【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 編程簡(jiǎn)單， 顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用 I/O 端口多。 動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：將所有數(shù)碼管通過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的 COM 端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示。將所有數(shù)碼管的 8 個(gè)顯示筆劃 a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極 COM 增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的 I/O 線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位選通 COM 端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒(méi)有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮 [14]。 七段數(shù)碼管引腳功能說(shuō)明 七段 LED 有共陰極與共陽(yáng)極兩種 [2]。在圖 24 的（ a）圖中，公共陰極接地，當(dāng)陽(yáng)極上的信息為 “1”時(shí)，段就點(diǎn)亮；信息為 “0”時(shí)，段就不亮。在圖 24 的（ b）圖中，公共陽(yáng)極接到 +5V，當(dāng)陰極上的信息為 “1”時(shí)，段就不亮；信息為 “0”時(shí)，段就點(diǎn)亮。圖中 R 是限流電阻。圖 24 的（ c）圖表示七段 LED 內(nèi)段的排列。 （ a） 共陰極 xx 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 （ b） 共陽(yáng)極 （ c） 七段 LED 內(nèi)段的 排列 圖 24 七段數(shù)碼管引腳圖 基于 AT89S52單片機(jī)的搶答器設(shè)計(jì) 10 共陰極和共陽(yáng)極數(shù)碼管 09 這十個(gè)數(shù)字的段碼表，見(jiàn)下表 21 所示。 表 21 段碼表 數(shù)字 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 共陰 0x3f 0x06 0x5b 0x4f 0x66 0x6d 0x7d 0x07 0x7f 0x6f 共陽(yáng) 0xc0 0xf9 0xa4 0xb0 0x99 0x92 0x82 0xf8 0x80 0x90 顯示器的驅(qū)動(dòng)芯片的選擇 74LS245 是我們常用的芯片，用來(lái)驅(qū)動(dòng) LED 或者其他的設(shè)備，它是 8 路同相三態(tài)雙向 總線收發(fā)器，可雙向傳輸數(shù)據(jù) [12]。 74LS245 還具有雙向三態(tài)功能，既可以輸出數(shù)據(jù)，也可以輸入數(shù)據(jù)。 當(dāng) 8051 單片機(jī)的 P0 口總線負(fù)載達(dá)到或超過(guò) P0 最大負(fù)載能力時(shí)，必須接入74LS245 等總線驅(qū)動(dòng)器。 當(dāng)片選端 /CE 低電平有效時(shí)， DIR=“0”，信號(hào)由 B 向 A 傳輸（接收） ； DIR=“1”，信號(hào)由 A 向 B 傳輸（發(fā)送） ； 當(dāng) CE 為高電平時(shí)， A、 B 均為高阻態(tài)。 由于 P2 口始終輸出地址的高 8 位，接口時(shí) 74LS245 的三態(tài)控制端 1G 和 2G接地， P2 口與驅(qū)動(dòng)器輸入線對(duì)應(yīng)相連。 P0 口與 74LS245 的輸入端相連 ,E 端接地，保證數(shù)據(jù)線暢通。 8051 的 /RD 和 /PSEN 相與后接 DIR，使得 RD 且 PSEN 有效時(shí)，74LS245 輸入（ ←D1 ），其它時(shí)間處于輸出（ →D1 ），如圖 25 所示 [1]。 