【正文】 摘 要 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和普及，各種各樣的競賽越來越多，其中搶答器的作用也 越來越重要 。本文設(shè)計出以 AT89S51 單片機(jī)為核心的八路搶答器 ， 采用了數(shù)字顯示器直接指示，自動鎖存顯示結(jié)果，并自動復(fù)位的設(shè)計思想 ,它能根據(jù)不同的搶答輸入信號，經(jīng)過單片機(jī)的控制處理并產(chǎn)生不同的與輸入信號相對應(yīng)的輸出信號，最后通過 LED 數(shù)碼管顯示相應(yīng)的路數(shù)， 即使兩組的搶答時間相差幾微秒，也可分辨出是哪組優(yōu)先按下的按鍵， 充分利用了單片機(jī) 系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)簡單、功能強(qiáng)大、可靠性好、實用性強(qiáng)的特點(diǎn)。 本設(shè)計是以搶答 為出發(fā)點(diǎn) ?？紤]到依需設(shè)定限時回答的 功能，利用 89S51單片機(jī)及外圍接口實現(xiàn)的搶答系統(tǒng)，利用單片機(jī)的定時器 /計數(shù)器定時和記數(shù)的原理，將軟、硬件有機(jī)地結(jié)合起來，使得系統(tǒng)能夠正確地進(jìn)行計時，同時使數(shù)碼管能夠正確地顯示時間。用開關(guān)做鍵盤輸出，揚(yáng)聲器發(fā)生提示。同時系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)：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；滿時后系統(tǒng)計時自動復(fù)位及主控強(qiáng)制復(fù)位；按鍵鎖定，在有效狀態(tài)下，按鍵無效非法 【關(guān)鍵詞】 搶答器 單片機(jī) LED 數(shù)碼顯示管 定時器 /計數(shù)器 揚(yáng)聲器。 航天職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2 31 目 錄 摘要 ?????????? ?????????????????????? 2 緒 論 ????????????????????????????????? 5 一、 搶答器的概述 ??????????????????????????? ?? ? 6 系統(tǒng)設(shè)計的功能 ??????????????????????????? ? 6 擴(kuò)展功能 ??????????????????????????????? 6 搶答器需求分析 ??????????????????????????? ? 6 搶答器的 硬件設(shè)計 ??????????? ??????????????? ? 7 搶答器的 工作過程 ??????????????????????????? 7 二 、 單片機(jī)的功能簡介 ?????????????????????????? ? 8 89 系列單片機(jī)的概述 ???????????????????????? ? ? 7 AT89S51 的功能 ?????????? ????????????????? ? 8 AT89S51 單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) ??? ?? ????????????????? 8 三、 硬件電路的設(shè)計 ????????? ??????????? ??????? ? 10 總電路原理 ???????????????????? ????????? 10 時鐘頻率電路的設(shè)計 ??????????????????????? ?? 11 復(fù)位電路的設(shè)計 ????????????????????????? ?? 12 復(fù)位電路的可靠性設(shè)計 ?????????????????????? ?? 12 人工復(fù)位 ?????????????????????? ???????? 13 顯示電路的設(shè)計 ???? ?????????????????? ????? ? 14 控制電路的實現(xiàn) ?????????????????????? ????? ? 16 發(fā)聲 ?????????????????????? ?????????? ? 17 系統(tǒng)復(fù)位 ?????????????????????? ???????? ? 17 四 、軟件設(shè)計 ?? ???????? ???????????????????? 19 軟件任務(wù)分析 ???????????????????????????? 19 顯示子程序的設(shè)計 ????????? ????????????????? 20 定時器 T0、 T1 中斷服務(wù)程序的設(shè)計 ? ?????????????????? 20 搶答器處理程序的設(shè)計 ??????????????????????? ? 21 主程序及分析 ???????????????????????????? 