【文章內(nèi)容簡介】 初期考慮到這一點，就應(yīng)該 為系統(tǒng)將來升級留足夠的 RAM 空間，哪怕多設(shè)計一個 RAM 的插座，暫不插芯片也好。 (5) I/O 端口：在樣機研制出來后進行現(xiàn)場試用時，往往會發(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。如果在硬件電路設(shè)計就預(yù)留出一些 I/O 端口，雖然當時空著沒用，那么用的時候就派上用場了。 AT89C52主要性能參數(shù) AT89C52型單片機的性能與 AT89C5 STC89C52的性能基本相似， AT89C52是美國 AT公司生產(chǎn)的低電壓，高性能的單片機。該器件采用 AT高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的 MCS51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8位 CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中， AT的 89C52是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。 此外，它集 Flash程序存儲器 可在線編程（ ISP）也可用傳統(tǒng)方法進行編程及通用 8位微處理器于單片芯片中， AT公司 的功能強大，低價位 AT89C52單片機可提供許多高價位比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 AT89C52功能 引腳說明 40個引腳按引腳功能大致可以分為 4個種類：電源、時鐘、控制和 I/O口引腳 。下面就設(shè)計中所用到的引腳功能做以介紹。 電源 ：（ 1） VCC:芯片電源，接 +5V. (2) VSS:接地端。 時鐘 ： XTAL XTAL2： 晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。 該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件， XTAL2 應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 在外接晶體時， XTAL1 與 XTAL2 各接晶體的一端 借外接晶體與片內(nèi)反相放大器構(gòu)成震蕩器。 控制線 ： 控制線共有 4根 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 7 頁 共 68 頁 ⑴ ALE/PROG： 地址鎖存允許 /片內(nèi) EPROM編程脈沖 ，連接時接高電平。 ⑵ PSEN： 外 ROM讀選通信號 。 ⑶ RST/VPD： 復(fù)位 /備用電源 。 ⑷ EA/Vpp: 內(nèi)外 ROM選擇 /片內(nèi) EPROM編程電源。 I/O線： AT89C52共有 4個 8位并行 I/O端口： P0、 P P P3 口，共 32個引腳。 PO口是一組 8位漏極開路行雙向 I/O口，也 是 地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。 P1口是一個內(nèi)部 具有 上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P1的輸入緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4個 TTL邏輯門電路。對端口寫 “1” ，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸出口。作輸入口時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時輸出一個電流（ I）。 Flash編程和程序校驗期間， P1口接收 8位地址。 P2口是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P2的輸入緩沖極可以驅(qū)動（輸入或輸出電流） 4個 TTL邏輯門電路。對端口 “1” ，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可 作為輸 入 口，作輸 入 口時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流 。 P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P3的輸入緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL邏輯門電路。對 P3 口寫入 “1” 時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸出端口。作輸出端口時，被外部拉低的 P3口將用上拉電阻輸出電流。 P3口除可作為一般的 I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能 。 