D/A轉(zhuǎn)換器等，要設(shè)計(jì)合適的接口電路。而本課題在硬件系統(tǒng)的擴(kuò)展和配置設(shè)計(jì)中遵循以下原則(1):（1） 盡可能選擇典型電路，并符合單片機(jī)的常規(guī)用法。為硬件系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化打下良好的基礎(chǔ)；（2） 系統(tǒng)的擴(kuò)展與外圍設(shè)備配置的水平應(yīng)充分滿足應(yīng)用系統(tǒng)的功能要求，并留有適當(dāng)?shù)挠嗟?，以便進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)；（3） 硬件結(jié)構(gòu)應(yīng)結(jié)合應(yīng)用軟件方案一并考慮。硬件結(jié)構(gòu)與軟件方案會(huì)產(chǎn)生相互影響，考慮的原則是:軟件能實(shí)現(xiàn)的功能盡可能由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，以簡(jiǎn)化硬件結(jié)構(gòu)。但必須注意，由軟件實(shí)現(xiàn)的硬件功能，

11、其響應(yīng)時(shí)間要比直接用硬件實(shí)現(xiàn)來(lái)得長(zhǎng)，而且占用CPU的時(shí)間(比如延時(shí)程序)；（4） 整個(gè)系統(tǒng)的性能要盡量做到性能匹配，例如選用的晶振頻率較高時(shí)，存儲(chǔ)器的存取時(shí)間有限，應(yīng)該選擇允許存取速度較高的芯片；選擇CMOS芯片單片機(jī)構(gòu)成低功耗系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)中所有的芯片都應(yīng)該選擇低功耗的產(chǎn)品；（5） 可靠性及抗干擾設(shè)計(jì)是硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)不可缺少的一部分，它包括芯片、器件選擇、去藕濾波 、印刷電路板布線、通道隔離等；（6） 單片機(jī)外接電路較多時(shí)，必須考慮器件驅(qū)動(dòng)能力。驅(qū)動(dòng)能力不足時(shí)，系統(tǒng)工作不可靠。（7） 盡量朝“單片”方向設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)。系統(tǒng)器件越多，器件之間相互干擾也越強(qiáng)，功耗也增大，也不可避免地降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性

12、。第三章 硬件電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的硬件由兩部分組成(2)。一部分為STC89C51的最小系統(tǒng)，其外部配有鍵盤(pán)電路、顯示電路。其中鍵盤(pán)電路，每個(gè)按鍵上都加了上拉電阻，用來(lái)電路的提高驅(qū)動(dòng)能力。而在顯示電路中，利用74LS164擴(kuò)展單片機(jī)I/O口以靜態(tài)顯示的方法驅(qū)動(dòng)兩個(gè)LED顯示。另一部分為信號(hào)的輸出、采集、輸入。利用74LS164擴(kuò)展單片機(jī)I/O口輸出測(cè)試信號(hào)，對(duì)被測(cè)試完成邏輯功能驗(yàn)證后，結(jié)果通過(guò)并行輸入，串行輸出的移位寄存器74LS165送回STC89C51進(jìn)行比較。而如果要完成可以對(duì)整個(gè)74系列芯片進(jìn)行測(cè)試的邏輯功能測(cè)試儀，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要選擇40腳插座才能滿足要求。但本設(shè)計(jì)處于驗(yàn)證階段，只要我們能完

13、成對(duì)74系列中幾種芯片功能的測(cè)試，那么推而廣之，通過(guò)對(duì)測(cè)試儀的二次開(kāi)發(fā)，就可以完成對(duì)整個(gè)74系列的邏輯功能測(cè)試。所以在本設(shè)計(jì)中，我們以簡(jiǎn)化的原則選擇了16腳插座，兩片164、兩片165擴(kuò)展I/O口。另外，我們假設(shè)對(duì)16腳以?xún)?nèi)的四種芯片進(jìn)行測(cè)試，就設(shè)置了四個(gè)按鍵，每個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)一種芯片。按鍵按下則I/O口線電平為低，按鍵斷開(kāi)則1/0口線電平為高，通過(guò)單片機(jī)程序循環(huán)檢測(cè)這4個(gè)端口的電平是否為低就可以判斷是否有鍵按下。如果有鍵按下，程序開(kāi)始判斷芯片型號(hào)。然后單片機(jī)則調(diào)用對(duì)應(yīng)被測(cè)芯片的庫(kù)文件，轉(zhuǎn)入相應(yīng)服務(wù)程序去檢測(cè)芯片。信號(hào)返回后進(jìn)行比較，將結(jié)果顯示在顯示器上。按退出鍵，返回初始狀態(tài)。3.1 單片機(jī)的選

