【正文】 景程序）和前臺程序。這如同當(dāng)一名操作工人比較容易，而當(dāng)一個廠長就比較難了。首先根據(jù)系統(tǒng)功能和鍵盤設(shè)置選擇一種最 適合的監(jiān)控程序結(jié)構(gòu)。在各執(zhí)行模塊進(jìn)行定義時，將要牽扯到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)類型問題也一并規(guī)劃好。這兩類軟件的設(shè)計方法各有特色，執(zhí)行軟件的設(shè)計偏重算法效率，與硬件關(guān)系密切，千變?nèi)f化。 軟件任務(wù)分析環(huán)節(jié)是為軟件設(shè)計做一個總體規(guī)劃。為了使系統(tǒng)能正確決定采用何種啟動方式，常用上電標(biāo)志來區(qū)分，如圖 所示。 “冷啟動”時，單片機(jī) 課程設(shè)計 20 系統(tǒng)的狀態(tài)全部無效，進(jìn)行徹底的初始化操作；而“熱啟動”時，對系統(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 捕捉來的程序可能沒有全部激活兩個標(biāo)志，這也無妨。出錯處理程序 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 020xx0（ 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。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)通過內(nèi)部定時器的操作實現(xiàn)交替變換的波形輸出驅(qū)動揚聲器發(fā)聲。 圖 去抖 電路 發(fā)聲 電路 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(jī)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。 K1～ K8 八個按鍵的 輸入 電平靠 74HC30 輸入與非門 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（后臺程序）或鍵盤中斷（外部中斷）子程序中，則該延時子程序便可直接插 入讀鍵過程中。 按鍵的觸點在閉合和斷開時均會產(chǎn)生抖動，這 時 觸點的邏輯電平是不穩(wěn)定的，如不單片機(jī) 課程設(shè)計 18 妥善處理，將會引起按鍵命令 的錯誤執(zhí)行或重復(fù)執(zhí)行。 搶答時間調(diào)整和回 答時間調(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 所示。 這里采用最常用的方法 ， 即延時重復(fù)掃描法 ， 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(yuǎn) 遠(yuǎn)大于這個時間 ,所以當(dāng)單片機(jī)檢測到有按鍵動靜后再延時一段時間 (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 ， 否則無效。 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。站在系統(tǒng)監(jiān)控軟件設(shè)計的立場上來看，僅僅完成鍵盤掃描，讀取當(dāng)前時刻的鍵盤狀態(tài)是不夠的，還有不少問題需要妥善解決，否則，人們在操作鍵盤就容易引起誤操作和操作失控現(xiàn)象。 鍵盤掃描 電路的設(shè)計 鍵盤是人與 單片機(jī) 打交道的主要設(shè)備。 單片機(jī) 課程設(shè)計 16 圖 共陰極數(shù)碼管 圖 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)來決定當(dāng)前該顯示的是哪一位。 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)顯示的特點是顯示穩(wěn)定不閃爍 ， 程序編寫簡單 ， 但占用端口資源多 ； 動態(tài)顯示的特點是顯示穩(wěn)定性沒靜態(tài)好 ， 程序編寫復(fù)雜 ，單片機(jī) 課程設(shè)計 15 但是相對靜態(tài)顯示而言占用端口資源少 。 顯示電路 的設(shè)計 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，全靠軟件來解決。 值得注意的是 ， 在設(shè)計當(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時時間的記憶功能 ， 該功能的實現(xiàn)的前提條件就是不能對單片機(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 時候，單片機(jī)的 9 腳 RESET 管腳處于高電平，此時單片機(jī)處于復(fù)位狀態(tài)。s。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 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 左右的正弦波時鐘信號 ， 其振蕩頻率主要由石英晶振的頻率確定 。 時鐘電路如圖 所示。 時鐘頻率電路 的設(shè)計 單片機(jī)必 須在時鐘的驅(qū)動下才能工作 。 4 位七段 數(shù)碼管段選 P0 口 。開始按鍵與結(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。 單片機(jī) 課程設(shè)計 12 圖 系統(tǒng) 仿真 原理圖 XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST939383736353433321234567810111213141716152821222324252627U1 AT89C51X1 CRYSTALC1 33pC2 33pC3 10uR1 200RR2510RLS1SPEAKER12U2:A74LS0412345611128U4 74S30R3 100kR4 100kR5 100kR6 100kR7 100kR8 100kR9 100k單片機(jī) 課程設(shè)計 13 圖中 U1 為單片機(jī) AT89C51， U2 為 芯片 74HC30， U3 為 芯片 74LS04。 