【文章內(nèi)容簡介】 數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。 P1口： P1 口是一組具有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口 。 P2口： P2 口也是一組具有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口，在訪問外部程序存儲器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行 MOVX @DPTR 指令）時， P2 口送出高 8位地址數(shù)據(jù)。 P3 口： P3 是一組具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P3 口除了作為一般的I/O 口線外，更重要的用途是它的第二功能。 P3口第二功能： 第二功能 RXD 串行輸入口， 第二功能串行輸出口， 第二功能外中斷 0， 第二功能外中斷 1， 第二功能 T0定時 /計數(shù)器 0， 第二功能 T1 定時 /計數(shù)器 1， 第二功能外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通， 第二功能外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通。 南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 2． 3 七段數(shù)碼管簡介 LED 顯示器是由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件。由圖 22可知它由 8個發(fā)光二極管構(gòu)成，通過不同的組合可用來顯示 0~ A~F 及小數(shù)點“ .” 等字符。圖中 dp 表示小數(shù)點， COM 表示公共端。數(shù)碼管通常有共陰極和共陽極兩種型號。共陰極數(shù)碼管如圖 23 所示，它的發(fā)光二極管 公共端 接低電平，當(dāng)某一發(fā)光二極管的陽極連到高電平時，此發(fā)光二極管點亮；共陽極數(shù)碼管如圖 24所示，它的發(fā)光二極管是 公共端 并接到高電平，須點亮的發(fā)光二極管陰極接低電平即可。顯然，要顯示某字形就應(yīng)使此字形的相應(yīng)字段點亮，實際就是送一個用不同電平組合代表的數(shù)據(jù)到數(shù)碼管。 圖 22數(shù)碼管引腳圖 圖 23 共陰極數(shù)碼管引腳圖 圖 24共陽極數(shù)碼管引腳圖 第三章 方案設(shè)計 8 第三章 方案設(shè)計 3． 1 設(shè)計要求 使用 AT89C51 設(shè)計一個能夠容許 58 人進(jìn)行搶答，能顯示倒計時，顯示搶答選手的號碼，在適當(dāng)?shù)臅r候會有提示燈和報警聲，有復(fù)位控制電路。在這個基礎(chǔ)上增加一些功能，當(dāng)有選手違規(guī)搶答時顯示其號碼，搶答之后答題時間限制的倒計時，可以提供搶答時間和答題時間的調(diào)整。 3． 2 設(shè)計思想 簡易 方案 設(shè)計思想 由于之前生產(chǎn)實習(xí)焊接過一個簡易搶答器，所以可以參考那個的制作方案。 （ 1） . 系統(tǒng)設(shè)置復(fù)位按鈕，按動后， 可以 開始搶答。 （ 2） . 搶答開始時 ， LED數(shù)碼管 1顯示序號 “ 0” ，選手搶答實行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到將系統(tǒng)清除為止。搶答后顯示優(yōu)先搶答者序號，同時發(fā)出 聲 響，并且不出現(xiàn)其他 后 搶答者的序號。 （ 3） . 搶答器具有定時搶答功能，本搶答器的時間設(shè)定為 10 秒，當(dāng)啟動 “ 復(fù)位 ” 開關(guān)后，定時器開始 倒計 時。 （ 4） . 在設(shè)定的搶答時間內(nèi)，選手可以 進(jìn)行 搶答，搶答后定時器停止工作，LED 數(shù)碼管 1 上顯示 獲得優(yōu)先答題權(quán)的 選手號碼 ， LED 數(shù)碼管 2顯示 搶答時間，并保持到按 “ 復(fù)位 ” 鍵。 （ 5） . 當(dāng)設(shè)定的 10s 時間到，而無人搶答時，本次搶答無效，報警器發(fā)出聲 響 ， 并禁止搶答， LED 數(shù)碼管 1仍 顯示 “ 0”， LED 數(shù)碼管 2 不顯示任何數(shù)字。 擴(kuò)展 方案 設(shè)計思想 （ 1） ．