14、擇在設(shè)計(jì)的開(kāi)始，我們必須做出對(duì)單片機(jī)的最初選擇。因?yàn)槠涫褂玫挠布脚_(tái)對(duì)后期的軟件和硬件設(shè)計(jì)有相當(dāng)大的影響，隨著設(shè)計(jì)的推進(jìn)及測(cè)試儀升級(jí)，原有的單片機(jī)有可能會(huì)不能滿足新的要求，這種情況出現(xiàn)就必須更換單片機(jī)，而這種改變對(duì)硬件、軟件都會(huì)有很大的影響，必定產(chǎn)生額外的費(fèi)用，所以應(yīng)盡量避免這種情況，才能減少不必要的二次開(kāi)發(fā)費(fèi)用。單片機(jī)的選擇主要考慮以下幾個(gè)問(wèn)題(3)：1) 所選的單片機(jī)的性能能否滿足所需完成的任務(wù)的需要；2) 所選的單片機(jī)是否有足夠的片內(nèi)存儲(chǔ)器來(lái)存儲(chǔ)需要的數(shù)據(jù)和代碼，如果不夠，那么單片機(jī)是否允許使用適當(dāng)?shù)耐獠看鎯?chǔ)器；3) 所選的單片機(jī)是否有適當(dāng)?shù)钠瑑?nèi)模塊(例如，CAN接口、PWM接口)來(lái)支持

15、所需的任務(wù)；4) 所選的單片機(jī)是否有足夠的端口引腳(或合適的串行接口)來(lái)滿足連接外部元件(諸如鍵盤(pán)、LED顯示 )的所有要求；5) 所選的單片機(jī)的功耗是否合適。 STC89C51體系結(jié)構(gòu)STC89C51是一個(gè)低功耗，高性能且系統(tǒng)內(nèi)帶有4KB可編程Flash存儲(chǔ)器的8位CMOS微處理器，其中器件采用宏晶公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及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(chǔ)單元，其功能強(qiáng)大，靈活性高，可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性?xún)r(jià)比的解決方案。單片機(jī)具有以下特點(diǎn)(2):(1) 具有優(yōu)異的性能價(jià)格比。(2) 集成度高、體積小

16、、可靠性高。單片機(jī)將各個(gè)功能部件集成在一塊芯片上，內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，減少了各芯片之間的連線，從而大大地提高了單片機(jī)的可靠性與抗干擾能力。另外，其體積小，對(duì)于強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境易于采取屏蔽措施，適合于在惡劣環(huán)境下工作。(3) 控制功能強(qiáng)。為了滿足工業(yè)控制的要求，一般單片機(jī)的指令系統(tǒng)中均有極豐富的轉(zhuǎn)移指令、I/O口的邏輯操作以及處理功能。單片機(jī)的邏輯控制功能及運(yùn)行速度均高于同一檔次的微機(jī)。(4) 低功耗、低電壓，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品。(5) 外部總線增加了SPI等串行總線方式，進(jìn)一步縮小了體積，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)。(6) 單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展、系統(tǒng)配置較典型、規(guī)范，容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。 STC89C51特性(2

17、)1.增強(qiáng)型6時(shí)鐘/ 機(jī)器周期、12 時(shí)鐘/ 機(jī)器周期8051CPU。2.工作頻率范圍：0 48 MHz.3.用戶(hù)應(yīng)用程序空間4K 字節(jié). 4.片上集成 512 字節(jié)RAM.5.通用I/O 口（32/36 ），復(fù)位后為：P1/P2/P3/P4 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)，需加上拉電阻。6.ISP（在系統(tǒng)可編程）/ IAP（在應(yīng)用可編程），無(wú)需專(zhuān)用編程器可通過(guò)串口（P3.0/P3.1）直接下載用戶(hù)程序，8K程序3秒即可完成.7.EEPROM 功能8.看門(mén)狗9.內(nèi)部集成MAX810專(zhuān)用復(fù)位電路（D 版本

