简易苹果机的设计(软件部分)

简易苹果机的设计 （ 软件部分 ） I 摘 要 IT行业飞速发展的今天 ,单片机在测控和低速信号处理等方面的应用越来越广泛。由于单片机采用大规模集成电路器件 ,集成度极高 ,因而具有结构紧凑、功能强、体积小、可靠性高、面向控制和价格低廉等一系列优点 ,特别适合于控制型应用领域。基于 PIC的单片机系统具有体积小、成本低、易维护、性能稳定等特点 ,得到了越来越多的应用。 本文 重点阐述了 基于 PIC16F877单片机的苹果机 系统的软 件 设计，首先对 系统要求 进行 了 分析，设计了系统的总体框架。以汇编语言为工具，进行了详细设计和编码。 采用了 HD7279 为驱动的 4 4 键盘和 LED数码显示管 以及扬声器组成良好的“人机对话”模块，实现了音乐播放功能。 关键 词 ： PIC 音乐播放 HD7279 简易苹果机的设计 （ 软件部分 ） II Abstract Because of its small size, functionality, low price, Single-Chip Microcomputer has been widely applied. In addition, the single-chip control System is more flexible than analog control; Second, it has high reliability due to fewer components, digital signal processing; Third, it can set the parameter simply, and makes the system testing convenient. Therefore, the single-chip control system is very suitable for control systems of application areas. In this paper the software design of apple_ game player ， which was design Based on the design with the PIC16F877 MCU is mainly explained. Requirement of the system have been analyzed firstly. The general aim of the soft ware system is to realize reliability stability safety and economization. Then have designed the whole frame work of the system. At last the author makes full use of assemble language to implement the detailed design and coding. Moreover it adopts the HD7279 as the driver of 44keyboards and the LG5641AH LED and the loud speaker which holds the excellent part of man-machine conversation and carries out the function of music playing. Key words： PIC ， music playing， HD7279 简易苹果机的设计 （ 软件部分 ） III 目 录 第一章 前 言 . 1 第二章 系统设计方案分析 . 2 2.1 课题待解决的问题 . 2 2.2 总体设计方案 . 2 2.3 工作流程分析 . 2 2.4 设计具体方案 . 3 第三章 PIC 单片机基础 . 4 3.1 I/O 口介绍 . 4 3.2 关于 BANK 和 PAGE 的概念 . 5 3.3 定时器 /计数器 . 6 3.3.1 定时器 的 3 大用途 . 7 3.3.2 相关寄存器 介绍 . 7 3.4 中断系统： . 8 3.4.1 中断活动的 9 个阶段 . 9 3.4.2 PIC16F877 的中断逻辑 . 9 3.4.3 中断处理 . 10 3.4.4 中断的优先级控制 . 10 3.5.5 中断的现场保护 . 11 3.5.6 几 种常用的中断 . 11 3.5.7 使用中断时需要注意的一些问题 . 14 3.5 软件延时程序的设计 . 15 3.5.1 三类指令的执行时 间 . 15 3.5 .2 延时软件的 设计方案实例 . 16 3.6 查表程序设计 . 16 第四章 各子模块的实现及其说明 . 21 4.1 键盘显示处理 HD7279 . 21 4.2 显示译码芯片 MAX7219. 29 4.2.1 管脚描述 . 