【正文】 S51 是一種高效微控制器。由圖可見，在這 一塊芯片上，集成了一臺微型計(jì)算機(jī)的主要組成部分，其中包括 CPU、存儲(chǔ)器、可編程 I/O口、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串行口等，各部分通過內(nèi)部總線相連。 AT89S51 單片機(jī)可提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。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(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。 復(fù)位電路的設(shè)計(jì) 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)，其電路圖如下所示： 圖 26 復(fù)位電路 10 報(bào)警電路 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(gè)口線的“高”電平或低電平，則在該口線上就能產(chǎn)生一定頻率的巨型波，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。其大小是時(shí)鐘信號頻率的倒數(shù)。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；二是對振蕩器的頻率進(jìn)行微調(diào)。 圖 25 外部振蕩源電路 一般選用石英晶體振蕩器。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。為了提高 CPU 的效率而又能及時(shí)響應(yīng)鍵盤輸入，可以采用中斷方式，既 CPU 平時(shí)不必掃描鍵盤，只要當(dāng)鍵盤上有鍵盤閉合時(shí)就產(chǎn)生中斷請求，向 CPU 申請中斷后，立即對鍵盤上有鍵盤進(jìn)性掃描，識別閉合鍵，并做相應(yīng)的處理。 CPU 對鍵盤的掃描可以采用取程序控制的隨機(jī)方式，即只有在 CPU 空閑是時(shí)才去掃描鍵盤，響應(yīng)操作人員的鍵盤輸入 ,即利用單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器每隔一定時(shí)間對鍵盤掃描一次，這樣控制方式，不管鍵盤上有無鍵閉合， CPU 總是定時(shí)的關(guān)心鍵盤狀態(tài)。 圖 22 獨(dú)立式鍵盤 P1 1 1 2 3 4 5 6 7 8 8 方案二：行列式鍵盤 行列式鍵盤是用 N 條 I/O 線作為行線， M條 I/O 線作為列線組成的鍵盤，在行線和列線的每個(gè)交叉點(diǎn)上。 最簡單的編碼方式就是根據(jù) I/O 輸入口所直接反映的相應(yīng)按鍵，按下的狀態(tài)進(jìn)行編碼，稱按鍵直接狀態(tài)碼，對于這樣編碼的獨(dú)立式鍵盤， CPU 可以通過直接讀取 I/O 口的狀態(tài)來獲取按鍵的直接狀態(tài)編碼值，根據(jù)這個(gè)值直接進(jìn)行按鍵識別，這樣形式的鍵盤結(jié)構(gòu)簡單，按鍵識別容易。因此可以根據(jù)實(shí)際需要對鍵盤中的按鍵靈活的編碼。在單片機(jī)中使用的都是非編碼鍵盤，因?yàn)榉蔷幋a鍵盤結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，非編碼鍵盤的類型很多，常用的有獨(dú)立式鍵盤，行列式鍵盤等。 鍵盤選擇 鍵盤是單片機(jī)不可缺少的輸入設(shè)備，是實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話的紐帶。單片機(jī)算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng)，軟件編程靈活 、自由度大，可以用軟件編程實(shí)現(xiàn)各種算法和邏輯控制，并且由于其功耗低、體積小、技術(shù)成熟和成本低等優(yōu)點(diǎn)，使其在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。但由于本設(shè)計(jì)對數(shù)據(jù)處理的速度要求不高， FPGA 的高速處理的優(yōu)勢得不到充分體現(xiàn)，并且由于其集成度高，使其成本偏高，同時(shí)由于芯片的引腳較多，實(shí)物硬件電路板布線復(fù)雜，加重了電路設(shè)計(jì)和實(shí)際焊接的工作。 FPGA 可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能 ，規(guī)模大，密度高，它將所有器件集成在一塊芯片上，減 7 小了體積，提高了穩(wěn)定性，并且可以應(yīng)用 EDA 軟件仿真、調(diào)試，易于進(jìn)行功能擴(kuò)展?？刂破鞯倪x擇有以下兩鐘方案。在這里我們通過查表將字型碼送給 7段數(shù)碼管顯示的數(shù)字。在圖中還有八個(gè)電阻，連接在 P0 口上，用作 P0口的上拉電阻，保證 P0口沒有數(shù)據(jù)輸出時(shí)候處于高電平狀態(tài)。 4位七段數(shù)碼管顯示電路如下圖所示。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，但是相對靜態(tài)顯示而言占用端口資源少。 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 6 下提供盡可能豐富的信息，全靠軟件來解決。數(shù)碼顯示是采用 BCD 編碼顯示數(shù)字，程序編譯容易，資源占用較少。 方案二：在使用傳統(tǒng)的數(shù)碼管顯示。但由于只需要顯示時(shí)間和轉(zhuǎn)向、相數(shù)這樣的數(shù)字，信息量比較少，且由于液晶是以點(diǎn)陣的模式顯示各種符號，需要利用控制芯片創(chuàng)建字符庫，編程工作量大，控制器的資源占 用較多，其成本也偏高。 方案一：使用液晶屏顯示時(shí)間。 二 各模塊的選擇和論證 顯示模塊主要是顯示搶答的時(shí)間，組別號碼等。 