【文章內(nèi)容簡介】 題作答，因為程序不是很大不需要擴展存儲空間，選手按鍵跳入相應(yīng)的子程序，回答倒記時 與普通搶答器相比，本作品有以下幾方面優(yōu)勢 : 具有清零裝置和搶答控制，可由主持人操縱避免有人在主持人說“開始”前提前搶答違反規(guī)則 。 具有定時功能，在 10秒內(nèi)無人搶答表示所有參賽選手獲參賽隊對本題棄權(quán)。 10 秒時仍無人搶答其報警電路工作表示搶答時間耗盡并禁止搶答。 為使硬件電路設(shè)計盡可能合理，應(yīng)注意以下幾方面： (1) 盡可能采用功能強的芯片，以簡化電路，功能強的芯片可以代替若干普通芯片，隨著生產(chǎn)工藝的提高，新型芯片的的價格不斷下降，并不一定比若干普通芯片價格的總和高。 (2) 留有設(shè)計余地。在設(shè)計硬件電路時，要考慮到將來修改擴展的方便。因為很少有一錘定音的電路設(shè)計，如果現(xiàn)在不留余地，將來可能要為一點小小的修改或擴展而被迫 進(jìn)行全面返工。 (3) 程序空間，選用片內(nèi)程序空間足夠大的單片機，本設(shè)計采用 AT89C51 單片機。 (4) I/O 端口，在樣機研制出來后進(jìn)行現(xiàn)場試用時，往往會發(fā)現(xiàn)一些被忽視的問題，而這些問題不是靠單純的軟件措施來解決的。如有些新的信號需要采集，就必須增加輸入檢測端；有些物理量需要控制，就必須增加輸出端。如果在硬件電路設(shè)計就預(yù)留出一些 I/O端口，雖然當(dāng)時空著沒用，那么用的時候就派上用場了。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 5 部分硬件 介紹 AT89C51 單片機簡介 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低 電壓，高性能CMOS8 位微處理器，俗稱單片機。 89C2051 是一種帶 2K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除 100 次。該器件采用ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。 其管腳圖 見 圖 21： 圖 21 AT89C51 管腳圖 管腳說明 如下 ： VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口： P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng) P1口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程 序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH編程時， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH進(jìn)行校驗時， P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。 P1 口： P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗時，P1 口作為第八位地址接收。 P2 口： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出4 個 TTL 門電流 ，當(dāng) P2 口被寫 “1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 6 因此作為輸入時， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故 。P2 口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址 “1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3 口： P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL 門電流。當(dāng) P3 口寫入 “1”后，它們 被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3 口 也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： 口管腳 備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時器 0 外部輸入） T1（記時器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） P3 口同時 為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 RST： 復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。 