此搶答器設(shè)計使用 AT89C51 單片機(jī)為工作的核心，它主要負(fù)責(zé)控制各個部分協(xié)調(diào)工作，在其外圍接上復(fù)位電路，上拉電阻，數(shù)碼管，按鈕及揚聲器。元件主要有：晶振 X1，電容 C C C3，上拉電阻 RP1， 7SEGMPX4CC。 AT89C51的 由選手控制來進(jìn)行搶答， P0 口為數(shù)碼管的段選口 ,位選口用的是 P2口的低 4 位 , 外部中斷 0， 控制發(fā)光二極管， 搶答開始， 答題開始， 搶答時間調(diào)節(jié)， 答題時間調(diào)節(jié)， 蜂鳴器的控制口。 （ 2） . 蜂鳴器在按下開始之后會出現(xiàn)長鳴，在搶答時間和答題還剩 3 秒時會響三聲，隨著時間一秒響一次，當(dāng)有人違規(guī)搶答時會發(fā)出一聲短促的鳴叫。 南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 （ 3） . 數(shù)碼管采用共陰極七段顯示，其內(nèi)部發(fā)光二極管為共陰極接低電平。當(dāng) Proteus 模擬開始之后四個數(shù)碼管一三四分別顯示“ F”，當(dāng)按下開始之后，顯示初始設(shè)置的時間開始倒計時，當(dāng)有人搶答，顯示其相應(yīng)號碼，并顯示搶答停止的時間，當(dāng)按下答題開始之后，同樣顯示倒計時，此時搶答鍵無效，當(dāng)結(jié)束后顯示三個“ F”，時間調(diào)節(jié)鍵 按一下顯示時間加一下之后的時間。 （ 4） ．此設(shè)計還設(shè)置了一個違規(guī)處理，既開始還沒按下就開始搶答，屏幕上將顯示違規(guī)選手號碼和兩個“ F”。按下復(fù)位可恢復(fù)到開始前狀態(tài)。 3． 3 方案論證 該系統(tǒng)采用 MCS51 系列單片機(jī) AT89C51 作為控制核心，該系統(tǒng)可以完成運算控制、信號識別以及顯示功能的實現(xiàn)。由于用了單片機(jī)，使其技術(shù)比較成熟，應(yīng)用起來方便、簡單并且單片機(jī)周圍的輔助電路也比較少，便于控制和實現(xiàn)。整個系統(tǒng)具有極其靈活的可編程性，能方便地對系統(tǒng)進(jìn)行功能的擴(kuò)張和更改性。 MCS51 單片機(jī)特點如下： 可靠性好：單 片機(jī)按照工業(yè)控制要求設(shè)計，抵抗工業(yè)噪聲干擾優(yōu)于一般的 CPU ，程序指令和數(shù)據(jù)都可以寫在 ROM 許多信號通道都在同一芯片，因此可靠性高。 易擴(kuò)充：單片機(jī)有一般電腦所必須的器件，如三態(tài)雙向總線，串并行的輸入及輸出引腳，可擴(kuò)充為各種規(guī)模的微電腦系統(tǒng)。 控制功能強(qiáng)：單片機(jī)指令除了輸入輸出指令，邏輯判斷指令外還有更豐富的條件分支跳躍指令。 該方案不但從性能上優(yōu)越，而且在使用上及其功能的實現(xiàn)上都較簡潔，并且由于單片機(jī)具有優(yōu)越的高集成電路性，使其工作速度更快、效率更高。另外AT89C51 單片機(jī)采用 12MHz 的晶振 ，提高了信號的測量精度，并且使該系統(tǒng)可以通過軟件改進(jìn)來擴(kuò) 展 功能。 第四章 硬件設(shè)計 10 第四章 硬件設(shè)計 4． 1 簡易 方案 電路原理圖設(shè)計 在使用 Proteus 軟件進(jìn)行電路原理圖繪制之前先手畫簡化的原理圖 ， 如圖 41所示： 圖 41簡易 方案 原理設(shè)計圖 各部件所對應(yīng) AT89C51 的端口如表 41 所示： 表 41 對應(yīng) AT89C51 端口控制 元件名 對應(yīng)端口 復(fù)位開關(guān) RST 晶振電路 XTAL1 和 XTAL2 外部中斷 （ ） 蜂鳴器 K1～ K5 ～ LED1 LED2 LED3 LED4 LED5 LD1 的 a～ g ～ LD2 的 a～ g ～ 經(jīng)過 設(shè)計分析在 Proteus 軟件中找出相應(yīng)元件，畫出原理圖。首先設(shè)計各小部分電路然后整體調(diào)整。 P1 P0 INT1 AT89C51 P3 P2 按鍵組 LED 燈組 蜂鳴器 LD2 LD1 南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 1．晶振電路 外部振蕩電路單片機(jī)必須在 AT89C51 的驅(qū)動下才能工作，在單片機(jī)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(jī)內(nèi)部的各個單元 。外部震蕩電路如圖 42 所示： 圖 42晶振電路 2．