【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現(xiàn)上都較方案一簡潔，并且由于單片機具有優(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 報警電路 秒脈沖產(chǎn)生電路 定時電路 譯碼電路 顯示電路 12MHz 的晶振，提高了信號的測量精度，并且使該系統(tǒng)可以通過軟件改進來擴張功能。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，從而可能會使信號的輸入輸出產(chǎn)生延時及不必要的誤差。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)，搶答器處于禁止狀態(tài)，編號顯示器滅燈，定時器顯示設(shè)定時間；主持人將開關(guān)置“開始”狀態(tài)，宣布 開始 搶答器工作。定時器倒計時，揚聲器給出聲響提示。選手在定時時間內(nèi)搶答時，搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號鎖存、編號顯示、揚聲器提示。當一輪搶答之后，定時器停止、禁止二次搶答、定時器顯示剩余時間。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 鍵盤是單片機不可缺少的輸入設(shè)備，是實現(xiàn)人機對 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產(chǎn)生鍵碼。在單片機中使用的都是非鍵碼鍵盤，因為非編碼鍵盤結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，非編碼鍵盤的類型很多，常用的有獨立式鍵盤，行列式鍵盤等 。 方案 1：獨立式鍵盤 鍵盤接口中使用多少根 I/O 線，鍵盤中就有幾個按鍵，鍵盤接口使用了 6根 I/O 口線，該鍵盤就有 6 個按鍵，這種類型的鍵盤，其按鍵比較少，且鍵盤中個按鍵的工作互不干擾。因此可以根據(jù)實際需要對鍵盤中的按鍵靈活的編碼。 最簡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，對于這樣編碼的獨立式鍵盤， CPU 可以通過直接讀取I/O 口的狀態(tài)來獲取按鍵的直接狀態(tài)編碼值，根據(jù)這個值直接進行按鍵識別，這樣形式的鍵盤結(jié)構(gòu)簡單，按鍵識別容易。 獨立式鍵盤的缺點是需要占用比較多的 I/O 口線，當單片機應(yīng)用鍵盤中需要的按鍵比較少或 I/O 口線比較富余時，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交叉點上，設(shè)置一個按鍵中按鍵的個數(shù)是 M*N個。這種形式的鍵盤結(jié)構(gòu)，能夠有效 的提高單片機系統(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 對鍵盤的掃描可以采用取程序控制的隨機方式，即只有在 CPU 空閑時才去掃描鍵盤，相應(yīng)操作人員的鍵盤輸入，但 CPU 在執(zhí)行應(yīng)用程序的過程中，不能響應(yīng)鍵盤輸入，對鍵盤的掃描可以采用定時方式，即利用單片機內(nèi)部定時器每隔一定時間對鍵盤掃描一次，這樣控制方式，不管鍵盤上有無鍵閉合， CPU總是定時的關(guān)心鍵盤狀態(tài)。 在大多數(shù)情況下， CPU 對鍵盤可能進行空掃描。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 平時不必掃描鍵盤，只能當鍵盤上有鍵盤閉合時就產(chǎn)生中斷請求，向 CPU 申請中斷后，立即對鍵盤進行掃描，識別閉合鍵，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)中采用了獨立式鍵盤，其按鍵比較少，且鍵盤中各個按鍵的工作互不干擾。 設(shè)計搶答器的目的和意義 通過這次畢業(yè)設(shè)計 ,掌握 80C51 單片機的原理 ,了解簡單多功能搶答器組成原理，初步掌握多功能搶答器的調(diào)整及測試方法，提高動手能力和排除故障的能力。同時通過本課題設(shè)計與裝配、調(diào)試，提高自己的動手能力，鞏固已學(xué)的理論知識，建立單片機 理論和實踐的結(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、計算定時計數(shù)的各個單元電路。初步掌握多功能搶答器的調(diào)整及測試方法，提高動手能力和排除故障的能力。 設(shè)計思路 ： 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。早期的搶答器只由幾個三極管、可控硅、發(fā)光管等組成，能通過發(fā)光管的指示辯認出選手號碼?，F(xiàn)在大多數(shù)搶答器均使用單片機 (如 MCS51 型 )和數(shù)字集成電路，并增加了許多新功能，如選手號碼顯示、搶按前或搶按后的計時、選手得分顯示等 功能。 本課題利用 80C51單片機及外圍接口實現(xiàn)的搶答系統(tǒng)，利用單片機的定時器 /計數(shù)器定時和記數(shù)的原理，將軟、硬件有機地結(jié)合起來，使得系統(tǒng)能夠正確地進行計時，同時使數(shù)碼管能夠正確地顯示時間和選手號碼。用開關(guān)做鍵盤輸出，揚聲器發(fā)生提示。系統(tǒng)達到要求 :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效；搶答限定時間和回答問題的時間可設(shè)在 199s 設(shè)定；可以顯示是哪位選手有效搶答和無效搶答；搶答時間和回答問題時間倒記時顯示；按鍵復(fù)位 ，在有效狀態(tài)下，按鍵 清零 。