【文章內(nèi)容簡介】 化、防曬、防潮、防火、防高（低）溫，對外界環(huán)境要求低，易于維護(hù)，同時(shí)其精度高，稱量快，精確可靠，操作簡單。數(shù)碼顯示是采用 BCD 編碼顯示數(shù)字，程序編譯容易，資源占用較少。 根據(jù)以上的論述，采用方案二。 控制器模塊 控制器主要用于各模塊控制 顯示、 搶答 、音樂等。 控制器的選擇有以下兩鐘方案。 方案 1：采用 FPGA（現(xiàn)場可編程門列陣）作為系統(tǒng)的控制器。 FPGA 可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜 的邏輯功能，規(guī)模大，密度高，它將所有器件集成在一塊芯片上， 減小了體積，提高了穩(wěn)定性，并且可以應(yīng)用 EDA 軟件仿真、調(diào)試，易于進(jìn)行功能擴(kuò)展。 FPGA 采用并行的輸入輸出方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)模實(shí)時(shí)系統(tǒng)的控制核心。但由于本設(shè)計(jì)對數(shù)據(jù)處理的速度要求不高， FPGA 的高速處理的優(yōu)勢得不到充分體現(xiàn)，并且由于其集成度高，使其成本偏高，同時(shí)由于芯片的引腳較多，實(shí)物硬件電路板布線復(fù)雜，加重了電路設(shè)計(jì)和實(shí)際焊接的工作。 方案 2：采用 ATMEL 公司的 STC89C51 作為系統(tǒng)控制器的 CPU 方案。單片機(jī)算術(shù)運(yùn)算功能 強(qiáng)，軟件編程靈活、自由度大，可以用軟件編程實(shí)現(xiàn)各種算法和邏 ********************* 基于 AT89S51 智能紅外搶答 系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 3 輯控制，并且由于其功耗低、體積小、技術(shù)成熟和成本低等優(yōu)點(diǎn)，使其在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。 基于以上分析擬訂方案二 。 鍵盤的選擇 鍵盤是單片機(jī)不可缺少的輸入設(shè)備，是實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話的紐帶。鍵盤按結(jié)構(gòu)形式可以分為非編碼鍵盤和編碼鍵盤，前者用軟件方法產(chǎn)生鍵碼，而后者則用硬件方法來產(chǎn)生鍵碼。在單片機(jī)中使用的都是非編碼鍵盤，因?yàn)榉蔷幋a鍵盤結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，非編碼鍵盤的類型很多，常用的有獨(dú)立式鍵盤，行列式鍵盤等。 方案 1：獨(dú)立式鍵盤 鍵盤接口中使用多少根 I/O 線，鍵盤中就有幾個(gè)按鍵，鍵盤接口使用了 6根I/O 口線，該鍵盤就有 6個(gè)按鍵，這種類型的鍵盤，其按鍵比較少，且鍵盤 中各按鍵的工作互不干擾。因此可以根據(jù)實(shí)際需要對鍵盤中的按鍵靈活的編碼。如圖21。 最簡單的編碼方式就是根據(jù) I/O 輸入口所直接反映的相應(yīng)按鍵，按下的狀態(tài)進(jìn)行編碼，稱按鍵直接狀態(tài)碼，對于這樣編碼的獨(dú)立式鍵盤， CPU 可以通過直接讀取 I/O 口的狀態(tài)來獲取按鍵的直接狀態(tài)編碼值，根據(jù)這個(gè)值直接進(jìn)行按鍵識(shí)別，這樣形式的鍵盤結(jié)構(gòu)簡單，按鍵識(shí)別容易。 獨(dú)立式鍵盤的缺點(diǎn)是需要占用比較多的 I/O 口線，當(dāng)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)鍵盤中需要的按鍵比較少或 I/O 口線比較富余時(shí)，可以采用這樣類型的鍵盤。 方案 2：行列式鍵盤 行列式鍵盤是用 N 條 I/O 線作為行線， M條 I/O 線作為列線組成的鍵盤，在行線和列線的每個(gè)交叉點(diǎn)上，設(shè)置一個(gè)按鍵中按鍵的個(gè)數(shù)是 M*N個(gè)。這種形式的圖 21獨(dú)立式鍵盤 P1 1 2 3 4 5 6 7 8 ********************* 基于 AT89S51 智能紅外搶答 系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 4 鍵盤結(jié)構(gòu)，能夠有效的提高單片機(jī)系統(tǒng)中 I/O 的利用率，列線接 ~ 行線接 ~，行列適用于按鍵輸入多的情況。 CPU 對鍵盤的掃描可以采用取程序控制的隨機(jī)方式，即只有在 CPU 空閑是時(shí)才去掃描鍵盤，響應(yīng)操作人員的鍵盤輸入，但 CPU 在執(zhí)行應(yīng) 用程序的過程中，不能響應(yīng)鍵盤輸入，對鍵盤的掃描可以采用定時(shí)方式，即利用單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器每隔一定時(shí)間對鍵盤掃描一次，這樣控制方式，不管鍵盤上有無鍵閉合， CPU 總是定時(shí)的關(guān)心鍵盤狀態(tài)。 在大多數(shù)情況下， CPU 對鍵盤可能進(jìn)行空掃描。為了提高 CPU 的效率而又能及時(shí)響應(yīng)鍵盤輸入，可以采用中斷方式，既 CPU 平時(shí)不必掃描鍵盤，只要當(dāng)鍵盤上有鍵盤閉合時(shí)就產(chǎn)生中斷請求，向 CPU 申請中斷后，立即對鍵盤上有鍵盤進(jìn)性掃描，識(shí)別閉合鍵，并做相應(yīng)的處理。如圖 22所示。 根據(jù)以上的論述，采用方案一，在本 系統(tǒng)中采用了獨(dú)立式鍵盤，其按鍵比較少，且鍵盤中各個(gè)按鍵的工作互不干擾。 