【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 系列集成度高，速度快，功耗低，并增設(shè)了兩種可以用軟件進(jìn)行選擇的低功耗工作方式：空閑方式和掉電方式。其最主要的技術(shù)特點(diǎn)是向外部接口電路擴(kuò)展，以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)完善的控制功能。 （ 1） 80C51 單片機(jī) 的主要性能包括： 片內(nèi)有 4K 可在線重復(fù)編程閃速電擦除存儲(chǔ)器 ，主電源引腳為 VCC 和 VSS， VCC 是電源端， 工作電源和編程校驗(yàn) 是 +5V。 6 VSS 是 接地端。 80C51 的存儲(chǔ)組織結(jié)構(gòu)可以分為 3 個(gè)不同的存儲(chǔ) 空間，分別是64KB 程序存儲(chǔ)器（ ROM）包括片內(nèi) ROM 和片外 ROM； 64KB 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（外 RAM）； 256B 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（內(nèi) RAM）。 中斷結(jié)構(gòu)具有 5 個(gè)中斷源和 2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)；可編程全雙工串行通信；空閑狀態(tài) 維持 低功耗和掉電狀態(tài)保存存儲(chǔ)內(nèi)容。 （ 2） 80C51 單片機(jī) 的 I/O 口 ： P0、 P P2 和 P3。 P0 口（ ）是一個(gè) 8 位漏極開路型的雙向 I/O 口。第 2 功能是在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，分別提供低8 位地址線和 8 位雙向數(shù)據(jù)總線。在對(duì)片內(nèi) ROM 進(jìn)行編程和校驗(yàn)時(shí)， P0 口用于數(shù)據(jù)的輸入和輸出。 P1 口（ ）：是一個(gè)內(nèi)部帶提升電阻的準(zhǔn)雙向 I/O 口。在對(duì)片內(nèi) ROM 編程校驗(yàn)時(shí)， P1 口用于接收低 8 位地址信號(hào)。 P2 口（ ）：是一個(gè)內(nèi)部帶提升電阻的 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口。第 2 功能是在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，輸出高 8 位地址信號(hào)。在對(duì)片內(nèi) ROM 進(jìn)行編程和校驗(yàn)時(shí)， P2 口用作接收高 8 位地址和控制信號(hào)。 P3 口（ ）：是一個(gè)內(nèi)部帶提升電阻的 8 位準(zhǔn)雙向 I/O口。在系統(tǒng)中，這 8 個(gè)引腳都有各自的第 2 功能。 引腳如圖 23 所示 圖 23 40 引腳雙列直插封裝圖 搶答器的優(yōu)點(diǎn)和組成 在知識(shí)比賽中， 特別是做搶答題目的時(shí)候 ， 在搶答過程中，為了知道哪一組或哪一位選手先答題，必須要設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)來完成這個(gè)任務(wù)。如果在搶答中，靠視覺 7 是很難判斷出哪組先答題。利用單片機(jī)系統(tǒng)來設(shè)計(jì)搶答器，使以上問題得以解決，即使兩組的搶答時(shí)間相差幾微秒，也可分辨出哪組優(yōu)先答題。本文主要介紹了單片機(jī)搶答器設(shè)計(jì)及工作原理，以及它的實(shí)際用途。系統(tǒng)工作原理本系統(tǒng)采用AT89C51 單片機(jī)作為核心?？刂葡到y(tǒng)的四個(gè)模塊分別為：存儲(chǔ)模塊、顯示模塊、語音模塊、搶答開關(guān)模塊。該搶答器系統(tǒng)通過開關(guān)電路 六 個(gè)按鍵輸入搶答信號(hào)；利用存儲(chǔ)程序 來完成軟件的設(shè)計(jì) ；利 用一個(gè)數(shù)碼管來完成顯示功能。工作時(shí)，用按鍵通過開關(guān)電路輸入各路的搶答信號(hào)，經(jīng)單片機(jī)的處理，輸出控制信號(hào)，控制數(shù)碼管和語音芯片工作。在數(shù)碼管上顯示哪一組先答題，并通過語音系統(tǒng)讀出第N 組請(qǐng)答題，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)搶答過程 。 系統(tǒng)的工作流程 搶答器的基本工作原理 :在搶答競(jìng)賽時(shí)，有多個(gè)信號(hào)同時(shí)或不同時(shí)送入主電路中，搶答器內(nèi)部的寄存器工作，并識(shí)別、記錄第一個(gè)號(hào)碼，同時(shí)內(nèi)部的定時(shí)器開始工作，記錄有關(guān)時(shí)間并產(chǎn)生超時(shí)信號(hào)。