【正文】 文 獻(xiàn) ............................................................................................................................. 39 單片機(jī) 課程設(shè)計(jì) 1 1 緒 論 課題研究的相關(guān)背景 搶答器是一種應(yīng)用非常廣泛的設(shè)備，在各種 競(jìng)賽 、搶答場(chǎng)合中，它能迅速、客觀地分辨出最先獲得發(fā)言權(quán)的選手。 用開關(guān)做鍵盤輸出，揚(yáng)聲器發(fā)生提示。 在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開始了普遍的應(yīng)用 [2]。 而且 目前多數(shù)搶答器存在 3 個(gè)不足之處 [3]： 第一，現(xiàn) 場(chǎng)線路連接復(fù)雜。因 為 單片機(jī)只完成號(hào)碼處理、計(jì)時(shí)、數(shù)據(jù)運(yùn)算等功能，其它功能如選手號(hào)碼的識(shí)別、譯碼、計(jì)分顯示等仍只能通過數(shù)字集成電路完成。 參賽者系 統(tǒng)，除享有搶答按紐的權(quán)利功能外，還有人性化的提示功能和 時(shí)間 提示 功能，也可設(shè)定由主控控制在參賽者終端表現(xiàn)的趣味性功能等；主控系統(tǒng)的控制按鈕做開始與結(jié)束控制，根據(jù)活動(dòng)參賽者的層次，對(duì)提前掄答者的行為設(shè)定為非法或阻隔，若設(shè)有非法 搶答控制功能時(shí)，在主控處帶有公示性顯示的非法掄 答者的臺(tái)位號(hào)，對(duì)搶 答限時(shí)及回答問題限時(shí)設(shè)為倒計(jì)時(shí)，并有顯示 提示 。 主持人有開始和結(jié)束鍵。如果主持人沒有按下開始鍵而選手就搶答視為犯規(guī)，數(shù)碼顯示屏顯示犯規(guī)者的代號(hào)，揚(yáng)聲器持續(xù)發(fā)生。 本設(shè)計(jì)中，有一個(gè) 共 陰 的數(shù)碼管組，四個(gè)數(shù)碼管。若有選手在規(guī)定時(shí)間內(nèi)搶按成功，則可以答題，數(shù)碼管顯示搶答時(shí)間的同時(shí)也顯示選手號(hào)碼。 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。 搶答器的工作流程 搶答器的基本工作原理 [4]： 在搶答競(jìng)賽或呼叫時(shí)，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)。 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) 30s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。 總而言之 ， 本課題利用 AT89C51單片機(jī)及外圍接口實(shí)現(xiàn)的搶答系統(tǒng) 設(shè)計(jì)了搶答器，該搶答器增加了新功能、提高了系統(tǒng)的可靠性、簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)、節(jié)約了成本，是一個(gè)實(shí)用的工程設(shè)計(jì)。這些寄存器的名稱和地址見表 。它最大特點(diǎn)是片內(nèi)含有 Flash 存儲(chǔ)器，用途十分廣泛，特別是在生產(chǎn)便攜式商品，手提式儀器等方 面，有著十分廣泛的應(yīng)用 [6]。 AT89C51 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。 AT89C51 的主要性能包括： AT89C51 與 MCS— 51 控制器系列產(chǎn)品兼容，片內(nèi)有 4K可在線重復(fù)編程閃速電擦除存儲(chǔ)器（ Flash Memory），存儲(chǔ)器可循環(huán)寫入 /擦除 1000 次；存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)保存時(shí)間可 達(dá) 10 年；工作電壓范圍寬： Vcc 可由 到 6V；全靜態(tài)工作可由 0Hz 到 16MHz；程序存儲(chǔ)器具有 3 級(jí)鎖存保護(hù)； 128*8 位內(nèi)部 RAM； 32 條可編程I/O 線；兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器；中斷結(jié)構(gòu)具有 5 個(gè)中斷源和 2 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)；可編程全雙工串行通信；空閑狀態(tài) 維持 低功耗和掉電狀態(tài)保存存儲(chǔ)內(nèi)容。