29 4.2.2 典型应用 . 30 简易苹果机的设计 （ 软件部分 ） IV 4.3 音乐播放子程序 . 33 4.3.1 音乐播放发声的原理 . 33 4.3.2 音乐播放的实现过程 . 34 4.4 E2PROM 扩展及 I2C 总线协议 . 41 第五章 结束语 . 42 参 考 文 献 . 43 致 谢 . 44 简易苹果机的设计 （ 软件部分 ） 1 第一章 前 言 单片机自问世以来 ,以其极高的性能价格比 ,受到人们的重视和关注 ,应用很广 ,发展很快。单片机体积小 ,重量轻 ,抗干扰能力强 ,环境要求不高 ,价格低 廉 ,可靠性高 ,灵活性好 ,开发较为容易。由于具有上述优点 ,在我国 ,单片机已广泛地应用 在工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用电器、电力电子、机 电一体化设备等各个方面 。它可以应用于产品的内部取代部分老式机械，电子零件或元器件，可使产品缩小体积，增强功能，实现不同程度的智能化。单片机的应用从根本上改变着传统的控制系统设计思想和设计方法，已成为现代机械电子工程，制动控制等相关专业知识结构中必不可少的一部分。 单片机应用的意义不仅仅在限于它的广阔范围以及所带来的经济效益，更重要的还在于它从根本上改变了传统的控制 系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分控制功能，现在已能使用单片机通过软件方法来实现了。这种以软件取代硬件并能提高系统性能的控制技术称为微控制技术。微控制技术标志着一种全新的概念，随着单片机应用的推广普及，微控制技术将不断发展和日趋完善，而单片机的应用则将更加深入，更加广泛。 换而言之，单片机的应用是对传统控制技术的一场革命。因此学习单片机的原理，掌握好单片机的应用技术是现代工科类学生必备的基本素质。 单片机在近 30年发展中已有 70多个系列的进 500多个机种相继诞生，国际比较知名，影 响比较大的公司的单片机有： MOTOROLA公司的 MOTOROLA单片机， INTEL公司的 51系列单片机， MICROCHIP公司的 PIC系列单片机， ZILOG公司的 Z8系列单片机，以及 NEC,富士通， EPSON等其它品牌。其中 美国 Microchip公司推出的 PIC8位单片机系列是业内首先采用 RISC结构的高性价比嵌入式控制器，其高速度、低电压工作、低功耗、强大驱动能力、低价 OTP技术、体积小巧等都体现了单片机工业的新趋势。 PIC系列单片机是一种采用精简指令集 RSIC结构的易学易用，输入 /输出灵活多样，功能强 大的单片机。 PIC中档产品，是近年来重点发展的系列产品，品种最为丰富，性能优于初级产品，增加了中断功能，带 A/D转换器，内部 EEPROM数据存储器，与程序存储器 FLASH，有比较 /捕获 /脉宽调制 CCP模块， IIC和 SPI接口，通用同步异步接收发送器 USART,模拟电压比较器，及 LCD驱动等，性能价格比高，可广泛用于高，中档各类电子产品设计中，是很值得学习和掌握的一种单片机。 简易苹果机的设计 （ 软件部分 ） 2 第二章 系统设计方案分析 2.1 课题待解决的问题： 整体实现简易苹果机的软件设计，熟悉 PIC 单片机的硬件资源，熟悉基本的控制接口电路 ，掌握单片机的串并行通信方式，以及端口拓展的方法。能够通过认真的分析设计要求，选择最简单，经济，稳定的方案实现该设计。从整体上提高控制电路的设计水平。 2.2 总体设计方案 ： 简易苹果机的整体系统大致可以分为以下几个模块：游戏的键盘输入部分 ，输入币值，及获奖分值等的显示部分，音乐播放部分，存储空间的扩展部分，以及对数据进行一系列预算处理的中央处理单元。如 图 2.2 所示： 图 2.1 总体设计框图 2.3 工作流程分析： 1） 电源开启，播放开启音乐， 三个分值显示数码官状态为 EEE，三个中奖显示数码管状态也为 EEE，其他 8 个投注显示数码管状态也均为 E。 2） 游戏未开始前，显示灯呈现跑马灯状态，并能播放等候操作音乐 。 3） 玩家投币，等候音乐停止，显示灯全部熄灭，同时，分值显示数码管显示出相应分数，投币一次，扬声器发声一次 。 （或由庄家开启注入分值按键） 。 投注显CPU 输入 部分 存储空间扩展部分 显示部分 音乐播放部分 简易苹果机的设计 （ 软件部分 ） 3 示和中奖显示清 0。 4） 游戏开始，玩家通过投注按键进行投注，短按投注显示加 1，长按则迅速增加（每秒加 3） 。 投注完毕，可按下启动按钮，开始游戏，显示灯循环点亮，经过 5 秒，老虎机显示停留在相应位置，显示中奖分数 。 同时投 注显示数码管未压中的数码管全部熄灭 。 5） 玩家可通过按键（ TURN）将分数直接转至投币分值显示，也可按 EXIT 键将分值转成硬币通过退币口退出（不足已退币分值自动加到投币显示区显示） 。 