基于單片機(jī)的八路智能搶答器的畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　設(shè)計(jì)總說明</b></p><p>　　智能搶答器作為一種電子產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于各種智力和知識(shí)競賽場合。但目前所使用的搶答器有的電路較復(fù)雜，不便于制作，而且可靠性低，實(shí)現(xiàn)起來很困難；有的則用一些專用的集成芯片，而專用集成芯片的購買又很困難。為適應(yīng)多選手搶答活動(dòng)的需要而設(shè)計(jì)一個(gè)智能搶答器，這種搶答器具有電路簡單，元件普通，易于購買等優(yōu)點(diǎn)，很好地解決了制作者制作困難和

2、難于購買的問題。本系統(tǒng)就是采用AT89C51單片機(jī)為核心而設(shè)計(jì)的八路智能搶答器。</p><p>　　根據(jù)搶答器的功能，智能搶答器的設(shè)計(jì)要求如下：搶答器可以同時(shí)供8名選手或8個(gè)代表隊(duì)比賽使用；主持人可以通過智能搶答器的按鍵設(shè)定每道題的搶答時(shí)間和回答時(shí)間;具有清零和非法搶答控制功能，設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān)，并由主持人操控；當(dāng)主持人啟動(dòng)“開始搶答按鍵”后，定時(shí)器進(jìn)行減計(jì)時(shí)，搶答時(shí)間耗盡后禁止搶答；倒計(jì)時(shí)5秒時(shí)

3、，如果仍無人搶答，則系統(tǒng)每1s報(bào)警一次，用以提示參賽選手；搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按下按鍵，鎖存相應(yīng)選手的參賽編號(hào)，并在LED數(shù)碼管上顯示，選手搶答實(shí)行優(yōu)先鎖存，其他按鍵者將不能響應(yīng)，以便公平地選擇第一個(gè)搶答者；參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效，顯示器上顯示選手的編號(hào)，同時(shí)進(jìn)入回答問題的時(shí)間倒計(jì)時(shí)；倒計(jì)時(shí)期間，主持人想終止倒計(jì)時(shí)，可以按下“停止”鍵，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)。</p><p>　　本

4、系統(tǒng)采用軟硬件結(jié)合的方法而設(shè)計(jì)，其中硬件設(shè)計(jì)是借用單片機(jī)AT89C51為中心控制模塊，采用模塊化設(shè)計(jì)思想，根據(jù)系統(tǒng)功能劃分成六個(gè)模塊，分別為：核心控制模塊、電源模塊、時(shí)鐘與復(fù)位模塊、按鍵輸入模塊、顯示模塊、報(bào)警模塊。軟件設(shè)計(jì)是采用匯編語言編程。</p><p>　　按鍵輸入模塊共有14個(gè)按鍵，分為搶答按鍵和控制按鍵。搶答按鍵共有八個(gè)，分別為S1―S8，供搶答選手進(jìn)行搶答使用；控制按鍵有六個(gè)，分別為S9―S14，

5、其中S9和S10分別為“搶答時(shí)間調(diào)整鍵”和“回答時(shí)間調(diào)整鍵”；S11和S12分別為時(shí)間“加1”和“減1”按鍵；S13和S14分別為“搶答開始按鍵”和“停止按鍵”。顯示模塊本系統(tǒng)采用四個(gè)共陽極LED數(shù)碼管顯示，一個(gè)數(shù)碼管用來顯示搶答到問題的選手的號(hào)碼，兩個(gè)用來顯示倒計(jì)時(shí)時(shí)間，一個(gè)未使用的數(shù)碼管作為以后的擴(kuò)展使用。時(shí)鐘與復(fù)位模塊包括時(shí)鐘電路和復(fù)位電路，單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)用來提供單片機(jī)片內(nèi)各種操作的時(shí)間基準(zhǔn)，復(fù)位操作則使單片機(jī)的片內(nèi)電路初始化，

6、使單片機(jī)從一種確定的初態(tài)開始運(yùn)行。報(bào)警模塊在本系統(tǒng)中為附加模塊，它的主要用途就是起到提示并引起人們的注意。電源模塊是為了增強(qiáng)本系統(tǒng)應(yīng)用的廣泛性而設(shè)計(jì)的模塊，它的主要任務(wù)是將交流220V電壓轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)中可以直接使用的穩(wěn)定的直流+5V。</p><p>　　本設(shè)計(jì)限定搶答人數(shù)為八人，搶答過程如下：當(dāng)主持人按“搶答開始按鍵”后，數(shù)碼顯示屏顯示搶答時(shí)間倒計(jì)時(shí)，并在最后五秒啟動(dòng)報(bào)警電路提示，在搶答時(shí)間過程中八名選手進(jìn)行搶答

7、，搶答成功后，顯示模塊顯示選手號(hào)和回答問題時(shí)間?；卮鹜陠栴}后，主持人可按“停止按鍵”結(jié)束，新一輪搶答開始。如果在主持人沒有按下“搶答開始按鍵”而選手就搶答，則視為犯規(guī)，顯示模塊顯示“FF”并顯示選手號(hào)碼，而且報(bào)警電路進(jìn)行提示。主持人按“停止按鍵”后，新一輪搶答開始。顯示模塊在初始顯示、超過規(guī)定搶答時(shí)間仍無人搶答和答題超過規(guī)定時(shí)間后顯示“FFF”。搶答時(shí)間和回答問題的時(shí)間可以設(shè)定，設(shè)定范圍為1-99s，原始狀態(tài)下?lián)尨饡r(shí)間為10s，回答問題

8、時(shí)間為30s。后臺(tái)主持人可以通過“搶答時(shí)間調(diào)整鍵”、“回答時(shí)間調(diào)整鍵”和時(shí)間“加1”、“減1”按鍵修改搶答時(shí)間和選手回答問題的時(shí)間時(shí)間，改完后“停止按鍵”確定，新時(shí)間開始有效。</p><p>　　在搶答器設(shè)計(jì)過程中，首先完成總體方案的論證制定，然后分析系統(tǒng)的工作原理，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出各部分單元電路原理圖，進(jìn)一步完成對(duì)系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)。在對(duì)系統(tǒng)工作原理充分研究的基礎(chǔ)上，選擇合適的元件型號(hào)和參數(shù)，再用protel繪圖

9、軟件畫出電路原理圖，最后根據(jù)電路接口編寫軟件程序。</p><p>　　關(guān)鍵字：搶答器；單片機(jī)；AT89C51；模塊；按鍵</p><p>　　Introduction</p><p>　　The intelligent vies to answer first as a kind of electronic products have been widely ap

10、plied in all kinds of intelligence and knowledge competition situation. But using the current is some complicated circuit vies to answer first, do not facilitate production, and reliability, low difficult to achieve; Oth

11、ers use some special integrated chips, and the purchase of the special integrated chips and very difficult. In order to adapt to the needs of the many players vies to answer first activities </p><p>　　Accord

12、ing to the function, intelligent vies to answer first the vies to answer first the design requirements of the following: vies to answer first is also for 8 contestants or 8 teams game; host can through the intelligence i

13、s set button vies to answer first each question time and answer the vies to answer first time; have reset and illegal vies to answer first control function, set up a system to eliminate and vies to answer first, and by a

14、 host control switch control; when the host to start "</p><p>　　The system USES the software and hardware of the method of combining and design, including hardware design are borrowed from the single-ch