在整個(gè)搶答器工作過程中，顯示電路、語音電路等還要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況向外電路輸出相應(yīng)信號(hào)。搶答器的工作 流程分為、系統(tǒng)復(fù)位、正常流程、違例流程等幾部分，基本流程如下： 如果想調(diào)節(jié)搶答時(shí)間或答題時(shí)間 ,按 加一 鍵或 減一 鍵進(jìn)入調(diào)節(jié)狀態(tài) ,此時(shí)會(huì)顯示現(xiàn)在設(shè)定的搶答時(shí)間或回答時(shí)間值 ,如想加一秒按一下 加 1s鍵 ,如果想減一秒按一下 減 1s鍵，時(shí)間 LED上會(huì)顯示改變后的時(shí)間，調(diào)整范圍為 0~99s, 0s 時(shí)再減 1s 會(huì)跳到 99， 99s 時(shí)再加 1s 會(huì)變到 0s。 主持人按 搶答開始 鍵，會(huì)有提示音，并立刻進(jìn)入搶答倒計(jì)時(shí)（預(yù)設(shè) 15s搶答時(shí)間），如有選手搶答，會(huì)有提示音，并會(huì)顯示其號(hào)數(shù)并立刻進(jìn)入回答倒計(jì)時(shí)（預(yù)設(shè) 10s 搶答 時(shí)間），不進(jìn)行搶答查詢，所以只有第一個(gè)按搶答的選手有效。 如倒計(jì)時(shí)期間，主持人想停止倒計(jì)時(shí)可以隨時(shí)按 停止 按鍵，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)入準(zhǔn)備 狀態(tài) ， 等待主持人按 搶答開始 進(jìn)入下次搶答計(jì)時(shí)。 如果主持人未按 搶答開始 鍵，而有人按了搶答按鍵，犯規(guī)搶答， LED上不斷閃爍 FF 和犯規(guī)號(hào)數(shù)并響個(gè)不停，直到按下 停止 鍵為止。 8 第三章 硬件電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)分為硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，這兩者相互結(jié)合，不可分離；從時(shí)間上看，硬件設(shè)計(jì)的絕大部分工作量是在最初階段，到后期往往還要做一些修改。只要技 術(shù)準(zhǔn)備充分，硬件設(shè)計(jì)的大返工是比較少的，軟件設(shè)計(jì)的任務(wù)貫徹始終，到中后期基本上都是軟件設(shè)計(jì)任務(wù)，隨著集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，各種功能很強(qiáng)的芯片不斷出現(xiàn)，使硬件電路的集成度越來越高，硬件設(shè)計(jì)的工作量在整個(gè)項(xiàng)目中的所占的比重逐漸下降。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)，要考慮到將來修改擴(kuò)展的方便。因?yàn)?很少有一錘定音的電路設(shè)計(jì)，如果現(xiàn)在不留余地，將來可能要為一點(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 80C51 單片機(jī)。 (4) I/O 端口：在樣機(jī)研制出來后進(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(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)空著沒用，那么用的時(shí)候就派上用場(chǎng)了。 如圖 311， 為開始搶答， 為停止， 為六路搶答輸入，數(shù)碼管段選 P0 口，位選 P2 口低 3 位，蜂鳴器輸出為 口。 為時(shí)間加 1調(diào)整， 為時(shí)間減 1 調(diào)整。 9 圖 圖 311 系統(tǒng)原理圖 搶答器的輸入按鈕使用常開開關(guān)，如圖 32 所示。 圖 32 搶答按鍵 這些常開開關(guān)組成了搶答按鍵，硬件電路簡(jiǎn)單，在程序設(shè)計(jì)上也不復(fù)雜，只要在程序中消除在按鍵過程中產(chǎn)生的“毛刺”現(xiàn)象就可以了。這里采用最常用的方法即延時(shí)法，其的 原理為：因?yàn)椤懊獭泵}沖一般持續(xù)時(shí)間短，約為幾 ms，而按鍵的時(shí)間一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于這個(gè)時(shí)間 ,所以當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到有按鍵動(dòng)靜后再延時(shí)一段時(shí)間 (這里取 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 10 無效。 顯示電路使用了七段數(shù)碼管 7SEGMPX4CC，它是共陰極的，由高電平點(diǎn)亮。如圖 313 所示。 