表 21 AT89C51寄存器表 寄存器 內(nèi)容 寄存器 內(nèi)容 PC 0000H TMOD 00H ACC 00H TCON 00H B 00H TL0 00H PSW 00H TH0 00H SP 07H TL1 00H DPTR 0000H TH1 00H P0— P3 0FFH SCON 00H IP xxx00000 SBUF 不定 IE 0xxx00000 PCON 0xxx00000 ALE/PROG： 當(dāng)訪問外部存儲器時， 地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié) 。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時， ALE 只有在執(zhí)徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 7 行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1 時， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V編程電源（ VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的 輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 AT89C51 方框圖如 圖 22所示： 圖 22 AT89C51內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 LED 數(shù)碼管 LED 發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。 LED 的心臟是一個半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附 在一個支架上，一端是負(fù)極，另一端連接電源的正極，使整個晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。半導(dǎo)體晶片由兩部分組成，一部分是 P 型 [1]半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是 N 型半徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 8 導(dǎo)體，在這邊主要是電子。但這兩種半導(dǎo)體連接起來的時候，它們之間就形成一個“ PN 結(jié) ”。當(dāng)電流通過導(dǎo)線作用于這個晶片的時候，電子就會被推向P 區(qū)，在 P 區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會以光子的形式發(fā)出能量，這就是 LED 發(fā)光的原理。而光的波長決定光的顏色，是由形成 PN 結(jié)材料的禁帶寬度決定的。 米寬耐力板已由正成業(yè)安裝調(diào)試成功！大大改善采光效果 。 結(jié)構(gòu)圖 見 圖 23: 圖 23數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖 LED 優(yōu)點： LED 的內(nèi)在特征決定了它是最理想的光源去代替?zhèn)鹘y(tǒng)的光源，它有著廣泛的用途。 一、體積小 LED 基本上是一塊很小的晶片被封裝在環(huán)氧樹脂里面，所以它非常的小，非常的輕。 二、耗電量低 LED 耗電相當(dāng)?shù)停话銇碚f LED 的工作電壓是 。工作電流是 。這就是說：它消耗的電能不超過 。 三、使用壽命長 在恰當(dāng)?shù)碾娏骱碗妷合拢?LED 的使用壽命可達(dá) 10萬小時。 四、高亮度、低熱量 LED 使用冷發(fā)光技術(shù)，發(fā)熱量比普通照明燈具低很多。 五、環(huán)保 LED 是由無毒的材料作成，不像熒光燈含水銀會造成污染，同時 LED 也可以回收再利用。 六、堅固耐用 LED 是被完全的封裝在環(huán)氧樹脂里面，它比燈泡和熒光燈管都堅固。燈體內(nèi)也沒有松動的部分，這些特點使得 LED 可以說是不易損壞的。 高節(jié)能：節(jié)能能源無污染即為環(huán)保。直流驅(qū)動，超低功耗（單管 瓦）電光功率轉(zhuǎn)換接近 100%，相同照明效果比傳統(tǒng)光源節(jié)能 80%以上。 壽命長： LED 光源有人稱它為長壽燈，意為永不熄滅的徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 9 燈。固體冷光源，環(huán)氧樹脂封裝，燈體內(nèi)也沒有松動的部分，不存在燈絲發(fā)光易燒、熱沉積、光衰等缺點，使用壽命可達(dá) 6 萬到 10 萬小時，比傳統(tǒng)光源壽命長 10 倍以上。 多變幻： LED 光源可利用紅、綠、藍(lán)三基色原理，在計算機技術(shù)控制下使三種顏色具有 256級灰度并任意混合，即可產(chǎn)生 256 256 256＝ 16777216 種顏色，形成不同光色的組合變化多端，實現(xiàn)豐富多彩的動態(tài)變化效果及各種圖像。 