【正文】 西安郵電學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）題 目： 基于522單片機(jī)的搶答器設(shè)計(jì) 院 （系）： 專 業(yè)： 班 級(jí)： 學(xué)生姓名： 　 導(dǎo)師姓名： 職稱： 目 錄第一章 搶答器的概述 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能 搶答器需求分析 搶答器的工作原理第二章 單片機(jī)的功能簡(jiǎn)介 89系列單片機(jī)的概述 AT89S51的功能 TA89S51特殊功能寄存器 AT89S51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)第三節(jié) 硬件電路的設(shè)計(jì) 總電路原理 時(shí)鐘頻率電路的設(shè)計(jì) 復(fù)位電路的設(shè)計(jì) 復(fù)位電路的可靠性設(shè)計(jì) 人工復(fù)位 顯示電路的設(shè)計(jì) 控制電路的實(shí)現(xiàn) 發(fā)聲 系統(tǒng)復(fù)位第四章 軟件設(shè)計(jì) 軟件任務(wù)分析 顯示子程序的設(shè)計(jì) 定時(shí)器T0、T1中斷服務(wù)程序的設(shè)計(jì) 搶答器處理程序的設(shè)計(jì) 主程序及分析第五章 元器件及焊接調(diào)試第六章 設(shè)計(jì)小結(jié)致謝參考文獻(xiàn)圖24搶答器電路表21 74LS148的功能真值表如果想調(diào)節(jié)搶答時(shí)間或答題時(shí)間,按加一鍵或減一鍵進(jìn)入調(diào)節(jié)狀態(tài),此時(shí)會(huì)顯示現(xiàn)在設(shè)定的搶答時(shí)間或回答時(shí)間值,如想加一秒按一下加1s鍵,如果想減一秒按一下減1s鍵，時(shí)間LED上會(huì)顯示改變后的時(shí)間，調(diào)整范圍為0~99s, 0s時(shí)再減1s會(huì)跳到99，99s時(shí)再加1s會(huì)變到0s。主持人按搶答開始鍵，會(huì)有提示音，并立刻進(jìn)入搶答倒計(jì)時(shí)（預(yù)設(shè)20s搶答時(shí)間），如有選手搶答，會(huì)有提示音，并會(huì)顯示其號(hào)數(shù)并立刻進(jìn)入回答倒計(jì)時(shí)（預(yù)設(shè)20s搶答時(shí)間），不進(jìn)行搶答查詢，所以只有第一個(gè)按搶答的選手有效。如倒計(jì)時(shí)期間，主持人想停止倒計(jì)時(shí)可以隨時(shí)按停止按鍵，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)，等待主持人按搶答開始進(jìn)入下次搶答計(jì)時(shí)。如果主持人未按搶答開始鍵，而有人按了搶答按鍵，犯規(guī)搶答，LED上不顯示任何結(jié)果，直到按下停止 鍵為止。 搶答器的工作原理及流程搶答器的基本工作原理:在搶答競(jìng)賽或呼叫時(shí)[2]，有多個(gè)信號(hào)同時(shí)或不同時(shí)送入主電路中，搶答器內(nèi)部的寄存器工作，并識(shí)別、記錄第一個(gè)號(hào)碼，同時(shí)內(nèi)部的定時(shí)器開始工作，記錄有關(guān)時(shí)間并產(chǎn)生超時(shí)信號(hào)。在整個(gè)搶答器工作過程中，顯示電路、語音電路等還要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況向外電路輸出相應(yīng)信號(hào)。搶答器的工作流程分為、系統(tǒng)復(fù)位、正常流程、違例流程等幾部分，如圖22所示，下面分別予以介紹。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 31（內(nèi)部沒有程序存儲(chǔ)器，實(shí)際使用方面已經(jīng)被市場(chǎng)淘汰）、8051（芯片采用HMOS，功耗是630mW，是89C51 的5 倍，實(shí)際使用方面已經(jīng)被市場(chǎng)淘汰）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（比如目前流行的89S5已經(jīng)停產(chǎn)的89C51 等），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)。有些文獻(xiàn)甚至也將8051 泛指MCS51 系列單片機(jī)，8051 是早期的最典型的代表作，由于MCS51 單片機(jī)影響極深遠(yuǎn)，許多公司都推出了兼容系列單片機(jī)，就是說MCS51 內(nèi)核實(shí)際上已經(jīng)成為一個(gè)8 位單片機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)。其他的公司的51 單片機(jī)產(chǎn)品都是和MCS51 內(nèi)核兼容的產(chǎn)品而以。