【正文】 在硬件電路設(shè)計(jì)基本定型后，也就基本上決定下來了。22復(fù)位關(guān)中斷，設(shè)定堆棧上電標(biāo)志冷啟自檢全面初始化熱啟動(dòng)恢復(fù)被破壞的信息部分初始化建立上電標(biāo)志開始運(yùn)轉(zhuǎn)圖 36 系統(tǒng)復(fù)位策略圖“上電標(biāo)志”是軟件標(biāo)志，如上述程序中，用在 POWER 中存放的特定數(shù)據(jù)0AAH 作為“上電標(biāo)志” 。系統(tǒng)初次上電投入運(yùn)行時(shí)，必須是“冷啟動(dòng)” ，以后由抗干擾措施引起的復(fù)位操作一般均為“熱啟動(dòng)”初次上電投入運(yùn)行時(shí)，必須是“冷啟動(dòng)” ，以后由抗干擾措施引起的復(fù)位操作一般均為“熱啟動(dòng)” 。有復(fù)位時(shí)系統(tǒng)的歷史狀況，可將復(fù)位分為“冷啟動(dòng)”和“熱啟動(dòng)” 。前文各處提案到的出錯(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。由于軟件看門是高級(jí)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 020220（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(cuò)誤的典型代表。對(duì)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(shí)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(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) 21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(shí)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。 發(fā)聲我們知道，聲音的頻譜范圍約在幾十到幾千赫茲 [7]，若能利用程序來控制單片機(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。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程中。鍵盤抖動(dòng)的軟件處理：按鍵的觸點(diǎn)在閉合和斷開時(shí)均會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，這是觸點(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。其次就是消除在按鍵過程中產(chǎn)生的“毛刺”現(xiàn)象。在單片機(jī)應(yīng)用中鍵盤用得最多的形式是獨(dú)立鍵盤及矩陣鍵盤。關(guān)于鍵盤硬件電路的設(shè)計(jì)方法也可以在文獻(xiàn)和書籍中找到，配合各種不同的硬件電路，這些書籍中一般也提供了相應(yīng)的鍵盤掃描程序。以共陰為例，要想 a 段亮，向 a 段送 1 就是，返之送 0，共陽剛好相反。并通過查表法，將其在數(shù)碼管上顯示出來，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)定性沒靜態(tài)好，程序編寫復(fù)雜，但是相對(duì)靜態(tài)顯示而言占用端口資源少。這時(shí)就不必?fù)?dān)心其他前臺(tái)模塊來打擾了，就可以得到一次完整的顯示機(jī)會(huì)。例如后臺(tái)程序需要調(diào)用顯示，將有關(guān)信息送入到現(xiàn)實(shí)緩沖區(qū)進(jìn)行顯示；中斷返回后，后臺(tái)程序繼續(xù)送完后半部分顯示內(nèi)容，但前半部分內(nèi)容已經(jīng)變了，這樣就出現(xiàn)了顯示錯(cuò)誤。這時(shí)各功能模塊在提出顯示申請(qǐng)時(shí)，還需要將顯示內(nèi)容按需要的格式送入顯示緩沖區(qū)中。這樣設(shè)計(jì)使得各功能模塊都不必考慮顯示問題，只要給出一個(gè)簡(jiǎn)單的信息（如顯示格式編碼）甚至不用再提供額外信息，直接利用當(dāng)前狀態(tài)變量和軟件標(biāo)志就可以完成所需的顯示要求。例如用 DISP 作顯示申請(qǐng)標(biāo)志，就可以這樣安排顯示模塊的調(diào)用，即DISP BIT ；顯示申請(qǐng)標(biāo)志SKEYEND: JNB DISP,RETI0 ；有顯示申請(qǐng)否？ LCALL DISPLAY ；調(diào)用顯示模塊，更新顯示內(nèi)容 CLR DISP ；清除申請(qǐng)RETI0: .. RETI ；中斷返回18KEYEND 為鍵盤解釋程序的最后匯集點(diǎn)，這時(shí)如果發(fā)現(xiàn)有顯示申請(qǐng)，就進(jìn)行集中操作，更新顯示內(nèi)容，否則就跳過這一步。為了使顯示模塊能及時(shí)反應(yīng)系統(tǒng)需要，應(yīng)將顯示模塊安排在一個(gè)重復(fù)執(zhí)行的循環(huán)（如監(jiān)控循環(huán)或時(shí)鐘中斷子程序）中。這就要設(shè)置一個(gè)顯示申請(qǐng)標(biāo)志，當(dāng)某模塊需要顯示時(shí)，將申請(qǐng)標(biāo)志置位，同時(shí)設(shè)定有關(guān)顯示內(nèi)容（或指針） 。如果監(jiān)控安排在中斷子程序中，兩者的要求就統(tǒng)一了，問題比較好解決，如果監(jiān)控程序安排在主程序中，在監(jiān)控程序調(diào)用顯示模塊的過程中發(fā)生了中斷，中斷子程序也調(diào)用顯示模塊，這時(shí)就容易出問題。這時(shí)顯示模塊不是由操作者通過命令鍵來驅(qū)動(dòng)，而是由各類自動(dòng)執(zhí)行的功能模塊來驅(qū)動(dòng)。