本文主要介紹了單片機(jī)搶答器設(shè)計(jì)及工作原理，以及它的實(shí)際用途。工作時(shí)，用按鍵通過開關(guān)電路輸入各路的搶答信號(hào)，經(jīng)單片機(jī)的處理，輸出控制信號(hào)，控制 4 位七段共 陰 數(shù)碼管和 喇叭 工作。為使硬件電路設(shè)計(jì)盡可能合理，應(yīng)注意以下幾方面 [7]： (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)。 如果有大批數(shù)據(jù) 需要 處理，則應(yīng)配置足夠的 RAM，如 6264，62256 等。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。它是目前最好的仿真單片機(jī)的工具。首先在畫好的電路原理圖中選中需要編寫程序的芯片，并單擊鼠標(biāo)左鍵，打開 Edition Component 對(duì)話框，設(shè)置單片機(jī)晶振頻率為 12MHZ，在此窗口中的 program file 欄中，選擇之前用keil 軟件生成的 KEIL 生成的 HEX 文件。 把元件排布好后，使用導(dǎo)線將各個(gè)元件連接起來，最后繪制完成 八路掃描式搶答器電路原理圖 。 搶答時(shí)間調(diào)整按鍵和回答時(shí)間調(diào)整按鍵分別接到單片機(jī)的 1 14 管腳， 加一按鍵和減一按鍵分別接到單片機(jī)的 1 16 管腳。 在單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)時(shí)鐘振蕩電路 ， 只需要外接一個(gè)振蕩源就能產(chǎn)生一定的時(shí)鐘信號(hào)送到單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)單元 ， 決定單片機(jī)的工作速度。電路中兩個(gè)電容 C1， C2 的作用有兩個(gè) ： 一是幫助振蕩器起振 ； 二是對(duì)振蕩器的頻率進(jìn)行微調(diào) 。 圖中 時(shí)鐘頻率為 12MHz， 即 fosc=12MHz， 則時(shí)鐘周期為 1/12181。當(dāng)上電后，由于電容的緩慢充電，單片機(jī)的 9 腳電壓逐步由高向低轉(zhuǎn)化，經(jīng)過一段時(shí)間后，單片機(jī)的 9 腳處于穩(wěn)定的低電平狀態(tài)，此時(shí)單片機(jī)上電復(fù)位完畢，系統(tǒng)程序從 0000H 開始執(zhí)行。 在這里我們使用的是七段數(shù)碼管顯示 ， 通常在顯示上我們采用的方法一般包括兩種 ： 一種是靜態(tài)顯示 ， 一種是動(dòng)態(tài)顯示 。 在這里我們通過查表將字型碼送給 7 段數(shù)碼管顯示的數(shù)字 ， 數(shù)碼管顯示原理如下 ： MOV A,R3 MOVC A,A+DPTR MOV P2,0feH MOV P0,A ACALL DELAY MOV DPTR,DAT2 MOV A,R5 MOVC A,A+DPTR MOV P2,0fdH MOV P0,A ACALL DELAY MOV A,R4 MOVC A,A+DPTR MOV P2,0fbH MOV P0,A ACALL DELAY RET 4 位七段數(shù)碼管顯示電路如圖 7 所示。關(guān)于鍵盤硬件電路的設(shè)計(jì)方法 也 可以在文獻(xiàn)和書籍中找到，配合各種不同的硬件電路，這些書籍中一般也提供了相應(yīng)的鍵盤掃描程序。其次就是消除在按鍵過程中產(chǎn)生 的 “ 毛刺” 現(xiàn)象 。 圖 搶答按鍵及 調(diào)整 按鍵 在圖 中 8 個(gè)搶答按鍵分別接入單片機(jī)的 ~ 端口，單片機(jī)通過讀取~ 的值來判斷當(dāng)前輸入的是 8 個(gè)搶答按鍵中的哪一個(gè)。現(xiàn)在一般均用軟件延時(shí)的方法來避開抖動(dòng)階段， 這一 延時(shí)過程一般大于 5ms，例如 取 1020ms。 圖 中電路就是由一個(gè) 74HC30 輸入與非門和 74LS04 反向器組成的去抖電路。 單片機(jī) 課程設(shè)計(jì) 19 圖 發(fā)聲電路 系統(tǒng)復(fù)位 使 CPU 進(jìn)入初始狀態(tài)，從 0000H 地址開始執(zhí)行程序的過程叫系統(tǒng)復(fù)位。硬件復(fù)位后，各專用寄存器的狀態(tài)均被初始化，且對(duì)片內(nèi)通用寄存器的內(nèi)容沒有影響。而對(duì)中斷激活標(biāo)志的清除工作常被遺忘，因?yàn)樗鼪]有明確的位地址可供編程。 