打開 proteus 軟件，在 File 的下拉菜單中找到 New Design 新建 Proteus 并 選擇A4 版面 ，然后保存，這樣就完成 proteus 的新建了。在 Proteus 的菜單欄中選擇 file 并 Save Desig選項，保存設(shè)計。 Proteus 軟件除了可以編輯設(shè)計電路原理圖，還可以進(jìn)行電路仿真。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作 者 和 單片機(jī)愛好者的青睞。它不僅具有其它 仿真 軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。如果在硬件電路設(shè)計就預(yù)留出一些 I/O 端口，雖然當(dāng)時空著沒用，那么用的時候就派上用場了。 (5) I/O 端口：在樣機(jī)研制出來后進(jìn)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。隨著軟件設(shè)計水平的提高，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)升級換代。如選用 8155 作 I/O 接口，就可以增強(qiáng) 256 字節(jié) RAM。 (4) RAM 空間， AT89C51 內(nèi)部 RAM 不多，當(dāng)要增強(qiáng)軟件數(shù)據(jù)處理功能時，往往覺得不足。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(kuò)展而被迫進(jìn)行全面返工 。 (2) 留有設(shè)計余地。只要技術(shù)準(zhǔn)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(qiáng)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。在數(shù)碼管上顯示哪一組先答題，從而實現(xiàn)整個搶 答過程。該搶答器系統(tǒng)通過 八個 個按鍵輸入搶答信號；利用存儲程序 來完成軟件的設(shè)計 ；利用一個 4 位七段共 陰 數(shù)碼管來完成顯示功能。系統(tǒng)工作原理本系統(tǒng)采用 AT89C51 單片機(jī)作為核心。利用單片機(jī)系統(tǒng)來設(shè)計搶答器，使以上問 題得以解決，即使兩組的搶外部定 時元件 復(fù)位 中斷 電源 系統(tǒng)時鐘 ROM CPU 定時 /計數(shù)器 串行 I/O 口 并行 I/O 口 RAM 單片機(jī) 課程設(shè)計 9 答時間相差幾微秒，也可分辨出哪組優(yōu)先答題。 搶答器的優(yōu)點及組成 在知識比賽中，特別是做搶答題目的時候 ， 在搶答過程中，為了知道哪一組或哪一位選手先答題，必須要設(shè)計一個系統(tǒng)來完成這個任務(wù)。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 所示 。運算器由算術(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 碼運算調(diào)整電路等組成。控制器由程序計數(shù)器 PC、指令儲存器、指令譯碼器、實時控制與條單片機(jī) 課程設(shè)計 8 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 16 位定時 /計數(shù)器， 68 個中斷源，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 存儲器 、 片內(nèi) RAM、 并行 I/O 接口 、 定時器 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。 AT89C51 的功能及簡介 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)。 表 AT89C51 特殊功能寄存器列表 符 號 地 址 注 釋 *ACC E0H 累加器 *B F0H 乘法寄存器 *PSW D0H 程序狀態(tài)字 SP 81H 堆棧指針 DPL 82H 數(shù)據(jù)存儲器指針低 8 位 DPH 83H 數(shù)據(jù)存儲器指針高 8 位 *IE A8H 中斷允許控制器 *IP D8H 中斷優(yōu)先控制器 *P0 80H 端口 0 *P1 90H 端口 1 *P2 A0H 端口 2 *P3 B0H 端口 3 PCON 87H 電源控制及波特率選擇 單片機(jī) 課程設(shè)計 7 *SCON 98H 串行口控制器 SBUF 99H 串行數(shù)據(jù)緩沖器 *TCON 88H 定時器控制 TMOD 89H 定時器方式選擇 TL0 8AH 定時器 0 低 8 位 TL1 8BH 定時器 1 低 8 位 TH0 8CH 定時器 0 低 8 位 TH1 8DH 定時器 1 高 8 位 注： 帶 *號的特殊功能寄存器都是可以位尋址的寄存器 雖然特殊功能寄存器地址在 80H～ FFH 之中，但在 80H～ FFH 的地址單元中，不是所有的單元都被特殊功能寄存器占用，未被占用的單元，其 內(nèi)容是不確定的，如果對這些單元進(jìn)行操作 ，得到的是一些隨機(jī)數(shù)，而寫入則無效。它們的地 址分配在 80H～ FFH 中，即在 RAM 地址中。 AT89C51 特殊功能寄存器 特殊功能寄存器也稱專用寄存器 [5]，是具有特殊功能的所有寄存器的集合，簡稱SFR（ Special Function Register）。 如果 主持人未按 “ 搶答開始 ” 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)號數(shù)并響個不停，直到按下 “ 停止 ” 鍵為 止。倒數(shù)時間到小于 5s會每秒響一下提示音。 單片機(jī) 課程設(shè)計 5 圖 搶答器工作流程 搶答器的工作過程 如果想調(diào)節(jié)搶答時間或答題時間 ， 按 “ 加一 ” 鍵或 “ 減一 ” 鍵進(jìn)入調(diào)節(jié)狀態(tài) ，此時會顯示現(xiàn)在設(shè)定的搶答時間或回答時間值 ， 如想加一秒按一下 加 1s鍵 ， 如果想減一秒按一下 “ 減 1s” 鍵，時間 LED 上會顯示改變后的時間，調(diào)整范圍為 0~99s， 0s 時加載程序 運 行