【正文】 (論文 ) 17 圖 41 工作流程圖 外部中斷 0（搶答時(shí)間調(diào)整）流程 外部中斷 0（搶答時(shí)間調(diào)整）的流程圖見(jiàn)圖 42： 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 18 圖 42 INT0 流程圖 一旦因 對(duì)應(yīng)鍵的按下，便進(jìn)入 INT0 中斷過(guò)程。 犯規(guī)程序部分：包括對(duì)犯規(guī)選手號(hào)的顯示、報(bào)警器的間斷工作。 搶答倒計(jì)時(shí)、回答倒計(jì)時(shí)部分：由于二者功能的相似性，本設(shè)計(jì)將二者在一個(gè)子程序—— 倒計(jì)時(shí)程序中一起編寫(xiě)。對(duì)流程圖的分析，也分三部分來(lái)介紹。 方案實(shí)現(xiàn) 由設(shè)計(jì)的硬件部分看到，本設(shè)計(jì)采用 、 分別接搶答時(shí)間調(diào)節(jié)和答題時(shí)間調(diào)節(jié)按鈕，即通過(guò)外部中斷 0、外部中斷 1 分別控制搶答、答題時(shí)間的調(diào)整。為了使系統(tǒng)能正確決定采用何種啟動(dòng)方式，常用上電標(biāo)志來(lái)區(qū)分，如圖 39 所示。 “冷啟動(dòng)”時(shí)，系統(tǒng)的狀態(tài)全部無(wú)效，進(jìn)行徹底的初始化操作；而“熱啟動(dòng)”時(shí)，對(duì)系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行修復(fù)和有選擇的初始化。有 相應(yīng) 軟件 陷阱 捕捉來(lái)的程序可能沒(méi)有全部激活兩個(gè)標(biāo)志，這也無(wú)妨。出錯(cuò)處理程序 ERR 主要完成這一功能，其他的善后工作交由復(fù)位后的系統(tǒng)去完成。由于軟件看 門(mén) 是高級(jí)中斷，它將 阻止 說(shuō)要中斷響應(yīng)，由此可見(jiàn)清除中斷激活標(biāo)志的重要性 。有的編程人員用 020200（ 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(lèi)錯(cuò)誤的典型代表。對(duì)各專(zhuān)用寄存器的復(fù)位操作是容易的，也沒(méi)有必要完全模擬，可根據(jù)實(shí)際需要去主程序初始化過(guò)程中完成。但是，硬件復(fù)位還能自動(dòng)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(gè)事實(shí)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(mén)狗復(fù)位均為硬件復(fù)位。從實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)復(fù)位的方法來(lái)看，系統(tǒng)復(fù)位可分為硬件復(fù)位和軟件復(fù)位。圖中單片機(jī)的 14 腳輸出具有復(fù)合功能，此處用到了單片機(jī)17 腳的 IO 端口功能，單片機(jī)通過(guò)內(nèi)部定時(shí)器的操作實(shí)現(xiàn)交替變換的波形輸出驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲。 圖 37 去抖電路 發(fā)聲 電路的設(shè)計(jì) 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(lái)控制單 片 機(jī)某個(gè)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(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)，使喇叭發(fā)出不同的聲音。 K1～ K8八個(gè)按鍵的輸入電平靠 74HC30輸入與非門(mén)和 74LS04反向器組成的電路改變輸入電平。如果監(jiān)控程序中的讀鍵操作安排在主程序（后臺(tái)程序）或鍵盤(pán)中斷（外部中斷）子程序中，則該延時(shí)子程序便可直接插入讀 鍵過(guò)程中。 按鍵的觸點(diǎn)在閉合和斷開(kāi)時(shí)均會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，這 時(shí) 觸點(diǎn)的邏輯電平是不穩(wěn)定的，如不妥善處理，將會(huì)引起按鍵命令 的錯(cuò)誤執(zhí)行或重復(fù)執(zhí)行。搶答時(shí)間調(diào)整和回答時(shí)間調(diào)整接到單片機(jī)的 和 接口，加一及減一按鍵接到單片機(jī)的 和 接口。如圖 35 所示。這里采用最常用的方法 ， 即延時(shí)重復(fù)掃描法 ， 延時(shí)法的原理為 ： 因?yàn)?“ 毛刺 ” 脈沖一般持續(xù)時(shí)間短 ， 約為幾 ms， 而我們按鍵的時(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 (這里我們?nèi)?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(wú)效。 