【文章內容簡介】 件組成：一個 8 位 CPU； 128B 內部數據存儲器RAM，包括 21 個特殊功能寄存器； 4KB（ 4096 個單元）的在線可編程 Flash 片內程序存儲器 FlashROM； 4 個 8 位并行輸入 /輸出口（即 I/O 口） P0、 P P P3口； 1 個可編程全雙工的異步串行口； 2 個 16 位定時器 /計數器； 5 個中斷源、 2個中斷優(yōu)先級；時鐘電路，振蕩頻率在 033MHz。 AT89C51 單片機和 MCS51 指令完 全兼容，工作的電壓范圍在 4V 到 ，壽命： 1000 次寫 /擦循環(huán) [1]。圖 32為單片機內部結構。 圖 32 AT89C51內部結構圖 6 單片機的引腳定義 圖 33 AT89C51單片機引腳 圖 P0 端口（ ）： P0 接口是一個八位開路雙向輸入輸出端口。因為單片機內部沒有接入上拉電阻，所以使用 P0 口時需要在外部接入上拉電阻。當端口處于高電平“ 1”的時候，外部數據信號才能輸入進單片機。當然 P0 口也具有第二功能可以作為地址總線和數據總線使用，作此功能是不需要接上拉電阻。在此設計中 P0 口 作為接入四位七段共陰極數碼管的顯示電路。 P1 端口（ ）： P1 口 也 是 一個雙向的八 位 輸入輸出 口， 因為內部已經接入上拉電阻，所以在應用的時不必接上拉電阻。 P1 口 可以帶動四個 lsttl 負載 。作為輸入口使用時候，與 P0 口一樣需要使接口處于高電平“ 1” ， 才能讀取外部數據 。 做第二功能時，其中 可作為 MOSI 用， 當做 MISO， 當做 SCK用。 P1 口在本次設計中接入按鍵電路， 分別接入八個按鍵。 P2 端口（ ）： P2 口 也是一個不需要外接上拉電阻的八位端口 。 端口置“ 1”時才可以輸入信號 。 基本用法和 P1 口類似。作為第二功能時 P2 可以作為 出地址 總線 的高八位。 P3 端口（ ）： P3 端口在此設計中 端口接入開始按鍵， 端口接入復位按鍵， 端口作為搶答時間加鍵， 端口作為搶答時間減鍵， 和 端口分別作為答題時間加鍵和答題時間減鍵。揚聲器接在 端口。 7 功能電路的介紹 時鐘頻率電路的設計 單片機的工作過程要對各種指令在時間上有明確的次序，這種時間次序也叫做時序，所以單片機需要產生一個時鐘信號。時鐘 電路如圖 34 所示。 圖 34 時鐘 電路 產生時鐘信號的方式是： 在 XTAL1（ 18 腳）和 XTAL2（ 19 腳） 引腳 接入一個振蕩電路 。 用兩個 30PF 電容的 作用是 開啟 振蕩器 和 調 節(jié) 振蕩頻率。 接入的晶振fosc 來確定時鐘周期，此時產生的信號為單片機最基本的時間單位，即時鐘周期，用 振蕩頻率的 的倒數 代表它的 大小 （ 1/fosc） 。 復位電路的設計 復位電路在單片機設計中是一個必不可少的部分。單片機在剛開始運行的時候需要進行一次復位，以確保整個系統(tǒng)電路在要開始運行時保持一種最初狀態(tài)，保證一開始 的運行 正常 。 AT89C51 單片機 的第九 引腳 RESET，當 這個 引腳接收到兩個機器周期（ 24 個振蕩脈沖周期）的高電平時， 就會 發(fā)生復位。復位電路 的實現方式有很多種方式。常見的方式有上電、手動和自動復位三種。 電路連接圖如圖 35 所示： 圖 35 復位電路 8 顯示電路的設計 我在本設計中采用的是動態(tài)顯示方法。 數碼管選 用 四位七段共陰極 數碼管，接在 P2 端 口 ， 查詢顯示程序利用 P0 口做段選碼口輸出 P2 低 3 位做位選碼輸出，當為低電平則能驅動數碼管使其顯示數字。在 +5V 電壓下接 10k 的電阻，保證正常壓降。 4 位數碼管動態(tài)顯示原理與實現： 端口接動態(tài)數碼管的字形碼筆段， 端口接動態(tài)數碼管的數位選擇端。 4 位數碼管的 8 個顯示 a,b,c,d,e,f,g,dp 的同名端連在一起，另外為每個數碼管的公共極 COM 增加位選端控制電路，位選端由獨立的 I/O 線控制，當動態(tài)顯示能夠節(jié)約大量的 I/O 口，而且功耗較低。 通過查表法，將其在數碼管上顯示出來，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 段數碼管顯示， 4位七段數碼管顯示電路如圖 36 所示。 