【正文】 邏輯判斷指令外還有更豐富的條件分支跳躍指令。 方案比較及其選用依據(jù)，顯然方案二比方案一簡(jiǎn)單的多，不但從性能上優(yōu)于方 案一，而且在使用上及其功能的實(shí)現(xiàn)上都較方案一簡(jiǎn)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 80C51 單片機(jī)采用河北工業(yè)大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)論文 3 搶答按扭 優(yōu)先編碼電路 鎖存器 譯碼電路 譯碼顯示 主持人控制開關(guān) 控制電路 報(bào)警電路 秒脈沖產(chǎn)生電路 定時(shí)電路 譯碼電路 顯示電路 12MHz 的晶振，提高了信號(hào)的測(cè)量精度，并且使該系統(tǒng)可以通過(guò)軟件改進(jìn)來(lái)擴(kuò)張功能。而方案一采用了中小規(guī)模集成電路，有其復(fù)雜的電路性能，從而可能會(huì)使信號(hào)的輸入輸出產(chǎn)生延時(shí)及不必要的誤差。依此依據(jù)選擇方案二比較適合。 其原理框圖如下圖 工作原理為：接通電源后，主持人將開關(guān)撥到 清除 狀態(tài)，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，編號(hào)顯示器滅燈，定時(shí)器顯示設(shè)定時(shí)間；主持人將開關(guān)置“開始”狀態(tài)，宣布 開始 搶答器工作。定時(shí)器倒計(jì)時(shí)，揚(yáng)聲器給出聲響提示。選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)搶答時(shí)，搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號(hào)鎖存、編號(hào)顯示、揚(yáng)聲器提示。當(dāng)一輪搶答之后，定時(shí)器停止、禁止二次搶答、定時(shí)器顯示剩余時(shí)間。如果再次搶答必須由主持人再次操作 清除 和 開始 狀態(tài)開關(guān)。 圖 搶答器的原理框圖 鍵盤的選擇 鍵盤是單片機(jī)不可缺少的輸入設(shè)備，是實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì) 話的紐帶。鍵盤按結(jié)構(gòu)形式可以分為非編碼鍵盤和編碼鍵盤，前者用軟件方法產(chǎn)生鍵碼，而后者則用硬件方法來(lái)產(chǎn)生鍵碼。在單片機(jī)中使用的都是非鍵碼鍵盤，因?yàn)榉蔷幋a鍵盤結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，非編碼鍵盤的類型很多，常用的有獨(dú)立式鍵盤，行列式鍵盤等 。 方案 1：獨(dú)立式鍵盤 鍵盤接口中使用多少根 I/O 線，鍵盤中就有幾個(gè)按鍵，鍵盤接口使用了 6根 I/O 口線，該鍵盤就有 6 個(gè)按鍵，這種類型的鍵盤，其按鍵比較少，且鍵盤中個(gè)按鍵的工作互不干擾。因此可以根據(jù)實(shí)際需要對(duì)鍵盤中的按鍵靈活的編碼。 最簡(jiǎn)單的編碼方式就是根據(jù) I/O 輸入口所直接反映的相應(yīng) 按鍵，按下的狀態(tài)進(jìn)行河北工業(yè)大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)論文 4 編碼，稱按鍵直接狀態(tài)碼，對(duì)于這樣編碼的獨(dú)立式鍵盤， CPU 可以通過(guò)直接讀取I/O 口的狀態(tài)來(lái)獲取按鍵的直接狀態(tài)編碼值，根據(jù)這個(gè)值直接進(jìn)行按鍵識(shí)別，這樣形式的鍵盤結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，按鍵識(shí)別容易。 獨(dú)立式鍵盤的缺點(diǎn)是需要占用比較多的 I/O 口線，當(dāng)單片機(jī)應(yīng)用鍵盤中需要的按鍵比較少或 I/O 口線比較富余時(shí)，可以采用這樣類型的鍵盤。 方案 2：行列式鍵盤 行列式鍵盤是用 N 條 I/O 線作為行線， M條 I/O 線作為列線組成的鍵盤，在行線和列線的每個(gè)交叉點(diǎn)上，設(shè)置一個(gè)按鍵中按鍵的個(gè)數(shù)是 M*N個(gè)。這種形式的鍵盤結(jié)構(gòu)，能夠有效 的提高單片機(jī)系統(tǒng)中 I/O 的利用率，列線接 ~ 行線接 ~，行列適用于按鍵輸入多的情況。 