【文章內(nèi)容簡介】 觸點效應(yīng)，按鍵在斷開和閉合瞬間會有抖動過程，這個過程會出現(xiàn)一系列的負脈沖，這樣會讓單片機引起誤判，因地，必須才需措施去掉按鍵抖動的影響。去按鍵抖動常用的有兩種方法：硬件方法和軟件方法。硬件方法一般是并接電容，或者加RS觸發(fā)器；軟件去抖動一般采用延時的方法，按鍵抖動的過程一般持續(xù)510ms的時間，在判斷按鍵狀態(tài)時，只要加一個510ms的延時程序，再次判斷按鍵是否狀態(tài)不變，即可實現(xiàn)去抖動的作用。本設(shè)計中選用軟件延時的方法去按鍵抖動。按鍵程序設(shè)計流程圖如圖42所示。圖42 按鍵程序流程圖本設(shè)計中按鍵的鍵號轉(zhuǎn)換為10進制如表41所示，各個按鍵所對應(yīng)的功能如表42所示。表41 按鍵鍵號表173365129183466130203668132244072136表42 按鍵功能表1號選手2號選手3號選手4號選手5號選手6號選手7號選手8號選手搶答限時搶答限時搶答復(fù)位 顯示程序設(shè)計根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動方式不同，數(shù)碼管送顯方式有兩種：靜態(tài)送顯和動態(tài)送顯。靜態(tài)顯示驅(qū)動：靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動，在靜態(tài)顯示驅(qū)動方式下，數(shù)碼管的共陰極或共陽極共同接地或接電源，每個數(shù)碼管的段選線與8位的單片機并口連接。靜態(tài)顯示驅(qū)動方式占用的單片機I/O端口比較多，一般在實用中不采用。動態(tài)顯示驅(qū)動：數(shù)碼管動態(tài)顯示方式是將所有的段選線并聯(lián)在一起，由一個8位I/O口來控制，再利用單片機的其他I/O口來作為數(shù)碼管的位選線。當單片機輸出顯示數(shù)字的譯碼時，哪個數(shù)碼管顯示由單片機對位選通電路的控制來選擇，所以將欲顯示的數(shù)碼管的位選通端選通，該數(shù)碼管就會顯示，其它數(shù)碼管均不會亮。通過輪流控制各個數(shù)碼管的選通端使數(shù)碼管輪流顯示。在顯示過程中，每個數(shù)碼管的顯示時間為12ms，由于人們的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余暉效應(yīng)，只要掃描的速度夠快，給人的印象就是同時點亮的，而且不會有閃爍感。本設(shè)計中選用動態(tài)顯示驅(qū)動方式，數(shù)據(jù)通過74LS164的數(shù)據(jù)端送至數(shù)碼管顯示。先按照74LS164的時鐘時序?qū)懭?段碼，寫完后送入數(shù)碼管，74LS164的時序圖如圖42所示。圖42 74LS164時序圖顯示子程序如下： ************************************************************************void write_164(uchar lx) //向164寫入段碼{ uchar i,j。 j=lx。 for(i=0。i8。i++) { CLK_164=0。 if((jamp。0x01)==0x01) { DTAT_164=1。 } else { DTAT_164=0。} delay(3)。 CLK_164=1。 j=j1。 delay(2)。}}void disp_all(void) //送數(shù)碼管顯示{ uchar i,j。 for(i=0。i20。i++) { for(j=0。j4。j++) { P2=0X0F。 write_164(DISP_SAVE[j])。 delay(50)。 P2=0X0F。 } } write_164(0xff)。} 定時時間程序設(shè)計本設(shè)計通過單片機定時器中斷來提供定時時間。定時器/計數(shù)器是單片機內(nèi)的重要部件，其作用主要包括產(chǎn)生各種時標間隔、記錄外部事件的數(shù)量等。AT89S51單片機有2個16位的定時器/計數(shù)器：定時器/計數(shù)器0（T0）和定時器/計數(shù)器1（T1）。