15、ip microcomputer AT89C51 as the center control module, the modular design division, with six module, respectively is: the core control module, the power modules, clock and reset module, key input module, display module,

16、alarm module. The software design is the common assembly language programming. </p><p>　　Key input module in 14 key, divided into vies to answer first keys and control buttons. Vies to answer first key there

17、 were eight, respectively, for vies to answer first S8 S1-players use vies to answer first; Control key has six, respectively, among them--S14 S9 S9 and S10 are "vies to answer first time to adjust key" and &qu

18、ot;answer time to adjust keys"; S11 and S12 respectively for time "add 1" and "minus 1" button; S13 and S14 are "vies to answer first start button" and "stop" button. Display

19、mo</p><p>　　This design limited the number of eight, vies to answer first vies to answer first process is as follows: when the host to press the "start" button vies to answer first, digital display

20、 shows vies to answer first time countdown, and in the last five second start alarm circuit hint, in vies to answer first time eight players in the process vies to answer first, after the success display module, vies to

21、answer first demonstrated contestant number and answer the question time. To answer the questio</p><p>　　In the design process, vies to answer first do first overall scheme, and then analyses the argument fo

22、r the working principle of the system, and based on this, the design of unit of the circuit principle diagram, further to the design of the system to complete the circuit. In the working principle of the system based on

23、the study of the fully, and choose appropriate component model and parameter, garnish with protel drawing software draw circuit principle diagram, according to write software int</p><p>　　Keyword: vies to an

24、swer first; microcomputer; AT89C51;module; button</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　當(dāng)今的社會(huì)競爭日益激烈，選拔人才，評(píng)選優(yōu)勝，知識(shí)競賽之類的活動(dòng)愈加頻繁，比賽中為了準(zhǔn)確、公正、直觀地判斷出第一搶答者，這就要有一種搶答設(shè)備作為裁判員，于是搶答器應(yīng)用而生。</p><p

25、>　　搶答器是一種應(yīng)用非常廣泛的設(shè)備，在各種競賽、搶答場合中，它能迅速、客觀地分辨出最先獲得發(fā)言權(quán)的選手，無論是軍隊(duì)還是電視節(jié)目中,都可能會(huì)舉辦各種各樣的智力競賽,都會(huì)用到搶答器。如果要是讓搶答者用舉手等方法，主持人很容易誤判，會(huì)造成搶答的不公平，比賽中為了準(zhǔn)確、公正、直觀地判斷出第一搶答者，所設(shè)計(jì)的搶答器通常由數(shù)碼顯示、燈光、音響等多種手段指示出第一搶答者。為了使這種不公平不發(fā)生，只有靠電子產(chǎn)品的高準(zhǔn)確性來保障搶答的公平性。&l

26、t;/p><p>　　早期的搶答器只由幾個(gè)三極管、可控硅、發(fā)光管等組成，能通過發(fā)光管的指示辯認(rèn)出選手號(hào)碼?，F(xiàn)在大多數(shù)搶答器均使用單片機(jī)(如MCS-51型)和數(shù)字集成電路，并增加了許多新功能，如選手號(hào)碼顯示、搶按前或搶按后的計(jì)時(shí)、選手得分顯示等功能。</p><p>　　1.1 課題研究現(xiàn)狀</p><p>　　隨著我國搶答器市場的迅猛發(fā)展，與之相關(guān)的核心生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用與研

27、發(fā)必將成為業(yè)內(nèi)企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。技術(shù)工藝，是衡量一個(gè)企業(yè)是否具有先進(jìn)性，是否具備市場競爭力，是否能不斷領(lǐng)先于競爭者的重要指標(biāo)依據(jù)。了解國內(nèi)外搶答器生產(chǎn)核心技術(shù)的研發(fā)動(dòng)向、工藝設(shè)備、技術(shù)應(yīng)用及趨勢(shì)對(duì)于企業(yè)提升產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格，提高市場競爭力十分關(guān)鍵。目前市場上搶答器種類繁多，功能各異，價(jià)格差異也很大。那么選擇一款真正適合的搶答器就非常重要。</p><p>　　搶答器一般分為電子搶答器和電腦搶答器。目前電子搶答器的中心構(gòu)

28、造一般都是由數(shù)字電子集成電路組成，其搭配的配件不同又分為，非語音非記分搶答器和語音記分搶答器。非語音記分搶答器構(gòu)造很簡單，就是一個(gè)搶答器的主機(jī)和一個(gè)搶答按鈕組成，在搶答過程中選手是沒有記分的顯示屏。語音記分搶答器是由一個(gè)搶答器的主機(jī)、主機(jī)的顯示屏以及選手的記分顯示屏等構(gòu)成，具有記分等功能。電子搶答器多適用于學(xué)校和企事業(yè)單位舉行的簡單的搶答活動(dòng)。電腦搶答器又分為無線電腦搶答器和有線電腦搶答器。無線電腦搶答器是由主機(jī)和搶答器專用的軟件和無線

29、按鈕構(gòu)成。無線電腦搶答器利用電腦和投影儀，可以把搶答氣氛活躍起來，一般多使用于電臺(tái)等大型的活動(dòng)。有線電腦搶答器也是由主機(jī)和電腦配合起來，電腦再和投影儀配合起來，利用專門研發(fā)的配套的搶答器軟件，可以十分完美的表現(xiàn)搶答的氣氛。</p><p>　　搶答器作為一種電子產(chǎn)品，早已廣泛應(yīng)用于各種智力和知識(shí)競賽場合，但目前所使用的搶答器有很多的缺點(diǎn)，有的電路較復(fù)雜不便于制作,可靠性低，實(shí)現(xiàn)起來很困難；有的則用一些專用的集成塊

30、 ,而專用集成塊的購買又很困難。而我所設(shè)計(jì)的八路智能搶答器，具有元件普通 ,易于購買等優(yōu)點(diǎn),很好地解決了制作困難和難于購買的問題。在國內(nèi)外已經(jīng)開始普遍應(yīng)用。</p><p>　　1.2 選題意義與目的</p><p>　　在知識(shí)比賽中，特別是做搶答題目的時(shí)候，在搶答過程中，為了知道哪一組或哪一位選手先答題，必須要設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)來完成這個(gè)任務(wù)。如果在搶答中，靠視覺是很難判斷出哪組先答題。怎樣來

31、設(shè)計(jì)搶答器，能使以上問題得以解決？即使兩組的搶答時(shí)間相差幾微秒，也可分辨出哪組優(yōu)先答題？通過研究并在設(shè)計(jì)驗(yàn)證后發(fā)現(xiàn)，采用單片機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)的搶答器與傳統(tǒng)的搶答器相比，首先，電路連接簡單，因?yàn)榇蠖鄶?shù)功能單元都通過程序設(shè)計(jì)在單片機(jī)內(nèi)部。第二，工作性能可靠，抗干擾能力優(yōu)于傳統(tǒng)搶答器，并能夠解決以上提出的問題。所以本研究是一個(gè)實(shí)用的工程設(shè)計(jì)，具有創(chuàng)新性。</p><p>　　通過本次設(shè)計(jì)，基本掌握51系列單片機(jī)的原理，了解簡