圖 25 74LS245 xx 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 3 系統(tǒng)硬件構(gòu)成 設(shè)計(jì)原理 根據(jù)系統(tǒng)總體的設(shè)計(jì)方案， 設(shè)計(jì)出基于 AT89S52單片機(jī)的搶答器電路原理圖見(jiàn)附錄 A。工作原理為：電源電路為單片機(jī)以及其他模塊提供標(biāo)準(zhǔn) +5V電源。晶振模塊為單片機(jī)提供時(shí)鐘標(biāo)準(zhǔn)，使系統(tǒng)各部分能協(xié)調(diào)工作。復(fù)位電路模塊為單片機(jī)系統(tǒng)提供復(fù) 位功能。單片機(jī)作為主控制器，根據(jù)輸入信號(hào)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的控制。選手按下相應(yīng)的按鍵，蜂鳴器發(fā)出提示音，直到按鍵釋放，數(shù)碼管顯示最先按下按鍵的選手的編號(hào)。選手回答完畢，主持人按下準(zhǔn)備按鈕，數(shù)碼管清零，蜂鳴器停止發(fā)聲，可以進(jìn)入下一題的搶答。 基于 AT89S52單片機(jī)的搶答器由控制核心 AT89S52單片機(jī)、復(fù)位電路、電源電路、選手按鍵、主持人按鍵、聲音提示和數(shù)碼管顯示等部分組成，其 硬件設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖 31所示，元件清單如表 31所示。 圖 31 搶答器設(shè)計(jì)硬件系 統(tǒng)框圖 復(fù)位電路 選手按鍵 AT89S52單片機(jī) 主持人按鍵 聲音提示 數(shù)碼顯示 電源電路 基于 AT89S52單片機(jī)的搶答器設(shè)計(jì) 12 表 31 搶答器元件清單 元件名單 型號(hào) 數(shù)量 /個(gè) 用途 元件名稱 型號(hào) 數(shù)量 /個(gè) 用途 單片機(jī) AT89S52 1 控制核心 按鍵 8 選手輸入 晶振 12MHz 1 晶振電路 按鍵 1 主持人輸入 電容 30pF 2 三極管 9015 1 蜂鳴器及其驅(qū)動(dòng)電路 電解電容 10181。F/10V 1 復(fù)位電路 蜂鳴器 1 按鍵 1 電阻 10kΩ 1 電阻 10kΩ 1 數(shù)碼管 1 位共陰 1 顯示電路 電源 5V/ 1 電源電路 集成塊 74LS245 1 驅(qū)動(dòng) 外圍電路 本系統(tǒng)選用單片機(jī) AT89S52 作為核心控制器件， 結(jié)合電源電路、晶振電路、復(fù)位電路、聲音提示與數(shù)碼顯示電路、選手按鍵與主持人按鍵電路等外圍輔助電路，可以實(shí)現(xiàn)基本的搶答器功能 ， 其總電路圖見(jiàn)附錄 A。 電源電路 本次設(shè)計(jì)的電源電路為 +5V 穩(wěn)壓電源 ， 其電路如圖 32 所示 。 圖 32 +5V 穩(wěn)壓電源 穩(wěn)壓電源電路即利用晶體管作為調(diào)整元件和負(fù)載串聯(lián)，調(diào)整元件看做是可變電阻，從輸出電壓中提取全部或部分電壓調(diào)節(jié)調(diào)整管所呈現(xiàn)的電阻來(lái)維持輸出電xx 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 壓基本不變。 它的輸出電壓可以隨意連續(xù)調(diào)節(jié)，輸出電流也可達(dá)到很大，穩(wěn)壓精度較高。 穩(wěn)壓電源電路主要由變壓器、三端集成穩(wěn)壓器 780 整流電路、濾波電路組成。 變壓器是利用電磁感應(yīng)原理進(jìn)行變換交流電壓、阻抗和電流的器件；三端穩(wěn)壓器可靠性高、精度高、電路實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單且價(jià)格低廉，可以實(shí)現(xiàn)可靠的直流穩(wěn)壓電源； 整流電路采用全橋式整流橋，即利用四個(gè)二極管兩兩并聯(lián)后接入輸出電壓；電容濾波電路即在輸出端并聯(lián)一個(gè)電容器。 