定時器/計數(shù)器的核心是一個16位的加1計數(shù)器：做定時器時，其計數(shù)脈沖來源于時鐘振蕩器（經(jīng)12分頻后提供），這個脈沖的周期稱為單片機的機器周期，每一個機器周期定時寄存器自動加1，所以定時器也可看做是計算機器周期的計數(shù)器，由于每一個機器周期為12個時鐘振蕩周期，所以定時器的分辨率是時鐘振蕩頻率的1/12，一旦振蕩頻率選定，則機器周期也確定；作計數(shù)器時，其計數(shù)脈沖來源于單片機外部引腳T0（或T1）的脈沖。即TX端口有從“1”到“0”的負跳變，計數(shù)器就自動加1，計算機是在每個機器周期采樣為0時，計數(shù)器即加一計數(shù)，計算機需用兩個機器周期來識別1次計數(shù)，因而最大計數(shù)速率為振蕩頻率的1/24。AT89S51單片機的定時器/計數(shù)器T0由TH0、TL0構(gòu)成，T1由THTL1構(gòu)成。TMOD用于控制和確定各定時器/計數(shù)器的功能和工作模式。TCON用于控制定時器/計數(shù)器T0、T1的啟動和停止計數(shù)，同時包含定時/計數(shù)器的狀態(tài)。T0、T1的方式寄存器TMOD：方式寄存器TMOD是一個逐位定義的8位寄存器，是只能字節(jié)尋址的寄存器，字節(jié)地址為89H，其格式如表41所示。表41 TMOD寄存器格式D7D6D5D4D3D2D1D0GATEC/\TM1M0GATEC/\TM1M0 T1 T0其中低4位定義定時器/計數(shù)器T0，高4位定義定時器/計數(shù)器T1，各位的意義如下：GATE——門控位。GATE=1時，由外部中斷/INT0、/INT1和TR0、TR1來啟動定時器。當/INT0引腳為高電平時，TR0置位，啟動定時器T0；當/INT1引腳為高電平時，TR1置位，啟動定時器T1。GATE=0時，僅由TR0和TR1置位來啟動定時器T0、T1。C/\T——功能選擇位。C/\T=1時，選擇計數(shù)功能；C/\T=0時，選擇定時功能。M0、M1——方式選擇位。由于M1和M0兩位，可以有4種工作方式，如表42所示。表42 T0、T14種工作方式M1M0工作方式計數(shù)器配置00方式013位計數(shù)器01方式116位計數(shù)器10方式2自動再裝入的8位計數(shù)器11方式3T0分為兩個8位計數(shù)器、T1停止計數(shù)T0、T1控制寄存器TCON：TCON是一個逐位定義的8位寄存器，既可字節(jié)尋址也可位尋址，字節(jié)地址為88H，為尋址的地址為88H～8FH。與中斷源有關(guān)的位如表43 所示。表43 TCON寄存器位說明位D7D6D5D4D3D2D1D0TCONTF1TF0IE1IT1IE0IT0位地址8FH8DH8BH8AH89H88H各位的意義如下：TF1：T1溢出中斷標志。T1被允許計數(shù)后，從初值開始加1計數(shù)。當產(chǎn)生溢出時硬件置“1”TF1，向CPU請求中斷，一直保持到CPU響應(yīng)中斷時，才由硬件清“0”（也可由查詢軟件清零）。TF0：T0溢出中斷標志。T0被允許計數(shù)后，從初值開始加1計數(shù)。當產(chǎn)生溢出時硬件置“1”TF0，向CPU請求中斷，一直保持到CPU響應(yīng)中斷時，才由硬件清“0”（也可由查詢軟件清零）。IE1：外部中斷1請求源標志。IE1=1，外部中斷向CPU請求中斷，當CPU響應(yīng)該中斷時由硬件清“0”IE1（邊沿觸發(fā)方式）。IT1：由軟件置位/復(fù)位選擇外部中斷1（/INT1）的跳變/電平激活中斷請求。當置位IT1為1時，則外部中斷1端口由“1”“0”跳變（前一個機器周期為高電平，后一個機器周期為低電平，即發(fā)生負跳變）時激活中斷請求標志位IE1，向主機請求中斷處理；如果復(fù)位IT1為0，則在（/INT1）端口出現(xiàn)低電平時，激活中斷請求標志IE1，向主機請求中斷處理。IE0：外部中斷0請求源（/INT0，）標志。IE0=1外部中斷0向CPU請求中斷，當CPU響應(yīng)外部中斷時，由硬件清“0”IE0（邊沿觸發(fā)方式）。