32、單多功能搶答器組成部分，詳細(xì)掌握智能搶答器的原理和編程方法，了解單片機(jī)類系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基本理念，提高獨(dú)立思考的能力和編程的邏輯思維能力。同時(shí)通過本課題設(shè)計(jì)，提高自己的動(dòng)手能力，鞏固已學(xué)的理論知識(shí)，建立單片機(jī)理論和實(shí)踐的結(jié)合，了解多功能搶答器各單元電路之間的關(guān)系及相互影響，從而能正確設(shè)計(jì)、計(jì)算定時(shí)計(jì)數(shù)的各個(gè)單元電路。進(jìn)一步深入了解掌握以單片機(jī)為核心控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法及編程方法。</p><p>　　1.3 課題研究的要

33、求及內(nèi)容</p><p>　　根據(jù)智能搶答器的具體功能，本課題的詳細(xì)要求如下：</p><p>　?。?）搶答器可以同時(shí)供8名選手或8個(gè)代表隊(duì)比賽，分別用8個(gè)按鈕S1～S8表示。</p><p>　　（2）主持人可以通過智能搶答器的按鍵設(shè)定每道題的搶答時(shí)間和回答時(shí)間。</p><p>　?。?）具有清零和非法搶答控制功能，設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清除和搶

34、答控制開關(guān)，并由主持人操控，避免選手在主持人說“開始”前提前搶答，違反規(guī)則。</p><p>　?。?）當(dāng)主持人啟動(dòng)“開始搶答按鍵”后，定時(shí)器進(jìn)行減計(jì)時(shí)，在15秒內(nèi)無人搶答表示所有參賽選手或參賽隊(duì)對(duì)本題棄權(quán)，搶答時(shí)間耗盡后禁止搶答。</p><p>　　（5）倒計(jì)時(shí)5秒時(shí)，如果仍無人搶答，則系統(tǒng)每1s報(bào)警一次，用以提示參賽選手。</p><p>　?。?）搶答器具有

35、鎖存與顯示功能。即選手按下按鍵，鎖存相應(yīng)選手的參賽編號(hào)，并在LED數(shù)碼管上顯示，一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲響提示。選手搶答實(shí)行優(yōu)先鎖存，其他按鍵者將不能響應(yīng)，以便公平地選擇第一個(gè)搶答者。</p><p>　?。?）參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效，顯示器上顯示選手的編號(hào)，同時(shí)進(jìn)入回答問題的30s倒計(jì)時(shí)。</p><p>　?。?）倒計(jì)時(shí)期間，涂改主持人想終

36、止倒計(jì)時(shí)，可以按下“停止”鍵，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)。</p><p>　　本論文中主要介紹了單片機(jī)搶答器的詳細(xì)設(shè)計(jì)內(nèi)容和它的工作原理及工作過程，顯示了它的實(shí)際用途。本系統(tǒng)根據(jù)要求中的技術(shù)指標(biāo)，采用單片機(jī)作為核心的模塊化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的六個(gè)模塊分別為：按鍵輸入模塊、顯示模塊、時(shí)鐘與復(fù)位模塊、報(bào)警模塊、電源模塊、核心控制模塊。并且利用存儲(chǔ)程序來完成軟件的設(shè)計(jì)，在搶答比賽中可以廣泛應(yīng)用。</p><p

37、>　　本系統(tǒng)中的八個(gè)參賽選手分別有一個(gè)搶答按鈕，通過每個(gè)按鈕輸入搶答信號(hào)；主持人有開始和結(jié)束、復(fù)位按鈕；在后臺(tái)主持人有搶答時(shí)間和回答問題時(shí)間的調(diào)控按鈕；利用三個(gè)七段數(shù)碼管來完成顯示功能，數(shù)碼顯示屏顯示搶答時(shí)間倒計(jì)時(shí)和選手號(hào)；在最后五秒揚(yáng)聲器發(fā)生提示。如果主持人沒有按下開始鍵而選手就搶答視為犯規(guī)，數(shù)碼顯示屏顯示犯規(guī)者的代號(hào)，揚(yáng)聲器持續(xù)發(fā)生。主持人可按鍵結(jié)束，新一輪搶答開始。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中主要硬

38、件設(shè)備：AT89C51單片機(jī)、8輸入3態(tài)緩沖器∕線驅(qū)動(dòng)器74LS244、六反相驅(qū)動(dòng)器7404、共陽極LED數(shù)碼管等、12MHz晶振、74LS04反相器、手動(dòng)開關(guān)、按鍵若干、報(bào)警喇叭、變壓器、整流器、電容、電阻、7805穩(wěn)壓芯片。</p><p>　　1.4 本論文的組織結(jié)構(gòu)</p><p>　　本論文章節(jié)的組織結(jié)構(gòu)和內(nèi)容如下：</p><p>　　第一章：緒論。簡要

39、介紹了搶答器的發(fā)展現(xiàn)狀，選題的具體意義與目的，說明了本課題研究的要求及研究內(nèi)容。</p><p>　　第二章：總體方案論證。介紹了搶答器的三種設(shè)計(jì)方案，并作出詳細(xì)優(yōu)缺點(diǎn)的對(duì)比，體現(xiàn)本論文中采用的方案的正確性與科學(xué)性。并對(duì)采用的方案進(jìn)行簡單介紹，說明了搶答器的主要功能和工作過程。</p><p>　　第三章：搶答器的硬件電路的設(shè)計(jì)。詳細(xì)描述了本課題各部分組成電路單元的具體設(shè)計(jì)。</p&

40、gt;<p>　　第四章：搶答器的軟件設(shè)計(jì)，并編程序。</p><p>　　第五章：總結(jié)?？偨Y(jié)課題設(shè)計(jì)，指出設(shè)計(jì)中的一些問題，提出改善的意見，并展望搶答器的未來設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　2 總體方案論證</b></p><p>　　2.1 總體方案分析</p><p>　　根據(jù)目前市場上搶答器的種

41、類，搶答器的種類可以大體分為三種，以下我們對(duì)這三種進(jìn)行詳細(xì)比較。</p><p>　　方案一: 搶答器系統(tǒng)的各部分均采用中小規(guī)模集成數(shù)字電路,利用硬件電子元器件實(shí)現(xiàn)，用機(jī)械開關(guān)按鈕作為控制開關(guān)，完成搶答輸入信號(hào)的觸發(fā)。如采用74LS148優(yōu)先編碼器來實(shí)現(xiàn)搶答功能等。該方案的特點(diǎn)是中小規(guī)模集成電路應(yīng)用技術(shù)成熟，性能可靠，能方便地完成選手搶答的基本功能，沒有軟件的設(shè)計(jì)部分，不需要編程，但是電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)試?yán)щy，涉及

42、到的外圍元器件很多，造成搶答器的成本較高，并且制作過程工序比較煩瑣，不便于安裝與調(diào)試，給實(shí)際操作帶來很大的麻煩。</p><p>　　方案二：系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要基于可編程的PLC設(shè)計(jì)，系統(tǒng)包括硬件和軟件兩大部分，依據(jù)控制系統(tǒng)的工作原理和技術(shù)性能，將硬件和軟件分開設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)部分包括電路原理圖、合理選擇元器件、繪制線路圖，然后對(duì)硬件進(jìn)行調(diào)試、測試，以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。軟件設(shè)計(jì)部分，首先在總體設(shè)計(jì)中完成系統(tǒng)總框圖和各模塊的功

