【正文】 TAL XTAL2 分別為反相放大器輸入和輸出端，外接定時(shí)反饋元件以后就組成振蕩器，產(chǎn)生時(shí)鐘送至單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)部件。 MCS51 單片機(jī)允第三章硬件電路的設(shè)計(jì) 2 31 許的時(shí)鐘頻率是因型號(hào)而異的。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) 2 31 作 I/O 接口，就可以增強(qiáng) 256 字節(jié) ，則應(yīng)配置足夠的 RAM，如 6264， 62256 等。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。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。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 23 所示 。控制器由程序計(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。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。如果市場(chǎng)需要， Atmel 當(dāng)然也可以再恢復(fù)生產(chǎn) AT89C51。 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。 按鍵鎖定，在有效狀態(tài)下，按鍵無(wú)效非法。 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。 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）。 （ 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。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。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。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。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) 。 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）。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。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。 （ 3）搶答器具有鎖存與顯示功能。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)。 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。 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)。 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。 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)。 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。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。 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 。 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。 (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)。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。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(méi)用，那么用的時(shí)候就派上用場(chǎng)了。 晶振的選擇： 6MHz 的晶振，其機(jī)器周期是 2us。這樣就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式 外部振蕩方式是把已有的時(shí)鐘信號(hào)引入單片機(jī)內(nèi)。電容器 C C2 起穩(wěn)定振 蕩頻率、快速起振的作用，電容值我選擇了 30pF。此電路在加電大約延遲 10ms 后振蕩器起振 ,在XTAL2 引腳產(chǎn)生幅度為 3V左右的正弦波時(shí)鐘信號(hào) ,其振蕩頻率主要由石英晶振的頻率確定。 單片機(jī)在工作時(shí) ,由內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生或由外直接輸入的送至內(nèi)部控制邏輯單元的時(shí)鐘信號(hào)的周期稱為時(shí)鐘周期。 復(fù)位電路的設(shè)計(jì) 復(fù)位電路的可靠性設(shè)計(jì) 計(jì)算機(jī)在啟動(dòng)運(yùn)行是都需要復(fù)位，使中央處理器 CPU 和系統(tǒng)中的其它部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作。本系統(tǒng)采用按鍵復(fù)位方式的復(fù)位電路。 RST 變?yōu)榈碗娖胶?，退出?fù)位， CPU 從初始狀態(tài)開(kāi)始工作。 RST 端在加電時(shí)應(yīng)保持的高電平時(shí)間包括 Vcc 的上升時(shí)間和振蕩器起振時(shí)間， Vcc 上升時(shí)間 若為 10ms，振蕩器起振時(shí)間和頻率有關(guān)。如圖所示 圖 34上電和開(kāi)關(guān)復(fù)位 而我們?cè)谶@次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中運(yùn)用的人工復(fù)位電路 . 其中電平復(fù)位是通過(guò) RST 端經(jīng)電阻和電源 Vcc 接通而實(shí)現(xiàn)的，按鍵手動(dòng)電平復(fù)位電路如圖。這說(shuō)明，顯示模塊與操作有關(guān)，即監(jiān)控程序是需要調(diào)用顯示模塊。自動(dòng)執(zhí)行的各類模塊在安排在各種中斷子程序中，這就是說(shuō)，各種中斷子程 序也要調(diào)用顯示模塊。由于一處調(diào)用顯示模塊，故不會(huì)發(fā)生沖突。這樣設(shè)計(jì)使得各功能模塊都不必考慮顯示問(wèn)題，只要給出一個(gè)簡(jiǎn)單的信息（如顯示格式編碼）甚至不用再提供額外信息，直接利用當(dāng)前狀態(tài)變量和軟件標(biāo)志就可以完成所需的顯示要求。例如后臺(tái)程序需要調(diào)用顯示，將有關(guān)信息送入到現(xiàn)實(shí)緩沖區(qū)進(jìn)行顯示；中斷返回后，后臺(tái)程序繼續(xù)送完后半部分顯示內(nèi)容，但前半部分內(nèi)容已經(jīng)變了，這樣就出現(xiàn)了顯示錯(cuò)誤。其中靜態(tài)顯示的特點(diǎn)是顯示穩(wěn)定不閃爍，程序編寫(xiě)簡(jiǎn)單，但占用端口資源多；動(dòng)態(tài)顯示的特點(diǎn)是顯示穩(wěn)定性沒(méi)靜態(tài)好，程序編寫(xiě)復(fù)雜，但是相對(duì)靜態(tài)顯示而言占用端口資源少。 以共陰為例，要想 a 段亮，向 a 段送 1 就是，返之送 0，共陽(yáng)剛好相反。在單片機(jī)應(yīng)用中鍵盤(pán)用得最多的形式是獨(dú)立鍵盤(pán)及矩陣鍵盤(pán) 。 按鈕輸入的硬件處理 按鈕的觸點(diǎn)在閉合和斷開(kāi)時(shí)均會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，這是觸點(diǎn)的邏輯電平是不穩(wěn)定的，如不妥善處理，將會(huì)引起按鍵命令的錯(cuò)誤執(zhí)行或重復(fù)執(zhí)行。 發(fā)聲 我們知道，聲音的頻譜范圍約在幾十到幾千赫茲 [7]，若能利用程序來(lái)控制單 片 機(jī)某個(gè)口線的 “高 ”電平或低電平，則在該口線上就能產(chǎn)生一定頻率的矩形波，接上喇叭就能發(fā)出一定頻率的聲音，若再利用延時(shí)程序控制 “高 ”“低 ”電平的持續(xù)時(shí)間，就能改變輸出頻率，從而改變音調(diào)，使喇叭 發(fā)出不同的聲音。上電復(fù)位，人工按鈕復(fù)位和硬件看門(mén)狗復(fù)位均為硬件復(fù)位。對(duì)各專用寄存器的復(fù)位操作是容易的，也沒(méi)有必