18、才有），外部晶體20M 以下時(shí)，可省外部復(fù)位電路10.共3個(gè)16 位定時(shí)器/ 計(jì)數(shù)器11.外部中斷2 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12.通用異步串行口(UART)13.工作溫度范圍： 0 - 75 / -40 - +85。3.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊單片機(jī) STC89C51是整個(gè)硬件系統(tǒng)的核心(3)，所有外圍接口電路的配置都必須圍繞它來(lái)展開(kāi)，現(xiàn)給出各芯片與所用到的STC89C51的引腳配置:1) P1.0-P1.1:LED段選線；2) p1.2-P1.3:測(cè)試信號(hào)輸入；3) P1.4-P1.6:邏輯信號(hào)輸入；4) P2.O-P2.3

19、:按鍵位選線；5) RESET:復(fù)位信號(hào)輸入線；6) XTAL1,XTAL2:外接晶振。系統(tǒng)接口配置見(jiàn)下圖：圖3.1 STC89C51 接口配置圖STC89C51 的最小系統(tǒng)電路如下圖所示:Ø圖3.2 最小系統(tǒng)圖3.2.1 時(shí)鐘電路時(shí)鐘系統(tǒng)(4)是一切微處理器、微控制器內(nèi)部電路工作的基礎(chǔ)，振蕩周期和時(shí)鐘周期又決定了up的時(shí)序。單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)自激振蕩電路，可以通過(guò)內(nèi)部自激振蕩或外部提供振蕩這兩種方式，驅(qū)動(dòng)內(nèi)部時(shí)鐘電路產(chǎn)生系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)。本系統(tǒng)選用內(nèi)部自激振蕩。STC89C51的晶振最高可達(dá)48MHZ。ALE輸出地址鎖存允許脈沖，在不訪問(wèn)外存時(shí)，能產(chǎn)生1/6振蕩器頻率的時(shí)鐘，可作為外部定

20、時(shí)或時(shí)鐘。本系統(tǒng)中所使用的時(shí)鐘電路如圖所示，利用芯片內(nèi)部的振蕩電路，在XTAL1和XTAL2兩端跨接晶體振蕩器和兩個(gè)電容C1、C2就構(gòu)成了一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器，電容值C1=C2=30PF.為適應(yīng)信號(hào)采集的要求，我們之所以選擇使用12MHz的晶振，是因?yàn)槠湔袷幹芷跒?/12us,時(shí)鐘周期為1/6us,機(jī)器周期的時(shí)間恰好為1us.這樣，單字節(jié)指令的執(zhí)行時(shí)間就是1uS。在軟件編程中，要按照時(shí)序要求來(lái)計(jì)算定時(shí)常數(shù)，如果單字節(jié)指令的時(shí)間是1us，那么雙字節(jié)指令、三字節(jié)指令的執(zhí)行時(shí)間都是整數(shù)，這樣計(jì)算出來(lái)的定時(shí)常數(shù)也是整數(shù)值，為調(diào)試與修改時(shí)間常數(shù)提供了極大地方便，進(jìn)而為按照時(shí)序要求編寫(xiě)程序提供方便.圖3.

21、3 時(shí)鐘電路圖3.2.2 復(fù)位電路單片機(jī)復(fù)位電路(4)設(shè)計(jì)的好壞，直接影響到整個(gè)系統(tǒng)工作的可靠性。只有一個(gè)可靠的復(fù)位電路才能使系統(tǒng)避免出現(xiàn)了“死機(jī)”、“程序走飛等現(xiàn)象。為此本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了既可以通電后自動(dòng)復(fù)位，也可以手動(dòng)強(qiáng)制復(fù)位的復(fù)位電路。具體電路如圖所示：圖3.4 復(fù)位電路圖單片機(jī)的復(fù)位引腳RESET出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)，單片機(jī)就執(zhí)行復(fù)位操作。本系統(tǒng)采用的復(fù)位方式為上電復(fù)位或開(kāi)關(guān)復(fù)位，電源接通后，單片機(jī)自動(dòng)復(fù)位，并且在系統(tǒng)運(yùn)行期間，用按鍵S5操作也能使單片機(jī)復(fù)位。上電后電容充電，使RESET持續(xù)一段時(shí)間的高電平。當(dāng)單片機(jī)已在運(yùn)行當(dāng)中時(shí)，按下復(fù)位按鍵后松開(kāi)，也能使RESET為一段時(shí)間的高