43、能設(shè)計(jì)，選擇合適的編程語言和工具，進(jìn)行代碼設(shè)計(jì)等；最后是對(duì)軟件進(jìn)行調(diào)試、測試，達(dá)到所需功能要求。</p><p>　　方案三：系統(tǒng)采用MCS-51系列單片機(jī)作為控制核心，其片內(nèi)帶有4KflashROM，128的RAM，以及15根I/O口線能滿足設(shè)計(jì)要求。該系統(tǒng)可以完成運(yùn)算控制、信號(hào)識(shí)別以及顯示功能的實(shí)現(xiàn)。利用單片機(jī)程序判斷選手按鍵是否有效，但是選手違規(guī)搶答，利用簡答程序顯示，啟動(dòng)蜂鳴器報(bào)警，告訴主持人有人違規(guī)操作

44、，搶答無效。給出相應(yīng)的延時(shí)，選手按正常的操作搶答，軟件倒計(jì)時(shí)，利用AT89C51移位寄存7段數(shù)碼管，實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)顯示時(shí)間，到5秒相應(yīng)時(shí)間提醒選手時(shí)間快到了，要及時(shí)作答，并啟動(dòng)蜂鳴器。由于用了單片機(jī)，使其技術(shù)比較成熟，應(yīng)用起來方便、簡單并且單片機(jī)周圍的輔助電路也比較少，便于控制和實(shí)現(xiàn)。整個(gè)系統(tǒng)具有極其靈活的可編程性，能方便地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行功能的擴(kuò)張和更改性。</p><p><b>　　單片機(jī)特點(diǎn)如下： <

45、;/b></p><p>　　（1）高集成度，體積小，高可靠性。</p><p>　　單片機(jī)將各功能部件集成在一塊晶體芯片上，集成度很高，體積自然也是最小的。芯片本身是按工業(yè)測控環(huán)境要求設(shè)計(jì)的，內(nèi)部布線很短，其抗工業(yè)噪音性能優(yōu)于一般通用的CPU。單片機(jī)程序指令，常數(shù)及表格等固化在ROM中不易破壞，許多信號(hào)通道均在一個(gè)芯片內(nèi)，故可靠性高。 </p><p>&l

46、t;b>　?。?）控制功能強(qiáng)：</b></p><p>　　為了滿足對(duì)對(duì)象的控制要求，單片機(jī)的指令系統(tǒng)均有極豐富的條件:分支轉(zhuǎn)移能力，I/O口的邏輯操作及位處理能力，非常適用于專門的控制功能。</p><p>　?。?）低電壓，低功耗，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品：</p><p>　　為了滿足廣泛使用于便攜式系統(tǒng)，許多單片機(jī)內(nèi)的工作電壓僅為1.8V～3.6

47、V，而工作電流僅為數(shù)百微安。 </p><p><b>　?。?）易擴(kuò)展：</b></p><p>　　片內(nèi)具有計(jì)算機(jī)正常運(yùn)行所必需的部件。芯片外部有許多供擴(kuò)展用的三總線及并行、串行輸入/輸出管腳，很容易構(gòu)成各種規(guī)模的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。</p><p>　?。?）優(yōu)異的性能價(jià)格比：</p><p>　　單片機(jī)的性能極高。為

48、了提高速度和運(yùn)行效率，單片機(jī)已開始使用RISC流水線和DSP等技術(shù)。單片機(jī)的尋址能力也已突破64KB的限制，有的已可達(dá)到1MB和16MB，片內(nèi)的ROM容量可達(dá)62MB，RAM容量則可達(dá)2MB。由于單片機(jī)的廣泛使用，因而銷量極大，各大公司的商業(yè)競爭更使其價(jià)格十分低廉，其性能價(jià)格比極高。</p><p>　　方案比較分析：從第一個(gè)方案我們可以看出，這個(gè)搶答器是由搶答電路，定時(shí)電路，報(bào)警電路，時(shí)序控制電路四個(gè)關(guān)鍵電路部

49、分組成。擴(kuò)展電路是由秒鐘脈沖信號(hào)產(chǎn)生電路，譯碼電路，顯示電路等，它的功能很齊全，設(shè)計(jì)的電路也很穩(wěn)定。但是它的造價(jià)卻很高，僅僅是集成電路他就用了八個(gè)，這個(gè)跟我們當(dāng)初的設(shè)計(jì)理念是相沖突的。我們要的是功能齊全，但是造價(jià)比較低的設(shè)計(jì)。所以我們放棄這個(gè)方案。</p><p>　　而方案二采用可編程PLC設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的搶答器，但該系統(tǒng)的投入成本過于高昂，軟件編程過于繁瑣，對(duì)編程的語言掌握程度要求很高，而且其PLC在該領(lǐng)域的應(yīng)用很

50、少，普通人對(duì)PLC的理解及掌握都不是很深入，鑒于通用性和節(jié)省的原則，我們依然不采用該方案。</p><p>　　方案三采用單片機(jī)為核心器件，外圍電路采用集成芯片，其可靠性好，結(jié)構(gòu)簡單，不但從性能上優(yōu)于方案一和方案二，而且在使用上及其功能的實(shí)現(xiàn)上都較其他方案簡潔，并且由于單片機(jī)具有優(yōu)越的高集成電路性，使其工作速度更快、效率更高。另外單片機(jī)采用12MHz的晶振，提高了信號(hào)的測量精度，并且使該系統(tǒng)可以通過軟件改進(jìn)來擴(kuò)張

51、功能。該模式充分體現(xiàn)了原有系統(tǒng)性能的改進(jìn)，功能的擴(kuò)展及其他同類系統(tǒng)的不同之處，它包括硬件邏輯圖與軟件流程圖，比較經(jīng)濟(jì)實(shí)用，所以我們選用單片機(jī)的方案。</p><p>　　2.2 智能搶答器模塊化設(shè)計(jì)</p><p>　　該搶答器系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)是以單片機(jī)為中心控制模塊，采用模塊化設(shè)計(jì)的八路搶答器，具有六個(gè)模塊，分別為：按鍵輸入模塊、顯示模塊、時(shí)鐘與復(fù)位模塊、報(bào)警模塊、電源模塊、核心控制模塊。

52、</p><p>　　系統(tǒng)的主要功能模塊原理框圖如圖2-1所示。</p><p>　　圖2-1 主要功能模塊原理框圖</p><p>　　按鍵輸入模塊共有14個(gè)按鍵，分為搶答按鍵和控制按鍵。搶答按鍵共有八個(gè)，分別為S1―S8，供搶答選手進(jìn)行搶答使用，P1口為八個(gè)按鍵搶答信號(hào)的輸入口，低電平有效?？刂瓢存I有六個(gè)，分別為S9―S14， 其中S9和S10分別為“搶答時(shí)間調(diào)

53、整鍵”和“回答時(shí)間調(diào)整鍵”， 其對(duì)應(yīng)的I∕O接口分別為P3.2和P3.3；S11和S12分別為時(shí)間“加1”和“減1”按鍵，其對(duì)應(yīng)的I∕O接口分別為P3.4和P3.5；S13和S14分別為“搶答開始按鍵”和“搶答停止按鍵”，其對(duì)應(yīng)的I∕O接口分別為P3.0和P3.1；</p><p>　　顯示模塊本系統(tǒng)采用四個(gè)共陽極LED數(shù)碼管顯示，一個(gè)數(shù)碼管用來顯示搶答到問題的選手的號(hào)碼，兩個(gè)用來顯示倒計(jì)時(shí)時(shí)間，一個(gè)未使用的數(shù)碼

