【正文】 所以在 內(nèi)， RST 引腳所接收到的電壓是 5V～ 。也就是說在電腦啟動的 內(nèi)，電容兩端的電壓時在 0~。 圖 33 復(fù)位電路 在電路圖中，電容的的大小是 10uF，電阻 的大小是 10k。利用電容器的充電特性達到滿足接通電源后，華北科技學(xué)院畢 業(yè)設(shè)計（論文） 第 17 頁 共 60 頁 單片機實現(xiàn)自動復(fù)位的要求。這里僅介紹上電復(fù)位和按鍵復(fù)位這兩種常用的復(fù)位方式。其目的是使 CPU和系統(tǒng)中其他部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。由于軟件看門是高級中斷，它將阻止說要中斷響應(yīng)，由此可見清除中斷激活標(biāo)志的重要性。有的編程人員用 020210（ LJMP 0000H）作為軟件陷阱，認(rèn)為直接轉(zhuǎn)向 0000H 地址就完成了軟件復(fù)位，就是這類錯誤的典型代表。對各專用寄存器的復(fù)位操 作是容易的，也沒有必要完全模擬，可根據(jù)實際需要去主程序初始化過程中完成。但是，硬件復(fù)位還能自動清除中斷激活標(biāo)志，使中斷系統(tǒng)能夠正常工作，這樣一個事實卻容易為不少編碼人員所忽視。上電復(fù)位，人工按鈕復(fù)位和硬件看門狗復(fù)位均為硬件復(fù)位。 從實現(xiàn)系統(tǒng)復(fù)位的方法來看，系統(tǒng)復(fù)位可分為硬件復(fù)位和軟件復(fù)位。 復(fù)位 模塊 使 CPU 進入初始狀態(tài)， 從 0000H 地址開始執(zhí)行程序的過程叫系統(tǒng)復(fù)位。 為了減小寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定、可靠地工作。s。其 大小是時鐘信號頻率的倒數(shù) ， 常用 T=1/fosc 表示 ?；谶@種考慮， 本文中的晶體振蕩頻率設(shè)計為 12MHz，諧振電容的容值選定為 30pF。但是，在有些情況下，單片機的八路智能搶答器的設(shè)計 第 16 頁 共 60 頁 外圍設(shè)備的速度無法匹配單片機的運行速度。 確定系統(tǒng)中晶體振蕩器的頻率，我認(rèn)為與具體的應(yīng)用有關(guān)。經(jīng)過大量的實際應(yīng)用，晶體振蕩器的頻率與諧振電容的容值之間形 成了一定的固定搭配。二者如果配合的好，可以發(fā)揮諧振電容的積極作用。諧振電容的容值選擇，與所用的晶體振蕩器的頻率值有關(guān)。 圖 32 時鐘電路 從 時鐘 電路的 示意 圖中可以看到，單片機所跨接的晶體振蕩器旁邊還有兩個電容器C1 和 C2。 本系統(tǒng)中采用的是內(nèi)部時鐘方式。自激振蕩器的頻率取決于晶體振蕩器的頻率，常見的晶體振蕩器頻率有 6MHz和 12MHz。 內(nèi)部時鐘方式就是利用單片機芯片內(nèi)部的振蕩器，通過在引腳 XTALl 和 XTAL2 兩端跨接晶體振蕩器，構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器的方法，再由獲得的自激振蕩器發(fā)出穩(wěn)定的脈沖，直接送入芯片內(nèi)部的時鐘電路的方式。 外部時鐘方式就是直接將外部的振蕩脈沖通過 XTALl 或 XTAL2 接入單片機 ， 外部時鐘方式多用于多機系統(tǒng)，以便各個單片機能夠同時工作。 AT89C51 單片機的時鐘產(chǎn)生方法有兩種：內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式。所以，用戶編程時不應(yīng)該將數(shù)據(jù)寫入這些未確定的地址單元，它們是公司留待將來開發(fā)新產(chǎn)品時使用的。這些寄存器的名稱和地址見表 31 所示 。特殊功能寄存器共含有 22 個不同 寄存器。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V編程電源（ VPP）。 EA/VPP：當(dāng)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。