【文章內(nèi)容簡介】 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 20PF。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 12MHz，即 fosc=12MHz，則時鐘周期為 1/12181。s。 復位電路的設計單片機的第 9 腳 RST 為硬件復位端，只要將該端持續(xù) 4 個機器周期的高電平即可實現(xiàn)復位，復位后單片機的各狀態(tài)都恢復到初始化狀態(tài)，其電路圖如圖 6 所示：13圖 6 復位電路圖 6 中由按鍵 RESET1 以及電解電容 C電阻 R2 構(gòu)成按鍵及上電復位電路。由于單片機是高電平復位，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)，此時單片機上電復位完畢，系統(tǒng)程序從 0000H 開始執(zhí)行。值得注意的是，在設計當中使用到了硬件復位和軟件復位兩種功能，由上面的硬件復位后的各狀態(tài)可知寄存器及存儲器的值都恢復到了初始值，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位，所以設定了軟復位功能。軟復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。 顯示電路的設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，程序編寫復雜，但是相對靜態(tài)顯示而言占用端口資源少。在本設計中根據(jù)實際情況采用的是動態(tài)顯示方法。14通過查表法，將其在數(shù)碼管上顯示出來，其中 P0 口為字型碼輸入端，P2 口低 3 位為字選段輸入端。在這里我們通過查表將字型碼送給 7 段數(shù)碼管顯示的數(shù)字，數(shù)碼管顯示原理如下： MOV A,R3 MOVC A,@A+DPTR MOV P2,0feH MOV P0,A ACALL DELAY MOV DPTR,DAT2 MOV A,R5 MOVC A,@A+DPTR MOV P2,0fdH MOV P0,A ACALL DELAY MOV A,R4 MOVC A,@A+DPTR MOV P2,0fbH MOV P0,A ACALL DELAY RET4 位七段數(shù)碼管顯示電路如圖 7 所示。15圖 7 共陰極數(shù)碼管圖 7 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 COMCOMCOM4 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)。 鍵盤掃描電路的設計鍵盤是人與單片機打交道的主要設備。關(guān)于鍵盤硬件電路的設計方法也可以在文獻和書籍中找到，配合各種不同的硬件電路，這些書籍中一般也提供了相應的鍵盤掃描程序。站在系統(tǒng)監(jiān)控軟件設計的立場上來看，僅僅完成鍵盤掃描，讀取當前時刻的鍵盤狀態(tài)是不夠的，還有不少問題需要妥善解決，否則，人們在操作鍵盤就容易引起誤操作和操作失控現(xiàn)象。在單片機應用中鍵盤用得最多的形式是獨立鍵盤及矩陣鍵盤。它們各有自己的特點，其中獨立鍵盤硬件電路簡單，而且在程序設計上也不復雜，一般用在對硬件電路要求不高的簡單電路中；矩陣鍵盤與獨立鍵盤有很大區(qū)別，首先在硬件電路上它要比獨立鍵盤復雜得多，而且在程序算法上比它要煩瑣，但它在節(jié)省端口資源上有優(yōu)勢得多，因此它更適合于多按鍵電路。其次就是消除在按鍵過程中產(chǎn)生的16“毛刺”現(xiàn)象。這里采用最常用的方法，即延時重復掃描法，延時法的原理為：因為“毛刺”脈沖一般持續(xù)時間短，約為幾 ms，而我們按鍵的時間一般遠遠大于這個時間,所以當單片機檢測到有按鍵動靜后再延時一段時間(這里我們?nèi)?10ms)后再判斷此電平是否保持原狀態(tài),如果是則為有效按鍵，否則無效。在本文設計中采用了獨立鍵盤的方式，本設計中有 8 個搶答按鍵輸入，一個開始按鍵、一個結(jié)束按鍵，此外還有搶答時間調(diào)整鍵、回答時間調(diào)整鍵，加一按鍵、減一按鍵各一個。如圖 8 所示。 17圖 8 搶答按鍵及調(diào)整按鍵在圖 8 中 8 個搶答按鍵分別接入單片機的 ~ 端口，單片機通過讀取 ~的值來判斷當前輸入的是 8 個搶答按鍵中的哪一個。