22、電平，從而實(shí)現(xiàn)了上電復(fù)位或開(kāi)關(guān)復(fù)位的操作。3.3 顯示模塊單片機(jī)控制LED顯示電路(4)的方法有以下幾種:1) 與數(shù)碼管直接連接顯示；2) 掃描方式顯示；3) 通過(guò)移位寄存器與數(shù)碼管連接顯示；4) 通過(guò)顯示譯碼器與數(shù)碼管連接顯示；這四種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，第一種方法為靜態(tài)顯示，軟件處理上比較簡(jiǎn)便，缺點(diǎn)是占用I/O口線太多，只適合在I/O口線富余的情況下使用；方法二可以節(jié)省I/O，它的顯示原理是將所有數(shù)碼管的相同驅(qū)動(dòng)端連接在一起，利用對(duì)每個(gè)數(shù)碼管的接地端控制實(shí)現(xiàn)顯示。但其程序編制相對(duì)復(fù)雜;方法三更加節(jié)省I/O線，只要兩條即可，利用移位寄存器的特性將單片機(jī)最先送出的顯示數(shù)據(jù)在最后一個(gè)位置上顯示，而最后

23、送出的數(shù)據(jù)在最前面位置上顯示，同時(shí)在移位過(guò)程中，由于所有的顯示位都會(huì)在數(shù)碼管上出現(xiàn)，所以會(huì)出現(xiàn)閃爍的情況；方法四需要的硬件電路相對(duì)繁瑣，但對(duì)LED軟件控制思路更加清晰。出于本設(shè)計(jì)二次開(kāi)發(fā)的需要和軟件方面的考慮，本論文的LED顯示采用的就是第一種方法。I/O口的不足用74LS164芯片來(lái)擴(kuò)展。3.4 鍵盤(pán)模塊鍵盤(pán)(4)是由一組規(guī)則排列的按鍵組成，一個(gè)按鍵實(shí)際上是一個(gè)開(kāi)關(guān)元件，也就是說(shuō)鍵盤(pán)是一組規(guī)則排列的開(kāi)關(guān)。按鍵按照結(jié)構(gòu)原理可分為兩類(lèi)，一類(lèi)是觸點(diǎn)式開(kāi)關(guān)按鍵，如機(jī)械式開(kāi)關(guān)、導(dǎo)電橡膠式開(kāi)關(guān)等；另一類(lèi)是無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)按鍵，如電氣式按鍵，磁感應(yīng)按鍵等。前者造價(jià)低，后者壽命長(zhǎng)。目前，微機(jī)系統(tǒng)中最常見(jiàn)的是觸點(diǎn)式

24、開(kāi)關(guān)按鍵。按鍵按照接口原理可分為編碼鍵盤(pán)與非編碼鍵盤(pán)兩類(lèi)，這兩類(lèi)鍵盤(pán)的主要區(qū)別是識(shí)別鍵符及給出相應(yīng)鍵碼的方法。3.4.1 按鍵輸入原理在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，除了復(fù)位按鍵有專(zhuān)門(mén)的復(fù)位電路及專(zhuān)一的復(fù)位功能外，其它按鍵都是以開(kāi)關(guān)狀態(tài)來(lái)設(shè)置控制功能或輸入數(shù)據(jù)。當(dāng)所設(shè)置的功能鍵或數(shù)字鍵按下時(shí)，計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)完成該按鍵所設(shè)定的功能，鍵信息輸入是與軟件結(jié)構(gòu)密切相關(guān)的過(guò)程。對(duì)于一組鍵或一個(gè)鍵盤(pán)，總有一個(gè)接口電路與CPU相連。CPU可以采用查詢(xún)或中斷方式了解有無(wú)將鍵輸入并檢查是哪一個(gè)鍵按下，將該鍵號(hào)送入累加器ACC，然后通過(guò)跳轉(zhuǎn)指令轉(zhuǎn)入執(zhí)行該鍵的功能程序，執(zhí)行完后再返回主程序。3.4.2 編制鍵盤(pán)程序一個(gè)完善的

