【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 選通信號(hào)，當(dāng)AT89S51由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次~PSEN有效，即輸出兩個(gè)脈沖。當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，沒(méi)有兩次有效的~PSEN信號(hào)。EA/VPP（30 Pin）：外部訪問(wèn)允許。欲使CPU僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000HFFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需要注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)所存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接VCC端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。Flash存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12V的編程電壓VPP。 XTAL1（19 Pin）外接石英晶體和微調(diào)電容，在單片機(jī)內(nèi)部，它是構(gòu)成片內(nèi)振蕩器的反相放大器輸入端。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，此引腳接地。 XTAL2（18 Pin）：外接石英晶體和微調(diào)電容的另一端，在單片機(jī)內(nèi)部，它接至片內(nèi)振蕩器的反相放大器輸出端。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，該引腳接收外部振蕩器信號(hào)，即外部振蕩器通過(guò)XTAL2被送到單片機(jī)內(nèi)部的時(shí)鐘發(fā)生器輸入端。16路智力搶答器功能模塊主要有時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)，復(fù)位電路設(shè)計(jì)，4*4矩陣鍵盤設(shè)計(jì)（搶答電路設(shè)計(jì)），控制電路設(shè)計(jì)，LED顯示電路設(shè)計(jì)，報(bào)警電路設(shè)計(jì)。其主要功能模塊設(shè)計(jì)電路如下。 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)功能分析時(shí)鐘電路主要為單片機(jī)運(yùn)行提供時(shí)序脈沖，使單片機(jī)有效的運(yùn)行。單片機(jī)時(shí)鐘電路主要有晶振提供時(shí)序，本設(shè)計(jì)采用12MHz石英晶體振蕩器。為單片機(jī)定時(shí)，計(jì)時(shí)提供了一定依據(jù)。時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)有固定的方式，主要有內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式兩種。時(shí)鐘電路硬件設(shè)計(jì) AT89S51中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。由于單片機(jī)本身并不集成晶振，電容之類的比較大的器件，所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的時(shí)候首先需要對(duì)AT89S51進(jìn)行時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)和復(fù)位電路的設(shè)計(jì)。 在進(jìn)行時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)通常有兩種方式：內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。 內(nèi)部時(shí)鐘方式利用單片機(jī)芯片內(nèi)部的振蕩器（接有負(fù)反饋電路的反相放大器），并在單片機(jī)外部引腳XTALXTAL2兩端跨接晶體諧振器（簡(jiǎn)稱晶體或晶振）和電容，就構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器，產(chǎn)生的脈沖信號(hào)直接送入內(nèi)部時(shí)鐘電路。外接晶振時(shí)，C1和C2的值通常選擇30pF左右， ～ 12MHz之間選擇。