【正文】 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 部分軟件設(shè)計(jì) 主程序系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 見(jiàn) 圖 41： 圖 41軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 程序流程圖 在本設(shè)計(jì)中包括了以下八個(gè)主要的程序：主程序；非法搶答序；搶答時(shí)間調(diào)整程序；回答時(shí)間調(diào)整程序；倒計(jì)時(shí)程序；正常搶答處理程序；犯規(guī)處理程序；顯示及發(fā)聲程序。 在所有的指令中，只有 RETI 指令能夠清除中斷激活標(biāo)志。軟件復(fù)位是使用軟件陷阱和軟件看門(mén)狗后必須進(jìn)行的工作，這時(shí)程序出錯(cuò)完全有可能發(fā)生在中斷子程序中，中斷激活標(biāo)志已置位，它將阻止同級(jí)中斷響應(yīng)。而對(duì)中斷激活標(biāo)志的清除工作常被遺忘，因?yàn)樗鼪](méi)有明確的位地址可供編程。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。 通過(guò)添加一些具體的功能鍵可以使系統(tǒng)的功能更加完善。在單片機(jī)應(yīng)用中鍵盤(pán)用得最多的形式是獨(dú)立鍵盤(pán)及矩陣鍵盤(pán)。關(guān)于鍵盤(pán)硬件電路的設(shè)計(jì)方法也 可以在文獻(xiàn)和書(shū)籍中找到，配合各種不同的硬件電路，這些書(shū)籍中一般也提供了相應(yīng)的鍵盤(pán)掃描程序。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(guò)一條跳轉(zhuǎn)指令讓它跳轉(zhuǎn)到程序執(zhí)行的起始地址。 圖 32晶振電路 復(fù)位電路圖設(shè)計(jì) ＣＰＵ 按鍵與按鈕電路 復(fù)位等輔助電路 數(shù)碼管顯示電路 總體開(kāi)關(guān) 電源系統(tǒng) 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 13 單片機(jī)的第 9腳 RST為硬件復(fù)位端 ,只要將該端持續(xù) 4 個(gè)機(jī)器周期的高電平即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位 ,復(fù)位后單片機(jī)的各狀 態(tài)都恢復(fù)到初始化狀態(tài) 。 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 時(shí)鐘頻率電路圖 單片機(jī)必須在時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下才能工作 .在單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)時(shí)鐘振蕩電路 ,只需要外接一個(gè)振蕩源就能產(chǎn)生一定的時(shí)鐘信號(hào)送到單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)單元 ,決定單片機(jī)的工作速度。另外， AT89C51 本身無(wú)專門(mén)的液晶驅(qū) 動(dòng)接口，因此，本時(shí)鐘采用數(shù)碼管顯示方式。 就搶答器而言，通常可采用液晶顯示或數(shù)碼管顯示。先送地址信息，由ＡＬＥ使能鎖存器將地址信息鎖存在外設(shè)的地址端，然后送數(shù)據(jù)信息和讀寫(xiě)使能信號(hào)，在指定的地址進(jìn)行讀寫(xiě)操作。 看看８０５１單片機(jī)總線操作的時(shí)序圖對(duì)我們很有幫助。而Ｐ２口直接接存儲(chǔ)器。 ８０５１訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)Ｐ０口和Ｐ２口共做地址總線，Ｐ０口常接鎖 存器再接存儲(chǔ)器。例如，當(dāng)單片機(jī)連接片外存儲(chǔ)器時(shí)，要接上鎖存器，這是為了實(shí)現(xiàn)地址的復(fù)用。鎖存器的最主要作用是緩存，其次完成高速的控制其與慢速的外設(shè)的不同步問(wèn)題，再其次是解決驅(qū)動(dòng)的問(wèn)題，最后是解決一個(gè) I/O 口既能輸出也能輸入的問(wèn)題。 典型的鎖存器邏輯電路是 D 觸 發(fā)器電路。在某些運(yùn)算器電路中有時(shí)采用鎖存器作為數(shù)據(jù)暫存器數(shù)據(jù)有效延遲后于時(shí)鐘信號(hào)有效。輸出控制信號(hào)為 0 時(shí)，鎖存器的數(shù)據(jù)通過(guò)三態(tài)門(mén)進(jìn)行輸出。 邏輯結(jié)構(gòu)與功能表 見(jiàn) 圖 24： 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 10 圖 24 鎖存器邏輯結(jié)構(gòu)與功能表 8 位鎖存器 74HC373 的邏輯圖 如下 圖所示。