25、鍵盤(pán)控制程序應(yīng)具備以下功能：（1）檢測(cè)有無(wú)按鍵按下，并采取硬件或軟件措施，消除鍵盤(pán)按鍵機(jī)械觸點(diǎn)抖動(dòng)的影響。（2）有可靠的邏輯處理辦法。每次只處理一個(gè)按鍵，其間對(duì)任何按鍵的操作對(duì)系統(tǒng)不產(chǎn)生影響，且無(wú)論一次按鍵時(shí)間有多長(zhǎng)，系統(tǒng)僅執(zhí)行一次按鍵功能程序。（3）準(zhǔn)確輸出按鍵值（或鍵號(hào)），以滿足跳轉(zhuǎn)指令要求。 鍵盤(pán)模塊的選型：鍵盤(pán)電路獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu)和矩陣式鍵盤(pán)。由于本課題只需要幾個(gè)功能鍵，所以采用獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu)。3.4.3 按鍵電路圖： 圖3.5 按鍵電路圖本邏輯功能測(cè)試儀處于驗(yàn)證階段，先假設(shè)測(cè)試74系列芯片中的四種。所要實(shí)現(xiàn)的功能確定需要4個(gè)按鍵。每個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)74系列中的一種芯片，由于按鍵較少，所以直接

26、用單片機(jī)的I/O口線來(lái)連接。按鍵按下則I/O口線電平為低，按鍵斷開(kāi)則1/0口線電平為高，通過(guò)單片機(jī)程序循環(huán)檢測(cè)這4個(gè)端口的電平是否為低就可以判斷是否有鍵按下。3.5 測(cè)試模塊測(cè)試電路如圖3.6圖3.6 測(cè)試電路在電路中，2片7LS164首尾相串，接到P1.4口，而時(shí)鐘端連接在一起接到P1.3口。這樣，當(dāng)輸入8個(gè)脈沖時(shí)，從單片機(jī)P1.4口輸出的邏輯測(cè)試數(shù)據(jù)就進(jìn)入到了第一片74LS164中了，而當(dāng)?shù)诙€(gè)8個(gè)脈沖到來(lái)后，這個(gè)邏輯測(cè)試數(shù)據(jù)就進(jìn)入了第二片74LS164，而新的邏輯測(cè)試數(shù)據(jù)則進(jìn)入了第一片74LS164，這樣，當(dāng)?shù)诙€(gè)8個(gè)脈沖完成后，邏輯測(cè)試數(shù)據(jù)依次送出。在送出的邏輯測(cè)試數(shù)據(jù)中，必須保證對(duì)應(yīng)

27、被測(cè)試芯片輸出口的字節(jié)為“0”，這樣才可以避免影響到被測(cè)試芯片的輸出狀態(tài)。同時(shí)還要考慮到被測(cè)芯片的電源、接地引腳。由于74系列引腳、輸入、輸出的不確定性，我們?cè)卺槍?duì)整個(gè)74系列的設(shè)計(jì)中，選擇74LS164的輸出口和插座引腳間加個(gè)三極管。被測(cè)試芯片的邏輯輸出狀態(tài)通過(guò)并入串出移位寄存器74LS175送回單片機(jī)進(jìn)行比較。3.6 負(fù)載電路測(cè)試部分：本部分是在以上測(cè)試電路的基礎(chǔ)上的擴(kuò)展電路，在原測(cè)試電路的輸出的后續(xù)電路，即對(duì)負(fù)載部分的特性測(cè)試，在這里我們選用三極管作為負(fù)載進(jìn)行測(cè)試，三極管為8050或8550型號(hào)。3.6.1 8050（NPN）參數(shù)特性極限值（Ta=25）（封裝形式：TO-92）Tstg貯

28、存溫度 -55150Tj結(jié)溫150PC集電極耗散功率1WVCBO集電極基極電壓40VVCEO集電極發(fā)射極電壓25VVEBO發(fā)射極基極電壓6VIC集電極電流1.2A 3.6.2 8550（PNP）參數(shù)特性邏輯門(mén)的主要參數(shù)有：（）扇入系數(shù)和扇出系數(shù)：能使電路正常工作的輸入端數(shù)目和電路正常工作能帶動(dòng)的同型門(mén)的數(shù)目。（）輸出高電平：一般為.（）輸出低電平：一般為.（）電壓傳輸特性曲線、開(kāi)門(mén)電平和關(guān)門(mén)電平（）輸入短路電流：一個(gè)輸入端接地，其他輸入端懸掛時(shí)，流過(guò)該接地輸入端的電流為輸入短路。（）空載導(dǎo)通功耗：指輸入全部為高電平、輸出為低電平且不帶負(fù)載時(shí)的功率損耗。（）空載截止功耗：指輸入有低電平、輸出為高