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次 PSEN 有效。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。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。 P3 口也可作為 AT89C51的一些特殊功能口 ， 同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。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。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)存儲器進行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 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。 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 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH進行校驗時， P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。當(dāng) P1口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。 AT89C51 引腳圖如圖 31 所示 。為了提高數(shù)據(jù)處理和 位操作功能，片內(nèi)增加了一個通用寄存器 B 和一些專用寄存器，還增加了位處理邏輯電路的功能。它的功能是對來自存儲器中的指令進行譯碼，通過實時控制電路，在規(guī)定的時刻發(fā)出各種操作所需的內(nèi)部和外部的控制信號，使各部分協(xié)調(diào)工作，完成指令所規(guī)定的操作。單片微機內(nèi)部最核心的部分是 CPU， CPU 按其功能可分為運算器和控制器兩部分。 AT89C51 單片機 的介紹 AT89C51 單片機主要有以下部件 構(gòu)成 ： 八位微處理器 CPU、振蕩電路、總線控制部件、中斷控制部件、片內(nèi) Flash 存儲器、片內(nèi) RAM、并行 I/O 接口、定時器和串行 I/O接口。寫入單片機內(nèi)的程序還可以進行加密。首先本課題的設(shè)計產(chǎn)品使用環(huán)境為常規(guī)環(huán)境，并且實現(xiàn)的功能相對來 說比較簡單；其次軟件程序不是非常的多， 4k 存儲空間做夠使用，常見的 開發(fā)軟件和工具 我們 稱為 8051 開發(fā)系統(tǒng) 或 環(huán)境 ， 常見的 匯編程序 ASM5 Keil C5 MedWin 等均是針對 8051 內(nèi)核單片機的開發(fā)軟件 ， AT89C51 完全兼容，可以使用；再次該系列單片機的發(fā)展相對較成熟，會使用的人很多，容易被人接受；最后， 在眾多的 51 系列單片機中， ATMEL 公司的AT89C51 更實用，因他不但和 8051 指令、管腳完全兼容，而且其片內(nèi)的 4K 程序存儲器是 FLASH 工藝的，這種工藝的存儲器用戶可以用電的方式瞬間擦除、改 寫 。雙列直插、 PLCC 有對應(yīng)插座適合產(chǎn)品開發(fā)階段或?qū)W習(xí)時使用， SOP、 QFP、 SSP、 TSSP 等表貼封裝更適合最終產(chǎn)品選用。由于單片機的應(yīng)用系統(tǒng)一般比較緊湊小巧，不像其他微機系統(tǒng)有較多的外設(shè)，因此，在自行設(shè)計組裝時，必須具備專門的工具來幫助單片機的開發(fā)應(yīng)用。另外，單片機的接口能力、接口方式和 I∕O口的多少也得考慮 。如WinBond 公司、 ATMEL 公司、 STC 公司的絕大部分產(chǎn)品都很兼容。選擇不同的單片機，其片內(nèi)程序存儲容量、數(shù)據(jù)存儲器、 E2PROM 的大小都有差異。