CPU 對(duì)鍵盤的掃描可以采用取程序控制的隨機(jī)方式，即只有在 CPU 空閑時(shí)才去掃描鍵盤，相應(yīng)操作人員的鍵盤輸入，但 CPU 在執(zhí)行應(yīng)用程序的過(guò)程中，不能響應(yīng)鍵盤輸入，對(duì)鍵盤的掃描可以采用定時(shí)方式，即利用單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器每隔一定時(shí)間對(duì)鍵盤掃描一次，這樣控制方式，不管鍵盤上有無(wú)鍵閉合， CPU總是定時(shí)的關(guān)心鍵盤狀態(tài)。 在大多數(shù)情況下， CPU 對(duì)鍵盤可能進(jìn)行空掃描。為了提高 CPU 的效率而又能即使響應(yīng)鍵盤輸入，可以采 用終端方式，既 CPU 平時(shí)不必掃描鍵盤，只能當(dāng)鍵盤上有鍵盤閉合時(shí)就產(chǎn)生中斷請(qǐng)求，向 CPU 申請(qǐng)中斷后，立即對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描，識(shí)別閉合鍵，并做相應(yīng)的處理。 根據(jù)以上的論述，采用方案一，在本系統(tǒng)中采用了獨(dú)立式鍵盤，其按鍵比較少，且鍵盤中各個(gè)按鍵的工作互不干擾。 設(shè)計(jì)搶答器的目的和意義 通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì) ,掌握 80C51 單片機(jī)的原理 ,了解簡(jiǎn)單多功能搶答器組成原理，初步掌握多功能搶答器的調(diào)整及測(cè)試方法，提高動(dòng)手能力和排除故障的能力。同時(shí)通過(guò)本課題設(shè)計(jì)與裝配、調(diào)試，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。初步掌握多功能搶答器的調(diào)整及測(cè)試方法，提高動(dòng)手能力和排除故障的能力。 設(shè)計(jì)思路 ： 河北工業(yè)大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)論文 5 搶答器是一種應(yīng)用非常廣泛的設(shè)備，在各種競(jìng)賽、搶答場(chǎng)合中，它能迅速、客觀地分辨出最先獲得發(fā)言權(quán)的選手。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(guò)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 MCS51 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。 本課題利用 80C51單片機(jī)及外圍接口實(shí)現(xiàn)的搶答系統(tǒng)，利用單片機(jī)的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器定時(shí)和記數(shù)的原理，將軟、硬件有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，使得系統(tǒng)能夠正確地進(jìn)行計(jì)時(shí)，同時(shí)使數(shù)碼管能夠正確地顯示時(shí)間和選手號(hào)碼。用開關(guān)做鍵盤輸出，揚(yáng)聲器發(fā)生提示。系統(tǒng)達(dá)到要求 :在搶答中，只有開始后搶答才有效，如果在開始搶答前搶答為無(wú)效；搶答限定時(shí)間和回答問(wèn)題的時(shí)間可設(shè)在 199s 設(shè)定；可以顯示是哪位選手有效搶答和無(wú)效搶答；搶答時(shí)間和回答問(wèn)題時(shí)間倒記時(shí)顯示；按鍵復(fù)位 ，在有效狀態(tài)下，按鍵 清零 。而基于單片機(jī)的競(jìng)賽搶答器能解決上述的各個(gè)問(wèn) 題。 3 主要元器件分析 80C51 芯片 80C51 內(nèi)含 8 位 CPU；廣泛的布爾處理能力： 32根雙向且分別可尋址的 I/O線 ； 128 字節(jié) RAM； 2個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器；全雙工異步串行口（ UART）； 2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)； 5個(gè)中斷源；片內(nèi)有時(shí)鐘震蕩器； 4K字節(jié)片內(nèi) ROM程序儲(chǔ)存器；可尋址的 64K 字節(jié)外部程序儲(chǔ)存空間；可尋址得 64K 字節(jié)外部數(shù)據(jù)儲(chǔ)存空間；無(wú)片內(nèi) ROM 的 8051 形式是 8031， EPROM 型是 751， 8051AH 是采用 HMOS 工藝制造，所以其管腳與 8051 兼容。 