6） 此时，若分值显示区显示值高于上轮投注分值，可直接按开始键（ play），重复刚才下注，开始新一轮游戏 。 也可以重新下注，开始新游戏 。 7） 玩家结束游戏，可按 Exit 键将分值折合成硬币后退出 。 播放待机音乐 。 2.4 设计具体方案： 1 中央处理单元：通过对系统的性能和成本各方面进行整体分析，使用单片机来做处理器是最合理的方案。在总类繁多的单 片机中， PIC16F877 单片机有以下优越之处，是最适合本设计。采用哈佛体系结构和哈佛总线结构，指令单字节化，精简指令集 (RISC)技术，寻址方式简单，运行速度高，功耗低，驱动能力强， I2C和 SPI 串行总线端口，寻址空间设计简洁，外接电路简洁，开发方便。 2 键盘部分：使用 HD7279 芯片对键盘输入进行译码处理，并且该芯片可以直接驱动 LED 数码管显示。 3 显示部分：使用 MAX7219 芯片， LED 数码显示管 ,八个发光二极管。 4 音乐播放部分：只需通过一个音频放大器再 外接一个扬声器。 图 2.2 具体 设计框图 简易苹果机的设计 （ 软件部分 ） 4 第三章 PIC单片机基础 3.1 I/O 口介绍： 输入输出端口（也简称为 I/O 口）是单片机内部电路与外部世界交换信息的通道。输入端口负责从外界接收检测信号，键盘信号等各种开关量信号。输出端口负责向外界输送由内部电路产生的处理结果，显示信息，控制命令，驱动信号等。 在 PIC16F87X 系列单片机中 28 脚封装的型号具有 3 个输入输出端口， 40脚封装的 PIC16F87X 系列都有 5 个输入 / 输出端口。由于 PIC16F87X 属于 8 位单片机，因此每个端口都由数量不超过 8 条的端口引脚（或称口线）构成。每个端口 中的每条引脚都可以用软件的方式，由用户按需要单独编程，设定为输出引脚或者输入引脚。 28 脚 PIC16F87X 的 3 个端口，分别是 RA,RB,和 RC； 40 脚 PIC16F87X 的 5个端口，分别是 RA,RB,RC,RD 和 RE。 RA 包含 6 根引脚， RE 包含 3 根引脚，RB,RC,RD 都包含 8 根引脚。其中有些 I/O 口引脚和单片机内部的某些功能部件或（ I/O 模块之外）其他外围模块的外接引脚信号线进行了复用。也就是说，既可以作为普通的 I/O 引脚，又可以作为某些功能部件或外围模块的外接引脚，并由用户以软件的方式定义。 图 3.1 PIC16877 管脚分部图 简易苹果机的设计 （ 软件部分 ） 5 在 PIC 单片机中，每个端口都至少对应着两个在 RAM 数据存储器中统一编址的寄存器，分别是数据寄存器和方向控制寄存器。也就是 PIC 单片机把端口都当作寄存器来访问（即读出或写入），这样有利于减少指令集的指令类型和数量，为用户的记忆和编程也带来了方便。 例：初始化，使 C 口为输出， B 口为输入 BSF STATUS , RP0 ；设置文件寄存器的体一 MOVLW 00H MOVWF TRISC ；设置端口 C 为输出 MOVLW 0FFH MOVWF TRISB ；设置端口 B 为输入 BCF STATUS , RP0 ；恢复到文件寄存器的体 0 3.2 关于 BANK 和 PAGE 的概念： 在指令编码中，只有最低的 7 位数据代表了寻址操作数的地址，位操作也不例外。 7 位地址只能描述的空间范围为 128 字节，因此，通过指令能直接寻址的范围只有 0X000X7F 的 128 字节空间， PIC 中档单片机结构能支持的数据空间寻址范围为 512 字节，这需要 9 位的地址描述。所以要能寻址这 512 字节全地址空间，就必须找一个方法提供额外的两个地址位，用完整的 9 位地址来寻址。 PIC 中档系列的单片机就利用了 STATUS 状态寄存器的 RP1 和 RP0 这两个位来实现这“额外”的寻址地址位。按照 7 位地址所描述的 128 字节为一个 BANK的划分， PIC16F877被分为 4个 BANK，分别冠以 BANK03。下表为 STATUS中 RP0:RP1和各 BANK 之间的对应关系。 表 3.1 BNAK 和 STATUS 的对应关系 RP1： RP0 BANK 的编号 0 0 BANK 0 0 1 BANK 1 1 0 BANK 2 1 1 BANK 3 例：寄存器直接寻址的 BANK 设定 BSF STATUS , RP0 ； RP0=1 简易苹果机的设计 （ 软件部分 ） 6 BCF DATUS , RP1 ； RP1=0 ,当前 BANK 设定于 BANK1 CLRF TRISB BCF STATUS , RP0 ； RP0=0,回到 BANK0 MOVLW 0XFF MOVWF PORTB 如果 PIC 单片机内只有两个 BANK 空间的数据寄存器，那么直接寻址时 RP1位将被视为无效位，不参与寻址时的地址合成，编程时只需简单的设定 RP0 即可。 同理，在 PIC 单片机的 35 条指令当中，只有 CALL 和 GOTO 两条为直接跳转指令。这