【正文】 ****// //作用：數(shù)字搶答器 //時間： //作者：林 海 /* 項目要求： 接通電源后，系統(tǒng)自動復(fù)位，無需手動按復(fù) 位鍵。 數(shù)字搶答器 的設(shè)計這一課題具有很強的針對性實戰(zhàn)性，很好的考查了我對 電子 類知識的掌握能力，在研究課題期間讓我學(xué)習(xí)到了很多知識同時也認識到了自己的不足之處，為我今后的發(fā)展提供更好的指引；拿到課題后在老師的關(guān)懷指導(dǎo)和同學(xué)們的熱心幫助下，通過查閱相關(guān)書籍、上網(wǎng)查閱等途徑涉獵與課題相關(guān)的知識，經(jīng)過不懈努力最終將課 題完成，在這期間很好的培養(yǎng)了我獨立處理問題的能 力和主動涉獵知識的習(xí)慣，為我在以后的工作就業(yè)打下了更好的基礎(chǔ)， 讓我 能 更快的融入到社會中。大大減少了系統(tǒng)的能耗。 再次，本 課題 主要是 研究 和 設(shè)計 基于單片機的數(shù)字搶答器 ， 選用單片機芯片作為核心 ， 加上廉價的 LED 數(shù)碼管 巧妙完美的配合， 設(shè)計出了廉價，實用，小 巧的搶答器 ， 提升了搶答器市場的競爭力 ，彌補了智力競賽的不足。 更是一次超越自我的嘗試。遇到難題我們就要去解決，自己能力不足的請教老師。增加了師生之間的感情。 還可以增強我追求科學(xué)的熱情。畢業(yè)論文是結(jié)束大學(xué)學(xué)習(xí)生活走向社會的一個中介和橋梁 ， 畢業(yè)論文是 我們 大學(xué)生才華的第一次顯露，是向祖國和人民所交的一份有份量的答卷，是投身社會主義現(xiàn)代化建設(shè)事業(yè)的報到書。 圖 39 １８ 初始化 顯示 0XX 開始鍵按下？ 復(fù)位鍵按下？ 減一鍵按下？ 加一鍵按下？ 搶答時 間減一 搶答時 間加一 無人 搶答 搶答 成功 主持人 復(fù)位 Y Y Y Y 系統(tǒng) 復(fù)位 圖 310 主程序系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 １９ 結(jié)論 首先， 畢業(yè)課題的研究 是檢驗 我們 在校學(xué)習(xí)成果的重要措施， 也是提高教學(xué)質(zhì)量的重要環(huán)節(jié) 。支持 ARM ARM9 和最新的 CortexM3 核處理器，自動配置啟動代碼，集成 Flash 燒寫模塊，強大的 Simulation 設(shè)備模擬，性能分析等功能，與 ARM之前的工具包 ADS 等相比， RealView 編譯器的最新版本可將性能改善超過 20%。 RealView MDK 開發(fā)工具 KeilμVision3 源自Keil 公司。如果你使用 C 語言編程，那么 Keil 幾乎就是你的不二之選，即使不使用 C 語言而僅用匯編語言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強大的軟件仿真調(diào)試工具也會令你事半功倍。 Keil 提供了包括 C 編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（ uVision）將這些部分組合在一起。我們只需要簡單的控制 的高低電平即可。 2. 主持人控制部分 如圖 37： 圖 36 選手鍵盤電路 １６ 3． 1． 6 報警電路的設(shè)計 我們知道，聲音的頻譜范圍約在幾十到幾千赫茲，若能利用程序來控制單 片 機某個口線的 “高 ”電平或低電平，則在該口線上就能產(chǎn)生一定頻率的矩形波，接上喇叭就能 發(fā)出一定頻率的聲音，若再利用延時程序控制 “高 ”“低 ”電平的持續(xù)時間，就能改變輸出頻率，從而改變音調(diào)，使喇叭發(fā)出不同的聲音。為增強本設(shè)計的穩(wěn)定性，減少單片機的工作量，在單片機剩余引腳允許的情況下，本設(shè)計采用了獨立式鍵盤。這里采用最常用的方法，即延時法，延時法的原理為：因為“毛刺”脈沖一般持續(xù)時間短，約為幾 ms，而我們按鍵的時間一般遠遠大于這個時間 ,所以當單片機檢測到有按鍵動靜后再延時一段時間 (這里我們?nèi)?200ms)后再進行運算。 它們各有自己的特點，其中獨立鍵盤硬件電路簡單，而且在程序設(shè)計上也不復(fù)雜，一般用在對硬件電路要求不高的簡單電路中；矩陣鍵盤與獨立鍵盤有很大區(qū)別，首先在硬件電路上它要比獨立鍵盤復(fù)雜得多，而且在程序算法上比它要煩瑣，但它在節(jié)省端口資源上有優(yōu)勢得多，因此它更適合于多按鍵電路。 圖 34 復(fù)位電路 圖 35 顯示電路 １５ 3． 1． 5 鍵盤掃描電路的設(shè)計 鍵盤是人與微機系統(tǒng)打交道的主要設(shè)備。 使選手和主持人都能清楚的看到顯示內(nèi)容。增強數(shù)碼管的電流輸入。軟復(fù)位實際上就是當 復(fù)位 程序執(zhí)行完畢之后 ,將程序 中的變量恢復(fù)到初始狀態(tài)，也實現(xiàn)了系統(tǒng)復(fù)位。 [8] 3． 1． 