它們各有自己的特點(diǎn) ， 其中獨(dú)立鍵盤(pán)硬件電路簡(jiǎn)單 ， 而且在程序設(shè)計(jì)上也不復(fù)雜 ， 一般用在對(duì) 硬件電路要求不高的簡(jiǎn)單電路中 ； 矩陣鍵盤(pán)與獨(dú)立鍵盤(pán)有很大區(qū)別 ， 首先在硬件電路上它要比獨(dú)立鍵盤(pán)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(shì)得多 ， 因此它更適合于多按鍵電路。站在系統(tǒng)監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)的立場(chǎng)上來(lái)看，僅僅完成鍵盤(pán)掃描，讀取當(dāng)前時(shí)刻的鍵盤(pán)狀態(tài)是不夠的，還有不少問(wèn)題需要妥善解決，否則，人們?cè)诓僮麈I盤(pán)就容易引起誤操作和操作失控現(xiàn)象。 鍵盤(pán)掃描 電路的設(shè)計(jì) 鍵盤(pán)是人與 單片機(jī) 打交道的主要設(shè)備。 圖 34 共陰極數(shù)碼管 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 11 圖 34 中數(shù)碼管采用的是 4 位七段共陰數(shù)碼管，其中 A~H 段分別接到單片機(jī)的 P0 口，由單片機(jī)輸出的 P0 口數(shù)據(jù)來(lái)決定段碼值，位選碼 COM COM COM4 分別接到單片機(jī)的 、 、 ，由單片機(jī)來(lái)決定當(dāng)前該顯示的是哪一位。 通過(guò)查表法 ， 將其在數(shù)碼管上顯示出來(lái) ， 其中 P0 口為字型碼輸入端 ， P2 口低 3 位為字選段輸入端 。 其中靜態(tài)顯示的特點(diǎn)是顯示穩(wěn)定不閃爍 ， 程序編寫(xiě)簡(jiǎn)單 ， 但占用端口資源多 ； 動(dòng)態(tài)顯示的特點(diǎn)是顯示穩(wěn)定性沒(méi)靜態(tài)好 ， 程序編寫(xiě)復(fù)雜 ， 但是相對(duì)靜態(tài)顯示而言占用端口資源少 。 顯示 電路的設(shè)計(jì) 顯示功能與硬件關(guān)系極大，當(dāng)硬件固定后，如何在不引起操作者誤解的前提下提供盡可能豐富的信息，全靠軟件來(lái)解決。 值得注意的是 ， 在設(shè)計(jì)當(dāng)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(chǔ)器的值都恢復(fù)到了初始值 ， 而前面的功能介紹中提到了倒計(jì)時(shí)時(shí)間的記憶功能 ， 該功能的實(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 。由于單片機(jī)是高電平復(fù)位，所以當(dāng)按鍵 RESET1 按下時(shí) 候，單片機(jī)的 9 腳 RESET 管腳處于高電平，此時(shí)單片機(jī)處于復(fù)位狀態(tài)。s。其 大小是時(shí)鐘信號(hào)頻率的倒數(shù) ， 常用 fosc 表示 。C1， C2 的典型值為 20PF。 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 。 時(shí)鐘電路如圖 32 所示。 時(shí)鐘頻率電路的設(shè)計(jì) 單片機(jī)必 須在時(shí)鐘的 驅(qū)動(dòng)下才能工作 。 4 位七段 數(shù)碼管段選 P0 口 。開(kāi)始按鍵與結(jié)束按鍵分別接到單片機(jī)的 11 腳，由于單片機(jī)的 11 腳既有串行接口 RXD、 TXD 功能，又有 、 的 IO 端口功能，此處按鍵用到單片機(jī) 11 腳的 IO 端口功能。 硬件 原理圖 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 8 圖 31 系統(tǒng)原理圖 圖 31 中 U1 為單片機(jī) AT89C51， U2 為芯片 74HC30， U3 為芯片 74LS04。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。只要在硬件電路設(shè)計(jì)初期考慮到這 一點(diǎn)，就應(yīng)該為系統(tǒng)將來(lái)升級(jí)留足夠的 RAM 空間，哪怕多設(shè)計(jì)一個(gè) 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(jī)，本設(shè)計(jì)采用 AT89C51 單片機(jī)。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。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。 外部定 時(shí)元件 復(fù)位 中斷 電源 系統(tǒng)時(shí)鐘 ROM CPU 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 串行 I/O 口 并行 I/O 口 RAM 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 7 3 系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì) 硬件電路的設(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。