為了減小寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定可靠的工作，晶振和電容應(yīng)盡可能地安排得與單片機(jī)引腳XTAL1和XTAL2靠近。本設(shè)計(jì)將采用頻率為12MHz的內(nèi)部時(shí)鐘方式設(shè)計(jì)。： AT89S51單片機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘方式AT89S51時(shí)鐘系統(tǒng)具有可判斷功能，通過(guò)閑暇控制位端可關(guān)閉CPU的時(shí)鐘信號(hào)；通過(guò)掉電控制位可關(guān)閉自激振蕩器。時(shí)鐘系統(tǒng)的可判斷功能主要用于單片機(jī)的低功耗管理。外部時(shí)鐘方式：外部時(shí)鐘方式即完全用單片機(jī)外部電路產(chǎn)生時(shí)鐘的方法，外部電路產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)被直接接到單片機(jī)的XTAL1引腳，此時(shí)XTAL2懸空。 復(fù)位電路設(shè)計(jì)功能分析 大規(guī)模集成電路在上電時(shí)一般都需要進(jìn)行一次復(fù)位操作，以便使芯片內(nèi)的一些部件處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，復(fù)位是一種很重要的操作。器件本身一般不具有自動(dòng)上電復(fù)位能力，需要借助外部復(fù)位電路提供的復(fù)位信號(hào)才能進(jìn)行復(fù)位操作。 在16路智力搶答器中，復(fù)位電路主要完成復(fù)位操作，當(dāng)設(shè)計(jì)運(yùn)行出現(xiàn)錯(cuò)誤或需要返回到初始時(shí)刻時(shí)需要用到復(fù)位鍵。復(fù)位電路設(shè)計(jì)也有其固定的方式，主要有上電復(fù)位方式和手動(dòng)方式，一般在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)會(huì)結(jié)合兩種方式一起來(lái)設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，其主要功能是把程序計(jì)數(shù)器PC的內(nèi)容初始化為0000H,也就是使單片機(jī)從0000H單元開(kāi)始執(zhí)行程序，同時(shí)使CPU及其他的功能部件從一個(gè)確定的初始狀態(tài)開(kāi)始工作。除了系統(tǒng)上電時(shí)需要進(jìn)行正常的初始化外，當(dāng)程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤導(dǎo)致系統(tǒng)處于“死機(jī)”狀態(tài)時(shí)都需要進(jìn)行復(fù)位操作。單片機(jī)復(fù)位后，特殊功能寄存器SFR的初始值一般為0，但是有4個(gè)SFR的值不為0，分別是SP=07H和P0～P3=FFH。AT89S51的復(fù)位輸入引腳RST提供了初始化的手段，在時(shí)鐘電路工作之后，只要在RST引腳上出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平，就能夠確保單片機(jī)可靠復(fù)位。當(dāng)AT89S51的RST引腳變?yōu)榈碗娖胶螅顺鰪?fù)位狀態(tài)，單片機(jī)從初始化狀態(tài)開(kāi)始工作。 AT89S51復(fù)位電路也分為兩種方式：上電復(fù)位和上電復(fù)位與手動(dòng)復(fù)位。(1) 上電復(fù)位電路：最簡(jiǎn)單的上電復(fù)位電路由電容和電阻串聯(lián)構(gòu)成，如圖37所示。上電瞬間，由于電容兩端電壓不能突變，RST引腳電壓端VR 為VCC，隨著對(duì)電容的充電， RST引腳的電壓呈指數(shù)規(guī)律下降，到正脈沖持續(xù)時(shí)間t1時(shí)刻，隨著對(duì)電容充電的進(jìn)行，VR 最后將接近0V。RST引腳的電壓變化如圖37(b）所示。為了確保單片機(jī)復(fù)位，正脈沖持續(xù)時(shí)間t1必須大于兩個(gè)機(jī)器周期的時(shí)間，機(jī)器周期取決于單片機(jī)系統(tǒng)采用的晶振頻率，圖37（a）中，R不能取得太小，典型值 ；正脈沖持續(xù)時(shí)間t1與RC 電路的時(shí)間常數(shù)有關(guān)，由晶振頻率和R可以算出C的取值。（ 2 ）上電復(fù)位和按鍵復(fù)位組合電路 ，R2的阻值一般很小，只有幾十歐姆，當(dāng)按下復(fù)位按鍵后，電容迅速通過(guò)R2放電，放電結(jié)束時(shí)的VR為（R1*Vcc）/（R1+R2），由于R1遠(yuǎn)大于R2，VR 非常接近VCC，使RST引腳為高電平，松開(kāi)復(fù)位按鍵后，過(guò)程與上電復(fù)位相同。