54、管作為以后的擴(kuò)展使用。數(shù)碼管采用74LS244來驅(qū)動(dòng)，74LS244是TTL8輸入3態(tài)緩沖器∕線驅(qū)動(dòng)器，它的輸出電流可以達(dá)到24mA。</p><p>　　時(shí)鐘與復(fù)位模塊包括時(shí)鐘電路和復(fù)位電路，單片機(jī)的最小系統(tǒng)就是由時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、電源電路及單片機(jī)構(gòu)成。單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)用來提供單片機(jī)片內(nèi)各種操作的時(shí)間基準(zhǔn)，單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常用兩種電路形式得到：內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式。復(fù)位操作則使單片機(jī)的片內(nèi)電路初始化，

55、使單片機(jī)從一種確定的初態(tài)開始運(yùn)行。根據(jù)應(yīng)用的要求，復(fù)位操作通常有兩種基本形式：上電復(fù)位或開關(guān)復(fù)位。當(dāng)5l系列單片機(jī)的復(fù)位引腳RST(全稱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。如果RST持續(xù)為高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。</p><p>　　報(bào)警模塊在本系統(tǒng)中為附加模塊，它的主要用途就是起到提示并引起人們的注意。它只有在兩種情況下才發(fā)出報(bào)警，一是“開始搶答”按鍵沒有按下時(shí)，選手就按

56、下了“搶答鍵”，報(bào)警電路發(fā)出報(bào)警，提示有選手發(fā)生搶答；二是每道題的搶答時(shí)間和問題的回答時(shí)間在倒計(jì)時(shí)5秒時(shí)，報(bào)警電路發(fā)出報(bào)警，提示選手倒計(jì)時(shí)的時(shí)間即將耗盡。</p><p>　　電源模塊是為了增強(qiáng)本系統(tǒng)應(yīng)用的廣泛性而設(shè)計(jì)的模塊，在我們常用的單片機(jī)或其他外圍芯片的電源供給電壓一般為直流+5V、+3V和+12V，現(xiàn)實(shí)中的使用電壓為交流220V，為了增加其現(xiàn)實(shí)意義，故設(shè)計(jì)了電源模塊，它的主要任務(wù)是將交流220V電壓轉(zhuǎn)換為

57、本系統(tǒng)中可以直接使用的直流+5V。</p><p>　　核心控制模塊就是人們所謂的CPU，它是整個(gè)系統(tǒng)的總控制部分，本系統(tǒng)的核心控制模塊為51系列的單片機(jī)，只有我們通過軟件程序的編寫，并將程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)，該系統(tǒng)才會(huì)正確的工作。</p><p><b>　　3 硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)分為硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，這兩者相互結(jié)合，不

58、可分離。從時(shí)間上看，硬件設(shè)計(jì)的絕大部分工作量是在最初階段，到后期往往還要做一些修改。只要技術(shù)準(zhǔn)備充分，硬件設(shè)計(jì)的大返工是比較少的，軟件設(shè)計(jì)的任務(wù)貫徹始終，到中后期基本上都是軟件設(shè)計(jì)任務(wù)，隨著集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，各種功能很強(qiáng)的芯片不斷出現(xiàn)，使硬件電路的集成度越來越高，硬件設(shè)計(jì)的工作量在整個(gè)項(xiàng)目中的所占的比重逐漸下降。為使硬件電路設(shè)計(jì)盡可能合理，應(yīng)注意以下幾方面：</p><p>　　(1) 工業(yè)上盡可能采用功能

59、強(qiáng)的芯片，以簡化電路，功能強(qiáng)的芯片可以代替若干普通芯片，隨著生產(chǎn)工藝的提高，新型芯片的的價(jià)格不斷下降，并不一定比若干普通芯片價(jià)格的總和高。</p><p>　　(2) 留有設(shè)計(jì)余地。在設(shè)計(jì)硬件電路時(shí)，要考慮到將來修改擴(kuò)展的方便。因?yàn)楹苌儆幸诲N定音的電路設(shè)計(jì)，如果現(xiàn)在不留余地，將來可能要為一點(diǎn)小小的修改或擴(kuò)展而被迫進(jìn)行全面返工。</p><p>　　(3) 程序空間，選用片內(nèi)程序空間足夠大的

60、單片機(jī)，否則因?yàn)槌绦蚩臻g不夠使不得不進(jìn)行空間擴(kuò)展。</p><p>　　(4) RAM空間，大部分51系列單片機(jī)的內(nèi)部RAM不多，當(dāng)要增強(qiáng)軟件數(shù)據(jù)處理功能時(shí)，往往覺得不足。如果系統(tǒng)配置了外部RAM，則建議多留一些空間。如選用8155作I/O接口，就可以增強(qiáng)256字節(jié)RAM。如果有大批數(shù)據(jù)需要處理，則應(yīng)配置足夠的RAM，如6264，62256等。隨著軟件設(shè)計(jì)水平的提高，往往只要改變或增加軟件中的數(shù)據(jù)處理算法，就可

61、以使系統(tǒng)功能提高很多，而系統(tǒng)的硬件不必做任何更換就使系統(tǒng)升級(jí)換代。只要在硬件電路設(shè)計(jì)初期考慮到這一點(diǎn)，就應(yīng)該為系統(tǒng)將來升級(jí)留足夠的RAM空間，哪怕多設(shè)計(jì)一個(gè)RAM的插座，暫不插芯片也好。</p><p>　　(5) I/O端口，在樣機(jī)研制出來后進(jìn)行現(xiàn)場試用時(shí)，往往會(huì)發(fā)現(xiàn)一些被忽視的問題，而這些問題不是靠單純的軟件措施來解決的。如有些新的信號(hào)需要采集，就必須增加輸入檢測端；有些物理量需要控制，就必須增加輸出端。如

62、果在硬件電路設(shè)計(jì)就預(yù)留出一些I/O端口，雖然當(dāng)時(shí)空著沒用，那么用的時(shí)候就派上用場了。</p><p><b>　　3.1核心控制模塊</b></p><p>　　3.1.1單片機(jī)的選型</p><p>　　單片機(jī)實(shí)際上就是把CPU、RAM、ROM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、I/O接口電路等微型機(jī)的主要部件集成在一塊芯片上，因此稱之為單片機(jī)Mircocon

63、troller。由于它具有體積小，性價(jià)比高，耗電少，可靠性高，有易于掌握和使用，所以現(xiàn)在微型機(jī)不僅占領(lǐng)了原來實(shí)用小型機(jī)的各個(gè)領(lǐng)域，而且廣泛應(yīng)用于過程控制等場合，此外還可應(yīng)用于過去計(jì)算機(jī)無法深入的方面，如測量儀器、教學(xué)裝置、醫(yī)療設(shè)備、家用電器等。</p><p>　　經(jīng)過多年的發(fā)展，8位單片機(jī)已有60多個(gè)系列，近600多個(gè)種類，市場上可見到的如美國Fairchild公司的F8系列，Intel公司的MCS-48、MC

64、S-51、MCS-196系列產(chǎn)品，Motorola公司的6801、6805系列產(chǎn)品，Zilog公司的Z8、Supper8系列產(chǎn)品，Rockwell公司的6501、6502系列產(chǎn)品，Philips公司的80C51系列產(chǎn)品,Microchip公司的PIC系列和Ateml公司的AT89系列等，Intel公司的單片機(jī)在市場上占主流地位，其中MCS-51系列產(chǎn)品又占主導(dǎo)地位。我國應(yīng)用引進(jìn)的單片機(jī)主流產(chǎn)品是MCS-51、MCS-96系列。</