表 P3 口第二功能表 引腳 第二功能 RxD 串行口輸入端 TxD 串行口輸出端 INT0 外部中斷 0 請求輸入端，低電平有效 INT1 外部中斷 1 請求輸入端 ，低電平有效 T0 定時 /計數(shù)器 0 計數(shù)脈沖輸入端 T1 定時 /計數(shù)器 1 計數(shù)脈沖輸入端 WR 外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號輸出端，低電平有效 RD 外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通信號輸出端，低電平有效 圖 中單片機為 AT 89C51， K1~K8 分別為 8 路搶答按鍵，分別接到單片機的 ~中。開始按鍵與結(jié)束按鍵分別接到單片機的 2 25 腳，由于單片機的 11 腳既有串行接口 RXD、 TXD 功能，又有 、 的 IO 端口功能，此處按鍵用 到單片機 11 腳的 D第二 功能。 10 個 LED 燈分別對應(yīng)八位選手及準備開始和開始搶答。 4 位七段 數(shù)碼管段選 P0口。 4 位七段數(shù)碼管的位選接 P2 口低 3 位，蜂鳴器輸出為 口。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 8 頁 共 68 頁 圖 系統(tǒng)總體硬件設(shè)計圖 搶答器的系統(tǒng)概述 系統(tǒng)的主要功能 本設(shè)計系統(tǒng)是，采用模塊化設(shè)計的八路搶答器，主要包括顯示電路部分、時間預(yù)設(shè)和開始結(jié)束鍵盤輸入電路部分、復(fù)位電路部分、報警提示電路部分等。 在參賽者系統(tǒng)中，選手除享有基本搶答按鈕的功能外，還有人性化的聲音提示功能和時間提示功能，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；在主控系統(tǒng)中，主辦方除享有基本開始與結(jié)束按鈕的功能外，還可根據(jù)活動要求，預(yù)設(shè)搶答時間和答題時間，并且對選手回答問題的正誤可以進行亮燈警示。此外，本設(shè)計系統(tǒng)可以顯示搶答成功和違規(guī)的選手臺號，對搶答限時及回答問題限時設(shè)為倒計時，并有顯示提示及聲音提示。 系統(tǒng)的主要功能模塊方框圖如上圖 2所示。在本設(shè)計中，各組選手分別有一個搶答按鈕和一個答題完畢按鈕， 其中用 8 個按鍵輸入 、 8個按鍵停止來表示，另用 8 個 LED燈，分別對應(yīng) 8組選手。 主持人有開始搶答和開始答題鍵。 在活動開始前，主持人可以預(yù)設(shè)搶答時間 和選手答題的時間，通過鍵盤依次輸入搶答時間和選手答題的時間，設(shè)置好后在搶答和答題過程中時間不能更改。主持人按下開始搶答按鈕后，數(shù)碼顯示屏顯示搶答時間倒計時，并在最后五秒蜂鳴器發(fā)出聲音提示，在搶答時間范圍內(nèi)，選手的搶答才為有效，當搶答成功后，數(shù)碼顯示屏顯示出成功搶答的選手臺號。如果主持人沒有按下開始搶答按鈕，而選手就已搶答則視為犯規(guī)，數(shù)碼顯示屏顯示出犯規(guī)者的臺號，蜂鳴器發(fā)聲報警。當搶答完成后，主持人按下開始答題按鈕，數(shù)碼顯示屏顯示出答題倒計時，與此同時成功搶答的選手則開始答題，答題完后該選手可按下答題完畢按鈕 ，并有蜂鳴器發(fā)出提示聲音。當答題完成后，主持人可按下?lián)尨饛?fù)位按鈕，新一輪搶答開始（注：此時的搶答時間和選手答題時間仍為上一輪所預(yù)設(shè)的，若需在此輪比賽中重新更改預(yù)設(shè)時間，則需按下總復(fù)位按鈕）。 本設(shè)計系統(tǒng)中，有一個共陰的數(shù)碼管組，四個數(shù)碼管。其中一個空位，一個顯示搶答選手臺號，另外兩個顯示倒計時。主持人開始搶答按鈕后，各位選手才能開始搶答。當然，也可以搶按，但是會視為無效搶答。當搶答超過規(guī)定時間或答題超過規(guī)定時間后數(shù)碼管顯示陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 9 頁 共 68 頁 “ 000”。若有選手在規(guī)定時間內(nèi)搶按成功，則可以答題，數(shù)碼管顯示搶答時間的同時也顯示成 功搶答的選手臺號。在按開始搶答按鈕前搶答則表示犯規(guī)，數(shù)碼管顯示“ 00”并顯示犯規(guī)選手臺號。 搶答器的 主要指標 主持人在搶答之前能夠預(yù)設(shè)搶答時間和答題時間，時間由集成鍵盤輸入，可在 1~99s之間任意設(shè)置，預(yù)設(shè)好時間后，在搶答和答題過程中不能再更改時間。如需更改時間需要按下總復(fù)位開關(guān)來重新設(shè)置。 主持人按 下 搶答開始 按鈕 ，會有提示音，并立刻進入搶答倒計時（搶答時間），如有選手搶答，會有提示音，并會顯示其 臺號，待主持人按下“開始答題”按鍵后，方可 進入回答倒計時（搶答時間），不進行搶答查詢，所 以只有第一個按搶答的選手有效。時間 每隔5s 蜂鳴器 會響一下提示音。 在 倒計時期間， 如果 主持人想停止倒計時 ， 可以按 “ 停止 ”按鈕 ，系統(tǒng)會自動進入準備 狀態(tài) ， 等待主持人按“開始搶答”進入下次搶答計時。 如果主持人未按 下“ 開始搶答 ”按鈕 ，而有人按了搶答 按鈕 ， 則為 犯規(guī)搶答， 數(shù)碼管顯示 犯規(guī) 臺號 并 伴有提示音 ，直到按下 “ 停止 ”按鈕 為止。 綜上，本課題利用 STC89C51單片機及外圍接口 設(shè)計 實現(xiàn) 了搶答器，該搶答器增加了新功能、提高了系統(tǒng)的可靠性、簡化了電路結(jié)構(gòu)、節(jié)約了成本，是一個實用的工程設(shè)計。 