IT0：外部中斷0觸發(fā)方式控制位，其意義和功能與IT1類似。T0、T1的數(shù)據(jù)寄存器：T0、T1各有一個16位的數(shù)據(jù)寄存器，它們都是由高8位寄存器和低8位寄存器組成。這些寄存器不經(jīng)緩沖，直接顯示當前的計數(shù)值。T0、T1的數(shù)據(jù)寄存器都是讀/寫寄存器，任何時候都可以對它們進行讀/寫操作。復(fù)位后，這些寄存器全部清零。第五章 系統(tǒng)調(diào)試故障與分析系統(tǒng)調(diào)試包括硬件調(diào)試和軟件調(diào)試。硬件調(diào)試的任務(wù)是排除系統(tǒng)的硬件電路故障，包括設(shè)計性錯誤和工藝性故障。軟件調(diào)試時利用開發(fā)工具進行在線仿真調(diào)試，除發(fā)現(xiàn)和解決程序錯誤外，也可以發(fā)現(xiàn)硬件故障。 硬件調(diào)試① 脫機調(diào)試。脫機調(diào)試是在樣機加電之前，先用萬用表等工具，根據(jù)硬件電氣原理圖和裝配圖，子線檢查樣機線路的正確性，并核對元器件型號，規(guī)格和安裝是否符合要求。特別注意電源的走線，防止電源之間的短路或極性錯誤，重點檢查系統(tǒng)的總線或其他信號線之間是否存在相互的短路。樣機所用的電源，事先必須單獨調(diào)試后才能加到系統(tǒng)中。在不插芯片的情況下，加電檢查各插件上引腳的電位，子線測量個點電位是否正常，尤其應(yīng)注意單片機插座上的各點電位是否正常。② 聯(lián)機調(diào)試。通過脫機調(diào)試可排除一些明顯的硬件故障，有些硬件故障需要通過聯(lián)機調(diào)試才能發(fā)現(xiàn)和排除。通電后，執(zhí)行讀寫指令，對用戶樣機的存儲器，I/O端口進行讀寫和邏輯檢查等操作，用示波器等設(shè)備觀察波形（如輸出波形，讀/寫控制信號，地址數(shù)據(jù)波形和有關(guān)控制電平），通過對哦性的觀察分析，發(fā)現(xiàn)和排除故障。. 故障及解決方法①在焊接數(shù)碼管的過程中，由于焊接問題導(dǎo)致最后調(diào)試的過程中數(shù)碼管一直在閃爍，最后通過萬用表檢查電路發(fā)現(xiàn)了虛焊。最終成功解決了數(shù)碼管閃爍的問題。②在最后測試的時候，驗證搶答功能時，按鍵過后，數(shù)碼管顯示搶答成功的選手的編號，但是對應(yīng)編號的發(fā)光二極管并未亮起。檢查后才知識發(fā)光二極管損壞導(dǎo)致未亮起，最后更換了發(fā)光二極管功能得以實現(xiàn)。 軟件調(diào)試的方法及注意事項軟件調(diào)試方法與選用的軟件結(jié)構(gòu)和程序設(shè)計技術(shù)有關(guān)，如果采用模塊設(shè)計技術(shù)，則逐個模塊調(diào)試好以后，再進行系統(tǒng)程序總調(diào)試；如果采用實時多任務(wù)操作系統(tǒng)，一般是逐個任務(wù)進行調(diào)試。 對于模塊結(jié)構(gòu)程序，要對子程序逐個進行調(diào)試。調(diào)試子程序時，一定要符合入口條件和出口條件，調(diào)試手段可采用單步運行方式和斷點運行方式，通過檢查用戶系統(tǒng)CPU的現(xiàn)場，RAM的內(nèi)容和I/O口的狀態(tài)，檢測程序執(zhí)行結(jié)果是否符合設(shè)計要求。通過檢測，可以發(fā)現(xiàn)程序中的死循環(huán)錯誤，機器代碼錯誤和轉(zhuǎn)移地址錯誤，同時也可以發(fā)現(xiàn)用戶系統(tǒng)中的硬件故障，軟件算法和硬件設(shè)計錯誤，在調(diào)試過程中不斷調(diào)整用戶系統(tǒng)的軟件和硬件，完成每個程序模塊的調(diào)試。 每個模塊通過后，可以聯(lián)合各功能模塊進行整體程序綜合調(diào)試。在這一階段如果發(fā)生故障，可以分析子程序在運行時是否破壞現(xiàn)場，緩沖單元是否發(fā)生沖突，零位的建立和清除在設(shè)計上是否失誤，堆棧區(qū)域是否溢出，或輸入設(shè)備的狀態(tài)時否正常等。