但我們?cè)谠O(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，一般采用上電復(fù)位與手動(dòng)復(fù)位電路來(lái)控制整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)位。 上電復(fù)位和按鍵復(fù)位組合電路 搶答電路設(shè)計(jì)功能分析鍵盤是一個(gè)按鍵的組合,分為觸點(diǎn)式(如機(jī)械開(kāi)關(guān))和無(wú)觸點(diǎn)式(如電氣開(kāi)關(guān))兩種,按下與未按下對(duì)應(yīng)相反的邏輯狀態(tài)0與邏輯狀態(tài)1。單片機(jī)常用的鍵盤有全編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種。全編碼鍵盤能有硬件邏輯自動(dòng)提供與被按鍵對(duì)應(yīng)的編碼，如BCD碼鍵盤、ASCII碼鍵盤等，價(jià)格較貴，一般的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)較少采用；非編碼鍵盤分為獨(dú)立式鍵盤和矩陣式鍵盤，硬件上只是提供通、斷兩種狀態(tài)，其他工作都靠軟件完成，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，目前單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中多采用這種方法。對(duì)于一組鍵或一個(gè)鍵，需要通過(guò)接口電路與單片機(jī)相連，以便把鍵的開(kāi)關(guān)狀態(tài)態(tài)通知給單片機(jī)。單片機(jī)可以采用查詢或中斷方式了解有無(wú)按鍵按下并查詢是哪一個(gè)按鍵按下，并讀出該鍵的鍵值。（1）獨(dú)立式鍵盤在由單片機(jī)組成的測(cè)控系統(tǒng)及智能化儀器中，用得最多的是獨(dú)立式鍵盤。獨(dú)立式鍵盤是指直接用I/O口線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路。每個(gè)獨(dú)立式按鍵單獨(dú)占有一根I/O口線，每根I/O口線的工作狀態(tài)不會(huì)影響其他I/O口線的工作狀態(tài)。： 獨(dú)立式鍵盤獨(dú)立式鍵盤接口電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是每個(gè)獨(dú)立式按鍵必須單獨(dú)占有一根I/O口線，當(dāng)按鍵的數(shù)量較多時(shí)，I/O口線浪費(fèi)較大，故只在按鍵數(shù)量不多時(shí)才采用這種按鍵電路。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)按鍵數(shù)量為48個(gè)時(shí)，并且I/O資源較為豐富時(shí)，采用獨(dú)立式按鍵比較合適。此電路中，按鍵輸入都采用低電平有效，上拉電阻保證了按鍵斷開(kāi)時(shí)，I/O口線上有確定的高電平。當(dāng)I/O口內(nèi)部有上拉電阻時(shí)，外電路可以不配置上拉電阻，由于89S51單片機(jī)P1口內(nèi)部已經(jīng)配置了上拉電阻，我們可以不另加上拉電阻，當(dāng)然如果加上這些上拉電阻，不會(huì)對(duì)線路產(chǎn)生消極影響。（2）矩陣式鍵盤矩陣式鍵盤的接口方法有很多。例如：直接接口于單片機(jī)的I/O口上；利用擴(kuò)展的并行I/O接口；用串行口擴(kuò)展并行I/O口接口；利用一種可編程的鍵盤、顯示接口芯片8279進(jìn)行接口等。獨(dú)立式按鍵電路每一個(gè)按鍵開(kāi)關(guān)占用一根I/O口線，當(dāng)按鍵數(shù)量較多時(shí)，要占用較多的I/O口線。因此在按鍵較多情況下通常用矩陣式（行列式）鍵盤電路。4： 44矩陣式鍵盤電路矩陣式鍵盤的結(jié)構(gòu)和工作原理： 在矩陣式鍵盤中，每條水平線與垂直線的交叉處不直接相通，而是通過(guò)一個(gè)按鍵開(kāi)關(guān)加以連接。這樣，一個(gè)端口（P1口）就可以構(gòu)成44=16個(gè)按鍵的鍵盤電路（1） 判斷是否有鍵按下行線的I/O口通過(guò)電阻接+5V電源，處于輸入狀態(tài)，而列線的I/O口為輸出狀態(tài)。因此，當(dāng)沒(méi)有按鍵按下時(shí)，行、列線之間是隔開(kāi)的，所有行線輸入全部為高電平。當(dāng)鍵盤上某個(gè)按鍵被按下而閉合時(shí)，則對(duì)應(yīng)的行線和列線短路，行線輸入即為列線輸出。