晶振電路 單片機(jī)是一種時(shí)序電路，必須提供脈沖才能正常工作。 MCS52 系列單片機(jī)內(nèi)部都有一個(gè)時(shí)鐘振蕩電路，只 需外接晶振源，就可以產(chǎn)生一定頻率的時(shí)鐘信號(hào)送到單片機(jī)的內(nèi)部各個(gè)單元，決定單片機(jī)的工作速度。 XTAL1 和 XTAL2 腳分別構(gòu)成單片機(jī)片內(nèi)振蕩電路的反相放大器的輸入端和輸出端，外接石英晶體 X1 和振蕩電容 C C2 構(gòu)成并聯(lián)諧振電路。 晶振是石英振蕩器的簡(jiǎn)稱，英文名為 Crystal，是利用石英晶體（ SiO2 晶體）的壓電效應(yīng)制成的一種諧振器件。兩個(gè)振蕩電容 C C2 是分別接在晶振的兩個(gè)腳和對(duì)地的電容，本設(shè)計(jì)分別選用 的標(biāo)準(zhǔn)石英晶振和兩個(gè) 30pF 的電容。晶振電路如圖 33 所示。 圖 33 晶振電路圖 復(fù)位電路 89 系列單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)是從 RST 引腳輸入到芯片內(nèi)的觸發(fā)器中的，當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)且振蕩器穩(wěn)定時(shí)，如果 RST 腳上有一個(gè)高電平并維持兩個(gè)機(jī)器周期以上， CPU 就可響應(yīng)并且將系統(tǒng)復(fù)位。 復(fù)位操作一般有上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種方式。 基于 AT89S52單片機(jī)的搶答器設(shè)計(jì) 14 上電自動(dòng)復(fù)位是在加電瞬間電容通過(guò)充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的，電路如圖 34 中的（ a）圖所示。在通電瞬間，電容 C 通過(guò)電阻 R 充電， RST 端出現(xiàn)正脈沖，用以復(fù)位。只要電源 Vcc 的上升時(shí)間不超過(guò) 1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位，即接通電源就完成了系統(tǒng)的復(fù)位初 始化。 所謂手動(dòng)復(fù)位，是指通過(guò)接通一按鈕開關(guān)，使單片機(jī)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài) ， 其電路如圖 34 中的（ b）圖所示。 （ a） 上電自動(dòng)復(fù)位電路圖 （ b） 手動(dòng)復(fù)位電路圖 圖 34 復(fù)位電路 xx 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 蜂鳴器電路及驅(qū)動(dòng)電路 蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機(jī)、定時(shí)器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電 磁式蜂鳴器兩種類型。蜂鳴器在電路中用字母 “H”或 “HA”（舊標(biāo)準(zhǔn)用 “FM”、 “LB”、 “JD”等）表示。 在單片機(jī)應(yīng)用的設(shè)計(jì)上，很多方案都會(huì)用到蜂鳴器，大部分都是使用蜂鳴器來(lái)做提示或報(bào)警，比如按鍵按下、開始工作、工作結(jié)束或是故障等等。 驅(qū)動(dòng)電路：由于蜂鳴器的工作電流一般比較大，以致于單片機(jī)的 I/O 口是無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)的 ,所以要利用放大電路來(lái)驅(qū)動(dòng)，一般使用三極管來(lái)放大電流就可以了 。蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路一般都包含以下幾個(gè)部分：一個(gè)三極管、一個(gè)蜂鳴器、一個(gè)續(xù)流二極管和一個(gè)電源濾波電容，如圖 35 所示。 