【正文】 TAL XTAL2 分別為反相放大器輸入和輸出端，外接定時反饋元件以后就組成振蕩器，產(chǎn)生時鐘送至單片機內(nèi)部的各個部件。 MCS51 單片機允第三章硬件電路的設(shè)計 2 31 許的時鐘頻率是因型號而異的。如有些新的信號需要采集，就必須增加輸入檢測端；有些物理量需要控制，就必須增加輸出端。如選用 8155時鐘電路單片機復(fù)位電路驅(qū)動限流顯示鍵盤 2 31 作 I/O 接口，就可以增強 256 字節(jié) ，則應(yīng)配置足夠的 RAM，如 6264， 62256 等。因為很少有一錘定音的電路設(shè)計， 如果現(xiàn)在不留余地，將來可能要為一點小小的修改或擴展而被迫進(jìn)行全面返工。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。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 23 所示 ?？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。他將通用 CPU和在線可編程 Flash 集成在一個芯片上，形成了功能強大、使用靈活和具有較高性能性價比的微控制器。如果市場需要， 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。 按鍵鎖定，在有效狀態(tài)下，按鍵無效非法。 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。 擴展功能： （ 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）。 （ 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。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。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。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 LED 數(shù)碼顯示管 定時器 /計數(shù)器 揚聲器。本文設(shè)計出以 AT89S51 單片機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 系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)簡單、功能強大、可靠性好、實用性強的特點。 本設(shè)計是以搶答 為出發(fā)點 。 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 、 單片機的功能簡介 ?????????????????????????? ? 8 89 系列單片機的概述 ???????????????????????? ? ? 7 AT89S51 的功能 ?????????? ????????????????? ? 8 AT89S51 單片機的內(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）。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)濟的各個部門，并將產(chǎn)生越來越深刻的影響。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。 （ 3）搶答器具有鎖存與顯示功能。當(dāng)主持人啟動 開始 鍵后，定時器進(jìn)行減計時。 搶答限定時間和回答問題的時間可是在 1～ 99s 設(shè)定。 2 31 第二章 單片機的功能簡介 89 系列單片機的概況 MCS51 單片機是美國 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 ,增加了競爭力。 AT89S51/LS51 單片機是低功耗的、具有 4KB 在線課編程 Flash 存儲器的單片機。 AT89S51 單片機的內(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。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。 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 單片機作為核心 ， 控制系統(tǒng)的 四 個模塊分別為：單片機最小系統(tǒng)、顯示模塊、顯示驅(qū)動模塊、搶答 開關(guān)模塊 。 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) 盡可能采用功能強的芯片，以簡化電路，功能強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。 (3) 程序空間，選用片內(nèi)程序空間足夠大的單片機，本設(shè)計采用 AT89C51單片機。隨著軟件設(shè)計水平的提高，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)升級換代。如果在硬件電路設(shè)計就預(yù)留出一些 I/O 端口，雖然當(dāng)時空著沒用，那么用的時候就派上用場了。 晶振的選擇： 6MHz 的晶振，其機器周期是 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鐘信號引入單片機內(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左右的正弦波時鐘信號 ,其振蕩頻率主要由石英晶振的頻率確定。 單片機在工作時 ,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鐘信號的周期稱為時鐘周期。 復(fù)位電路的設(shè)計 復(fù)位電路的可靠性設(shè)計 計算機在啟動運行是都需要復(fù)位，使中央處理器 CPU 和系統(tǒng)中的其它部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。本系統(tǒng)采用按鍵復(fù)位方式的復(fù)位電路。 RST 變?yōu)榈碗娖胶螅顺鰪?fù)位， CPU 從初始狀態(tài)開始工作。 RST 端在加電時應(yīng)保持的高電平時間包括 Vcc 的上升時間和振蕩器起振時間， Vcc 上升時間 若為 10ms，振蕩器起振時間和頻率有關(guān)。如圖所示 圖 34上電和開關(guān)復(fù)位 而我們在這次的畢業(yè)設(shè)計中運用的人工復(fù)位電路 . 其中電平復(fù)位是通過 RST 端經(jīng)電阻和電源 Vcc 接通而實現(xiàn)的，按鍵手動電平復(fù)位電路如圖。這說明，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。自動執(zhí)行的各類模塊在安排在各種中斷子程序中，這就是說，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，故不會發(fā)生沖突。這樣設(shè)計使得各功能模塊都不必考慮顯示問題，只要給出一個簡單的信息（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。例如后臺程序需要調(diào)用顯示，將有關(guān)信息送入到現(xiàn)實緩沖區(qū)進(jìn)行顯示；中斷返回后，后臺程序繼續(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)了顯示錯誤。其中靜態(tài)顯示的特點是顯示穩(wěn)定不閃爍，程序編寫簡單，但占用端口資源多；動態(tài)顯示的特點是顯示穩(wěn)定性沒靜態(tài)好，程序編寫復(fù)雜，但是相對靜態(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，共陽剛好相反。在單片機應(yīng)用中鍵盤用得最多的形式是獨立鍵盤及矩陣鍵盤 。 按鈕輸入的硬件處理 按鈕的觸點在閉合和斷開時均會產(chǎn)生抖動，這是觸點的邏輯電平是不穩(wěn)定的，如不妥善處理，將會引起按鍵命令的錯誤執(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]，若能利用程序來控制單 片 機某個口線的 “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，若再利用延時程序控制 “高 ”“低 ”電平的持續(xù)時間，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)位和硬件看門狗復(fù)位均為硬件復(fù)位。對各專用寄存器的復(fù)位操作是容易的，也沒有必