65、p><p>　　MCS-51單片機(jī)是美國INTE公司于1980年推出的產(chǎn)品，典型產(chǎn)品有 8031（內(nèi)部沒有程序存儲(chǔ)器，實(shí)際使用方面已經(jīng)被市場淘汰）、8051（芯片采用HMOS，功耗是630mW，是89C51的5倍，實(shí)際使用方面已經(jīng)被市場淘汰）和8751等通用產(chǎn)品，一直到現(xiàn)在， MCS-51內(nèi)核系列兼容的單片機(jī)仍是應(yīng)用的主流產(chǎn)品（比如目前流行的89S51、89C51等），各高校及專業(yè)學(xué)校的培訓(xùn)教材仍與MCS-51單片機(jī)

66、作為代表進(jìn)行理論基礎(chǔ)學(xué)習(xí)。有些文獻(xiàn)甚至也將8051泛指MCS-51系列單片機(jī)，8051是早期的最典型的代表作，MCS-51內(nèi)核實(shí)際上已經(jīng)成為一個(gè)8位單片機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　其他的公司的51單片機(jī)產(chǎn)品都是和MCS-51內(nèi)核兼容的產(chǎn)品而以。同樣的一段程序，在各個(gè)單片機(jī)廠家的硬件上運(yùn)行的結(jié)果都是一樣的，如ATMEL的89C51、89S51， PHILIPS（菲利浦），和WINBOND（華邦）等，我們常說的8

67、9C51指的是ATMEL公司的 AT89C51單片機(jī)，同時(shí)是在原基礎(chǔ)上增強(qiáng)了許多特性，如時(shí)鐘，更優(yōu)秀的是由Flash（程序存儲(chǔ)器的內(nèi)容至少可以改寫1000次）存儲(chǔ)器取帶了原來的ROM（一次性寫入），AT89C51的性能相對(duì)于8051已經(jīng)算是非常優(yōu)越的了。</p><p>　　總體來說單片機(jī)的種類很多，在實(shí)際設(shè)計(jì)和工作中選擇好單片機(jī)非常重要，選擇怎么樣的單片機(jī)對(duì)產(chǎn)品的整體結(jié)果影響很大，選擇時(shí)一般考慮以下問題。<

68、;/p><p>　　了解被開發(fā)產(chǎn)品的需求和任務(wù)：</p><p>　　搞清楚被開發(fā)產(chǎn)品的使用環(huán)境、供電方式、功能要求、成本要求和開發(fā)周期等需求非常重要。第一時(shí)間有了產(chǎn)品的需求和任務(wù)，才能選擇更合適的單片機(jī)。</p><p><b>　　根據(jù)任務(wù)選機(jī)型：</b></p><p>　　若所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品是在惡劣環(huán)境下使用，則要選擇工

69、業(yè)級(jí)或軍級(jí)產(chǎn)品，可考慮STC公司、Philips公司和WinBond公司的系列單片機(jī)；若在常規(guī)環(huán)境下使用，可選擇民品，民品產(chǎn)品多，選擇范圍大；若是干電池供電，需要低功耗應(yīng)用場合，可考慮TI公司的MSP430系列、Microchip公司的PIC系列、STC公司的L系列單片機(jī)；若要去控制速度快并有A∕D轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)器等需求，可考慮ST公司的uPSD3200系列、Silicon Labs公司的C8051F系列單片機(jī)等產(chǎn)品；若功能單一、成本要低，

70、可考慮STC公司、PIC公司、WinBond公司、ATMEL公司的單片機(jī)產(chǎn)品。選擇不同的單片機(jī)，其片內(nèi)程序存儲(chǔ)容量、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、E2PROM的大小都有差異。</p><p><b>　　綜合性能的考慮：</b></p><p>　　對(duì)于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，在選擇單片機(jī)時(shí)，要充分利用片內(nèi)存儲(chǔ)空間，萬一不夠，可以通過擴(kuò)展片外存儲(chǔ)器的方法已達(dá)到要求，或者更換已有的大容量其他機(jī)型，兼

71、容性好。如WinBond公司、ATMEL公司、STC公司的絕大部分產(chǎn)品都很兼容。但如果程序太大，超過了一般的64KB時(shí)，只好選擇ST公司的uPSD3200系列產(chǎn)品了。另外，單片機(jī)的接口能力、接口方式和I∕O口的多少也得考慮。</p><p><b>　　開發(fā)環(huán)境的考慮：</b></p><p>　　在選用單片機(jī)時(shí)，還要注意有沒有配套的開發(fā)系統(tǒng)。由于單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)一般

72、比較緊湊小巧，不像其他微機(jī)系統(tǒng)有較多的外設(shè)，因此，在自行設(shè)計(jì)組裝時(shí)，必須具備專門的工具來幫助單片機(jī)的開發(fā)應(yīng)用。</p><p><b>　　其他因素的考慮：</b></p><p>　　在選擇單片機(jī)時(shí)，其封裝形式也得考慮。雙列直插、PLCC有對(duì)應(yīng)插座適合產(chǎn)品開發(fā)階段或?qū)W習(xí)時(shí)使用，SOP、QFP、SSP、TSSP等表貼封裝更適合最終產(chǎn)品選用。</p>&l

73、t;p>　　本課題根據(jù)以上五點(diǎn)單片機(jī)選型規(guī)則來看，AT89C51單片機(jī)是最好的選擇。首先本課題的設(shè)計(jì)產(chǎn)品使用環(huán)境為常規(guī)環(huán)境，并且實(shí)現(xiàn)的功能相對(duì)來說比較簡單；其次軟件程序不是非常的多，4k存儲(chǔ)空間做夠使用，常見的開發(fā)軟件和工具我們稱為8051開發(fā)系統(tǒng)或環(huán)境，常見的匯編程序ASM51、Keil C51、MedWin 等均是針對(duì)8051內(nèi)核單片機(jī)的開發(fā)軟件，AT89C51完全兼容，可以使用；再次該系列單片機(jī)的發(fā)展相對(duì)較成熟，會(huì)使用的人很

74、多，容易被人接受；最后，在眾多的51系列單片機(jī)中， ATMEL 公司的AT89C51更實(shí)用，因他不但和8051指令、管腳完全兼容，而且其片內(nèi)的4K程序存儲(chǔ)器是FLASH工藝的，這種工藝的存儲(chǔ)器用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫。顯而易見，這種單片機(jī)對(duì)開發(fā)設(shè)備的要求很低，開發(fā)時(shí)間也大大縮短。寫入單片機(jī)內(nèi)的程序還可以進(jìn)行加密。AT89C51有PDIP、PLCC和PQFP/TQFP等封裝，AT89C51目前的售價(jià)比8031還低，市場供應(yīng)也很充足

75、。</p><p>　　3.1.2 AT89C51單片機(jī)的介紹</p><p>　　AT89C51單片機(jī)主要有以下部件構(gòu)成：八位微處理器CPU、振蕩電路、總線控制部件、中斷控制部件、片內(nèi)Flash存儲(chǔ)器、片內(nèi)RAM、并行I/O接口、定時(shí)器和串行I/O接口。AT89C51單片機(jī)內(nèi)部由CPU、4KB的FPEROM ，128B的RAM，兩個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0和T1，4個(gè)8位的I/O端P0、