典型的邏輯電路是 D 觸發(fā)器。 簡(jiǎn)單鎖存器描述：只有在有鎖存信號(hào)時(shí)輸入的狀態(tài)被保存到輸出，直到下一個(gè)鎖存信號(hào)。 高新尖：與傳統(tǒng)光源單調(diào)的發(fā)光效果相比， LED 光源是低壓微電子產(chǎn)品，成功融合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、圖像處理技術(shù)、嵌入式控制技術(shù)等，所以亦是數(shù)字信息化產(chǎn)品，是半導(dǎo)體光電器件“高新尖”技術(shù)，具有在線編程，無(wú)限升級(jí)，靈活多變的特點(diǎn) 。 多變幻： LED 光源可利用紅、綠、藍(lán)三基色原理，在計(jì)算機(jī)技術(shù)控制下使三種顏色具有 256級(jí)灰度并任意混合，即可產(chǎn)生 256 256 256＝ 16777216 種顏色，形成不同光色的組合變化多端，實(shí)現(xiàn)豐富多彩的動(dòng)態(tài)變化效果及各種圖像。 壽命長(zhǎng)： LED 光源有人稱它為長(zhǎng)壽燈，意為永不熄滅的徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 9 燈。 高節(jié)能：節(jié)能能源無(wú)污染即為環(huán)保。 六、堅(jiān)固耐用 LED 是被完全的封裝在環(huán)氧樹(shù)脂里面，它比燈泡和熒光燈管都堅(jiān)固。 四、高亮度、低熱量 LED 使用冷發(fā)光技術(shù)，發(fā)熱量比普通照明燈具低很多。這就是說(shuō)：它消耗的電能不超過(guò) 。 二、耗電量低 LED 耗電相當(dāng)?shù)?，一般?lái)說(shuō) LED 的工作電壓是 。 結(jié)構(gòu)圖 見(jiàn) 圖 23: 圖 23數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖 LED 優(yōu)點(diǎn)： LED 的內(nèi)在特征決定了它是最理想的光源去代替?zhèn)鹘y(tǒng)的光源，它有著廣泛的用途。而光的波長(zhǎng)決定光的顏色，是由形成 PN 結(jié)材料的禁帶寬度決定的。但這兩種半導(dǎo)體連接起來(lái)的時(shí)候，它們之間就形成一個(gè)“ PN 結(jié) ”。 LED 的心臟是一個(gè)半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附 在一個(gè)支架上，一端是負(fù)極，另一端連接電源的正極，使整個(gè)晶片被環(huán)氧樹(shù)脂封裝起來(lái)。 XTAL2：來(lái)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) /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。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。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無(wú)效。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 7 行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。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(guò)一個(gè)ALE 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。 表 21 AT89C51寄存器表 寄存器 內(nèi)容 寄存器 內(nèi)容 PC 0000H TMOD 00H ACC 00H TCON 00H B 00H TL0 00H PSW 00H TH0 00H SP 07H TL1 00H DPTR 0000H TH1 00H P0— P3 0FFH SCON 00H IP xxx00000 SBUF 不定 IE 0xxx00000 PCON 0xxx00000 ALE/PROG： 當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)， 地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié) 。 RST： 復(fù)位輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 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(mén)電流。在給出地址 “1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)， 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(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(mén)電流 ，當(dāng) P2 口被寫(xiě) “1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。 