搶答時間調(diào)整和回答時間調(diào)整接到單片機的 和 接口，加一及減一按鍵接到單片機的 和 接口。圖 9 開始、結(jié)束按鍵在圖 9 中，開始及結(jié)束按鍵接到單片機的 11 腳，這里用到了單片機 11 腳復合功能中的 IO 端口功能，單片機通過讀取 11 腳的 、 的 IO 端口值來判斷當前是否處于搶答開始狀態(tài)或搶答結(jié)束狀態(tài)。按鍵的觸點在閉合和斷開時均會產(chǎn)生抖動，這時觸點的邏輯電平是不穩(wěn)定的，如不妥善處理，將會引起按鍵命令的錯誤執(zhí)行或重復執(zhí)行?，F(xiàn)在一般均用軟件延時的方法來避開抖動階段，這一延時過程一般大于 5ms，例如取 1020ms。如果監(jiān)控程序中的讀鍵操作安排在主程序（后臺程序）或鍵盤中斷（外部中斷）子程序中，則該延時子程序便可直接插入讀鍵過程中。如果讀鍵過程安排在定時中斷子程序中，就可省去專門的延時子程序，利用兩次定時中斷的時間間隔來完成抖動處理。K1～K8 八個按鍵的輸入電平靠 74HC30 輸入與非門和 74LS04 反向器組成的電路改變輸入電平。圖 10 中電路就是由一個 74HC30 輸入與非門和 74LS04 反向器組成的去抖電路。18圖 10 去抖電路 發(fā)聲電路我們知道，聲音的頻譜范圍約在幾十到幾千赫茲，若能利用程序來控制單片機某個口線的“高”電平或低電平，則在該口線上就能產(chǎn)生一定頻率的矩形波，接上喇叭就能發(fā)出一定頻率的聲音，若再利用延時程序控制“高” “低”電平的持續(xù)時間，就能改變輸出頻率，從而改變音調(diào)，使喇叭發(fā)出不同的聲音。本文設計如圖 11 所示。圖中單片機的 14 腳輸出具有復合功能，此處用到了單片機17 腳的 IO 端口功能，單片機通過內(nèi)部定時器的操作實現(xiàn)交替變換的波形輸出驅(qū)動揚聲器發(fā)聲。圖 11 發(fā)聲電路19 系統(tǒng)復位使 CPU 進入初始狀態(tài)，從 0000H 地址開始執(zhí)行程序的過程叫系統(tǒng)復位。從實現(xiàn)系統(tǒng)復位的方法來看，系統(tǒng)復位可分為硬件復位和軟件復位。硬件復位必須通過 CPU 外部的硬件電路給 CPU 的 RESET 端加上足夠時間的高電位才能實現(xiàn)。上電復位，人工按鈕復位和硬件看門狗復位均為硬件復位。硬件復位后，各專用寄存器的狀態(tài)均被初始化，且對片內(nèi)通用寄存器的內(nèi)容沒有影響。但是，硬件復位還能自動清除中斷激活標志，使中斷系統(tǒng)能夠正常工作，這樣一個事實卻容易為不少編碼人員所忽視。軟件復位就是用一系列指令來模擬硬件復位功能，最后通過轉(zhuǎn)移指令使程序從 0000H 地址開始執(zhí)行。對各專用寄存器的復位操作是容易的，也沒有必要完全模擬，可根據(jù)實際需要去主程序初始化過程中完成。而對中斷激活標志的清除工作常被遺忘，因為它沒有明確的位地址可供編程。有的編程人員用 020220（LJMP 0000H）作為軟件陷阱，認為直接轉(zhuǎn)向 0000H地址就完成了軟件復位，就是這類錯誤的典型代表。軟件復位是使用軟件陷阱和軟件看門狗后必須進行的工作，這時程序出錯完全有可能發(fā)生在中斷子程序中，中斷激活標志已置位，它將阻止同級中斷響應。由于軟件看門是高級中斷，它將阻止說要中斷響應，由此可見清除中斷激活標志的重要性。在所有的指令中，只有 RETI 指令能夠清除中斷激活標志。出錯處理程序 ERR 主要完成這一功能，其他的善后工作交由復位后的系統(tǒng)去完成。程序一般先關(guān)中斷，以便后續(xù)處理能順利進行，然后用兩個 RETI 指令代替兩個LJMP 指令，從而清除了兩級中斷激活標志。有相應軟件陷阱捕捉來的程序可能沒有全部激活兩個標志，這也無妨。有復位時系統(tǒng)的歷史狀況，可將復位分為“冷啟動”和“熱啟動” 。 “冷啟動”時，系統(tǒng)的狀態(tài)全部無效，進行徹底的初始化操作；而“熱啟動”時，對系統(tǒng)的當前狀態(tài)進行修復和有選擇的初始化。系統(tǒng)初次上電投入運行時，必須是“冷啟動” ，以后由抗干擾措施引起的復位操作一般均為“熱啟動”初次上電投入運行時，必須是“冷啟動” ，以后由抗干擾措施引起的復位操作一般均為“熱啟動” 。