【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 題作答，因?yàn)槌绦虿皇呛艽蟛恍枰獢U(kuò)展存儲(chǔ)空間，選手按鍵跳入相應(yīng)的子程序，回答倒記時(shí) 與普通搶答器相比，本作品有以下幾方面優(yōu)勢(shì) : 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(shuō)“開始”前提前搶答違反規(guī)則 。 具有定時(shí)功能，在 10秒內(nèi)無(wú)人搶答表示所有參賽選手獲參賽隊(duì)對(duì)本題棄權(quán)。 10 秒時(shí)仍無(wú)人搶答其報(bào)警電路工作表示搶答時(shí)間耗盡并禁止搶答。 為使硬件電路設(shè)計(jì)盡可能合理，應(yīng)注意以下幾方面： (1) 盡可能采用功能強(qiáng)的芯片，以簡(jiǎn)化電路，功能強(qiáng)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(jià)格不斷下降，并不一定比若干普通芯片價(jià)格的總和高。 (2) 留有設(shè)計(jì)余地。在設(shè)計(jì)硬件電路時(shí)，要考慮到將來(lái)修改擴(kuò)展的方便。因?yàn)楹苌儆幸诲N定音的電路設(shè)計(jì)，如果現(xiàn)在不留余地，將來(lái)可能要為一點(diǎn)小小的修改或擴(kuò)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(jī)，本設(shè)計(jì)采用 AT89C51 單片機(jī)。 (4) I/O 端口，在樣機(jī)研制出來(lái)后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試用時(shí)，往往會(huì)發(fā)現(xiàn)一些被忽視的問(wèn)題，而這些問(wèn)題不是靠單純的軟件措施來(lái)解決的。如有些新的信號(hào)需要采集，就必須增加輸入檢測(cè)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(jì)就預(yù)留出一些 I/O端口，雖然當(dāng)時(shí)空著沒(méi)用，那么用的時(shí)候就派上用場(chǎng)了。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 5 部分硬件 介紹 AT89C51 單片機(jī)簡(jiǎn)介 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低 電壓，高性能CMOS8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。 89C2051 是一種帶 2K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 100 次。該器件采用ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)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(shuō)明 如下 ： VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)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(shí)，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程 序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。 P1 口： P1 口是一個(gè)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(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)，P1 口作為第八位地址接收。 P2 口： P2 口為一個(gè)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(gè) TTL 門電流 ，當(dāng) P2 口被寫 “1”時(shí)，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(jì) (論文 ) 6 因此作為輸入時(shí)， 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(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址 “1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， 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(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3 口： P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) 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(shí)器 0 外部輸入） T1（記時(shí)器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） P3 口同時(shí) 為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 RST： 復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)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(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)， 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(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (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(wú)效。 /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式 1 時(shí)， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)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(shí)鐘工作電路的 輸入。 XTAL2：來(lái)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(gè)半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附 在一個(gè)支架上，一端是負(fù)極，另一端連接電源的正極，使整個(gè)晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來(lái)。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(jì) (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(lái)的時(shí)候，它們之間就形成一個(gè)“ PN 結(jié) ”。