P1 口管腳寫(xiě)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 FIASH編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。當(dāng) P1口的管腳第一次寫(xiě) 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。 GND：接地。該器件采用ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。 89C2051 是一種帶 2K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。如果在硬件電路設(shè)計(jì)就預(yù)留出一些 I/O端口，雖然當(dāng)時(shí)空著沒(méi)用，那么用的時(shí)候就派上用場(chǎng)了。 (4) I/O 端口，在樣機(jī)研制出來(lái)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(wèn)題，而這些問(wèn)題不是靠單純的軟件措施來(lái)解決的。因?yàn)楹苌儆幸诲N定音的電路設(shè)計(jì)，如果現(xiàn)在不留余地，將來(lái)可能要為一點(diǎn)小小的修改或擴(kuò)展而被迫 進(jìn)行全面返工。 (2) 留有設(shè)計(jì)余地。 10 秒時(shí)仍無(wú)人搶答其報(bào)警電路工作表示搶答時(shí)間耗盡并禁止搶答。 如果有選手在規(guī)定的時(shí)間以前完成問(wèn)題，主持人通過(guò)按鍵 開(kāi)始按鈕來(lái) 復(fù)位，開(kāi)始新的問(wèn)題作答，因?yàn)槌绦虿皇呛艽蟛恍枰獢U(kuò)展存儲(chǔ)空間，選手按鍵跳入相應(yīng)的子程序，回答倒記時(shí) 與普通搶答器相比，本作品有以下幾方面優(yōu)勢(shì) : 具有清零裝置和搶答控制，可由主持人操縱避免有人在主持人說(shuō)“開(kāi)始”前提前搶答違反規(guī)則 。 利用單片機(jī)程序判斷選手按鍵是否有效，但 當(dāng) 選手違規(guī)搶答 時(shí) ，利用簡(jiǎn)單程序顯示選手序號(hào)，啟動(dòng)蜂鳴器并不間斷，告訴主持人有人違規(guī)操作，搶答無(wú)效。 我們利用單片機(jī)可以用很少元件實(shí)現(xiàn)相同功能，而且單片機(jī)性能穩(wěn)定，可操作性強(qiáng)。如果定時(shí)時(shí)間已到，無(wú)人搶答，本次搶答無(wú)效，系統(tǒng)報(bào)警并禁止搶答，定時(shí)顯示器上顯示 0。由于 RB 端口內(nèi)部具有上拉電阻，只要用軟件設(shè)置其有效，即可省略 在 4 只端口引腳上外接上拉電阻。發(fā)聲的原理是，作用在兩個(gè)電極極板的電位在發(fā)生變化時(shí)，陶瓷材料就發(fā)生彎曲，從而振動(dòng)空氣發(fā)出聲音。在 FM 發(fā)聲的同時(shí)，燈 D6 也在發(fā)光。在主持人確認(rèn)后，按下復(fù)原按鈕，狀態(tài)指示燈 重新點(diǎn)亮，并且同時(shí)發(fā)出“笛 —— 笛 —— ”聲，為下一次的搶答作好準(zhǔn)備。每當(dāng)主持人口頭發(fā)出允許搶答的號(hào)令之后，哪個(gè)隊(duì)先按下座位上的按鈕開(kāi)關(guān)，該座位的信號(hào)燈就先被點(diǎn)亮，同時(shí)封鎖其他按鈕開(kāi)關(guān)的活動(dòng)。 數(shù)字搶答器主要功能 搶答器原理：每個(gè)選手的座位前安裝一只搶答按鈕開(kāi)關(guān)和一只信號(hào)燈。 （ 2） 參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效，定時(shí)器停止工作，顯示器上顯示選手的編號(hào)和搶答的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。 此外還有一些 擴(kuò)展功能： （ 1）搶答器具有定時(shí)搶答功能，且一次搶答的時(shí)間由主持人設(shè)定（如 10 秒）。即選手按動(dòng)按鈕，鎖存相應(yīng)的編號(hào)，揚(yáng)聲器發(fā)出聲響提示，并在 LED 數(shù)碼管上顯示選手號(hào)碼。 （ 2） 設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清除和搶答控制開(kāi)關(guān) “ 開(kāi) 始”，“結(jié)束” ，該開(kāi)關(guān)由主持人控制。報(bào)警電路工作的條件是當(dāng)設(shè)定時(shí)間到達(dá)后或者有人搶答時(shí)，報(bào)警電路被輸入一個(gè)高電平，這時(shí)此電路工作。而時(shí)序控制電路的功能是當(dāng)參賽選手按動(dòng)搶答器時(shí)，使揚(yáng)聲器發(fā)聲，這時(shí)搶答電路和定時(shí)電路停止工作。