若此時(shí)初始化所有列線輸出低電平，則通過(guò)讀取行線輸入值的狀態(tài)是否全為“1”，即可判斷有無(wú)鍵按下。（2） 識(shí)別被按下的鍵求鍵值 但是鍵盤中究竟哪個(gè)鍵被按下并不能立刻判斷出來(lái)，只能用列線逐列置低電平后，檢查行輸入狀態(tài)的方法來(lái)確定。在某一時(shí)刻只讓一條列線處于低電平，其余列線處于高電平，則當(dāng)這一列有鍵按下時(shí)，該鍵所在的行電平就會(huì)由高電平變?yōu)榈碗娖?。CPU根據(jù)行電平的變化，便能判斷該列相應(yīng)行有鍵被按下。首先使第0列處于低電平，逐行查找是否有行線變低，若有，則第0列于該行的交叉點(diǎn)按鍵被按下；若無(wú)，則表示第0列無(wú)鍵被按下，在讓下一列處于低電平；以此類推。這種逐列檢查鍵盤狀態(tài)的過(guò)程成為鍵盤掃描。 鍵盤的工作方式：鍵盤的工作方式一般分為兩種：循環(huán)掃描工作方式和中斷掃描工作方式。循環(huán)掃描工作方式利用CPU在完成其他工作的空隙，調(diào)用鍵盤掃描子程序來(lái)響應(yīng)按鍵輸入要求。在執(zhí)行按鍵功能程序時(shí)，CPU不再響應(yīng)鍵輸入要求。采用上述工作方式雖然能響應(yīng)鍵輸入的命令和數(shù)據(jù)，但這種方式不管鍵盤上有無(wú)按鍵被按下，CPU總是定時(shí)掃描鍵盤，而應(yīng)用系統(tǒng)在工作時(shí)，并不經(jīng)常需要鍵輸入，因此CPU經(jīng)常處于空掃描狀態(tài)。為了提高CPU的工作效率，可采用中斷掃描工作方式。即只有在鍵盤有鍵被按下時(shí)，才發(fā)出中斷請(qǐng)求，CPU響應(yīng)中斷請(qǐng)求后，轉(zhuǎn)中斷服務(wù)程序，進(jìn)行鍵盤掃描，識(shí)別按鍵。因此我們?cè)诒敬卧O(shè)計(jì)中用中斷掃描工作方式。在智力搶答器設(shè)計(jì)中，要求有16個(gè)代表隊(duì)參加搶答，每個(gè)代表隊(duì)一個(gè)搶答按鈕，就需要16個(gè)按鈕，而在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我們就發(fā)現(xiàn)，選手搶答器按鈕就是用獨(dú)立式鍵盤或矩陣式鍵盤來(lái)完成的。獨(dú)立式鍵盤電路要求一個(gè)端口連接一個(gè)按鍵，硬件電路簡(jiǎn)單但浪費(fèi)成本。當(dāng)按鍵數(shù)較多時(shí)，要占用較多的I/O口線。因此一般在按鍵數(shù)大于8時(shí)，通常采用矩陣式鍵盤電路。之前在本設(shè)計(jì)的方案論證中，P0口和P2口用于控制數(shù)碼管的顯示（P1口控制七段數(shù)碼管，P2口則驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的位顯示），P3口用于主控電路的設(shè)計(jì)，剩下的八位的P1口如果用獨(dú)立式鍵盤明顯達(dá)不到要求，而如果采用矩陣式鍵盤電路，8個(gè)I/O剛好可以構(gòu)成44矩陣式鍵盤電路，滿足16個(gè)代表隊(duì)參加搶答的要求。搶答電路硬件設(shè)計(jì)16路搶答器搶答電路設(shè)計(jì)即44矩陣式鍵盤電路，： 16路搶答器搶答電路矩陣式鍵盤 顯示電路設(shè)計(jì)功能分析顯示器是最常用的輸出設(shè)備。為方便觀察和監(jiān)視單片機(jī)的運(yùn)行情況，人們常用顯示器來(lái)顯示單片機(jī)的鍵盤輸入值，中間信息及運(yùn)算結(jié)果等。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，常用的顯示器主要有LED（發(fā)光二極管）數(shù)碼管顯示器和LCD（液晶顯示器）模塊。兩者相比，LED數(shù)碼管價(jià)格低廉，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，LCD模塊功耗低，能顯示的字符豐富。在本設(shè)計(jì)中采用LED數(shù)碼管顯示器來(lái)顯示時(shí)間和代表隊(duì)編號(hào)。LED數(shù)碼管由若干發(fā)光二極管組成，當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的一個(gè)點(diǎn)或一段發(fā)光，控制不同組合的發(fā)光二極管導(dǎo)通，就能顯示出各種字符。通常一個(gè)LED數(shù)碼管由8個(gè)發(fā)光二極管組成，其中7個(gè)發(fā)光二極管ag構(gòu)成字型“8”的各個(gè)筆劃（段），另一個(gè)發(fā)光二極管dp為小數(shù)點(diǎn)。