復(fù)位電路 單片機(jī)外部中斷和內(nèi)部中斷并存，它有硬件復(fù)位端 RST，只要輸入持續(xù) 4個機(jī)器周期的高電平既可實現(xiàn)復(fù)位。硬件復(fù)位后的各狀態(tài)可知寄存器和存儲器的值都恢復(fù)到了初始值，應(yīng)該為本設(shè)計功能中有倒計時時間的記憶功能，所以不能對單片機(jī)進(jìn)行硬件復(fù)位，只能使用軟復(fù)位。軟復(fù)位實際上就是當(dāng)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。復(fù)位電路雖然簡單，但其作用非常重要。一個單片機(jī)系統(tǒng)能否正常運行，首先要檢查是否復(fù)位成功。此復(fù)位電路直接接在 AT89C51的 RST 端口上， RST引腳是復(fù)位信號的輸出端，復(fù)位信號是高電平有效，因為使用的是 12M 晶振，其有效時間應(yīng)持續(xù) 24 個振蕩周期（即兩個機(jī)器周期）以上。具體設(shè)計如圖 43所示。 圖 43復(fù)位電路 3．搶答按鍵電路 圖 44 是搶答器的輸入部分， K1～ K5 是 5 個按鈕，是選手搶答時使用的搶第四章 硬件設(shè)計 12 答按鍵，按鍵是一種常開型按鈕開關(guān)，常態(tài)時，即沒有進(jìn)行搶答時，按鍵的兩個觸點處于斷開狀態(tài)，接的是 VCC，是高電平，一旦有人搶答按鍵了，兩個觸點閉合，則接通了低電平，轉(zhuǎn)入搶答中斷程序。這 K1～ K5 分別接在圖 44 的 1～5 引腳 上，用 AT89C51 的 ～ 來查詢按鍵，分 辨 出是誰先按搶答鍵。 其 中的 74LS30 是八輸入的與非門， 74LS04 是非門，這兩個器件連接在一起實際上實現(xiàn)的是與門的功能，只是本單片機(jī)智能數(shù)字搶答器是供 5 人使用的，與門一般沒有那么多輸入口。 引腳 1 12 可以懸空，表示接高電平，為了安全起見，就接 VCC，表示 “1”。 74LS04 的輸出端 2 接在搶答器的核心芯片 AT89C51的中斷 1（ INT1）上。 圖 44 按鍵 及其 所連接的輸入部分 4．顯示電路 這邊顯示電路使用的是兩個 LED數(shù)碼管顯示，只要按照圖 45所示連接好就行。 圖 45 顯示電路圖 5．指示燈電路 圖 46是單片機(jī)搶答器的輸出部分，當(dāng)輸入部分（ ～ ）中有人按鍵，南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 輸出部分則 LED 燈點亮，發(fā)光二極管一端接著阻值相同的排阻，另一端接在AT89C51 的 、 、 、 和 上。 圖 46 LED發(fā)光部分 整個電路的設(shè)計原理圖如圖 47所示。 圖 47整體電路原理圖 4． 2 擴(kuò)展 方案 電路原理圖設(shè)計 擴(kuò)展 方案 電路原理圖在繪制之前也先手畫簡化原理圖，如圖 48 所示： 第四章 硬件設(shè)計 14 圖 48擴(kuò)展 方案 原理設(shè)計圖 各部件對應(yīng) AT89C51 的端口如表 42所示： 表 42對應(yīng) AT89C51 端口控制 元件名 對應(yīng)端口 復(fù)位開關(guān) RST 晶振電路 XTAL1 和 XTAL2 蜂鳴器 K1～ K8 ～ 指示燈 開始鍵 答題開始 搶答時間調(diào)節(jié) 答題時間調(diào)節(jié) LED 顯示 AG ～ 通過設(shè)計分析在 Proteus 軟件中找出相應(yīng)元件，畫出原理圖晶振電路和復(fù)位電路的設(shè)計和上面一樣 就不再做相應(yīng)介紹，下面是不同部分的設(shè)計。 1．搶答按鍵 搶答按鍵直接連接到單片機(jī)的 P1 端口，一個端口連接一個按鍵。由線路比較的多，在其中加入了總線，使得線路更加簡單，但要注意端口對應(yīng)按鍵的標(biāo)上 P0 P1 AT89C51 RST 按鍵組 LED 顯示 指示燈 搶答開始 答題開始 搶答時間調(diào)節(jié) 答題時間調(diào)節(jié) 復(fù)位 蜂鳴器 南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 號。 圖 49按鍵電路 2．顯示電路 由于使用的是 7SEGMPX4CC來顯示，而這個是四個共陰極的數(shù)碼管顯示器，由高電平點亮。 圖 410顯示器 所以只需 AG 連 P0 端口的 ,然后將 1234 四個位選口連到 P2 的低四位即可。但是還得加上上拉電阻，這里使用的是排阻 RESPACK7，所 謂排阻就是 若干個參數(shù)完全相同的電阻，它們的一個引腳都連到一起，作為公共 引腳。 第四章 硬件設(shè)計 16 圖 411排阻 圖 412顯示電路 3．開始、調(diào)整、蜂鳴以及指示燈電路 功能的完成由程