【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(jìng)賽越來(lái)越多，其中搶答器的作用也 越來(lái)越重要 。本文設(shè)計(jì)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(dòng)鎖存顯示結(jié)果，并自動(dòng)復(fù)位的設(shè)計(jì)思想 ,它能根據(jù)不同的搶答輸入信號(hào)，經(jīng)過(guò)單片機(jī)的控制處理并產(chǎn)生不同的與輸入信號(hào)相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)，最后通過(guò) LED 數(shù)碼管顯示相應(yīng)的路數(shù)， 即使兩組的搶答時(shí)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(jiǎn)單、功能強(qiáng)大、可靠性好、實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn)。 本設(shè)計(jì)是以搶答 為出發(fā)點(diǎn) ?？紤]到依需設(shè)定限時(shí)回答的 功能，利用 89S51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。用開(kāi)關(guān)做鍵盤(pán)輸出，揚(yáng)聲器發(fā)生提示。同時(shí)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)：在搶答中，只有開(kāi)始后搶答才有效，如果在開(kāi)始搶答前搶答為無(wú)效；滿時(shí)后系統(tǒng)計(jì)時(shí)自動(dòng)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(wú)效非法 【關(guān)鍵詞】 搶答器 單片機(jī) LED 數(shù)碼顯示管 定時(shí)器 /計(jì)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(jì)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(jì) ??????????? ??????????????? ? 7 搶答器的 工作過(guò)程 ??????????????????????????? 7 二 、 單片機(jī)的功能簡(jiǎn)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(jì) ????????? ??????????? ??????? ? 10 總電路原理 ???????????????????? ????????? 10 時(shí)鐘頻率電路的設(shè)計(jì) ??????????????????????? ?? 11 復(fù)位電路的設(shè)計(jì) ????????????????????????? ?? 12 復(fù)位電路的可靠性設(shè)計(jì) ?????????????????????? ?? 12 人工復(fù)位 ?????????????????????? ???????? 13 顯示電路的設(shè)計(jì) ???? ?????????????????? ????? ? 14 控制電路的實(shí)現(xiàn) ?????????????????????? ????? ? 16 發(fā)聲 ?????????????????????? ?????????? ? 17 系統(tǒng)復(fù)位 ?????????????????????? ???????? ? 17 四 、軟件設(shè)計(jì) ?? ???????? ???????????????????? 19 軟件任務(wù)分析 ???????????????????????????? 19 顯示子程序的設(shè)計(jì) ????????? ????????????????? 20 定時(shí)器 T0、 T1 中斷服務(wù)程序的設(shè)計(jì) ? ?????????????????? 20 搶答器處理程序的設(shè)計(jì) ??????????????????????? ? 21 主程序及分析 ???????????????????????????? 23 五 、設(shè)計(jì)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(jì)方法在不斷地演變和發(fā)展，由原來(lái)的單一的硬件邏輯設(shè)計(jì)發(fā)展成三個(gè)分支，即硬件邏輯設(shè)計(jì)（中、小規(guī)模集成器件）、軟件邏輯設(shè)計(jì)（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(jì)。 目前數(shù)字電子技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于計(jì)算機(jī)，自動(dòng)控制，電子測(cè)量?jī)x表，電視 ，雷達(dá)，通信等各個(gè)領(lǐng)域。例如在現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)中，數(shù)字測(cè)量?jī)x表不僅比模擬測(cè)量?jī)x表精度高，功能高，而且容易實(shí)現(xiàn)測(cè)量的自動(dòng)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(huì)更廣泛地滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門(mén)，并將產(chǎn)生越來(lái)越深刻的影響。隨著現(xiàn)代社會(huì)的電子科技的迅速發(fā)展，要求我們要理論聯(lián)系實(shí)際，數(shù)字電子邏輯課程設(shè)計(jì)的進(jìn)行使我們有了這個(gè)非常關(guān)鍵的機(jī)會(huì)。 通過(guò)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(jì)方案。達(dá)到學(xué)有所用的目的 . 會(huì)查閱相關(guān)手冊(cè)與資料，通過(guò)查閱手冊(cè)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(wèn)題的能力，對(duì)于搶答器我們大家都知道那是用于選手做搶答題時(shí)用的，選手進(jìn)行搶答，搶到題的選手來(lái)回答問(wèn)題。搶答器不僅考驗(yàn)選手的反應(yīng)速度同時(shí)也要求選手具備足夠的知識(shí)面和一定的勇氣。選手們都站在同一個(gè)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(jì)的功能 基本功能： （ 1） 同時(shí)供 8 名選手比賽，分別用 8 個(gè)按鈕 S0 ~ S7 表示。 （ 2）設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清除 和搶答控制開(kāi)關(guān) S，該開(kāi)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(dòng)按鈕，鎖存相應(yīng)的編號(hào)，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(hào)碼。選手搶答實(shí)行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號(hào)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(shí)搶答功能，且一次搶答的時(shí)間由主持人設(shè)定（如 30 秒）。當(dāng)主持人啟動(dòng) 開(kāi)始 鍵后，定時(shí)器進(jìn)行減計(jì)時(shí)。 （ 2）參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效，定時(shí)器停止工作，顯示器上顯示選手的編號(hào)和搶答的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。在這段 （ 3）如果定時(shí)時(shí)間已到，無(wú)人搶答，本次搶答無(wú)效，系統(tǒng)報(bào)警并禁止搶答，定時(shí)顯示器上顯示 00。 搶答器的需求分析 在搶答中，只有開(kāi)始后搶答才有效，如果在開(kāi)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)間可是在 1～ 99s 設(shè)定。 可以顯示是哪位選手有效搶答和無(wú)效搶答，正確按鍵后有音樂(lè)提示。 搶答時(shí)間和回答問(wèn)題時(shí)間倒記時(shí)顯示，時(shí)間完后系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位。 按鍵鎖定，在有效狀態(tài)下，按鍵無(wú)效非法。 2 31 第二章 單片機(jī)的功能簡(jiǎn)介 89 系列單片機(jī)的概況 MCS51 單片機(jī)是美國(guó) 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(shuō)的已經(jīng)停產(chǎn)的 89C51 指的是 ATMEL 公司的 AT 89C51 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(xiě) 1000 次）存儲(chǔ)器取帶了原來(lái)的 ROM（一次性寫(xiě)入）， AT89C51 的性能 相對(duì)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(shí)際應(yīng)用市場(chǎng)上新的寵兒，作為市場(chǎng)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(jìng)爭(zhēng)力。 89SXX 可以像下兼容 89CXX 等 51 系列芯片。 市場(chǎng)上見(jiàn)到的89C51 實(shí)際都是 Atmel 前期生產(chǎn)的巨量庫(kù)存而以。如果市場(chǎng)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(chǔ)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(chǔ)器編程。他將通用 CPU和在線可編程 Flash 集成在一個(gè)芯片上，形成了功能強(qiáng)大、使用靈活和具有較高性能性價(jià)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(shí)元件 復(fù)位 中斷 電源 系統(tǒng)時(shí)鐘 ROM CPU 定時(shí) /計(jì)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(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、 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(hào)，控制存儲(chǔ)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?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(lái)自存儲(chǔ)器中的指令進(jìn)行譯碼，通過(guò)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。 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(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 [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(jì) 2 31 設(shè)計(jì)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(gè)模塊分別為：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)、顯示模塊、顯示驅(qū)動(dòng)模塊、搶答 開(kāi)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(jì)之后，然后進(jìn)行單元電路設(shè)計(jì)。單元電路設(shè)計(jì)分為電源電路設(shè)計(jì)、時(shí)鐘和復(fù)位電路、鍵盤(pán)電路、顯示報(bào)警電路等。 總電路原理 為使硬件電路設(shè)計(jì)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(jiǎn)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。 (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(lái)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(lái)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(jì)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(shí)，往往覺(jué)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(shí)鐘電路單片機(jī)復(fù)位電路驅(qū)動(dòng)限流顯示鍵盤(pán)