【正文】 用很少元件實現(xiàn)相同功能，而且單片機性能可操作性強。 通過比較以上兩種方案，我們采用方案二實現(xiàn)多人智能搶答的功能。 單片機 STC89C51具有靈活性高， 可靠性好，結(jié)構(gòu)簡單， 強大的控制處理功能和可擴展功能，成本低廉的優(yōu)點，控制系統(tǒng)已基本取代了以前復雜的電子線路或數(shù)字電路構(gòu)成的控制系統(tǒng) ，用軟件來實現(xiàn)產(chǎn)品的智能化。 四路搶答開關(guān) 八 D 鎖存器 優(yōu)先編碼器 七段譯碼器 七段數(shù)碼顯示管 秒脈沖發(fā)生器 主持人控制開關(guān) 十進制減計數(shù)器 七段譯碼管 七段數(shù)碼顯示器 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 報警 電路 4 STC89C51單片機電 源 電 路復 位 電 路振 蕩 電 路顯 示 電 路報 警 電 路按 鍵 電 路 圖 12 單片機為核心電路框圖 系統(tǒng) 工作流程設計 開 始結(jié) 束 清 零搶 答 倒 計 時選 手 搶 答蜂 鳴 器 長 鳴開 始 搶 答蜂 鳴 器 響選 手 對 應 燈 亮判 斷 回 答是 否 正 確主 持 人 按加 分 鍵選 手 對 應數(shù) 碼 管 加 2 分選 手 搶 答主 持 人 按加 分 鍵選 手 對 應數(shù) 碼 管 加 2 分YYYNNN 圖 21 系統(tǒng) 工作流程 5 2 硬件電路的設計 硬件主要組成部分 硬件電路主要由 STC89C51 單片機及外圍電路組成，外圍電路包括振蕩電路、復位電路、按鍵電路、顯示電路和蜂鳴器報警電路。 單片機最小系統(tǒng) STC89C51 芯片 STC89C51 單片機主要有以下部件構(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 存儲器、片內(nèi) RAM、并行 I/O 接口、定時器和串行 I/O接口。 STC89C51 單片機內(nèi)部由 CPU、 4KB 的 FPEROM ， 128B 的 RAM，兩個 16 位的定時 /計數(shù)器 T0 和 T1， 4 個 8 位的 I/O 端 P0、 P P P3 等組成。單片微機內(nèi)部最核心的部分是 CPU， CPU 按其功能可分為運算器和控制器兩部分。控制器由程序計數(shù)器 PC、指令儲存器、指令譯碼器、實時控制與條件轉(zhuǎn)移邏輯電路等組成。它的功能是對來自存儲器中的指令進行譯碼，通過實時控制電路，在規(guī) 定的時刻發(fā)出各種操作所需的內(nèi)部和外部的控制信號，使各部分協(xié)調(diào)工作，完成指令所規(guī)定的操作。運算器由算術(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碼運算調(diào)整電路等組成。為了提高數(shù)據(jù)處理和位操作功能，片內(nèi)增加了一個通用寄存器 B 和一些專用寄存器，還增加了位處理邏輯電路的功能。 STC89C51 的主要性能包括： STC89C51 與 MCS— 51控制器系列產(chǎn)品兼容，片內(nèi)有 4K可在線重復編程閃速電擦除存儲器（ Flash Memory），存儲器可循環(huán)寫入 /擦除 1000 次；存儲器數(shù)據(jù)保存時間可達 10 年；工作電壓范圍寬： Vcc可由 到 6V；全靜態(tài)工作可由 0Hz到 16MHz；程序存儲器具有 3級鎖存保護； 128*8 位內(nèi)部 RAM； 32條可編程 I/O線；兩個 16位定時器 /計數(shù)器；中斷結(jié)構(gòu)具有 5個中斷源和 2 個中斷優(yōu)先級；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)保存存儲內(nèi)容。 STC89C51 引腳圖如圖21所示。 P0口： P0 口為一個 8位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8 個 TTL 門電流。當 P1口的管腳第一次寫 1時，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當 FIASH 進行校驗時， P0輸出原碼，此時 P0外部必須被拉高。 6 圖 21 STC89C51引腳圖 P1口： P1 口是一個內(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，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗時， P1 口作為第八位地址接收。 P2口： P2 口為一個內(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 TTL 門電流，當 P2口被 寫“ 1”時，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， 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口當用于外部程序存儲器或 16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“ 1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時， P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號 P3口： P3 口管腳是 8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL 門電流。