圖 33 顯示數(shù)碼管 單片機(jī)的第 9 腳 RST 為硬件復(fù)位端 ,只要將該端持續(xù) 4 個(gè)機(jī)器周期的高電平即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位 ,復(fù)位后單片機(jī)的各狀態(tài)都恢復(fù)到初始化狀態(tài)，其 電路圖如圖 232 所示 : 圖 312 復(fù)位電路 在方案中使用到了硬件復(fù)位和軟件復(fù)位兩種功能 ,由上面的硬件復(fù)位可使寄存器及存儲(chǔ)器的值都恢復(fù)到初始值 ,而前面的功能提到了倒計(jì)時(shí)間需要有記憶功能 ,該功能實(shí)現(xiàn)的前提條件就是不能對(duì)單片機(jī)進(jìn)行硬件復(fù)位 ,所以設(shè)定了軟復(fù)位功能。軟復(fù)位實(shí)際上就是當(dāng)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。 這些常開開關(guān)組成了搶答按鍵，硬件電路簡(jiǎn)單，在程序設(shè)計(jì)上也不復(fù)雜，只要在程序中消除在按鍵過程中產(chǎn)生的“毛刺”現(xiàn)象就可以了。這里采用最常用的方法 11 即延時(shí)法，其的原理為：因?yàn)椤懊獭泵}沖一般持續(xù)時(shí)間短，約為幾 ms，而按鍵的時(shí)間一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于這個(gè)時(shí)間 ,所以當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到有按鍵動(dòng)靜后再延時(shí)一段時(shí)間 (這里取 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。 時(shí)鐘頻率的設(shè)計(jì) 單片機(jī)必須在時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下才能工作。在單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)時(shí)鐘振蕩電路 ,只需要外接一個(gè)振蕩源就能產(chǎn)生一定的時(shí)鐘信號(hào)送到單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)單元 ,決定單片機(jī)的工作速度。 圖 35 外部振蕩源電路 一般選用石英晶體振蕩器。此電路在加電大約延遲 10ms 后振蕩器起振 ,在 XTAL2引腳產(chǎn)生幅度為 3V 左右的正弦波時(shí)鐘信號(hào) ,其 振蕩頻率主要由石英晶振的頻率確定。單片機(jī)在工作時(shí) ,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(shí)鐘信號(hào)的周期稱為時(shí)鐘周期。電路中兩個(gè)電容 C1,C2 的作用有兩個(gè) :一是幫助振蕩器起振 。二是對(duì)振蕩器的頻率進(jìn)行微調(diào)。 C1,C2 的典型值為 30PF。 這里 能利用程序來控制單 片 機(jī) 口線 反復(fù)輸出 高電平或低電平， 即 在該口線上產(chǎn)生一定頻率的矩形波，接上 揚(yáng)聲器 就能發(fā)出一定頻率的聲音，再利用延時(shí)程序控制 “ 高 ”“ 低 ” 電平的持續(xù)時(shí)間，就能改變輸出頻率，從而改變音調(diào)，使 揚(yáng)聲器 發(fā)出不同的聲音。 12 第四章 軟件電路設(shè)計(jì) 流程圖 是 使用圖形表示算法的思路是一種極好的方法， 不論采用何種程序設(shè)計(jì)方法，程序總體結(jié)構(gòu)確定后，一般以程序流程圖的形式對(duì)其進(jìn)行描述 。 總體框圖中的各個(gè)子模塊或各個(gè)子任務(wù)也應(yīng)該結(jié)合具體的教學(xué)模型和算法畫出較詳細(xì)的程序流程圖，供后面編寫具體程序和閱讀程序使用。 流程圖是由一些圖框和流程線組成的，其中圖框表示各種操作的類型，圖框中的文字和符號(hào)表示操作的內(nèi)容，流程線表示操作的先后次序。 流程圖的基本結(jié)構(gòu)為順序結(jié)構(gòu)，分支結(jié)構(gòu)（又稱選擇結(jié)構(gòu)），循環(huán)結(jié)構(gòu)。為便于識(shí)別，繪制流程圖的習(xí)慣做法是： 方框表示：要執(zhí)行的處理（ Process） 平行四邊型表示：代表資料輸入（ Input） 不規(guī)則圖形代表資料輸出（ Output）或報(bào)表輸出（ Print） 菱形表示：決策或判斷（例如： If...Then...Else） 初始化部分 Kz= =0 啟動(dòng)中斷，數(shù)碼管開始計(jì)時(shí) 若有選手搶答 中斷停止，數(shù)碼管顯示選手的標(biāo)號(hào)及所用的時(shí)間 結(jié)束 開 始 N Y Y N 13 為開始搶答， 為停止， 為六路搶答輸入數(shù)碼管段選 P0 口，位選 P2 口，蜂鳴器輸出為 口。 程序代碼