76、P1、P2、P3等組成。單片微機(jī)內(nèi)部最核心的部分是CPU，CPU按其功能可分為運(yùn)算器和控制器兩部分?？刂破饔沙绦蛴?jì)數(shù)器PC、指令儲(chǔ)存器、指令譯碼器、實(shí)時(shí)控制與條件轉(zhuǎn)移邏輯電路等組成。它的功能是對(duì)來自存儲(chǔ)器中的指令進(jìn)行譯碼，通過實(shí)時(shí)控制電路，在規(guī)定的時(shí)刻發(fā)出各種操作所需的內(nèi)部和外部的控制信號(hào)，使各部分協(xié)調(diào)工作，完成指令所規(guī)定的操作。運(yùn)算器由算術(shù)邏輯器部件ALU、累加器ACC、暫存器、程序狀態(tài)字寄存器PSW，BCD碼運(yùn)算調(diào)整電路等組成。為了

77、提高數(shù)據(jù)處理和位操作功能，片內(nèi)增加了一個(gè)通用寄存器B和一些專用寄存器，還增加了位處理邏輯電路的功能。</p><p>　　AT89C51的主要性能包括：AT89C51與MCS—51控制器系列產(chǎn)品兼容，片內(nèi)有4K可在線重復(fù)編程閃速電擦除存儲(chǔ)器（Flash Memory），存儲(chǔ)器可循環(huán)寫入/擦除1000次；存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)保存時(shí)間可達(dá)10年；工作電壓范圍寬：Vcc可由2.7V到6V；全靜態(tài)工作可由0Hz到16MHz；程序

78、存儲(chǔ)器具有3級(jí)鎖存保護(hù)；128*8位內(nèi)部RAM；32條可編程I/O線；兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；中斷結(jié)構(gòu)具有5個(gè)中斷源和2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)；可編程全雙工串行通信；空閑狀態(tài)維持低功耗和掉電狀態(tài)保存存儲(chǔ)內(nèi)容。</p><p>　　AT89C51引腳圖如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1 AT89C51引腳圖</p><p>　　P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙

79、向I/O口，每腳可吸收8個(gè)TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。</p><p>　　P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作

80、輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。</p><p>　　P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外

81、部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)</p><p>　　P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3

82、口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。</p><p>　　RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。</p><p>　　ALE∕P：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端

83、以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。</p><p>　　PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。</p><p>　　EA/VPP：當(dāng)保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否

84、有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，EA/VPP將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)EA/VPP端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。</p><p>　　XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。</p><p>　　XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。</p><p>　　3.1.3 AT89C5

85、1特殊功能寄存器</p><p>　　特殊功能寄存器也稱專用寄存器，是具有特殊功能的所有寄存器的集合，簡稱SFR（Special Function Register）。特殊功能寄存器共含有22個(gè)不同寄存器。它們的地址分配在80H～FFH中，即在RAM地址中。這些寄存器的名稱和地址見表3-1所示。</p><p>　　表3-1 AT89C51特殊功能寄存器列表</p><

86、;p>　　雖然特殊功能寄存器地址在80H～FFH之中，但在80H～FFH的地址單元中，不是所有的單元都被特殊功能寄存器占用，未被占用的單元，其內(nèi)容是不確定的，如果對(duì)這些單元進(jìn)行操作，得到的是一些隨機(jī)數(shù)，而寫入則無效。所以，用戶編程時(shí)不應(yīng)該將數(shù)據(jù)寫入這些未確定的地址單元，它們是公司留待將來開發(fā)新產(chǎn)品時(shí)使用的。</p><p>　　3.2時(shí)鐘與復(fù)位模塊</p><p><b>

87、　　3.2.1時(shí)鐘模塊</b></p><p>　　單片機(jī)必須在時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下才能工作。AT89C51單片機(jī)的時(shí)鐘產(chǎn)生方法有兩種：內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。無論何種形式，都需要外部附加電路，產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖。</p><p>　　外部時(shí)鐘方式就是直接將外部的振蕩脈沖通過XTALl或XTAL2接入單片機(jī)，外部時(shí)鐘方式多用于多機(jī)系統(tǒng)，以便各個(gè)單片機(jī)能夠同時(shí)工作。對(duì)外部震蕩信號(hào)無特殊要求

88、，但需保證脈沖寬度不小于20ns，且頻率應(yīng)低于單片機(jī)所支持的最高頻率。</p><p>　　內(nèi)部時(shí)鐘方式就是利用單片機(jī)芯片內(nèi)部的振蕩器，通過在引腳XTALl和XTAL2兩端跨接晶體振蕩器，構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器的方法，再由獲得的自激振蕩器發(fā)出穩(wěn)定的脈沖，直接送入芯片內(nèi)部的時(shí)鐘電路的方式?？缃拥木w振蕩器如果已經(jīng)起振，則會(huì)向XTAL2引腳上輸出一定幅值的正弦波。自激振蕩器的頻率取決于晶體振蕩器的頻率，常見的晶體振蕩器

89、頻率有6MHz和12MHz。AT89C51單片機(jī)的時(shí)鐘頻率最高可為24Mz。</p><p>　　本系統(tǒng)中采用的是內(nèi)部時(shí)鐘方式。時(shí)鐘電路如圖3-2所示。</p><p><b>　　圖3-2 時(shí)鐘電路</b></p><p>　　從時(shí)鐘電路的示意圖中可以看到，單片機(jī)所跨接的晶體振蕩器旁邊還有兩個(gè)電容器C1和C2。C1和C2被稱為諧振電容，主要作

90、用有兩點(diǎn)：一是可以促使單片機(jī)系統(tǒng)快速起振；二是C1、C2具有對(duì)頻率進(jìn)行微調(diào)作用，有利于單片機(jī)系統(tǒng)振蕩頻率的穩(wěn)定，維持單片機(jī)的正常運(yùn)行。諧振電容的容值選擇，與所用的晶體振蕩器的頻率值有關(guān)。晶體振蕩器的振蕩頻率越高，相應(yīng)的諧振電容的容值也要提高。二者如果配合的好，可以發(fā)揮諧振電容的積極作用。反之，自激振蕩器頻率的穩(wěn)定性將受到影響。經(jīng)過大量的實(shí)際應(yīng)用，晶體振蕩器的頻率與諧振電容的容值之間形成了一定的固定搭配。例如：當(dāng)晶體振蕩器的頻率為12MH

91、z時(shí)，諧振電容的容值一般為30pF左右。</p><p>　　確定系統(tǒng)中晶體振蕩器的頻率，我認(rèn)為與具體的應(yīng)用有關(guān)。理論上當(dāng)然希望單片機(jī)的運(yùn)算速度越快越好，即晶體振蕩器的頻率越高越好。但是，在有些情況下，單片機(jī)的外圍設(shè)備的速度無法匹配單片機(jī)的運(yùn)行速度。為了節(jié)約成本，可以選擇振蕩頻率較低的晶體振蕩器?；谶@種考慮，本文中的晶體振蕩頻率設(shè)計(jì)為12MHz，諧振電容的容值選定為30pF。</p><p&

92、gt;　　單片機(jī)在工作時(shí)，由內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生或由外直接輸入的送至內(nèi)部控制邏輯單元的時(shí)鐘信號(hào)的周期稱為時(shí)鐘周期。其大小是時(shí)鐘信號(hào)頻率的倒數(shù)，常用T=1/fosc表示。圖中時(shí)鐘頻率為12MHz，即fosc=12MHz，則時(shí)鐘周期為1/12µs。此電路在加電大約延遲10ms后振蕩器起振，在XTAL2引腳產(chǎn)生幅度為3V左右的正弦波時(shí)鐘信號(hào)。</p><p>　　為了減小寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定、可靠地工作。