29、電平且不帶負(fù)載時(shí)的功率損耗（）抗干擾噪音容限：電路能夠保持正確的邏輯關(guān)系所允許的最大干擾電壓值。（9）平均傳輸延時(shí)時(shí)間：（10）輸入漏電流：指一個(gè)輸入端接地高電平，另一個(gè)輸入端接地時(shí)，流過(guò)高電平輸入端的電流。3.6.3 測(cè)試電路圖：VCC AVPWM 在上面電路圖中輸入端用PWM脈寬調(diào)制作為輸入，以改變PWM脈寬來(lái)進(jìn)行調(diào)制，通過(guò)改變其輸入端的電流從而引起輸出端的電壓和電流的變化，由電壓表和電流表得出數(shù)據(jù)，從而能得到相應(yīng)的三極管特性參數(shù)。下圖和表格即為特性曲線和三極管的特性參數(shù)。IB(mA）IC(mA）VBE(V）RC()VB(V）IB，IC飽和區(qū)0.221.125005IC=10IB截止區(qū)80

30、8000.66.255放大區(qū)8800.7462.55特性曲線和特性參數(shù)3.7 相關(guān)器件介紹（1） 74LS16474LS164:位移位寄存器（串行輸入，并行輸出） 其主要電特性的典型值如下：當(dāng)清除端（CLEAR）為低電平時(shí)，輸出端（QAQH）均為低電平。 串行數(shù)據(jù)輸入端（A，B）可控制數(shù)據(jù)。當(dāng) A、B 任意一個(gè)為低電平，則禁止新數(shù)據(jù)輸入，在時(shí)鐘端（CLOCK）脈沖上升沿作用下 Q0 為低電平。當(dāng) A、B有一個(gè)為高電平，則另一個(gè)就允許輸入數(shù)據(jù)，并在 CLOCK 上升沿作用下決定Q0 的狀態(tài)。 引出端符號(hào) CLOCK 時(shí)鐘輸入端CLEAR 同步清除輸入端（低電平有效）A，B 串行數(shù)據(jù)輸入端 真值表

31、H高電平 L低電平 X任意電平 低到高電平跳變 極限值 電源電壓 7V 輸入電壓 5.5V 工作環(huán)境溫度 54164 -55125 74164 -070 儲(chǔ)存溫度 -65 (2) 74LS16574LS165: 8 位移位寄存器（并行輸入，互補(bǔ)串行輸出） 簡(jiǎn)要說(shuō)明 : 當(dāng)移位/置入控制端（SH/LD）為低電平時(shí)，并行數(shù)據(jù)（AH）被置入寄存器，而時(shí)鐘（CLK,CLK INH）及串行數(shù)據(jù)（SER）均無(wú)關(guān)。當(dāng) SH/LD為高電平時(shí)，并行置數(shù)功能被禁止。 CLK和CLK INK在功能上是等價(jià)的，可以交換使用。當(dāng)CLK和CLK INK有一個(gè)為低電平并且SH/LD為高電平時(shí)，另一個(gè)時(shí)鐘可以輸入。當(dāng)CLK和

32、CLK INK 有一個(gè)為高電平時(shí)，另一個(gè)時(shí)鐘被禁止。只有在CLK為高電平時(shí)CLK INK才可變?yōu)楦唠娖?。其典型電特性如下：引出端符?hào)CLK,CLK INH 時(shí)鐘輸入端（上升沿有效） AH 并行數(shù)據(jù)輸入端 SER 串行數(shù)據(jù)輸入端 SH/ D 移位控制/置入控制（低電平有效） H高電平 L低電平 X任意電平 低到高電平跳變限值 電源電壓 7V 輸入電壓 5.5V SH/ D與CLK INK間電壓 5.5V 工作環(huán)境溫度 54164 -55125 74164 -070 儲(chǔ)存溫度 -65 . I/O選擇及擴(kuò)展MCS-51的I/O口線共有32根，但P3口是多用途的，若用作替代功能時(shí)，就不能作一般I/O口