等用戶系統(tǒng)是在開發(fā)系統(tǒng)的監(jiān)控程序選運行，還要考慮用戶緩沖單元是否和監(jiān)控程序的工作單元發(fā)生沖突。 單步運行只能驗證程序正確與否，而不能確定定時精度，CPU的使用響應(yīng)等問題，所以單步和斷點調(diào)試后，還應(yīng)進行連續(xù)調(diào)試。除了觀察穩(wěn)定性之外，還要觀察用戶系統(tǒng)的操作是否符合原始設(shè)計要求，以及安排的用戶操作是否合理等，必要時還要做適當修正。 實時多任務(wù)操作系統(tǒng)的調(diào)試方法與上述方法相似，只是實時多任務(wù)操作系統(tǒng)的應(yīng)用程序是有若干個任務(wù)程序組成的們一般是逐個任務(wù)進行調(diào)試。在調(diào)試某一個任務(wù)時，同時也調(diào)試相關(guān)的子程序，中斷服務(wù)程序和一些操作系統(tǒng)的程序。各個任務(wù)調(diào)試好以后，再使各個任務(wù)同時運行。如果操作系統(tǒng)中沒有錯誤，一般情況下系統(tǒng)就能正常運轉(zhuǎn)。 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)系統(tǒng)聯(lián)調(diào)是指讓用戶系統(tǒng)的軟件在其硬件上實際運行，進行軟、硬件聯(lián)合調(diào)試，從中發(fā)現(xiàn)硬件故障或軟，硬件設(shè)計錯誤。這是對用戶系統(tǒng)檢驗的重要一關(guān)。系統(tǒng)聯(lián)調(diào)方法：①采用單步，斷電，連續(xù)運行方式調(diào)試與硬件相關(guān)的各程序段既可以檢驗這些用戶程序段的正確性，又可以在各功能獨立的情況下，檢驗軟、硬件的配合情況。②將軟、硬件按系統(tǒng)工作要求進行綜合運行，采用全速斷點、連續(xù)運行方式進行總調(diào)試，以解決在系統(tǒng)總體運行的情況下軟、硬件的協(xié)調(diào)與提高系統(tǒng)動態(tài)性能。在具體操作中用戶系統(tǒng)在開發(fā)系統(tǒng)環(huán)境的下，先借用仿真器的CPU，存儲器等資源進行工作。若發(fā)現(xiàn)問題，按上述軟、硬件調(diào)試方法準確定位錯誤，分析錯誤原因，找出解決辦法。用戶系統(tǒng)調(diào)試完后，將用戶程序固化帶用戶系統(tǒng)的程序存儲器中，再借用仿真器CPU是用戶系統(tǒng)運行。若無問題，則用戶系統(tǒng)插上單片機即可以正確工作（注意，不要忘記用戶系統(tǒng)時鐘、復(fù)位電路的調(diào)試）。第六章 總結(jié)本文介紹了一種基于單片機的搶答器的設(shè)計方法，論文從方案比較與論證開始，并從實際出發(fā)選出了一種最佳的設(shè)計方案，并清晰地掌握了這個設(shè)計方案詳細的電路設(shè)計和程序設(shè)計的原理和過程，最終完成了硬件的制作與調(diào)試，實現(xiàn)了設(shè)計要求。本文提出的設(shè)計方法電路簡單易懂、操作方便、成本低廉，易于開發(fā)使用，當然，本設(shè)計還有一些不足之處，功能上還需要改進與提高，比如未加入報警裝置、未能實現(xiàn)答題時間可調(diào)等功能。通過這次畢業(yè)設(shè)計，對我自身來說得到了很大的鍛煉，我在設(shè)計過程中熟練掌握51單片機的原理，了解搶答器組成原理，掌握了搶答器的調(diào)整與測試方法，提高了動手能力與排除故障的能力。同時通過本次設(shè)計與裝配、調(diào)試，鞏固所學的理論知識，建立單片機理論和實際的結(jié)合，掌握更多搶答器各單元電路之間的關(guān)系與相互影響，從而能夠正確設(shè)計、計算定時計數(shù)的各個單元電路。鞏固了所學知識的同時也提高了自己的能力，對于日后的學習和工作都有很大的幫助。致謝在我的論文《基于單片機的搶答電路設(shè)計》完成的時候，就意味著四年的學習生活在這個季節(jié)即將劃上一個句號。在此首先感謝我的指導(dǎo)老師程欽老師在我大學的最后學習階段畢業(yè)設(shè)計階段給自己的指導(dǎo)，從最初的定題，到資料收集，到