當 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 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3 口也可作為 STC89C51的一些特殊功能口，同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE∕ P：當訪問外部存儲器時，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， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。 7 PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次 PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 PSEN 信號將不出現(xiàn)。 EA/VPP：當保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1時， EA/VPP 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當 EA/VPP 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反 向振蕩器的輸出。 振蕩電路設計 單片機必須在時鐘的驅(qū)動下才能工作。 AT89C51 單片機的時鐘產(chǎn)生方法有兩種：內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式。無論何種形式，都需要外部附加電路，產(chǎn)生時鐘脈沖。 外部時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，外部時鐘方式多用于多機系統(tǒng)，以便各個單片機能夠同時工作。對外部震蕩信號無特殊要求，但需保證脈沖寬度不小于 20ns，且頻率應低于單片機所支持的最高頻率。 內(nèi)部時鐘方式就是利用單片機芯片內(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)部的時鐘電路的方式?？缃拥木w振蕩器如果已經(jīng)起振，則會向XTAL2 引腳 1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，常見的晶體振蕩器頻率有 6MHz 和 12MHz。 AT89C51 單片機的時鐘頻率最高可為 24Mz。 本系統(tǒng)中采用的是內(nèi)部時鐘方式。 時鐘電路如圖 22所示。 圖 22 振蕩電路 復位電路設計 單片機系統(tǒng)在啟動運行時，首先完成的復位操作，即上電復位。其目的是使 CPU 和 8 系統(tǒng)中其他部件都 處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。復位很重要，單片機有多種復位方式。這里僅介紹上電復位和按鍵復位這兩種常用的復位方式。 上電復位常用的方法是使用電容器。利用電容器的充電特性達到滿足接通電源后，單片機實現(xiàn)自動復位的要求。 單片機的第 9腳 RST 為硬件復位端，只要將該端持續(xù) 4個機器周期的高電平即可實現(xiàn)復位，復位后單片機的各狀態(tài)都恢復到初始化狀態(tài)，其電路圖如圖 23所示。 圖 23 復位電路 復位電路的原理是單片機 RST 引腳接收到 2uS以上的電平信號，只要保證電容的充放電時間大于 2uS，即可實現(xiàn)復位 ，所以電路中的電容值是可以改變的。 值得注意的是，在設計當中使用到了硬件復位和軟件復位兩種功能，軟復位實際上就是當程序執(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。 按鍵電路設計 用于單片機系統(tǒng)的鍵盤按其結(jié)構(gòu)形式分為兩類非編碼鍵盤和非編碼鍵盤。編碼鍵盤即鍵盤上閉合鍵的識別有專用的硬件來實現(xiàn)， 由硬件邏輯電路完成必要的鍵識別工作與可靠性措施。每按一次鍵，鍵盤自動提供被按鍵的讀數(shù)，同時產(chǎn)生一選通脈沖通知微處理器，一般還具有反彈跳和同時按鍵保護功能。這種鍵盤易于使用，但硬件比較復雜，對 于主機任務繁重之情況，采用 8279可編程鍵盤管理接口芯片構(gòu)成編碼式鍵盤系統(tǒng)是很實用的方案。 非編碼鍵盤即鍵盤上閉合鍵的識別由軟件來識別。 只簡單地提供鍵盤的行列與矩陣，其他操作如鍵的識別，決定按鍵的讀數(shù)等僅靠軟件完成，故硬件較為簡單，但占用 CPU較多時間。 本次設計四路搶答器的按鍵不多，即使用的是獨立鍵盤，獨立鍵盤主要特點是每個按鍵獨占一個 I/O口，每個按鍵工作不會影響其他的 I/O 口線的狀態(tài)，多用于按鍵不多的場合。如圖 24所示。 9 圖 24 按鍵電路 組成鍵盤的按鍵有觸點式和非觸點式兩種，單片機中應用的一 般是由機械觸點構(gòu)成的。按鍵如圖 25所示， 圖 25 按鍵圖 當開關(guān) S1斷開時，單片機接入口輸入為高電平， S1閉合時，單片機接入口輸入為低電平。由于按鍵是機械觸點，當機械觸點斷開、閉合時，會有抖動， P1輸入端的波形如圖 26所示。 圖 26 抖動波形圖 這種抖動對于人來說是感覺不到的，但對單片機來說，則是完全可以感應到的，因為單片機處理的速度是在微秒級，而機械抖動的時間至少是毫秒級，對單片機而言，這已是一段“漫長”的時間了。如果鍵處理程序采用中斷方式的話，在響應按鍵時就可能會出現(xiàn)問題，也就是說按鍵有時靈 ，有時不靈，其實就是這個原因，你只按了一次按鍵， 10 可是單片機卻已執(zhí)行了多次中斷的過程，若執(zhí)行的次數(shù)正好是奇數(shù)次，那么結(jié)果正如你所料，若執(zhí)行的次數(shù)是偶數(shù)次，那就不對了。而如果鍵處理程序采用查詢方式的話也會存在響應按鍵遲鈍的現(xiàn)象，甚至可能會漏掉信號。 為了使 CPU 能正確地讀出按鍵接入口的狀態(tài)，對每一次按鍵只作一次響應，就必須考慮