33、線；在接有外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，P0和P2也不能再用作I/O口。在本設(shè)計(jì)的擴(kuò)展計(jì)劃中，4K的內(nèi)部程序存貯空間顯然不能滿足整個(gè)74系列芯片庫(kù)文件的需求，故串口選擇P1口。 圖3.7 74LS164擴(kuò)展I/O口電路圖當(dāng)單片機(jī)I/O工作在0的發(fā)送狀態(tài)時(shí)，數(shù)據(jù)由P1.2送出，移位時(shí)鐘由P1.2送出。在移位時(shí)鐘的作用下，數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖器的數(shù)據(jù)一位一位的移入74LS164中。由于74LS164沒(méi)有并行輸出控制端，因而在輸入過(guò)程中，其輸出端的狀態(tài)會(huì)不斷變化，故在某些應(yīng)用場(chǎng)合，在74LS164的輸出端應(yīng)加接輸出三態(tài)門(mén)控制，以便保證輸入結(jié)束后再輸出數(shù)據(jù)。 圖3.8 74LS165擴(kuò)展I/O口電路圖 74LS165為并

34、行輸入8位移位寄存器，當(dāng)移位/置入端（S/L）由高到低跳變時(shí)，并行數(shù)據(jù)輸入端的數(shù)據(jù)置入移位寄存器；當(dāng)S/L=1，且時(shí)鐘禁止端（15腳）為低電平時(shí)，允許時(shí)鐘輸入，這時(shí)在始終脈沖的作用下，數(shù)據(jù)將由QA到QH方向移位。圖2.13中，P1.4作為移位脈沖輸出端于74LS165的移位脈沖輸出端CP相連；P1.5作為串行輸入端與74LS165的并行輸出端QH相連；P1.6作為控制74LS165的移位/置入而與S/L相連；74LS165的時(shí)鐘禁止端（15腳）接地，表示允許時(shí)鐘置入。當(dāng)擴(kuò)展多個(gè)8位輸入口時(shí)，兩芯片的首尾（QH與SIN）相連。 圖3.9 三極管外形圖它的作用是將74LS164的輸出與被測(cè)試芯片的

35、輸出隔離。由于74系列中輸入、輸出的不確定性，而本測(cè)試儀又是針對(duì)整個(gè)系列設(shè)計(jì)的，考慮到硬件設(shè)計(jì)完成后，電路不應(yīng)再做改動(dòng)，則添加三極管隔離是很有必要的。第四章 系統(tǒng)的部分軟件模塊硬件電路設(shè)計(jì)完成之后，系統(tǒng)的主要功能將依賴(lài)于軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)能否正?？煽康毓ぷ?，除了硬件的合理設(shè)計(jì)外，很大程度上取決于功能完善算法先進(jìn)的軟件設(shè)計(jì)。程序的編制過(guò)程需要不斷地修改、調(diào)試、完善，因此結(jié)構(gòu)化好，可讀性強(qiáng)的編程風(fēng)格，有助于縮短開(kāi)發(fā)周期，同時(shí)便于日后的維護(hù)和改進(jìn)。本章將詳細(xì)闡述測(cè)試儀所需實(shí)現(xiàn)的功能.及其與其它接口的實(shí)現(xiàn)。4.1 單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)概述單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)有其自身的特點(diǎn)(1)。首先，單片機(jī)的系統(tǒng)程序與應(yīng)用程序密

36、不可分，系統(tǒng)程序與應(yīng)用程序必須放在一起考慮;其次，在單片機(jī)系統(tǒng)中，硬件與軟件緊密結(jié)合，由于硬件電路的設(shè)計(jì)不具有通用性，所以必須根據(jù)具體的硬件電路來(lái)設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的軟件，硬件設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接影響到軟件設(shè)計(jì)的難易和質(zhì)量;軟件設(shè)計(jì)的優(yōu)劣又直接影響到硬件的發(fā)揮。在很多時(shí)候，軟件可以替代硬件的功能，當(dāng)然，需要付出額外占用CPU時(shí)間的代價(jià)。在程序設(shè)計(jì)時(shí)，往往存在著時(shí)間與空間的矛盾。在一些程序編譯器中，有時(shí)間優(yōu)化和空間優(yōu)化的選項(xiàng)，但時(shí)間優(yōu)化與空間優(yōu)化不能同時(shí)存在，編譯器在處理優(yōu)化時(shí)，實(shí)際是采用了時(shí)間換取空間或者空間換取時(shí)間的策略。在設(shè)計(jì)程序時(shí)，我們也可以采取這樣的策略提高系統(tǒng)的性能。比如，目前程序存儲(chǔ)器的容量己不是