搶答器的工作 流程 在 搶答器的基本工作原理：在搶答競賽或呼叫時，有多個信號同時或不同時送入主電路中，搶答器內(nèi)部的寄存器工作，并識別、記錄第一個號碼，同時內(nèi)部的定時器開始工作，記錄有關(guān)時間并產(chǎn)生超時信號。在整個搶答器工作過程中，顯示電路、聲音電路等還要根據(jù)現(xiàn)場的實際情況向外電路輸出相應(yīng)信號。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 所示，下面分別予以介紹。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 10 頁 共 68 頁 圖 系統(tǒng)工作流程圖 外圍電路的設(shè)計及分析 復(fù)位電路的設(shè)計 單片機的第 9 腳 RST 為硬件復(fù)位端，只要將該端持續(xù) 4個機器周期的高電平即可實現(xiàn)復(fù)位，復(fù)位后單片機的各狀態(tài)都恢復(fù)到初始化狀態(tài)，其電路圖如圖 8 所示： 加載程序 運 行 行 開始 開始數(shù)碼管顯 示 000 開始預(yù)設(shè)搶答和答題時間 開始前有選手搶按 顯示違例選手號碼并伴有語音報警 倒計時結(jié) 束，超時 有選手 搶按 顯示 000 顯示選手號碼，倒計 時時間 ,語音報警，答 題 ,答題時間倒計時 正常流程 違規(guī)流程 若超過答題 時間，則數(shù) 碼管顯示 000 答題完畢 系統(tǒng)復(fù)位 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 11 頁 共 68 頁 圖 系統(tǒng)總復(fù)位 圖 RESET1 以及電解電容 C電阻 R15 構(gòu)成按鍵及上電復(fù)位電路。由于單片機是高電平復(fù)位，所以當按鍵 RESET1按下時候，單片機的 9腳 RESET管腳處于高電平，此時單片機處于復(fù)位狀態(tài)。當上電后，由于電容的緩慢充電，單片機的 9腳電壓逐步由高向低轉(zhuǎn)化，經(jīng)過一段時間后，單片機的 9腳處于穩(wěn)定的低電平狀態(tài)，此時單片機上電復(fù)位完畢 ，系統(tǒng)程序從 000H開始執(zhí)行。 值得注意的是，在設(shè)計當中使用到了硬件復(fù)位和軟件復(fù)位兩種功能，由上面的硬件復(fù)位后的各狀態(tài)可知寄存器及存儲器的值都恢復(fù)到了初始值，而前面的功能介紹中提到了倒計時時間的記憶功能，該功能的實現(xiàn)的前提條件就是不能對單片機進行硬件復(fù)位，所以設(shè)定了軟復(fù)位功能。軟復(fù)位實際上就是當程序執(zhí)行完畢之后，將程序指針通過一條跳轉(zhuǎn)指令讓它跳轉(zhuǎn)到程序執(zhí)行的起始地址。 時鐘頻率電路的設(shè)計 單片機必須在時鐘的驅(qū)動下才能工作。在單片機內(nèi)部有一個時鐘振蕩電路，只需要外接一個振蕩源就能產(chǎn)生一定的時鐘信號 送到單片機內(nèi)部的各個單元，決定單片機的工作速度。時鐘電路如圖 。 圖 單片機外部震蕩電路 一般選用石英晶體振蕩器。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。電路中兩個電容 C1， C2的作用有兩個：一是幫助振蕩器起振；二是對振蕩器的頻率進行微調(diào)。 C1，C2 的典型值為 30PF。 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。其大小是時鐘信號頻率的倒數(shù)，常 用 fosc 表示。圖中時鐘頻率為6MHz，即 fosc=6MHz，則時鐘周期為 1/6181。s。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 12 頁 共 68 頁 顯示電路的設(shè)計 顯示功能與硬件關(guān)系極大，當硬件固定后，如何在不引起操作者誤解的前提下提供盡可能豐富的信息，全靠軟件來解決。 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，一種是動態(tài)顯示 。 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。在本設(shè)計中根據(jù)實際情況采用的 是動態(tài)顯示方法。 4位七段數(shù)碼管顯示電路如圖 。 E1D2DP3C4G54H6B73H82H9F10A111H12U2SMG4A BCDEFG1H 2H 3H4HDP 圖 四位一體共陰數(shù)碼管 圖 中數(shù)碼管采用的是 4 位七段共陰數(shù)碼管，其中 A~H 段分別接到單片機的 P0 口，由單片機輸出的 P0口數(shù)據(jù)來決定段碼值，位選碼 COM COM COM4分別接到單片機的、 、 ，由單片機來決定當前該顯示的是哪一位。在圖中還有八個 1K的電阻，連接在 P0口上，用作 P0 口的上拉電阻，保證 P0 口沒有數(shù)據(jù)輸出時候處于高電平狀態(tài)。 4 位一體數(shù)碼管，其內(nèi)部段已連接好，引腳如圖 8所示： a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、 dP 為段引腳， 4 分別表示四個數(shù)碼管的位。 即： 12