3 復(fù)位電路的設(shè)計 如圖 34， 單片機的第 9 腳 RESET 為硬件復(fù)位端 ,只要將該端持續(xù) 4 個機器周期的高電平即可實現(xiàn)復(fù)位 ,復(fù)位后單片機的各狀態(tài)都恢復(fù)到初始化狀態(tài)，其電路圖如圖 3所示 : 值得注意的是 ,在設(shè)計當中使用到了硬件復(fù)位和軟件復(fù)位兩種功能 ,由上面的硬件復(fù)位后的各狀態(tài)可知寄存器及存儲器的值都恢復(fù)到了初始值 ,系統(tǒng)實現(xiàn)了復(fù)位 。其大小是時鐘信號頻率的倒數(shù) ,常用 fosc 表示。 C1,C2 的典型值為 30PF。電路中兩個電容 C1,C2 的作用有兩個 :一是幫助振蕩器起振 。 單片機 一般選用石英晶體振蕩器。 3． 1． 2 時鐘頻率電路的設(shè)計 如圖 33， 單片機必須在時鐘的驅(qū)動下才能工作 .在單片機內(nèi)部有一個時鐘振蕩電路 ,只需要外接一 個振蕩源就能產(chǎn)生一定的時鐘信號送到單片機內(nèi)部的各個單元 ,決定單片機的工作速度。 [7] 2. 原理圖 圖 31 圖 32 系統(tǒng)原理圖 １３ 如圖 32， 口為開始 START 鍵 ， 為 復(fù)位 RESET 鍵 ， 為 八 路搶答輸入 SW1SW8 鍵 ，數(shù)碼管段選 P0 口，位選 、 、 ，蜂鳴器輸出為 口。如果 在硬件電路設(shè)計就預(yù)留出一些 I/O 端口，雖然當時空著沒用，那么用的時候就派上用場了。 (4) I/O 端口，在樣機研制出來后進行現(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。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行全面返工。 (2) 留有設(shè)計余地。只要技術(shù)準備充分，硬件設(shè)計的大返工是比較少的，軟件設(shè)計的任務(wù)貫徹始終，到中后期基本上都是軟件設(shè)計任務(wù)，隨著集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，各種功能很強的芯片不斷出現(xiàn)，使硬件電路的集成度越來越高，硬件設(shè)計的工作量在整個項目中的所占的比重逐漸下降。使系統(tǒng)有了更大的擴展空間。 AT89C51 片內(nèi)具有可電擦除的 FPEROM，可以快速、多次地編程，且價格不高，所以用得非常廣泛，目前開發(fā)用的 MCS—51 產(chǎn)品絕大多數(shù)用 89C51。 87C51 具有片內(nèi) EPROM，是真正的單片微機，但由于價格較貴，且程序改寫時要用紫外 線擦除，時間較長，所以用得較少。 [5] 2． 4 各類單片機的比較與分析 如表 24 所示，以下各種類型的單片機內(nèi)除 CPU 外，還包括 ROM、 RAM、 4*8 I/O口和 2 個 16 位定時 /計數(shù)器，它們都是功能很強的單片微型計算機。掉電保護方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。另外， STC89C52可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在線系統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。使用高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。晶振頻率范圍 0Hz～ 33Hz， 三級加密程序存儲器 ， 32 個可編程 I/O 口線、三個 16 位定時器 /計數(shù)器 ， 八個中斷源 ， 全雙工 UART 串行通道 ， 低功耗空閑和掉電模式 ， 掉電后中斷可喚醒 ， 看門狗定時器 ， 雙數(shù)據(jù)指針 ， 掉電標識符 。 [4] 2． 3 STC89C52 單片機的性能 STC89C52 與 MCS51 單片機產(chǎn)品兼 容 。 如 EA 端為高電平（接 Vcc 端）， CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器的指令。 EA/VPP——外部訪問允許，欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲器（地址為0000HFFFFH）， EA 端必須保持低電平（接地）。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置 ALE 禁止位無效。 如有必要，可通過對特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位，可禁 １０ 止 ALE 操作。要注意的是：每當 訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個 ALE 脈沖。 ALE/PROG——當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。 RST——復(fù)位輸入。 RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通 )。 T1(定時 /計數(shù)器 1)。 INT1(外中斷 1)。 TXD(串行輸出口 )。在 flash 編程和校驗時， P3 口也接收一些控制信號。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 P3 口： P3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻 的 8 位雙向 I/O 口， p2 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯電平。在使用 8 位地址（如 MOVX RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， P2 口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容。 在訪問外部程序存儲器或用 16 位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行 MOVX DPTR） 時， P2 口送出高八位地址。對 P2 端口寫 “1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。 SCK（在線系統(tǒng)編程用） 。 圖 22 STC89C52 封裝圖 ９ MOSI（在線系統(tǒng)編程用） 。 引腳號第二功能 T2（定時器 /計數(shù)器 T2 的外部計數(shù)輸入），時鐘輸出 。此外， 和 分別作定時器 /計數(shù)器 2 的外部計數(shù) 輸入（ ）和時器 /計數(shù)器 2 的觸 輸入（ ） 。對 P1 端口寫 “1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。程序校驗時，需要外部上拉電阻。在這種模式下， P0 具有內(nèi)部上拉電阻。作為輸出口，每位能驅(qū)動 8 個 TTL 邏輯電對 P0 端口寫 “1”時，引腳用作高阻抗輸入。及雙排針式， 40 引腳的封裝。 (3) 復(fù)位電路是為單片機通電后設(shè)置初始狀態(tài)。 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 ： 如圖 22， 圖中 ： (1) 內(nèi)部總線是 STC89C52 單片機內(nèi)部的數(shù)據(jù)通路 。它結(jié)合了 CMOS的高速和高密度技術(shù)及 CMOS的低功耗特征，它基于標準的 MCS51單片機體系結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)，屬于 89C51 增強型單片機版本，集成了時鐘輸出和向上或向下計數(shù)器等更多的功能，適合于類似馬達控制等應(yīng)用場合。 而且 ， 隨用戶的需要和發(fā)展還可以進行修改使系統(tǒng)不斷能追隨用戶的最新要求 。每次試驗可以編入不同的程序 。 (5) 可進行反復(fù)系統(tǒng)試驗 。 一般的 OTP 產(chǎn)品一旦錯誤編程就成了廢品 ， 而 89 系列單片機內(nèi)部采用了 Flash 存儲器所以錯誤編程之后仍可以重新編程直到正確為止 。 89 系列單片機采用靜態(tài)時鐘方式 ， 所以可以節(jié)省電能 ， 這對于降低便攜式產(chǎn)品的功耗十分有用 。 (2) 和 80C51 插座兼容 89 系列單片機的引腳是和 80C51 的引腳一樣的所以當用 89 系列單片機取代 80C51 時可以直接進行代換這時不管采用 40 引腳或是 44 引腳的產(chǎn)品只要用相同引腳的 89 系列單片機取代 80C51 的單片機即可 。 故而對于熟悉 8051 的用戶來說 , 用 ATMEL 公司的 89 系列單片機進行取代 8051 的系統(tǒng)設(shè)計 是輕而易舉的事 。 所以 , 它和 8051 系列單片機是兼容的系列 。 特別是在便攜式 、 省電及特殊信息保存的儀器和系統(tǒng)中顯得更為有用。能方便的存儲所開發(fā)的程序，而不需要外加儲存模塊。 本章 主要介紹 STC89C52單片機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其功能。準備下一次的搶答。 (5) 參賽選手在設(shè)定的時間內(nèi)進行搶答，搶答有效 ， 報警 秒， 數(shù)碼管 上顯示選手的編號和搶答的時間，并保持到主持人 啟動 RESET 復(fù)位鍵 為止。搶答時間開始減少。 (4) 搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間由主持人設(shè)定 (默認 30 秒 )。 (3) 搶答器 可自動識別搶答成功的選手 ，并在 LED 數(shù)碼管上顯示 該選手編號 ，同時 蜂鳴器 發(fā)出 提示 聲。 該數(shù)字搶答器的預(yù)期目標如下： (1) 搶答器同時供 8 名選手或 8 個代表隊比賽，分別用 8 個按鈕 SW1 ~ SW8 表示。當一輪搶答 成 之后， 禁止二次搶答