93、在設(shè)計(jì)電路板時(shí)，晶體振蕩器和諧振電容的位置應(yīng)盡可能地靠近單片機(jī)的XTALl和XTAL2引腳。</p><p><b>　　3.2.2復(fù)位模塊</b></p><p>　　使CPU進(jìn)入初始狀態(tài)，從0000H地址開始執(zhí)行程序的過程叫系統(tǒng)復(fù)位。單片機(jī)本身不能自動(dòng)進(jìn)行復(fù)位，必須配合相應(yīng)的外部復(fù)位電路才能實(shí)現(xiàn)。從實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)復(fù)位的方法來看，系統(tǒng)復(fù)位可分為硬件復(fù)位和軟件復(fù)位。<

94、/p><p>　　硬件復(fù)位必須通過CPU外部的硬件電路給CPU的RESET端加上足夠時(shí)間的高電位才能實(shí)現(xiàn)。上電復(fù)位，人工按鈕復(fù)位和硬件看門狗復(fù)位均為硬件復(fù)位。硬件復(fù)位后，各專用寄存器的狀態(tài)均被初始化，且對(duì)片內(nèi)通用寄存器的內(nèi)容沒有影響。但是，硬件復(fù)位還能自動(dòng)清除中斷激活標(biāo)志，使中斷系統(tǒng)能夠正常工作，這樣一個(gè)事實(shí)卻容易為不少編碼人員所忽視。</p><p>　　軟件復(fù)位就是用一系列指令來模擬硬件復(fù)

95、位功能，最后通過轉(zhuǎn)移指令使程序從0000H地址開始執(zhí)行。對(duì)各專用寄存器的復(fù)位操作是容易的，也沒有必要完全模擬，可根據(jù)實(shí)際需要去主程序初始化過程中完成。而對(duì)中斷激活標(biāo)志的清除工作常被遺忘，因?yàn)樗鼪]有明確的位地址可供編程。有的編程人員用020000（LJMP 0000H）作為軟件陷阱，認(rèn)為直接轉(zhuǎn)向0000H地址就完成了軟件復(fù)位，就是這類錯(cuò)誤的典型代表。軟件復(fù)位是使用軟件陷阱和軟件看門狗后必須進(jìn)行的工作，這時(shí)程序出錯(cuò)完全有可能發(fā)生在中斷子程序

96、中，中斷激活標(biāo)志已置位，它將阻止同級(jí)中斷響應(yīng)。由于軟件看門是高級(jí)中斷，它將阻止說要中斷響應(yīng)，由此可見清除中斷激活標(biāo)志的重要性。</p><p>　　單片機(jī)系統(tǒng)在啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)，首先完成的復(fù)位操作，即上電復(fù)位。其目的是使CPU和系統(tǒng)中其他部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。復(fù)位很重要，單片機(jī)有多種復(fù)位方式。這里僅介紹上電復(fù)位和按鍵復(fù)位這兩種常用的復(fù)位方式。</p><p>　　上

97、電復(fù)位常用的方法是使用電容器。利用電容器的充電特性達(dá)到滿足接通電源后，單片機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)復(fù)位的要求。</p><p>　　單片機(jī)的第9腳RST為硬件復(fù)位端，只要將該端持續(xù)4個(gè)機(jī)器周期的高電平即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位，復(fù)位后單片機(jī)的各狀態(tài)都恢復(fù)到初始化狀態(tài)，其電路圖如圖3-3所示。</p><p><b>　　圖3-3 復(fù)位電路</b></p><p>　　在電

98、路圖中，電容的的大小是10uF，電阻的大小是10k。所以根據(jù)公式，可以算出電容充電到電源電壓的0.7倍（3.5V），需要的時(shí)間是10K*10uF=0.1S。也就是說在電腦啟動(dòng)的0.1S內(nèi)，電容兩端的電壓時(shí)在0~3.5V增加。這個(gè)時(shí)候10K電阻兩端的電壓為從5～1.5V減少（串聯(lián)電路各處電壓之和為總電壓）。所以在0.1S內(nèi)，RST引腳所接收到的電壓是5V～1.5V。在5V正常工作的51單片機(jī)中小于1.5V的電壓信號(hào)為低電平信號(hào)，而大于1.

99、5V的電壓信號(hào)為高電平信號(hào)。所以在開機(jī)0.1S內(nèi)，單片機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位（RST引腳接收到的高電平信號(hào)時(shí)間為0.1S左右）。</p><p>　　在單片機(jī)啟動(dòng)0.1S后，電容C兩端的電壓持續(xù)充電為5V，這是時(shí)候10K電阻兩端的電壓接近于0V，RST處于低電平所以系統(tǒng)正常工作。當(dāng)按鍵按下的時(shí)候，開關(guān)導(dǎo)通，這個(gè)時(shí)候電容兩端形成了一個(gè)回路，電容被短路，所以在按鍵按下的這個(gè)過程中，電容開始釋放之前充的電量。隨著時(shí)間的推移，電

100、容的電壓在0.1S內(nèi)，從5V釋放到變?yōu)榱?.5V，甚至更小。根據(jù)串聯(lián)電路電壓為各處之和，這個(gè)時(shí)候10K電阻兩端的電壓為3.5V，甚至更大，所以RST引腳又接收到高電平。單片機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位。</p><p>　　復(fù)位電路的原理是單片機(jī)RST引腳接收到2uS以上的電平信號(hào)，只要保證電容的充放電時(shí)間大于2uS，即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位，所以電路中的電容值是可以改變的。值得注意的是，在設(shè)計(jì)當(dāng)中使用到了硬件復(fù)位和軟件復(fù)位兩種功能，軟復(fù)

101、位實(shí)際上就是當(dāng)程序執(zhí)行完畢之后，將程序指針通過一條跳轉(zhuǎn)指令讓它跳轉(zhuǎn)到程序執(zhí)行的起始地址。</p><p>　　3.3顯示模塊的設(shè)計(jì)</p><p>　　在單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)中，顯示器是最常見的輸出設(shè)備，也是人機(jī)對(duì)話必不可少的部分。顯示器按其顯示形式分為分段式顯示器、點(diǎn)陣式顯示器和條圖（光柱）式顯示器。顯示器可用于數(shù)字、符號(hào)、文字、圖形和光柱顯示。LED顯示器是單片機(jī)開發(fā)中常用的輸出器件。它是

102、由若干個(gè)發(fā)光二極管組成的，當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的一個(gè)點(diǎn)或一個(gè)筆畫發(fā)亮。控制不同組合的二極管導(dǎo)通，就能顯示出各種字符。常用的LED顯示器有7段式和‘米’字段之分。7段式單個(gè)數(shù)碼管內(nèi)部共有8 只發(fā)光二極管，7只為字段，可組成字形，第八個(gè)為小數(shù)點(diǎn)。故單個(gè)數(shù)碼管有人稱為七段數(shù)碼顯示，也有人稱之為八段顯示。這種顯示器又分共陽極和共陰極兩種。共陰極型內(nèi)部發(fā)光二極管陰極連在一起，接低電平。共陽極型內(nèi)部發(fā)光二極管陽極連在一起，接高電平。共陰極型 L