不同的操作需要顯示不同的內(nèi)容，這又說明各執(zhí)行模塊對(duì)顯示模塊的驅(qū)動(dòng)方式是不同的。顯示模塊在系統(tǒng)軟件中的安排操作者主要設(shè)計(jì)從顯示設(shè)備上獲取微機(jī)系統(tǒng)的信息的，因此，操作者每操作一下，顯示設(shè)備商都應(yīng)該有一定的反應(yīng)。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。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 30PF。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。16圖 32 為外部振蕩源電路一般選用石英晶體振蕩器。 為時(shí)間加 1 調(diào)整， 為時(shí)間減 1 調(diào)整。如15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。(5) 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。隨著軟件設(shè)計(jì)水平的提高，往往只要改變或增加軟件中的數(shù)據(jù)處理算法，就可以使系統(tǒng)功能提高很多，而系統(tǒng)的硬件不必做任何更換就使系統(tǒng)升級(jí)換代。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。14第三章 系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì) 硬件電路的設(shè)計(jì)與原理圖本設(shè)計(jì)分為硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì) [5]，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。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?？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。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。如果在搶答中，靠視覺是很難判斷出哪組先答題。（2）FPEROM 的編程：AT89C51 的 I/O 口 P0、PP2 和 P3 除具有與 80C51相同的一些性能和用途外，在 FPEROM 編程時(shí)，P0 口接收代碼字節(jié)，并在程序檢驗(yàn)時(shí)輸出代碼字節(jié)，但在程序校驗(yàn)時(shí)需要外部上拉負(fù)載電阻，在 FPEROM 編程和程序校驗(yàn)期間，P1 口接收低位地址字節(jié)，P2 口接收高位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)，P3 口也接收一些 FPEROM 編程和校驗(yàn)用的信號(hào)，此時(shí) ALE/PROG 引腳是編程脈沖輸入（PROG）端，在 FPEROM 編程期間，如果選擇 12V 編程電壓、那么 EA/Vpp 引腳也允許接受 12V 編程電壓（Vpp） 。芯片上的 FPEROM 允許在線或采用通用的非易失存儲(chǔ)編程器對(duì)程序存儲(chǔ)器重復(fù)編程。AT89C51 片內(nèi)具有可電擦除的 FPEROM，可以快速、多次地編程，且價(jià)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[4]。87C51 具有片內(nèi) EPROM，是真正的單片微機(jī)，但由于價(jià)格較貴，且程序改寫時(shí)要用紫外線擦除，時(shí)間較長(zhǎng)，所以用得較少。 各類型單片機(jī)的比較分析如表 23 所示，以下各種類型的單片機(jī)內(nèi)除 CPU 外，還包括ROM、RAM、4*8 I/O 口和 2 個(gè) 16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，它們都是功能很強(qiáng)的單片微型計(jì)算機(jī)。11外部定時(shí)元件復(fù)位中斷電源系統(tǒng)時(shí)鐘ROMCPU定時(shí)/計(jì)數(shù)器串行 I/O 口并行 I/O 口RAM圖 23 AT89C51 單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖為了提高數(shù)據(jù)處理和位操作功能，片內(nèi)增加了一個(gè)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 [3]。它的功能是對(duì)來自存儲(chǔ)器中的指令進(jìn)行譯碼，通過實(shí)時(shí)控制電路，在規(guī)定的時(shí)刻發(fā)出各種操作所需的內(nèi)部和外部的控制信號(hào)，使各部分協(xié)調(diào)工作，完成指令所規(guī)定的操作。CPU 主要功能是產(chǎn)生各種控制信號(hào)，控制存儲(chǔ)器、輸入/輸出端口的數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)的算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算以及位操作處理等，CPU 按其功能可分為運(yùn)算器和控制器兩部分。 AT89C51 單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖AT89C51 單片機(jī)內(nèi)部由 CPU、4KB 的 FPEROM ，128B 的 RAM，兩個(gè) 16 位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器 T0 和 T1，4 個(gè) 8 位的 I/O 端 P0、PPP3 等組成。