第一時間有了產(chǎn)品的需求和任務(wù)，才能選擇更合適的單片機。 總體來說單片機的種類很多，在實際設(shè)計和工作中選擇好單片機非常重 要，選擇怎么樣的單片機對產(chǎn)品的整體結(jié)果影響很大，選擇時一般考慮以 下問題。 其他的公司的 51 單片機產(chǎn)品都是和 MCS51 內(nèi)核兼容的產(chǎn)品而以。 MCS51 單片機是美國 INTE 公司于 1980 年推出的產(chǎn)品，典型產(chǎn)品有 8031（內(nèi)部沒有程序存儲器，實際使用方面已經(jīng)被市場淘汰）、 8051（芯片采用 HMOS，功耗是630mW，是 89C51 的 5 倍，實際使用方面已經(jīng)被市場淘汰）和 8751 等通用產(chǎn)品，一直到現(xiàn)在， MCS51 內(nèi)核系列兼容的單片機仍是應(yīng)用的主流產(chǎn)品（比如目前流行的 89S589C51 等），各高校及專業(yè)學(xué)校的培訓(xùn)教材仍與 MCS51 單片機作為代表進行理論基礎(chǔ)學(xué)習(xí)。 經(jīng)過多年的發(fā)展， 8 位單片機已有 60 多個系列，近 600 多個種類，市場上可見到的如美國 Fairchild 公司的 F8 系列， Intel 公司的 MCS4 MCS5 MCS196 系列產(chǎn)品，Motorola 公司的 680 6805 系列產(chǎn)品， Zilog 公司的 Z Supper8 系列產(chǎn)品， Rockwell公司的 650 6502 系列產(chǎn)品， Philips 公司的 80C51 系列產(chǎn)品 ,Microchip 公司的 PIC 系列和 Ateml 公司 的 AT89 系列等， Intel 公司的單片機在市場上占主流地位，其中 MCS51系列產(chǎn)品又占主導(dǎo)地位。 核心控制模塊 單片機的選型 單片機實際上就是把 CPU、 RAM、 ROM、定時器 /計數(shù)器、 I/O 接口電路等微型機八路智能搶答器的設(shè)計 第 10 頁 共 60 頁 的主要部件集成在一塊芯片上，因此稱之為單片機 Mircocontroller。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。只要在硬件電路設(shè)計初期考慮到這一點，就應(yīng)該為系統(tǒng)將來升級留足夠的 RAM空間，哪怕多設(shè)計一個 RAM 的插座，暫不插芯片也好。 如果有大批數(shù)據(jù) 需要 處理，則應(yīng)配置足夠的RAM，如 6264， 62256 等。如果系統(tǒng)配置了外部 RAM，則建議多留一 些空間。 (3) 程序空間，選用片內(nèi)程序空間足夠大的單片機， 否則因為程序空間不夠使不得不進行空間擴展 。在設(shè)計硬件電路時，要考慮到將來修改擴展的方便。為使硬件電路設(shè)計盡可能合理，應(yīng)注意以下幾方面： (1) 工業(yè)上 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。 從時間上看，硬件設(shè)計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。 核心控制模塊就是人們所謂的 CPU，它是整個系統(tǒng)的總控制部分，本系統(tǒng)的核心控制模塊為 51 系列的單片機，只有我們通過軟件程序的編寫，并將程序?qū)懭雴纹瑱C，該系統(tǒng)才會正確的工作。它只有在兩種情況下才發(fā)出報警，一是“開始搶答”按鍵沒有按下時，選手就按下了“搶答鍵”，報警電路發(fā)出報警，提示有選手發(fā)生搶答；二是每道題的搶答 時間和問題的回答時間在倒計時 5 秒時，報警電路發(fā)出報警，提示選手倒計時的時間即將耗盡。八路智能搶答器的設(shè)計 第 8 頁 共 60 頁 如果 RST 持續(xù)為高電平，單片機就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。