37、設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素，我們可以利用存儲(chǔ)器的空間實(shí)現(xiàn)程序響應(yīng)速度的加快。除了有自身的特點(diǎn)外，單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)同樣具有一般軟件設(shè)計(jì)的特點(diǎn)。良好的設(shè)計(jì)方案可以減少軟件設(shè)計(jì)的工作量，提高軟件的通用性，擴(kuò)展性和可讀性。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和步驟如下本文的軟件設(shè)計(jì)按如下的步驟進(jìn)行:1) 根據(jù)需求按照系統(tǒng)的功能要求，逐級(jí)劃分模塊。2) 明確各模塊之間的數(shù)據(jù)流傳遞關(guān)系，力求數(shù)據(jù)傳遞少，以增強(qiáng)各模塊的獨(dú)立性，便于軟件編制和調(diào)試。3) 確定軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，選擇設(shè)計(jì)語(yǔ)言，完成模塊功能設(shè)計(jì)，并分別調(diào)試通過(guò)。4) 按照開(kāi)發(fā)式軟件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，將各模塊有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，即成一個(gè)較完善的系統(tǒng)。4.2 編程語(yǔ)言的選用當(dāng)前比較流行的單片機(jī)編程的

38、工具語(yǔ)言有(2):1. PL/M:51單片機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。PIJM-51單片機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言是Intel公司開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的一種單片機(jī)高級(jí)語(yǔ)言。2.C-51編制控制軟件。C-51語(yǔ)言是一種結(jié)構(gòu)化語(yǔ)言，與標(biāo)準(zhǔn)C語(yǔ)言完成兼容，具有代碼效率高、可移植性強(qiáng)、庫(kù)函數(shù)豐富、支持浮點(diǎn)運(yùn)算、可直接操作硬件資源和實(shí)時(shí)性強(qiáng)等特點(diǎn)。不足之處是程序(包括頭文件在內(nèi))所占存儲(chǔ)量大，一般需要擴(kuò)展ROM。3.匯編語(yǔ)言編程。匯編語(yǔ)言的優(yōu)點(diǎn)是接近機(jī)器語(yǔ)言，執(zhí)行速度快。另外，存儲(chǔ)格式自動(dòng)優(yōu)化，所占的存儲(chǔ)空間小，一般不用擴(kuò)展ROM。不足之處是編程復(fù)雜，程序的可讀性不強(qiáng)。經(jīng)過(guò)上述比較，本文放棄了當(dāng)前比較流行的C-51語(yǔ)言編程，轉(zhuǎn)而選擇匯編語(yǔ)

39、言作為編程語(yǔ)言，一個(gè)重要的原因是因?yàn)閰R編語(yǔ)言接近機(jī)器語(yǔ)言，執(zhí)行速度快，程序的反應(yīng)時(shí)間短，便于實(shí)時(shí)控制。4.3 主要軟件功能的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)(3)中采用了流行的模塊編程方法，每一個(gè)功能程序模塊都能完成某一明確的任務(wù)，實(shí)現(xiàn)具體的某個(gè)功能，如鍵盤(pán)掃描、測(cè)試比較等。實(shí)際的應(yīng)用程序一般由一個(gè)主程序(包括若干功能模塊)和多個(gè)子程序結(jié)構(gòu)。采用模塊化的程序設(shè)計(jì)方法有以下優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)蝹€(gè)模塊結(jié)構(gòu)的程序功能單一，因而易于編寫(xiě)、調(diào)試和修改；程序可讀性好，便于功能擴(kuò)充和版本升級(jí);程序的修改可局部進(jìn)行，使用頻繁的子程序可以匯編成子程序庫(kù)，以便于多個(gè)模塊調(diào)用等。缺點(diǎn)是:有時(shí)各個(gè)模塊的連接有一定的難度，程序模塊的劃分沒(méi)有一定的標(biāo)準(zhǔn)等。系統(tǒng)軟件總體結(jié)構(gòu)框圖如下：邏輯功能測(cè)試儀的軟件子系統(tǒng)由5大模塊成：初始化，鍵盤(pán)掃描 ，自動(dòng)尋址，測(cè)試比較，結(jié)果顯示。(