為了使系統(tǒng)能正確決定采用何種啟動方式，常用上電標志來區(qū)分，如圖 12 所示。20復位關(guān)中斷，設定堆棧上電標志冷啟自檢全面初始化熱啟動恢復被破壞的信息部分初始化建立上電標志開始運轉(zhuǎn)圖 12 系統(tǒng)復位策略圖 本章小結(jié)本章詳細講述了以 AT89C51 為核心元件的搶答器的硬件電路具體設計過程，分析了具體電路。在設計過程中，實現(xiàn)搶答功能的是通過編寫程序的方法集成在 AT89C51內(nèi)部。接著將程序下載到硬件電路中，配合周邊的時鐘電路，復位電路等，制作出符合設計要求的搶答器。4 軟件設計 主程序系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖21系統(tǒng)初始化模塊按鍵模塊非法搶答模塊正確搶答模塊調(diào)整搶答時間調(diào)整回答時間模塊數(shù)碼顯示模塊圖 13軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 軟件任務分析軟件任務分析和硬件電路設計結(jié)合進行，哪些功能由硬件完成，哪些任務由軟件完成，在硬件電路設計基本定型后，也就基本上決定下來了 [9]。軟件任務分析環(huán)節(jié)是為軟件設計做一個總體規(guī)劃。從軟件的功能來看可分為兩大類：一類是執(zhí)行軟件，它能完成各種實質(zhì)性的功能，如測量，計算，顯示，打印，輸出控制和通信等，另一類是監(jiān)控軟件，它是專門用來協(xié)調(diào)各執(zhí)行模塊和操作者的關(guān)系，在系統(tǒng)軟件中充當組織調(diào)度角色的軟件。這兩類軟件的設計方法各有特色，執(zhí)行軟件的設計偏重算法效率，與硬件關(guān)系密切，千變?nèi)f化。軟件任務分析時，應將各執(zhí)行模塊一一列出，并為每一個執(zhí)行模塊進行功能定義和接口定義（輸入輸出定義） 。在各執(zhí)行模塊進行定義時，將要牽扯到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)類型問題也一并規(guī)劃好。各執(zhí)行模塊規(guī)劃好后，就可以監(jiān)控程序了。首先根據(jù)系統(tǒng)功能和鍵盤設置選擇一種最適合的監(jiān)控程序結(jié)構(gòu)。相對來講，執(zhí)行模塊任務明確單純，比較容易編程，而監(jiān)控程22序較易出問題。這如同當一名操作工人比較容易，而當一個廠長就比較難了。軟件任務分析的另一個內(nèi)容是如何安排監(jiān)控軟件和各執(zhí)行模塊。整個系統(tǒng)軟件可分為后臺程序（背景程序）和前臺程序。后臺程序指主程序及其調(diào)用的子程序，這類程序?qū)崟r性要求不是太高，延誤幾十 ms 甚至幾百 ms 也沒關(guān)系，故通常將監(jiān)控程序（鍵盤解釋程序） ，顯示程序和打印程序等與操作者打交道的程序放在后臺程序中執(zhí)行；而前臺程序安排一些實時性要求較高的內(nèi)容，如定時系統(tǒng)和外部中斷（如掉電中斷） 。也可以將全部程序均安排在前臺，后臺程序為“使系統(tǒng)進入睡眠狀態(tài)” ，以利于系統(tǒng)節(jié)電和抗干擾。 程序流程圖在本設計中包括了以下主要的程序：主程序，查詢程序，非法搶答程序，搶答時間調(diào)整程序，回答時間調(diào)整程序，倒計時程序，正常搶答處理程序，犯規(guī)處理程序，顯示及發(fā)聲程序。主流程圖如 14 所示：23顯示 FFF開始鍵加一鍵減一鍵回答時間 調(diào)整搶答時間去抖動非法搶答處理顯示犯規(guī)正常搶答 顯示搶答號并倒計時Y YY 初始化圖 14 程序設計流程圖 主要程序分析主程序： OK EQU 20H 。搶答開始標志位 RING EQU 22H 。響鈴標志位 DATA0 EQU 36H 。搶答按鍵口數(shù)據(jù)存放地址 ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003H 24 AJMP INTT0 ORG 000BH AJMP T0INT ORG 001BH AJMP T1INT ORG 0040HMAIN: MOV R1,20 。初設搶答時間為 20s MOV R2,30 。初設答題時間為 30s mov 38h,60