單片機(jī)中通常使用的LED數(shù)碼管有共陰極和共陽(yáng)極兩種，如圖312所示：圖312 LED數(shù)碼管 共陰極和共陰極數(shù)碼管要顯示數(shù)字或字符，就要給數(shù)碼管一定編碼控制其七個(gè)發(fā)光二極管的亮滅，從而達(dá)到顯示的目的。我們經(jīng)常用到數(shù)碼管顯示的字符一般都是一些常用的數(shù)字和字母，它們常用的顯示字型編碼表如表33所示： 表33 顯示字型編碼表 硬件設(shè)計(jì)在本設(shè)計(jì)中采用的是共陰極接法的數(shù)碼管，由P0口驅(qū)動(dòng)七段數(shù)碼顯示管，P2口驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管位。由P0、P2口共同組成LED數(shù)碼管顯示電路。由于P0口不帶有上拉電阻，所以在設(shè)計(jì)中需另外外接上拉電阻，以提供一定的拉電流。P2口本身自帶電阻，所以無(wú)需外接。因?yàn)锳T89S51單片機(jī)P0、P2口都自帶鎖存器，所以無(wú)需另外外接鎖存器。其與單片機(jī)一起來(lái)顯示所搶答的代表隊(duì)的編號(hào)和倒計(jì)時(shí)時(shí)間或限時(shí)時(shí)間。其接口電路如圖313所示： 圖313 顯示電路 報(bào)警電路設(shè)計(jì)用單片機(jī)設(shè)計(jì)的報(bào)警電路相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單，硬件電路只要使用P3口的一個(gè)口線來(lái)一個(gè)外接喇叭（sounder）就可以實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然，只是這樣并不能達(dá)到報(bào)警的目的，由于是單片機(jī)控制的，所以需要通過(guò)軟件編程來(lái)控制喇叭(sounder)工作。圖314 報(bào)警電路 控制電路設(shè)計(jì)功能分析搶答器控制電路主要控制搶答開(kāi)始、搶答時(shí)間調(diào)節(jié)、限時(shí)開(kāi)始、限時(shí)時(shí)間調(diào)節(jié)。它是供主持人操作的實(shí)現(xiàn)復(fù)位、開(kāi)始搶答等控制的控制功能電路。控制電路的設(shè)計(jì)跟報(bào)警電路的設(shè)計(jì)都需要通過(guò)語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)，單純的硬件電路并不能實(shí)現(xiàn)任何東西。在控制電路的設(shè)計(jì)中，我接的是P3口，是因?yàn)镻3口的每一個(gè)口線都有第二功能，在這里要用到的也就是它的第二功能，在前面的介紹中我們已經(jīng)知道，P3口有兩個(gè)中斷，兩個(gè)定時(shí)，一個(gè)讀一個(gè)寫口線，還有串行輸入輸出口線。硬件設(shè)計(jì)16路智力搶答器硬件電路設(shè)計(jì)圖如圖315： Keil C51語(yǔ)言簡(jiǎn)介 用C語(yǔ)言編寫51單片機(jī)程序與用匯編語(yǔ)言編寫51單片機(jī)程序不一樣，用匯編語(yǔ)言編寫51單片機(jī)程序必須要考慮其存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，尤其必須考慮其片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與特殊功能寄存器的使用以及按實(shí)際地址處理端口數(shù)據(jù)。用C語(yǔ)言編寫的MCS–51單片機(jī)應(yīng)用程序，則不用像匯編語(yǔ)言那樣須具體組織、分配存儲(chǔ)器資源和處理端口數(shù)據(jù)，但在C語(yǔ)言編程中，對(duì)數(shù)據(jù)類型與變量的定義，必須要與單片機(jī)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)， 否則編譯器不能正確地映射定位。 用C語(yǔ)言編寫單片機(jī)應(yīng)用程序與標(biāo)準(zhǔn)的C語(yǔ)言程序也有相應(yīng)的區(qū)別： C語(yǔ)言編寫單片機(jī)應(yīng)用程序時(shí)，需根據(jù)單片機(jī)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)及內(nèi)部資源定義相應(yīng)的數(shù)據(jù)類型和變量，而標(biāo)準(zhǔn)的C語(yǔ)言程序不需要考慮這些問(wèn)題；C51包含的數(shù)據(jù)類型、變量存儲(chǔ)模式、輸入輸出處理、函數(shù)等方面與標(biāo)準(zhǔn)的C語(yǔ)言有一定的區(qū)別。其它的語(yǔ)法規(guī)則