利環(huán)保：環(huán)保效益更佳，光譜中沒有紫外線和紅 外線，既沒有熱量，也沒有輻射，眩光小，而且廢棄物可回收，沒有污染不含汞元素，冷光源，可以安全觸摸，屬于典型的綠色照明光源。 高新尖：與傳統(tǒng)光源單調(diào)的發(fā)光效果相比， LED 光源是低壓微電子產(chǎn)品，成功融合了計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、圖像處理技術(shù)、嵌入式控制技術(shù)等，所以亦是數(shù)字信息化產(chǎn)品，是半導(dǎo)體光電器件“高新尖”技術(shù)，具有在線編程，無限升級，靈活多變的特點 。 LCD 的特點 （ 1） 低壓微功耗 （ 2） 平板型結(jié)構(gòu) （ 3） 被動顯示型 (無眩光，不刺激人眼，不會引起眼睛疲勞 ) （ 4） 顯示信息量大 (因 為像素可以做得很小 ) （ 5） 易于彩色化 (在色譜上可以非常準(zhǔn)確的復(fù)現(xiàn) ) （ 6） 無電磁輻射 (對人體安全，利于信息保密 ) （ 7） 長壽命 (這種器件幾乎沒有什么劣化問題，因此壽命極長，但是液晶背光壽命有限，不過背光部分可以更換 . 鎖存器 鎖存器 是一種對脈沖電平敏感的存儲單元電路，它們可以在特定輸入脈沖電平作用下改變狀態(tài)。 簡單鎖存器描述：只有在有鎖存信號時輸入的狀態(tài)被保存到輸出，直到下一個鎖存信號。通常只有 0 和 1 兩個值。典型的邏輯電路是 D 觸發(fā)器。 由若干個鐘控 D 觸發(fā)器構(gòu)成的一次能存儲多位二進(jìn)制代碼 的時序邏輯電路，叫鎖存器件。 邏輯結(jié)構(gòu)與功能表 見 圖 24： 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 10 圖 24 鎖存器邏輯結(jié)構(gòu)與功能表 8 位鎖存器 74HC373 的邏輯圖 如下 圖所示。其中使能端 G 加入 CP 信號， D 為數(shù)據(jù)信號。輸出控制信號為 0 時，鎖存器的數(shù)據(jù)通過三態(tài)門進(jìn)行輸出。 圖 25 74HC373引腳 (管腳 )圖 : 圖 26 74LS373內(nèi)部邏輯圖 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 11 圖 27 74LS373真值表 所謂鎖存器，就是輸出端的狀態(tài)不會隨輸入端的狀態(tài)變化而變化，僅在有鎖存信號時輸入的狀態(tài)被保存到輸出，直到下一個鎖存信號到來時才改變。在某些運算器電路中有時采用鎖存器作為數(shù)據(jù)暫存器數(shù)據(jù)有效延遲后于時鐘信號有效。這意味著時鐘信號先到，數(shù)據(jù)信號后到。 典型的鎖存器邏輯電路是 D 觸 發(fā)器電路。 鎖存，就是把信號暫存以維持某種電平狀態(tài)。鎖存器的最主要作用是緩存，其次完成高速的控制其與慢速的外設(shè)的不同步問題，再其次是解決驅(qū)動的問題，最后是解決一個 I/O 口既能輸出也能輸入的問題。 在某些應(yīng)用中，單片機的 I/O 口上需要外接鎖存器。例如，當(dāng)單片機連接片外存儲器時，要接上鎖存器，這是為了實現(xiàn)地址的復(fù)用。假設(shè)， MCU 端口其中的 8 路的 I/O 管腳既要用于地址信號又要用于數(shù)據(jù)信號，這時就可以用鎖存器先將地址鎖存起來。 ８０５１訪問外部存儲器時Ｐ０口和Ｐ２口共做地址總線，Ｐ０口常接鎖 存器再接存儲器。以防止總線間的沖突。而Ｐ２口直接接存儲器。因為單片機內(nèi)部時序只能鎖?。校部诘牡刂罚绻茫校翱趥鬏敂?shù)據(jù)時不用鎖存器的話，地址就改變了。 看看８０５１單片機總線操作的時序圖對我們很有幫助。由于數(shù)據(jù)總線、地址總線共用Ｐ０口，所以要分時復(fù)用。先送地址信息，由ＡＬＥ使能鎖存器將地址信息鎖存在外設(shè)的地址端，然后送數(shù)據(jù)信息和讀寫使能信號，在指定的地址進(jìn)行讀寫操作。 使用鎖存器來區(qū)分開單片機的地址和數(shù)據(jù)，８０５１系列的單片機用的比較多，也有一些單片機內(nèi)部有地址鎖存功能，如８２７９就不用鎖存器了 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 12 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 硬件電路的總體框圖 本數(shù)字搶答器的硬件電路總體框圖 見 圖 31： 圖 31 數(shù)字搶答器電路框圖 電路器件選擇 本次設(shè)計的數(shù)字搶答器 采用 AT89C51 單片機作為系統(tǒng)的控制單元。 就搶答器而言，通?？刹捎靡壕э@示或數(shù)碼管顯示。由于一般的段式液晶屏，需要專門的驅(qū)動電路，而且液晶顯示作為一種被動顯示，可視性相對較差；對于具有驅(qū)動電路和微處理器接口的液晶顯示模塊（字符或點陣），一般多采用并行接口，對微處理器的接口要求較高，占用資源多。另外， A