AT89C51 是基本型，具有 4KB 的 Flash 存儲(chǔ)器，128 字節(jié)的片內(nèi) RAM,32 條可編程 I/O 口，兩個(gè)個(gè) 16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，6 個(gè)中斷源，3 位存儲(chǔ)器加密，一個(gè)可編程串行接口。在內(nèi)部含有 4KB 或 8KB 可重復(fù)編程的 Flash 存儲(chǔ)器，可進(jìn)行 1000 次擦寫操作。89 系列單片機(jī)的型號(hào)編碼中字母的意義是：AT 表示該器件是 ATMEL 公司的產(chǎn)品，C 表示該器件是 CMOS 產(chǎn)品，LV 表示該器件是低電壓產(chǎn)品，S 表示該器件含可以下載的 Flash 存儲(chǔ)器。AT89S8252 的結(jié)構(gòu)最復(fù)雜，它的內(nèi)部含有標(biāo)準(zhǔn)的串行口，還有一個(gè)串行的外圍接口 SPI，Watchdog 定時(shí)器，雙數(shù)據(jù)指針等部件，以及電源下降的中斷恢10復(fù)功能。(2) 89 系列單片機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介：89 系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與 AT80C51 相近，主要有以下部件：1 8031CPU 2 振蕩電路 3 總線控制部件4 中斷控制部件 5 片內(nèi) Flash 存儲(chǔ)器 6 片內(nèi) RAM7 并行 I/O 接口 8 定時(shí)器 9 串行 I/O 接口89 系列的各種型號(hào)單片機(jī)，內(nèi)部差別很大。b) 89 系列單片機(jī)的引腳和 AT80C51 引腳座兼容，用 89 系列單片機(jī)可以代替同檔次的 AT80C51 單片機(jī)，不需要對(duì)外圍電路進(jìn)行改動(dòng)。89系列單片機(jī)具有以下特點(diǎn)：a) 內(nèi)部含有 Flash 存儲(chǔ)器，使用戶在開發(fā)過程中十分容易修改程序縮短系統(tǒng)的開發(fā)周期。它最大特點(diǎn)是片內(nèi)含有 Flash 存儲(chǔ)器，用途十分廣泛，特別是在生產(chǎn)便攜式商品，手提式儀器等方面，有著十分廣泛的應(yīng)用 [3]。所以，用戶編程時(shí)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(shí)使用的。這些寄存器的名稱和地址見表 22。特殊功能寄存器共含有 22 個(gè)不同寄存器。如表 21 所示?？偠灾?，本課題利用AT89C51單片機(jī)及外圍接口實(shí)現(xiàn)的搶答系統(tǒng)設(shè)計(jì)了搶答器，該搶答器增加了新功能、提高了系統(tǒng)的可靠性、簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)、節(jié)約了成本，是一個(gè)實(shí)用的工程設(shè)計(jì)。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)。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。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，如圖22所示，下面分別予以介紹。 搶答器的工作流程搶答器的基本工作原理:在搶答競(jìng)賽或呼叫時(shí) [2]，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)。搶答時(shí)間和回答問題時(shí)間倒記時(shí)顯示，時(shí)間完后系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位。搶答限定時(shí)間和回答問題的時(shí)間可是在 1～99s 設(shè)定。若在按開始鍵前搶答表示違規(guī)，數(shù)碼管顯示“FF”并顯示選手號(hào)碼?？梢該尠矗撼瑫r(shí)數(shù)碼管顯示“FFF” ，當(dāng)搶按超過規(guī)定時(shí)間或答題超過規(guī)定時(shí)間后數(shù)碼管顯“FFF” 。其中兩個(gè)顯示時(shí)間，一個(gè)空位，一個(gè)顯示搶答號(hào)碼。它完成了時(shí)間參數(shù)的設(shè)定，搶按號(hào)碼的譯碼，保存；顯示；輸出，搶按及答題倒計(jì)時(shí)功能等。搶答主板：搶答主板是整個(gè)搶答器的核心，其關(guān)鍵是單片機(jī) AT89C51。主持人可按鍵結(jié)束，新一輪搶答開始。新時(shí)間開始有效， 主 控 制 器LED顯示聲生器鍵盤顯示時(shí)鐘頻率復(fù)位電路5主持人按鍵開始后，選手開始搶答為有效，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)間和選手回答問題的時(shí)間設(shè)置，原始狀態(tài)下?lián)尨饡r(shí)間為 15s，回答問題時(shí)間為10s。 圖 21 系統(tǒng)主要功能模塊本系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)智能搶答器，在搶答比賽中廣泛應(yīng)用，各組分別有一個(gè)搶答按鈕。參賽者分系統(tǒng)設(shè)有：搶答按紐、計(jì)時(shí)顯示、提示功能等（根據(jù)需要可另設(shè)或多設(shè)相關(guān)功能） ；主控分系統(tǒng)有：開始與結(jié)束控制按鈕、時(shí)限設(shè)定、各種相關(guān)顯示調(diào)控功能等（根據(jù)需要也可另設(shè)或多設(shè)相關(guān)功能） 。第三，選手搶按成功。因?yàn)閱纹瑱C(jī)只完成號(hào)碼處理、計(jì)時(shí)、數(shù)據(jù)運(yùn)算等功能，其它功能如選手號(hào)碼的識(shí)別、譯碼、計(jì)分顯