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 3 2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 本數(shù)字搶答器的組成 本搶答器的電路主要有四部分組成：數(shù)字搶答電路、時(shí)序控制電路、報(bào)警電路以及可預(yù)置時(shí)間的定時(shí)電路。 而有些實(shí)際競(jìng)賽的場(chǎng)合，只要滿足顯示搶答有效和有效組別即可，故我打算用一片74HC373（ 8 位數(shù)據(jù)鎖存器）來(lái)實(shí)現(xiàn)此簡(jiǎn)易搶答器的功能，這是一個(gè)顯示方式簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，經(jīng)濟(jì)實(shí)用的搶答器設(shè)計(jì)方案。 相關(guān) 原理 論證 制作搶答器可以用好多的方 法，可以用 PLC 來(lái)實(shí)現(xiàn)，它的功能強(qiáng)大制作簡(jiǎn)單，并且外圍的元件也很少；也 可以用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn) ，他的制作也是比較簡(jiǎn)單；還可以用我們學(xué)過(guò)的徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 2 EDA 技術(shù)來(lái)制作；最后也可以用數(shù)字電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，它的原理比較簡(jiǎn)單，集成塊的價(jià)格也比較便宜且很容易購(gòu)買(mǎi)，與我們學(xué)完的〈 單片機(jī)原理 〉〉聯(lián)系緊密，能將我們所學(xué)知識(shí)用于實(shí)際，對(duì)鞏固所學(xué)知識(shí)有重要意義，使總體方案易于實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)是電子專業(yè)發(fā)展的方向，更好的使用單片機(jī)可以是我們的產(chǎn)品小型化 ，智能化，人性化。電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，外圍擴(kuò)展的電路不是很多，鍛煉我們所學(xué)的知識(shí)應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)生活當(dāng)中。選手搶答實(shí)行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。 搶答器具有鎖存與顯示功能。為我們提供實(shí)踐的機(jī)會(huì)。 如果有選手在規(guī)定的時(shí)間以前 完成問(wèn)題，主持人通過(guò)按鍵 結(jié)束鍵 復(fù)位，開(kāi)始新的問(wèn)題作答，因?yàn)槌绦虿皇呛艽蟛恍枰獢U(kuò)展存儲(chǔ)空間，選手按鍵跳入相應(yīng)的子程序，回答倒記時(shí)，通過(guò)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)功能可以更人性化，只需單電源供電更方便， 容易實(shí)現(xiàn)。硬件設(shè)計(jì)部分包括電路原理圖、合理選擇元器件、繪制線路圖，然后對(duì)硬件進(jìn)行調(diào)試、測(cè)試，以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。更具有實(shí)用性。通過(guò)定時(shí)電路和譯碼電路將秒脈沖產(chǎn)生的信號(hào)在顯示器上輸出實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能，構(gòu)成擴(kuò) 展電路。 本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的數(shù)字搶答器由主體電路與擴(kuò)展電路組成。搶答器不僅考驗(yàn)選手的反應(yīng)速度同時(shí)也要求選手具備足夠的知識(shí)面和一定的勇氣。 關(guān)鍵詞 ： 單片機(jī)； 獨(dú)立鍵盤(pán) ；顯示 器 ；驅(qū)動(dòng)； 搶答 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) III Abstract With the rapid development of electronic technology, the control system based on SCM has been widely used in industry, agriculture, electricity, electronics, intelligent buildings, industry, microputers embedded control system as the main and core, instead of the traditional control System of conventional electronic circuits. At the same time the develop