8051 單片 機(jī)簡(jiǎn)介 8051 系列單片機(jī)是國(guó)際上流行多年的代表機(jī)型，是國(guó)內(nèi)高校教學(xué)和初學(xué)者入門首選的主流機(jī)型，也是在各種技術(shù)期刊和專業(yè)書籍中出現(xiàn)頻率最高的經(jīng)典機(jī)型。本文以標(biāo)準(zhǔn) 80C51 為模型，并適當(dāng)兼顧 8051 系列的共性和常用型號(hào)的特性。80C51 單片機(jī)是在 8051 的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，也就是說(shuō)在單片機(jī)的發(fā)展過(guò)程中是先有 8051，然后才有 80C51 的。 8051 單片機(jī)與 80C51 單片機(jī)從外形看是完全河北工業(yè)大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)論文 6 一樣的，其指令系統(tǒng)、引腳信號(hào)、總線等完全一致（完全兼容），也就是說(shuō)在 8051下開發(fā)的軟件完全可以在 80C51 上應(yīng)用，反過(guò)來(lái)，在 80C51下開發(fā)的軟件也可以在 8051 上應(yīng)用。這兩種單片機(jī)是完全可移植的。既然這兩種單片機(jī)外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)都一樣，那它們之間的主要差別在哪里呢？ 8051 與 80C51 單片機(jī)的主要差別就在于芯片的制造工藝上。 80C51 的制造工藝是在 8051 基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)。8051 系列單片機(jī)采用的是 HMOS 工藝：高速度、高密度； 80C51 系列單片機(jī)采用的是 CHMOS 工藝：高速度、高密度、低功耗；也就是說(shuō) 80C51 單片機(jī)是一種低功耗單片機(jī)。 80C51 內(nèi)容主要包括：硬件架構(gòu)、 ROM、 RAM、指令系統(tǒng)、匯編程序基礎(chǔ)和匯編語(yǔ)言工具鏈、并行 端口、定時(shí)器、中斷邏輯、復(fù)位邏輯、時(shí)鐘電路、電源電路等功能電路的結(jié)構(gòu)和工作原理，以及片內(nèi)程序存儲(chǔ)器編程原理。 8051 引角及其功能 圖 80C51 的引腳 電源端 VCC 40 腳 接地端 VSS 20 腳 時(shí)鐘電路引腳 XTAL XTAL2 1 19腳 外接晶體引線端 使用內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，此二引線用于外接石英晶體和電容；當(dāng) 使用外部時(shí)鐘時(shí)，用于接外部時(shí)鐘脈沖信號(hào) 。 地址鎖存允許信號(hào)端 ALE 30 腳 ，用來(lái)鎖存 P0口送出的低 8位地址，以實(shí)現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的隔離。當(dāng)單片機(jī)上電正常工作后， ALE就以時(shí)鐘振蕩頻率的六分之一的固定頻率，周期地向外輸出正脈沖信號(hào)，故它也可以作為外部時(shí)河北工業(yè)大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)論文 7 鐘或外部定時(shí)脈沖源使用。 復(fù)位信號(hào) RST 9 腳 此引腳是復(fù)位信號(hào)，高電平有效。當(dāng)此輸入端保持 2 個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)，就可以完成單片機(jī)的復(fù)位初始化操作。 程序存儲(chǔ)器允許輸 出信號(hào)端 PESN 29 腳 此引腳是片外程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)，低電平有效。在從片外 ROM 讀取指令或常數(shù)時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期 PSEN 兩次有效，以實(shí)現(xiàn)對(duì)片外 ROM 單元的讀操作。