圖 36 數碼管顯示電路 圖 36 中數碼管采用的是 4 位七段共陰極數碼管，其中 AG 段分別接到單片機的 P0 口，由單片機輸出的 P0 口數據來決定段碼值，位選碼 COM COMCOM4 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。因為 P0 口在內部沒有接上拉電阻，所以我們在外部電路中接 8 個 1K 的電阻用作 P0 口的上拉電阻，以此來在 P0 口無數據輸出時，處于高電平狀態(tài)。 鍵盤掃描電路的設計 單片機中有兩種 鍵盤形式 ：獨立鍵盤和矩陣鍵盤。 獨立鍵盤的硬件電路制作設計不是很難，并且 不需要編寫復雜的程序控制 。因此在對硬件電路要求不是挺 9 高的情況下， 可以采取獨立鍵盤的方式 。然而矩陣鍵盤 在制作時 不僅在電路 設計上 要求比較高， 并且需要設計編寫復雜的程序 ，但是它不會占用太多的端口資源，基于這點矩陣鍵盤更適合按鍵較多的電路。 所以在 本次 鍵盤選用形式 中我們 選用 獨立鍵盤，此次設計 總共 有 14 個按 鈕 ，分別是 8 個搶答鍵、一個開始鍵、一個復位鍵、一個搶答時間加鍵、一個搶答時間減鍵、一個答題時間加鍵、一個答題時間減鍵。如圖 37 所示。 圖 37搶答按鍵及調整按鍵 在圖 37 中 8 個搶答按鍵接入單片機的 P0 口的 到 端口，每位 參賽者有 一個 搶答 按鍵，當有人按下按鍵時候，單片機會在這八個引腳讀取相應的數值來識別是哪一個按鍵輸入的。 P3 端口在此設計中 端口接入開始按鍵， 端口接入復位按鍵， 端口作為搶答時間加鍵， 端口作為搶答時間減鍵， 和 端口分別作為答題時間加鍵和答題時間減鍵。揚聲器接在 端口開始及結束按鍵接到單片機的 和 。 報警電路的設計 在單片機中，我們通過 在單片機內部設計 程序 來調節(jié) 某個引 腳電平 的高低 ，那么在這個接口就會產生矩形波， 如果在這個接口上 接上一個 揚聲器 就會發(fā)出聲響。 揚聲器接在單片機的 引腳。報警電路設計圖如圖 38 所示。 10 圖 38 報警電路 4 軟件設計 主程序流程圖 搶答器的主流程是：搶答開始后，會有很多搶答者按下按鈕，此時單片機接收到多個輸入信號，單片機進行篩選識別出最先到達的信號，并且進行保存記錄。 在整個系統(tǒng)中，顯示電路和和報警電路會根據實際情況接收的相應信號做出反應。搶答器的主流程圖如圖 41 所示。 11 圖 41 主程序流程圖 搶答流程圖 一次成功的搶答的流程是，在開始以后，三十秒的搶答時間內，有人按開 始 初始化 讀鍵盤是否有鍵按 下 中斷條件是否滿足 無人搶答，持續(xù)報警 進入中斷程序 開中斷并響聲提示 設定定時器值 并啟動定時器 30 秒搶答時間并顯示 并顯示 調用讀鍵子程序為延時程序 是否有鍵按下 60秒到中斷返回 調用搶答者獲得的回答問題子程序 12 下搶答按鍵，并開始六十秒答題倒計時，在答題時間結束內答題完畢。次過程啟動兩次定時器中斷。搶答流程圖如圖 42 所示。 圖 42 搶答流程圖 子程序設計 定時中斷 子程序 在搶答過程中，我們需要運用單片機的定時功能，來對選手的搶答時間和答題時間進行計時。這樣以便讓選手知道自己所剩的搶答和答題時間，以便在規(guī)定時間內完成搶答和答題。所以我們需要設計一個定時中斷子程序，當在搶答時間結束時或者答題時間小于十秒的時候，搶答器的報警系統(tǒng)開始工作。當時間結束以后，選手按下按鍵后搶答器不作出反應。流程圖如圖 43 所示。 13 圖 43 搶答器的定時中斷流程圖 外部中斷 子程序 搶答器的大部分中斷都是來自于外部電路，搶答是主要來源。當有選手按下搶答鍵的時候，搶答器通過內部篩選確認，把 判斷好的搶答選手號碼在數碼管上顯示出來，然后進行倒計時。此時中斷停止，次輪搶答結束，所有人無法再次搶答，除非復位進行下一輪。流程圖如圖 44 所示。 14 外部中斷0中斷K0按下？K1按下？NYK2按下？K3按下？K5按下？K4按下？K6按下？K7按下？中斷返回數碼管顯示01數碼管顯示02數碼管顯示03數碼管顯示04數碼管顯示05數碼管顯示06數碼管顯示07數碼管顯示08NNNNNNNYYYYYYY 圖 44 系統(tǒng) 外部中斷流程圖 報警 子程序 報警子程序的作用是對系統(tǒng)功能實現的過程中進行提示，具體有以下兩個：一是當搶答時間結束的時候發(fā)出聲響，提示選手搶答時間結束，停止搶答。二是在答題時間還有十秒鐘的時候，持續(xù)報警，提示選手抓緊答題。報警流程圖如圖45 所示。 15 圖 45 報警流程圖 控制 子程序 搶答器的控制功能由主持人掌控，可以對搶答的開始和復位，以及時間的調整。只有在主持人按下開始