23 五 、設(shè)計總結(jié) ? ?????????????????????????????? 31 參考文獻(xiàn) ????????????????????????????????? 32 致謝 ?????????????????????????? ????????? 33 緒論 緒論 2 31 數(shù)字技術(shù)是當(dāng)前發(fā)展最快的學(xué)科之一，數(shù)字邏輯器件已從 60 年代的小規(guī)模集成電路（ SSI）發(fā)展到目前的中、大規(guī)模集成電路（ MSI、 LSI）及超大規(guī)模集成電（ VLSI）。相應(yīng)地，數(shù)字邏輯電路的設(shè)計方法在不斷地演變和發(fā)展，由原來的單一的硬件邏輯設(shè)計發(fā)展成三個分支，即硬件邏輯設(shè)計（中、小規(guī)模集成器件）、軟件邏輯設(shè)計（軟件組裝的 LSI 和 VSI，如微處理器、單片機(jī)等）及兼有二者優(yōu)點(diǎn)的專用集成電路（ ASIC）設(shè)計。 目前數(shù)字電子技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于計算機(jī)，自動控制，電子測量儀表，電視 ，雷達(dá)，通信等各個領(lǐng)域。例如在現(xiàn)代測量技術(shù)中，數(shù)字測量儀表不僅比模擬測量儀表精度高，功能高，而且容易實現(xiàn)測量的自動化和智能化。隨著集成技術(shù)的發(fā)展，尤其是中，大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，數(shù)字電子技術(shù)的應(yīng)用范圍將會更廣泛地滲透到國民經(jīng)濟(jì)的各個部門，并將產(chǎn)生越來越深刻的影響。隨著現(xiàn)代社會的電子科技的迅速發(fā)展，要求我們要理論聯(lián)系實際，數(shù)字電子邏輯課程設(shè)計的進(jìn)行使我們有了這個非常關(guān)鍵的機(jī)會。 通過這種綜合性訓(xùn)練，我們要達(dá)到以下的目的和要求： ，獨(dú)立設(shè)計方案。達(dá)到學(xué)有所用的目的 . 會查閱相關(guān)手冊與資料，通過查閱手冊和文獻(xiàn)資料，進(jìn)一步熟悉常用電子器件類型和特性，并掌握合理選用的原則，培養(yǎng)獨(dú)立分析與解決問題的能力，對于搶答器我們大家都知道那是用于選手做搶答題時用的，選手進(jìn)行搶答，搶到題的選手來回答問題。搶答器不僅考驗選手的反應(yīng)速度同時也要求選手具備足夠的知識面和一定的勇氣。選手們都站在同一個起跑線上，體現(xiàn)了公平公正的原則。 第一章 搶答器的概述 2 31 系統(tǒng)設(shè)計的功能 基本功能： （ 1） 同時供 8 名選手比賽，分別用 8 個按鈕 S0 ~ S7 表示。 （ 2）設(shè)置一個系統(tǒng)清除 和搶答控制開關(guān) S，該開關(guān)由主持人控制。 （ 3）搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應(yīng)的編號，揚(yáng)聲器發(fā)出聲響提示，并在七段數(shù)碼管上顯示選手號碼。選手搶答實行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。 擴(kuò)展功能： （ 1）搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間由主持人設(shè)定（如 30 秒）。當(dāng)主持人啟動 開始 鍵后，定時器進(jìn)行減計時。 （ 2）參賽選手在設(shè)定的時間內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答的時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。在這段 （ 3）如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報警并禁止搶答，定時顯示器上顯示 00。 搶答器的需求分析 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是在 1～ 99s 設(shè)定。 可以顯示是哪位選手有效搶答和無效搶答，正確按鍵后有音樂提示。 搶答時間和回答問題時間倒記時顯示，時間完后系統(tǒng)自動復(fù)位。 按鍵鎖定，在有效狀態(tài)下，按鍵無效非法。 2 31 第二章 單片機(jī)的功能簡介 89 系列單片機(jī)的概況 MCS51 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 80 3 8051 和 8751 等通用產(chǎn)品，一直到現(xiàn)在， MCS5 1 內(nèi)核系列兼容的單片機(jī)仍是應(yīng)用的主流產(chǎn)品，各高校及專業(yè)學(xué)校的培訓(xùn)教材仍與 MCS51 單片機(jī)作為代表進(jìn)行理論基礎(chǔ)學(xué)習(xí)。