蜂鳴器 發(fā)聲元件 ，在其兩端施加直流電壓（有源蜂鳴器）或者方波（無(wú)源蜂鳴器）就可以發(fā)聲，其主要參數(shù)是外形尺寸、發(fā)聲方向、工作電壓、工作頻率、工作電流、驅(qū)動(dòng)方式（直流 /方波）等。這些都可以根據(jù)需要來(lái)選擇。 續(xù)流二極管 蜂鳴器本質(zhì)上是一個(gè)感性元件，其電流不能瞬變，因此必須有一個(gè)續(xù)流二極管提供續(xù)流。否則，在蜂鳴器兩端會(huì)產(chǎn)生幾十伏的尖峰電壓，可能損壞驅(qū)動(dòng)三極管，并干擾整個(gè)電路系統(tǒng)的其它部分。 濾波電容 濾波電容 C1 的作用是濾波，濾除蜂鳴器電流對(duì)其它部分的影響，也可改善電源的交流阻抗，如果可能，最好是再并聯(lián)一個(gè) 220181。F 的電解 電容。 三極管 三極管 Q1 起開關(guān)作用，其基極的 低 電平使三極管飽和導(dǎo)通，使蜂鳴器發(fā)聲，而基極 高 電平則使三極管關(guān)閉，蜂鳴器停止發(fā)聲。 圖 35 蜂鳴器電路及驅(qū)動(dòng)電路 基于 AT89S52單片機(jī)的搶答器設(shè)計(jì) 16 數(shù)碼管 顯示電路及相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路 數(shù)碼管顯示電路采用 AT89S52 單片機(jī)控制，通過(guò)芯片 74LS245 驅(qū)動(dòng)進(jìn)行顯示。本次設(shè)計(jì)采用的是共陰極七段數(shù)碼管。在圖 36 的（ a）圖中，公共陰極接地，當(dāng)陽(yáng)極上的信息為 “1”時(shí)，段就點(diǎn)亮；信息為 “0”時(shí)，段就不亮。圖 36 的（ b）圖是本次設(shè)計(jì)的顯示電路。驅(qū)動(dòng)電路連接如下圖 36 的（ b）圖所示。 74LS245 是我們常用的芯片，用來(lái)驅(qū)動(dòng) LED 或者其他的設(shè)備，它是 8 路同相三態(tài)雙向總線收發(fā)器，可雙向傳輸數(shù)據(jù)。 （ a） 共陰管內(nèi)部引腳圖 （ b） 驅(qū)動(dòng)電路 圖 36 顯示電路及其驅(qū)動(dòng)電路 xx 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 選手按鍵 電路 本次設(shè)計(jì)的智力競(jìng)賽搶答器需要滿足 8 名選手或 8 個(gè)代表隊(duì)參加比賽，編號(hào)為 8，各用一個(gè)按鈕。由選手按鍵情況，將結(jié)果信息通過(guò)AT89S52 的 P3 口送到主控制器中，讓數(shù)碼管顯示信息。當(dāng)選手不按鍵時(shí)，相應(yīng)的位 為高電平，按下鍵位時(shí)，相應(yīng)的位被觸發(fā)為 低 電平。選手按鍵電路如圖 37 所示。 圖 37 選手按鍵電路 基于 AT89S52單片機(jī)的搶答器設(shè)計(jì) 18 xx 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 本次系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，主要對(duì)輸入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)運(yùn)算進(jìn)行算法的編程，最后采用匯編語(yǔ)言對(duì)控制源程序進(jìn)行編譯，使計(jì)算的結(jié)果準(zhǔn)確無(wú)誤的顯示在顯示器LED 數(shù)碼管上。具體實(shí)現(xiàn)的效果是：上電復(fù)位后數(shù)碼管清零， 置高電平，蜂鳴器不發(fā)聲。循環(huán)掃描 P3 口，看是否有按鍵 按下，如果有按鍵按下，則轉(zhuǎn)入判斷是哪個(gè)選手按下按鍵，并在數(shù)碼管上顯示選手的號(hào)碼； 置低電平，蜂鳴器發(fā)聲，主持人按鍵按下，系統(tǒng)重新進(jìn)入主程序繼續(xù)進(jìn)行下一輪搶答。 軟件設(shè)計(jì)部分主要分為程序流程圖部分和軟件程序部分，其中程序流程圖部分如圖 41 中的 （ a）、（ b）、（ c）、（ d） 圖所示，軟件程序部分見(jiàn)附錄 B。 （ a） 主 程序 流程圖