同樣的一段程序，在各個(gè)單片機(jī)廠家的硬件上運(yùn)行的結(jié)果都是一樣的，如ATMEL 的89C51（已經(jīng)停產(chǎn)）、89S51， PHILIPS（菲利浦），和WINBOND（華邦）等，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(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 1000 次）存儲(chǔ)器取帶了原來的 ROM（一次性寫入），AT89C51 的性能相對(duì)于8051 已經(jīng)算是非常優(yōu)越的了。不過在市場(chǎng)化方面，89C51 受到了PIC 單片機(jī)陣營(yíng)的挑戰(zhàn)，89C51 最致命的缺陷在于不支持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的功能 AT89S51特殊功能寄存器特殊功能寄存器也稱專用寄存器，是具有特殊功能的所有寄存器的集合，簡(jiǎn)稱SFR（Special Function Register）。特殊功能寄存器共含有22個(gè)不同寄存器。它們的地址分配在80H～FFH中，即在RAM地址中。這些寄存器的名稱和地址見表22。表21器件選型方案的詳細(xì)清單器件名稱 規(guī)格型號(hào) 數(shù)量微處理器 AT89S51 1電阻 3WTT10K 8電容 30PF 3晶振 12MHZ 1按鈕 11反相器 37段數(shù)碼管 7SEGMPX4CC 4 揚(yáng)聲器 1 雖然特殊功能寄存器地址在80H～FFH之中，但在80H～FFH的地址單元中，不是所有的單元都被特殊功能寄存器占用，未被占用的單元，其內(nèi)容是不確定的，如果對(duì)這些單元進(jìn)行操作，得到的是一些隨機(jī)數(shù)，而寫入則無效。所以，用戶編程時(shí)不應(yīng)該將數(shù)據(jù)寫入這些未確定的地址單元，它們是公司留待將來開發(fā)新產(chǎn)品時(shí)使用的表22 AT89S51特殊功能寄存器列表符　號(hào)地　址注　釋*ACCE0H累加器*BF0H乘法寄存器*PSWD0H程序狀態(tài)字SP81H堆棧指針DPL82H數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器指針低8位DPH83H數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器指針高8位*IEA8H中斷允許控制器*IPD8H中斷優(yōu)先控制器*P080H端口0*P190H端口1*P2A0H端口2*P3B0H端口3PCON87H電源控制及波特率選擇*SCON98H串行口控制器SBUF99H串行數(shù)據(jù)緩沖器*TCON88H定時(shí)器控制TMOD89H定時(shí)器方式選擇TL08AH定時(shí)器0低8位TL18BH定時(shí)器1低8位TH08CH定時(shí)器0低8位TH18DH定時(shí)器1高8位注：帶*號(hào)的特殊功能寄存器都是可以位尋址的寄存器 AT89S51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)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、PPP3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)來自存儲(chǔ)器中的指令進(jìn)行譯碼，通過實(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。外部定時(shí)元件復(fù)位中斷電源系統(tǒng)時(shí)鐘ROMCPU定時(shí)/計(jì)數(shù)器串行I/O口并行I/O口RAM圖23 AT89S51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) 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作I/O接口，則應(yīng)配置足夠的RAM，如6264，62256等。隨著軟件設(shè)計(jì)水平的提高，往往只要改變或增加軟件中的數(shù)據(jù)處理算法，就可以使系統(tǒng)功能提高很多，而系統(tǒng)的硬件不必做任何更換就使系統(tǒng)升級(jí)換代。只要在硬件電路設(shè)計(jì)初期考慮到這一點(diǎn)，就應(yīng)該為系統(tǒng)將來升級(jí)留足夠的RAM空間，哪怕多設(shè)計(jì)一個(gè)RAM的插座，暫不插芯片也好。(5) I/O端口：在樣機(jī)研制出來后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試用時(shí)，往往會(huì)發(fā)現(xiàn)一些被忽視的問題，而這些問題不是靠單純的軟件措施來解決的。如有些新的信號(hào)需要采集，就必須增加輸入檢測(cè)端；有些物理量需要控制，就必須增加輸出端。如果在硬件電路設(shè)計(jì)就預(yù)留出一些I/O端口，雖然當(dāng)時(shí)空著沒用，那么用的時(shí)候就派上用場(chǎng)了。[9]，，數(shù)碼管段選P0口，位選P2口低3位。 時(shí)鐘頻率電路的設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路是計(jì)算機(jī)的心臟，它控制著計(jì)算機(jī)的工作節(jié)奏。MCS51單片機(jī)允許的時(shí)鐘頻率是因型號(hào)而異的。