在所有的指令中，只有 RETI 指令能夠清除中斷激活標(biāo)志。 有復(fù)位時(shí)系統(tǒng)的歷史狀況，可將復(fù)位分為“冷啟動(dòng)”和“熱啟動(dòng)”。 圖 系統(tǒng)復(fù)位策略圖 復(fù)位 關(guān)中斷，設(shè)定堆棧 上電標(biāo)志 冷啟 自檢 全 面初 始化 熱啟動(dòng)恢復(fù)被破壞的信息部分初始化 建立上電標(biāo)志 開始運(yùn)轉(zhuǎn) 單片機(jī) 課程設(shè)計(jì) 21 4 軟件設(shè)計(jì) 軟件任務(wù)分析 軟件任務(wù)分析和硬件電路設(shè)計(jì)結(jié)合進(jìn)行，哪些功能由硬件完成，哪些任務(wù)由軟件完成，在硬件電路設(shè)計(jì)基本定型后，也就基本上決定下來了 [9]。 軟件任務(wù)分析時(shí)，應(yīng)將各執(zhí)行模塊一一列出，并為每一個(gè)執(zhí)行模塊進(jìn)行功能定義和接口定義（輸入輸出定義）。相對(duì)來講，執(zhí)行模塊任務(wù)明確單純，比較容易編程 ， 而監(jiān)控程序較易出問題。后臺(tái)程序指主程序及其調(diào)用的子程序，這類程序?qū)?shí)時(shí)性要求不是太高，延誤幾十 ms 甚至幾百 ms 也沒關(guān)系，故通常將監(jiān)控程序（鍵盤解釋程序），顯示程序和打印程序等與操作者打交道的程序放在后臺(tái)程序中 執(zhí)行；而前臺(tái)程序安排一些實(shí)時(shí)性要求較高的內(nèi)容，如定時(shí)系統(tǒng)和外部中斷（如掉電中斷）。因此，我主動(dòng)選擇該課題，并通過姜老師和余老師的的指導(dǎo)以及同學(xué)間的切磋認(rèn)真而饒有興致的完成了本次課程設(shè)計(jì)。 如果提供相應(yīng)的器材及時(shí)間上的寬限， 一 定可以完成上述擴(kuò)展功能，進(jìn)一步完善作品。 如表 1 所示。搶答按鍵口數(shù)據(jù)存放地址 ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003H AJMP INTT0 ORG 000BH AJMP T0INT ORG 001BH AJMP T1INT ORG 0040H 單片機(jī) 課程設(shè)計(jì) 26 MAIN: MOV R1,20 。設(shè)置未定時(shí)器 /模式 1 MOV TH0,0F0H MOV TL0,0FFH 。一開始就運(yùn)行定時(shí)器 ,以開始顯示 ,重置 TH1/TL1就可以了 查詢程序 ： START: MOV DATA0,0FFH 。去抖動(dòng) ,如果 “ 開始鍵 ” 按下就向下執(zhí)行 ,否者跳到非法搶答查詢 SETB EX0 。搶答標(biāo)志位 ,在使用錦囊時(shí)用作判斷是搶答倒計(jì)時(shí)還是回答倒計(jì)時(shí) MOV R3,0AH 。 為 +1s 鍵 ,如按下跳到 INCO JNB ,DEC0 。 MOV R1,00H ACALL DELAY1 AJMP SELSUB0 ADD0: INC R1 ACALL DELAY1 AJMP SELSUB0 單片機(jī) 課程設(shè)計(jì) 29 DEC0: MOV A,R1 JZ SETR1 。重置定時(shí)器中斷次數(shù) MOV TH1,3CH MOV TL1,0B0H 。十位存于 (30H) MOV 31H,B 。大于 5s 跳到 LARGER， 小于等于 5s 會(huì)提醒 MOV A,R0 CJNE A,0AH,FULL 。一秒標(biāo)志減 1 AJMP CHECK LARGER: MOV A,R0 CJNE A,14H,CHECK 。只在回答倒計(jì)時(shí)才有效 AJMP NEXTT CHECKK:JNB ,REPEAT 。搶答時(shí)間 R2 送 R6 MOV R3,01H CLR OK 。下面是 的情況 ， 響并顯示號(hào)數(shù)并清R0， 重新計(jì) 算 SETB RING MOV R0,00H MOV R3,34H 。滅 ,1,2,3,4,5,6,7,8,9,滅 ,F DAT2:DB 3fh,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,71H 。RING標(biāo)志位為 1時(shí)候 斷取反使喇叭發(fā)出一定頻率的聲音 OUT: RETI T1 溢出中斷 (計(jì)時(shí)程序 )： T1INT: MOV TH1,3CH MOV TL1,0B0H INC R0 RETI 中斷服務(wù)程序 ： INTT0: MOV DATA0,P1 CLR EX0 RETI END 單片機(jī) 課程設(shè)計(jì) 37 附錄 C: 實(shí)物圖