根據(jù)應(yīng)用的要求，復(fù)位操作通常有兩種基本形式：上電復(fù)位 或開關(guān)復(fù)位。 單片機的時鐘信號用來提供單片機片內(nèi)各種操作的時間基準(zhǔn)，單片機的時鐘信號通常用兩種電路形式得到：內(nèi)部振蕩方式和外部 振蕩方式。數(shù)碼管采用 74LS244 來驅(qū)動， 74LS244 是 TTL8 輸入 3 態(tài)緩沖器 ∕ 線驅(qū)動器，它的輸出電流可以達到 24mA。搶答按鍵共有八個，分別為 S1―S8 ，供搶答選手進行搶答使用， P1 口為八個按鍵搶答信號的輸入口，低電平有效。 系統(tǒng)的主要功能模塊 原理框圖如 圖 21所示。 該模式充分體現(xiàn)了原有系統(tǒng)性能的改進，功能的擴展及其他同類系統(tǒng)的不同之處，它包括硬件邏輯圖與軟件流程圖，比較經(jīng)濟實用，所以我們選用單片機的方案。 方案三采用單片機為核心器件，外圍電路采用集成芯片，其可靠性好，結(jié)構(gòu)簡單，不但從性能上優(yōu)于方案一 和方案二 ，而且在使用上及其功能的實現(xiàn)上都較 其他 方案簡潔，并且由于單片機具有優(yōu)越的高集 成電路性，使其工作速度更快、效率更高。所以我們放棄這個方案。但是它的造價卻很高，僅僅是集成電路他就用了八個，這個跟 我們當(dāng)初的設(shè)計理念是相沖突的。 方案比較分析：從第一個方案我們可以看出，這個搶答器是由搶答電路，定時電路，報警電路，時序控制電路四個 關(guān)鍵 電路 部分 組成。單片機的尋址能力也已突破 64KB 的限制，有的已可達到 1MB 和 16MB，片內(nèi)的 ROM 容量可達 62MB， RAM 容量則可達 2MB。 （ 5） 優(yōu)異的性能價格比 ： 單片機的性能極高。 （ 4） 易擴展 ： 片內(nèi)具有計算機正常運行所必需的部件。 （ 2） 控制功能強 ： 為 了滿足對對象的控制要求，單片機的指令系統(tǒng)均有極豐富的條件 :分支轉(zhuǎn)移能力，I/O 口的邏輯操作及位處理能力，非常適用于專門的控制功能。芯片本身是按工業(yè)測控環(huán)境要求設(shè)計的，內(nèi)部布線很短，其抗工業(yè)噪音性能優(yōu)于一般通用的 CPU。 單片機特點如下： （ 1） 高集成度，體積小，高可靠性 。由于用了單片機，使其技術(shù)比較成熟，應(yīng)用起來方便、簡單并且單片機周圍的輔助電路也比較少，便于控制和實現(xiàn)。利用單片機程序判斷選手按鍵是否有效，但是選手違規(guī)搶答，利用簡答程序顯示，啟動蜂鳴器報警，告訴主持人有人違規(guī)操作，搶答無效。 方案三：系統(tǒng)采用 MCS51系列單片機作為控制核心，其片內(nèi)帶有 4KflashROM，128的 RAM，以及 15根 I/O 口線能滿足設(shè)計要求。硬件設(shè)計部分包括電路原理圖、合理選擇元器件、繪制線路圖，然后對硬件進行調(diào)試、測試，以達到設(shè)計要求。 該方案的特點是中小規(guī)模集成電路應(yīng)用技術(shù)成熟，性能可靠，能方便地完成選手搶答的基本功能， 沒有軟件 的設(shè)計部分，不需要編程， 但是電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)試?yán)щy，涉及到 的 外圍元 器 件 很 多，造成搶答器的成本較高，并且制作過程工序比較煩瑣，不便于安裝 與調(diào)試，給 實際操作帶來很大的麻煩。 方案一 : 搶答器 系統(tǒng) 的 各部分 均 采用中小規(guī)模集成數(shù)字電路 ,利用硬件電子元器件實現(xiàn)，用機械開關(guān)按鈕作為控制開關(guān)，完成搶答輸入信號的觸發(fā)。 總結(jié)課題設(shè)計，指出設(shè)計中的一些問題，提出改善的意見，并展望搶答器的未來設(shè)計。 八路智能搶答器的設(shè)計 第 4 頁 共 60 頁 第四章：搶答器的軟件設(shè) 計，并編程序。 第三章 ： 搶答器的 硬件電路的 設(shè)計。介紹了搶答器的三種設(shè)計方案，并作出詳細優(yōu)缺點的對比，體現(xiàn)本論文中采