當(dāng)電流通過(guò)導(dǎo)線作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電子就會(huì)被推向P 區(qū)，在 P 區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會(huì)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(zhǎng)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(diǎn)： 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)?，一般?lái)說(shuō) LED 的工作電壓是 。工作電流是 。這就是說(shuō)：它消耗的電能不超過(guò) 。 三、使用壽命長(zhǎng) 在恰當(dāng)?shù)碾娏骱碗妷合拢?LED 的使用壽命可達(dá) 10萬(wàn)小時(shí)。 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(wú)毒的材料作成，不像熒光燈含水銀會(huì)造成污染，同時(shí) LED 也可以回收再利用。 六、堅(jiān)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(jiān)固。燈體內(nèi)也沒(méi)有松動(dòng)的部分，這些特點(diǎn)使得 LED 可以說(shuō)是不易損壞的。 高節(jié)能：節(jié)能能源無(wú)污染即為環(huán)保。直流驅(qū)動(dòng)，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(zhǎng)： LED 光源有人稱它為長(zhǎng)壽燈，意為永不熄滅的徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 9 燈。固體冷光源，環(huán)氧樹脂封裝，燈體內(nèi)也沒(méi)有松動(dòng)的部分，不存在燈絲發(fā)光易燒、熱沉積、光衰等缺點(diǎn)，使用壽命可達(dá) 6 萬(wàn)到 10 萬(wàn)小時(shí)，比傳統(tǒng)光源壽命長(zhǎng) 10 倍以上。 多變幻： LED 光源可利用紅、綠、藍(lán)三基色原理，在計(jì)算機(jī)技術(shù)控制下使三種顏色具有 256級(jí)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(shí)現(xiàn)豐富多彩的動(dòng)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(méi)有紫外線和紅 外線，既沒(méi)有熱量，也沒(méi)有輻射，眩光小，而且廢棄物可回收，沒(méi)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(jì)算機(jī)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(wú)限升級(jí)，靈活多變的特點(diǎn) 。 LCD 的特點(diǎn) （ 1） 低壓微功耗 （ 2） 平板型結(jié)構(gòu) （ 3） 被動(dòng)顯示型 (無(wú)眩光，不刺激人眼，不會(huì)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(wú)電磁輻射 (對(duì)人體安全，利于信息保密 ) （ 7） 長(zhǎng)壽命 (這種器件幾乎沒(méi)有什么劣化問(wèn)題，因此壽命極長(zhǎng)，但是液晶背光壽命有限，不過(guò)背光部分可以更換 . 鎖存器 鎖存器 是一種對(duì)脈沖電平敏感的存儲(chǔ)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(jiǎn)單鎖存器描述：只有在有鎖存信號(hào)時(shí)輸入的狀態(tài)被保存到輸出，直到下一個(gè)鎖存信號(hào)。通常只有 0 和 1 兩個(gè)值。典型的邏輯電路是 D 觸發(fā)器。 由若干個(gè)鐘控 D 觸發(fā)器構(gòu)成的一次能存儲(chǔ)多位二進(jìn)制代碼 的時(shí)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(jì) (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(hào)， D 為數(shù)據(jù)信號(hào)。輸出控制信號(hào)為 0 時(shí)，鎖存器的數(shù)據(jù)通過(guò)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(jì) (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(huì)隨輸入端的狀態(tài)變化而變化，僅在有鎖存信號(hào)時(shí)輸入的狀態(tài)被保存到輸出，直到下一個(gè)鎖存信號(hào)到來(lái)時(shí)才改變。在某些運(yùn)算器電路中有時(shí)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(shí)鐘信號(hào)有效。這意味著時(shí)鐘信號(hào)先到，數(shù)據(jù)信號(hào)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(hào)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(wèn)題，再其次是解決驅(qū)動(dòng)的問(wèn)題，最后是解決一個(gè) I/O 口既能輸出也能輸入的問(wèn)題。 在某些應(yīng)用中，單片機(jī)的 I/O 口上需要外接鎖存器。例如，當(dāng)單片機(jī)連接片外存儲(chǔ)器時(shí)，要接上鎖存器，這是為了實(shí)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(hào)又要用于數(shù)據(jù)信號(hào)，這時(shí)就可以用鎖存器先將地址鎖存起來(lái)。 ８０５１訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)Ｐ０口和Ｐ２口共做地址總線，Ｐ０口常接鎖 存器再接存儲(chǔ)器。以防止總線間的沖突。而Ｐ２口直接接存儲(chǔ)器。因?yàn)閱纹瑱C(jī)內(nèi)部時(shí)序只能鎖住Ｐ２口的地址，如果用Ｐ０口傳輸數(shù)據(jù)時(shí)不用鎖存器的話，地址就改變了。 看看８０５１單片機(jī)總線操作的時(shí)序圖對(duì)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(shí)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(hào)，在指定的地址進(jìn)行讀寫操作。 使用鎖存器來(lái)區(qū)分開單片機(jī)的地址和數(shù)據(jù)，８０５１系列的單片機(jī)用的比較多，也有一些單片機(jī)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(jì) (論文 ) 12 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 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(jì)的數(shù)字搶答器 采用 AT89C51 單片機(jī)作為系統(tǒng)的控制單元。 就搶答器而言，通常可采用液晶顯示或數(shù)碼管顯示。由于一般的段式液晶屏，需要專門的驅(qū)動(dòng)電路，而且液晶顯示作為一種被動(dòng)顯示，可視性相對(duì)較差；對(duì)于具有驅(qū)動(dòng)電路和微處理器接口的液晶顯示模塊（字符或點(diǎn)陣），一般多采用并行接口，對(duì)微處理器的接口要求較高，占用資源多。另外， A