我們常說的已經(jīng)停產(chǎn)的 89C51 指的是 ATMEL 公司的 AT 89C51 單片機(jī)，同時是在原基礎(chǔ)上增強(qiáng)了許多特性，如時鐘，更優(yōu)秀的是由 Flash（程序存儲器的內(nèi)容至少可以改寫 1000 次）存儲器取帶了原來的 ROM（一次性寫入）， AT89C51 的性能 相對于 8051 已經(jīng)算是非常優(yōu)越的了。89C51 的缺陷在于不支持 ISP（在線更新程序）功能，必須加上 ISP 功能等新功能才能更好延續(xù) MCS51 的傳奇。 89S51 就是在這樣的背景下取代 89C51 的，現(xiàn)在， 89S51 目前已經(jīng)成為了實際應(yīng)用市場上新的寵兒，作為市場占有率第一的 Atmel 目前公司已經(jīng)停產(chǎn) AT89C51，將用 AT89S51 代替。 89S51 在工藝上進(jìn)行了改進(jìn)， 89S51 采用 新工藝，成本降低 ,而且將功能提升 ,增加了競爭力。 89SXX 可以像下兼容 89CXX 等 51 系列芯片。 市場上見到的89C51 實際都是 Atmel 前期生產(chǎn)的巨量庫存而以。如果市場需要， Atmel 當(dāng)然也可以再恢復(fù)生產(chǎn) AT89C51。 AT89S51/LS51 單片機(jī)是低功耗的、具有 4KB 在線課編程 Flash 存儲器的單片機(jī)。它與通用 80C51 系列單片機(jī)的指令系統(tǒng)和引腳兼容。片內(nèi)的 Flash 可允許在線重新編程，也可使用非易失性存儲器編程。他將通用 CPU和在線可編程 Flash 集成在一個芯片上，形成了功能強(qiáng)大、使用靈活和具有較高性能性價比的微控制器。 AT89S51 單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 2 31 外部定 時元件 復(fù)位 中斷 電源 系統(tǒng)時鐘 ROM CPU 定時 /計數(shù)器 串行 I/O口 并行 I/O口 RAM AT89S51 單片機(jī)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(jī)內(nèi)部最核心的部分是 CPU。 CPU 主要功能是產(chǎn)生各種控制信號，控制存儲器、輸入 /輸出端口的數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)的算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算以及位操作處理等， CPU 按其功能可分為運(yùn)算器和控制器兩部分?？刂破饔沙绦蛴嫈?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(jìn)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(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。 單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 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 [3]。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 23 所示 。 第三章 硬件電路的設(shè)計 2 31 設(shè)計原理 本系統(tǒng)采用 AT89S52 單片機(jī)作為核心 ， 控制系統(tǒng)的 四 個模塊分別為：單片機(jī)最小系統(tǒng)、顯示模塊、顯示驅(qū)動模塊、搶答 開關(guān)模塊 。 搶答器原理框圖如圖 所示。 圖 搶答器原理框圖 總體設(shè)計之后，然后進(jìn)行單元電路設(shè)計。單元電路設(shè)計分為電源電路設(shè)計、時鐘和復(fù)位電路、鍵盤電路、顯示報警電路等。 總電路原理 為使硬件電路設(shè)計盡可能合理，應(yīng)注意以下幾方面： (1) 盡可能采用功能強(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，新型芯片的的價格不斷下降，并不一定比若干普通芯片價格的總和高。 (2) 留有設(shè)計余地。在設(shè)計硬件電路時，要考慮到將來修改擴(kuò)展的方便。因為很少有一錘定音的電路設(shè)計， 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。 (3) 程序空間，選用片內(nèi)程序空間足夠大的單片機(jī)，本設(shè)計采用 AT89C51單片機(jī)。 (4) RAM 空間， AT89S51 內(nèi)部 RAM 不多，當(dāng)要增強(qiáng)軟件數(shù)據(jù)處理功能時，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時鐘電路單片機(jī)復(fù)位電路驅(qū)動限流顯示鍵盤