【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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)合兩種方式一起來設(shè)計(jì)。 硬件設(shè)計(jì)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。89C52RC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。東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）13當(dāng)89S51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)開始工作。89C52 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。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)位電路來控制整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)位。其電路如圖 33 所示：圖 33復(fù)位鍵按下后，復(fù)位端通過+5V 電源，22uF 電容迅速放電，使 RST 引腳為高電平。當(dāng)復(fù)位鍵彈起后，+5V 電源通過 1K 電阻對(duì) 22uF 電容重新充電，RST 引腳端出現(xiàn)復(fù)位正脈沖，正脈沖持續(xù)時(shí)間取決于 RC 電路的時(shí)間常數(shù)。 搶答電路設(shè)計(jì) 功能分析鍵盤是一個(gè)按鍵的組合,鈕開關(guān),分為觸點(diǎn)式(如機(jī)械開關(guān))和無觸點(diǎn)式(如電氣開關(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，需要通過接口電路與單片機(jī)相連，以便把鍵的開關(guān)狀態(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按鍵按下并查詢是哪一個(gè)按鍵按下，并讀出該鍵的鍵值。東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）14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 口線的工資狀態(tài)不會(huì)影響其他I/O口線的工作狀態(tài)。獨(dú)立式鍵盤電路如圖34 所示：圖 34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89C52RC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。矩陣式鍵盤獨(dú)立式按鍵電路每一個(gè)按鍵開關(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。圖 35 是一個(gè) 44 矩陣式鍵盤。東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）15圖 35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，而是通過一個(gè)按鍵開關(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)沒有按鍵按下時(shí)，行、列線之間是隔開的，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，則通過讀取行線輸入值的狀態(tài)是否全為“1”，即可判斷有無鍵按下。（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，只能用列線逐列置低電平后，檢查行輸入狀態(tài)的方法來確定。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，則表示第0列無鍵被按下，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，可采用中斷東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）16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。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（P0 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，P1 口高 4 位（～）作為行線， P1 口低 4 位作為列線，電路如圖 36 所示：圖 36 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，東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）17LCD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極兩種，如圖37所示：圖 37數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的 I/O 端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如 BCD 碼二 十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用 I/O 端口多，如驅(qū)動(dòng) 5 個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要 58=40 根 I/O 端口來驅(qū)動(dòng)，要知道一個(gè) STC89C52RC 單片機(jī)可用的 I/O 端口才 32 個(gè)呢） ，實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬件電路的復(fù)雜性。數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(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，沒有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過分時(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，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）181～2ms ，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的 I/O端口，而且功耗更低。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 32 所示：表 32顯示字符 共陰極字段碼 共陽極字段碼 顯示字符 共陰極字段碼 共陽極字段碼0 3FH C0H C 39H C6H1 06H F9H D 5EH A1H2 5BH A4H E 79H 86H3 4FH B0H F 71H 8EH4 66H 99H P 73H 8CH5 6DH 92H U 3EH C1H6 7DH 82H T 31H CEH7 07H F8H Y 6EH 91H8 7FH 80H L 38H C7H9 6FH 90H 8. FFH 00HA 77H 88H “滅” 00 FFHB 7CH 83H …… …… …… 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，所以無需外接。因?yàn)镾TC89C52單片機(jī)P0 、P2 口都自帶鎖存器，所以無需另外外接鎖存器。其與單片機(jī)一起來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38所示：東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）19圖 38 報(bào)警電路設(shè)計(jì)單片機(jī)驅(qū)動(dòng)他激蜂鳴器的方式有兩種：一種是 PWM 輸出口直接驅(qū)動(dòng)，另一種是利用 I/O 定時(shí)翻轉(zhuǎn)電平產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)波形對(duì)蜂鳴器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。PWM 輸出口直接驅(qū)動(dòng)是利用 PWM 輸出口本身可以輸出一定的方波來直接驅(qū)動(dòng)蜂鳴器。在單片機(jī)的軟件設(shè)置中有幾個(gè)系統(tǒng)寄存器是用來設(shè)置 PWM 口的輸出的，可以設(shè)置占空比、周期等等，通過設(shè)置這些寄存器產(chǎn)生符合蜂鳴器要求的頻率的波形之后，只要打開 PWM 輸出，PWM 輸出口就能輸出該頻率的方波，這個(gè)時(shí)候利用這個(gè)波形就可以驅(qū)動(dòng)蜂鳴器了。比如頻率為 2022Hz 的蜂鳴器的驅(qū)動(dòng)，可以知道周期為500μs ，這樣只需要把 PWM 的周期設(shè)置為 500μs ，占空比電平設(shè)置為 250μs ，就能產(chǎn)生一個(gè)頻率為 2022Hz 的方波，通過這個(gè)方波再利用三極管就可以去驅(qū)動(dòng)這個(gè)蜂鳴器了。而利用 I/O 定時(shí)翻轉(zhuǎn)電平來產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)波形的方式會(huì)比較麻煩一點(diǎn)，必須利用定時(shí)器來做定時(shí)，通過定時(shí)翻轉(zhuǎn)電平產(chǎn)生符合蜂鳴器要求的頻率的波形，這個(gè)波形就可以用來驅(qū)動(dòng)蜂鳴器了。比如為 2500Hz 的蜂鳴器的驅(qū)動(dòng)，可以知道周期為 400μs，這樣只需要驅(qū)動(dòng)蜂鳴器的 I/O 口每 200μs 翻轉(zhuǎn)一次電平就可以產(chǎn)生一個(gè)頻率為 2500Hz，占空比為 1/2duty 的方波，再通過三極管放大就可以驅(qū)動(dòng)這個(gè)蜂鳴器了。本設(shè)計(jì)采用第二種方式，硬件電路只要使用 P3 口的一個(gè)口線來一個(gè)外接蜂鳴器就可以實(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，所以需要通過軟件編程來控制蜂鳴器工作。東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）20其接口電路如圖 39 所示：圖 39 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始、限時(shí)時(shí)間調(diào)節(jié)增加和限時(shí)時(shí)間減少。它是供主持人操作的限時(shí)時(shí)間調(diào)節(jié)、開始搶答等控制的控制功能電路?？刂齐娐返脑O(shè)計(jì)跟報(bào)警電路的設(shè)計(jì)都需要通過語言來實(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P1口。 硬件設(shè)計(jì)16路智力搶答器硬件電路設(shè)計(jì)圖如圖310所示：圖 310 89C52 的中斷系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)89C52 單片機(jī)有 5 個(gè)中斷源 2 個(gè)優(yōu)先級(jí)，這 5 個(gè)中斷源是外部中斷 、0INT，定時(shí)計(jì)數(shù)器中斷 T0、T1，串行中斷 RI/TI，如圖 311 左邊所示 。每個(gè)中1INT東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）21斷源可用中斷允許寄存器 IE 中的各位開放或禁止其中斷，如圖 311 中間部分所示。2 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)是高優(yōu)先級(jí)與低優(yōu)先級(jí)，每個(gè)中斷源可由中斷優(yōu)先權(quán)寄存器IP 中各位設(shè)置其優(yōu)先級(jí)。如圖 311 右邊所示，每個(gè)中斷源的開放、禁止及優(yōu)先級(jí)可以用軟件設(shè)置。圖 3111．中斷請(qǐng)求標(biāo)志 （1）中斷標(biāo)志寄存器 TCON：TCON 為特殊功能寄存器，其地址為 88H，TCON 中 8 位含義及位地址如圖312 所示。 TCON 的低 4 位用于外部中斷 、 ，其中：IT0 與 IT1 為外部1INT0中斷方式的選擇位，IE