而基于單片機的競賽搶答器能解決上述的各個問 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 16位定時器 /計數(shù)器；全雙工異步串行口（ UART）； 2個中斷優(yōu)先級； 5個中斷源；片內(nèi)有時鐘震蕩器； 4K字節(jié)片內(nèi) ROM程序儲存器；可尋址的 64K 字節(jié)外部程序儲存空間；可尋址得 64K 字節(jié)外部數(shù)據(jù)儲存空間；無片內(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 機簡介 8051 系列單片機是國際上流行多年的代表機型，是國內(nèi)高校教學(xué)和初學(xué)者入門首選的主流機型，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)典機型。本文以標準 80C51 為模型，并適當兼顧 8051 系列的共性和常用型號的特性。80C51 單片機是在 8051 的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，也就是說在單片機的發(fā)展過程中是先有 8051，然后才有 80C51 的。 8051 單片機與 80C51 單片機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、總線等完全一致（完全兼容），也就是說在 8051下開發(fā)的軟件完全可以在 80C51 上應(yīng)用，反過來，在 80C51下開發(fā)的軟件也可以在 8051 上應(yīng)用。這兩種單片機是完全可移植的。既然這兩種單片機外形及內(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)上進行了改進。8051 系列單片機采用的是 HMOS 工藝：高速度、高密度； 80C51 系列單片機采用的是 CHMOS 工藝：高速度、高密度、低功耗；也就是說 80C51 單片機是一種低功耗單片機。 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)和匯編語言工具鏈、并行 端口、定時器、中斷邏輯、復(fù)位邏輯、時鐘電路、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 時鐘電路引腳 XTAL XTAL2 1 19腳 外接晶體引線端 使用內(nèi)部時鐘時，此二引線用于外接石英晶體和電容；當 使用外部時鐘時，用于接外部時鐘脈沖信號 。 地址鎖存允許信號端 ALE 30 腳 ，用來鎖存 P0口送出的低 8位地址，以實現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的隔離。當單片機上電正常工作后， ALE就以時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，故它也可以作為外部時河北工業(yè)大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)論文 7 鐘或外部定時脈沖源使用。 復(fù)位信號 RST 9 腳 此引腳是復(fù)位信號，高電平有效。當此輸入端保持 2 個機器周期以上的高電平時，就可以完成單片機的復(fù)位初始化操作。 程序存儲器允許輸 出信號端 PESN 29 腳 此引腳是片外程序存儲器選通信號，低電平有效。在從片外 ROM 讀取指令或常數(shù)時，每個機器周期 PSEN 兩次有效，以實現(xiàn)對片外 ROM 單元的讀操作。當訪問片外 RAM 時， PSEN 信號將不出現(xiàn)。 EA 31 腳 外部程序存儲器地址允許輸入 ,接高電平時，執(zhí)行片內(nèi)程序存儲器的內(nèi)容，當 PC 超過 0fffH 時，自動變 0。接低電平時，訪問外部程序存儲器。 P0 39~32 腳 P0 口是一個漏極開路的 8 位雙向 I/O 口，每位能驅(qū)動 8個 LS 型 TTL負載。在訪問片外存儲器時， P0分 時提供低 8位地址線和 8位雙向數(shù)據(jù)線。當不接片外存儲器或不擴展 I/O 接口時， P0可作為一個通用輸入 /輸出口。當 P0 口作為輸入口使用時，應(yīng)先向口鎖存器寫“ 1”，此時 P0 口的全部引腳浮空，可作為高阻抗輸入。當 P0 口作為輸出口使用時，由于輸出電路為漏極開路電路，驅(qū)動 NMOS 電路時必須外接上拉電阻。 P1 1~8 腳 P1 口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8位準雙向 I/O 口，每位能驅(qū)動 4個 LS型 TTL 負載。 P1 口只能作通用輸入 /輸出口用。當 P1 口作為輸入口使用時，應(yīng)先向 P1 口鎖存器寫“ 1”，此時 P1口引腳由內(nèi)部上拉電阻 拉成高電平。當 P1 口作為輸出口使用時，已能向外提供推拉電流負載，無需再外接上拉電阻。 P2 21~28 腳 P2口也是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8位準雙向通用 I/O 口，每位也能驅(qū)動 4個 LS型 TTL 負載。在訪問片外存儲器時，它輸出高 8 位地址。 P3 10~17 腳 P3 口為雙功能口，除了作為一般的準雙向通用 I/O 口使用外，每個引腳還有特殊功能。 MAX7219 芯片 MAX7219 是美國 MAXIM 公司生產(chǎn)的串行輸入／輸出共陰極顯示驅(qū)動器。該芯片可直接驅(qū)動最多 8位 7段數(shù)字 LED 顯示器，或 64個 LED和條形圖顯示器。它與微處理器的接口非常簡單 ， 僅用 3個引腳與微處理器相應(yīng)端連接即可實現(xiàn)最高10MHz 串行口。 MAX7219 的位選方式獨具特色，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，而且每個顯示位都能個別尋址和刷新，而不需要重寫其 中的顯示位，這使得軟件編程十分簡單。 引腳說明 該芯片采用 24 腳 DIP和 SO 封裝，工作電壓 ～ ，最大功耗 。引腳 說明見表 。 基本工作原理及使用方法 MAX7219 與 80C51 單片機連接采用三線串行接口，對于 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 CLK 上升沿出現(xiàn)的同時或之后，但在下一 個 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