AT89S51 單片機(jī)簡單概述 AT89S51 單片機(jī)的結(jié)構(gòu) AT89S51 單片機(jī)是美國 Atmel 公司生產(chǎn)低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4k bytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（ EPROM）和 128 bytes 的隨機(jī)圖 22 行列式鍵盤 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F ********************* 基于 AT89S51 智能紅外搶答 系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 5 存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM)，器件采用 Atmel 公司的高密度、非易失性存取技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8位中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大。 AT89S51單片機(jī)可提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 圖 2 為 AT89S51單片機(jī)的基本組成功能方塊圖。由圖可見，在這一塊芯片上，集成了一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)的主要組成部分，其中包括 CPU、存儲(chǔ)器、可編程 I/O 口、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串行口等，各部分通過內(nèi)部總線相連。下面介紹幾個(gè)主要部分。 外時(shí)鐘源 外部事件計(jì)數(shù) 外 部 中斷 控制 并行口 串行通信 圖 2 AT89C51 功能方塊圖 AT89S51 管腳說明 ATMEL 公司的 AT89S51 是一種高效微控制器。采用 40 引腳雙列直插封裝形式。 AT89S51 單片機(jī)是高性能單片機(jī)，因?yàn)槭芤_數(shù)目的限制，所以有不少引腳具有第二功能。 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 FLASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FLASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0輸出原碼，此時(shí) P0外 部必須被拉高。 振蕩器和時(shí)序 OSC 程序存儲(chǔ)器 4 KB ROM 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 256 B RAM/SFR 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 16 AT89S51 CPU 64 KB 總線 擴(kuò)展控制器 可編程 I/O 可編程全 雙工串行口 內(nèi)中斷 ********************* 基于 AT89S51 智能紅外搶答 系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 6 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，當(dāng)對外部八位地址數(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。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： P3 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。 ALE/PROG ：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許端的輸出電平用于鎖存地址的地址字節(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)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。 PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)端。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。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN 信 ********************* 基于 AT89S51 智能紅外搶答 系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 7 號(hào)將不出現(xiàn)。 EA /VP：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 。 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：反向振蕩器的輸出 ,如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，應(yīng)不接。 第 3 章 模塊最終 方案 的 設(shè)計(jì) 總體設(shè)計(jì)思路 主控制器模塊：采用 STC89C51 單片機(jī)控制。 搶答器顯示模塊：數(shù)碼管顯示。 電源方案的選擇：采用 9V電池供電。 搶答器鍵盤模塊：獨(dú)立式鍵盤。 功能介紹 如果想調(diào)節(jié)搶答時(shí)間或答題時(shí)間 ,按 搶答時(shí)間調(diào)節(jié) 鍵或 答題時(shí)間調(diào)節(jié) 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 1s鍵，時(shí)間 LED 上會(huì)顯示改變后的時(shí)間，調(diào)整范圍為 0s~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) 30s 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) 60s 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。倒數(shù)時(shí)間到小于 5s 會(huì)每秒響一下提示音。 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