當(dāng)訪問(wèn)片外 RAM 時(shí)， PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。 EA 31 腳 外部程序存儲(chǔ)器地址允許輸入 ,接高電平時(shí)，執(zhí)行片內(nèi)程序存儲(chǔ)器的內(nèi)容，當(dāng) PC 超過(guò) 0fffH 時(shí)，自動(dòng)變 0。接低電平時(shí)，訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器。 P0 39~32 腳 P0 口是一個(gè)漏極開路的 8 位雙向 I/O 口，每位能驅(qū)動(dòng) 8個(gè) LS 型 TTL負(fù)載。在訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)， P0分 時(shí)提供低 8位地址線和 8位雙向數(shù)據(jù)線。當(dāng)不接片外存儲(chǔ)器或不擴(kuò)展 I/O 接口時(shí)， P0可作為一個(gè)通用輸入 /輸出口。當(dāng) P0 口作為輸入口使用時(shí)，應(yīng)先向口鎖存器寫“ 1”，此時(shí) P0 口的全部引腳浮空，可作為高阻抗輸入。當(dāng) P0 口作為輸出口使用時(shí)，由于輸出電路為漏極開路電路，驅(qū)動(dòng) NMOS 電路時(shí)必須外接上拉電阻。 P1 1~8 腳 P1 口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8位準(zhǔn)雙向 I/O 口，每位能驅(qū)動(dòng) 4個(gè) LS型 TTL 負(fù)載。 P1 口只能作通用輸入 /輸出口用。當(dāng) P1 口作為輸入口使用時(shí)，應(yīng)先向 P1 口鎖存器寫“ 1”，此時(shí) P1口引腳由內(nèi)部上拉電阻 拉成高電平。當(dāng) P1 口作為輸出口使用時(shí)，已能向外提供推拉電流負(fù)載，無(wú)需再外接上拉電阻。 P2 21~28 腳 P2口也是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8位準(zhǔn)雙向通用 I/O 口，每位也能驅(qū)動(dòng) 4個(gè) LS型 TTL 負(fù)載。在訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)，它輸出高 8 位地址。 P3 10~17 腳 P3 口為雙功能口，除了作為一般的準(zhǔn)雙向通用 I/O 口使用外，每個(gè)引腳還有特殊功能。 MAX7219 芯片 MAX7219 是美國(guó) MAXIM 公司生產(chǎn)的串行輸入／輸出共陰極顯示驅(qū)動(dòng)器。該芯片可直接驅(qū)動(dòng)最多 8位 7段數(shù)字 LED 顯示器，或 64個(gè) LED和條形圖顯示器。它與微處理器的接口非常簡(jiǎn)單 ， 僅用 3個(gè)引腳與微處理器相應(yīng)端連接即可實(shí)現(xiàn)最高10MHz 串行口。 MAX7219 的位選方式獨(dú)具特色，它允許用戶選擇多種譯碼方式譯河北工業(yè)大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)論文 8 罵碼 選位，而且每個(gè)顯示位都能個(gè)別尋址和刷新，而不需要重寫其 中的顯示位，這使得軟件編程十分簡(jiǎn)單。 引腳說(shuō)明 該芯片采用 24 腳 DIP和 SO 封裝，工作電壓 ～ ，最大功耗 。引腳 說(shuō)明見表 。 基本工作原理及使用方法 MAX7219 與 80C51 單片機(jī)連接采用三線串行接口，對(duì)于 MAX7219，串行 數(shù)據(jù)是以 16 位數(shù)據(jù)包的形式從 Din腳串行輸入，在 CLK 的每一個(gè)上升沿一位一位地送入芯片內(nèi)部 16 位移位寄存器，而不管 Lout 腳的狀態(tài)如何。 Load 腳必須在第16 個(gè) CLK 上升沿出現(xiàn)的同時(shí)或之后，但在下一 個(gè) 上 升沿之前變?yōu)楦唠娖?，否則移入的數(shù)據(jù)將丟失。 表 16位數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)格式 D15 D14 D13 D12 D11 D10 D9 D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 ADDRES