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 3 所示 。運(yùn)算器由算術(shù)邏輯器部件 ALU、累加器 ACC、暫存器、程序狀態(tài)字寄存器 PSW， BCD 碼運(yùn)算調(diào)整電路等組成?？刂破饔沙绦蛴?jì)數(shù)器 PC、指令儲(chǔ)存器、指令譯碼器、實(shí)時(shí)控制與條件轉(zhuǎn)移邏輯電路等組成。單片微機(jī)內(nèi)部最核心的部分是 CPU。全靜態(tài)工作為024MHZ，有 3 級(jí)程序鎖存器，內(nèi)部含有 128256 字節(jié)的 RAM，有 32 條可編程 I/O 口線，23 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器， 68 個(gè)中斷源，通用的串行接口，低電壓空閑及電源下降方式。 AT89C51 單片機(jī) 內(nèi)部主要有以下部件： 8031CPU、 振蕩電路 、 總線控制部件 、 中斷控制部件 、 片內(nèi) Flash 存儲(chǔ)器 、 片內(nèi) RAM、 并行 I/O 接口 、 定時(shí)器 和 串行 I/O 接口 AT89C51 是 89 系列 單片機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)型，它是與 MSC51 系列單片機(jī)兼容的。 表 1 器件選型方案的詳細(xì)清單 器件名稱(chēng) 規(guī)格型號(hào) 數(shù)量 微處理器 AT89C51 1 芯片 74LS04 1 74HC30 1 電阻 3WTT10K 8 電容 20PF 3 晶振 12MHZ 1 按鈕 11 7 段數(shù)碼管 7SEGMPX4CA 4 揚(yáng)聲器 1 AT89C51 功能及簡(jiǎn)介 AT89C51 單片機(jī)是 ATMAL 公司 89 系列單片機(jī)的一種 8 位 Flash 單片機(jī)。 器件的選擇 微控制器選用 ATMAL 公司生產(chǎn)的 AT89C51，該芯片貨源充足，并且價(jià)格也比較便宜。 如果主持人未按 “ 搶答開(kāi)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。倒數(shù)時(shí)間到小于 5s 會(huì)每秒響一下提示音。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 4 圖 22 搶答器工作流程 搶答器的工作過(guò)程 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。在整個(gè)搶答器工作過(guò)程中，顯示電路、 聲音 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)。 搶答限定時(shí)間內(nèi)使用錦囊回答時(shí)間將加到 60s。 可以顯示是哪 位選手有效搶答和無(wú)效搶答，正確按鍵后有 音樂(lè)提示。 系統(tǒng)需求分析 在搶答中，只有開(kāi)始后搶答才有效，如果在開(kāi)始搶答 前搶答為無(wú)效。若有選手在規(guī)定時(shí)間內(nèi)搶按成功，則可以答題，數(shù)碼管顯示搶答時(shí)間的同時(shí)也顯示選手號(hào)碼。主持人依次按下復(fù)位鍵（ RESET），開(kāi)始鍵后開(kāi)始搶答。 本設(shè)計(jì)中，有一個(gè)共 陰 的數(shù)碼管組，四個(gè)數(shù)碼管。 單片機(jī) 是整個(gè)搶答器的核心，內(nèi)部電路設(shè) 計(jì)用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)。如果主持人沒(méi)有按下開(kāi)始鍵而選手就搶答視為犯規(guī)，數(shù)碼顯示屏顯示犯規(guī)者的代號(hào)，揚(yáng)聲器持續(xù)發(fā)生。通過(guò)加鍵和減鍵修改上述時(shí)間，改完后結(jié)束鍵確定。 主持人有開(kāi)始和結(jié)束鍵。 圖 21 系統(tǒng)主要功能模塊 本系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì) 的八路 搶答器，在搶答比賽中廣泛應(yīng)用，各組分別有一個(gè)搶答按鈕。 參賽者系統(tǒng)，除享有搶答按紐的權(quán)利功能外，還有人性化的提示功能和時(shí)間 提示功能，也可設(shè)定由主控控制在參賽者終端表現(xiàn)的趣味性功能等；主控系統(tǒng)的控制按鈕做開(kāi)始與結(jié)束控 制，根據(jù)活動(dòng)參賽者的層次，對(duì)提前掄答者的行為設(shè)定為非法或阻隔，若設(shè)有非法搶答控制功能時(shí)，在主控處帶有公示性顯示的非法掄 答者的臺(tái)位號(hào)，對(duì)搶 答限時(shí)及回答問(wèn)題限時(shí)設(shè)為倒計(jì)時(shí)，并有顯示 提示 。 所以本研究是一個(gè)實(shí)用的工程設(shè)計(jì)，具有創(chuàng)新性。 主持人可按鍵結(jié)束，新一輪搶答開(kāi)始。新時(shí)間開(kāi)始有效，主持人按鍵開(kāi)始后，選手開(kāi)始搶答為有效，數(shù)碼顯示屏顯示搶答時(shí)間倒計(jì)時(shí)和選手號(hào)，在最后五秒揚(yáng)聲器發(fā)生提示 。 在后臺(tái)主持人 可以修改，搶答時(shí)間和選手回答問(wèn)題的