2 課程設(shè)計(jì)任務(wù) 在 比賽開始，主持人讀完題之后按下總開關(guān)，即計(jì)時(shí)開始，此時(shí)數(shù)碼管開始進(jìn)行 30s 的倒計(jì)時(shí)，直到有一個(gè)選手搶答時(shí)，對應(yīng)的會(huì)在數(shù)碼管上顯示出該選手的編號和搶答所用的時(shí)間，同時(shí)蜂鳴器也會(huì)發(fā)出聲音，以提示有人搶答本題，如果在規(guī)定的 60s 時(shí)間內(nèi)沒有做出搶答，則此題作廢，即開始重新一 輪的搶答。 關(guān)鍵詞 ： 單片機(jī)、 AT89S5搶答器 4 目 錄 一 設(shè)計(jì)目的與任務(wù) ................................................ 3 二 各模塊的選擇和論證 ............................................ 3 搶答器顯示模塊選擇 ........................................ 3 控制器選擇 ................................................ 5 鍵盤選擇 .................................................. 5 時(shí)鐘頻率電路的設(shè)計(jì) ........................................ 7 復(fù)位電路的設(shè)計(jì) ............................................ 8 報(bào)警電路 .................................................. 8 AT89S51 簡介 ............................................. 9 AT89S51 單片機(jī)的結(jié)構(gòu) .............................................. 9 AT89S51 單片機(jī)管腳說明 ........................................... 10 三 模塊最終方案的設(shè)計(jì) ........................................... 12 總體設(shè)計(jì)思路 ............................................. 12 功能介紹 ................................................. 12 搶答器的軟件設(shè)計(jì) ......................................... 12 數(shù)碼顯示軟件設(shè)計(jì) ......................................... 13 四 系統(tǒng)調(diào)試與仿真 ............................................... 13 軟件調(diào)試問題分析 ......................................... 14 PROTEUS 仿真 .............................................. 14 五 電路板的制作與檢查 ........................................... 15 六 總結(jié) ......................................................... 16 參考文獻(xiàn) ........................................................ 16 附 錄 ........................................................ 17 附 錄 一 主程序 ............................................. 22 附 錄 二 元件清單 ........................................... 28 附 錄 三 Proteus 仿真原理圖 29 5 基于 AT89S51 的八路數(shù)顯搶答器 摘要 ：本方案以 AT89S51 單片機(jī)作為主控核心，與晶振、數(shù)碼管、蜂鳴器等構(gòu)成八路搶答器，利用了單片機(jī)的延時(shí)電路、按鍵復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、定時(shí) /中斷等電路，設(shè)計(jì)的八路搶答器具有實(shí)時(shí)顯示搶答選手的號碼和搶答時(shí)間的特點(diǎn)，還有復(fù)位電路，使其再開始新的一輪的答題和比賽，同時(shí)還利用匯編語言編程，使其實(shí)現(xiàn)一些基本的功能。本人離校后發(fā)表或使用該畢業(yè) 設(shè)計(jì) 或與該 設(shè)計(jì) 直接相關(guān)的學(xué)術(shù)論文或成果時(shí)， 單位署名為 江西工業(yè)貿(mào)易職業(yè)技術(shù)學(xué)院 。 設(shè)計(jì)作者簽名： 蔡錦桂 日期： 2021 年 06 月 07 日 版權(quán)使用授權(quán)書 本畢業(yè)設(shè)計(jì)作者同意學(xué)校保留并向國 家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交 設(shè)計(jì)的復(fù)印件和電子版，允許 設(shè)計(jì) 被查閱和借閱。 1 江西工業(yè)貿(mào)易職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 課題名稱： 基于 AT89S51的八路搶答器的設(shè)計(jì) （ 2021 年 上 學(xué)期） 系 部 機(jī)電技術(shù)工程系 專 業(yè) 機(jī)電一體化 班 級 12 機(jī)電 (2)班 姓 名 指導(dǎo)教師 2021 年 06 月 07 日 2 獨(dú)創(chuàng)性 聲明 本人聲明：所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）是在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果，論文中引 用他人的文獻(xiàn)、數(shù)據(jù)、圖表、資料均已作明確標(biāo)注，論文中的結(jié)論和成果為本人獨(dú)立完成，真實(shí)可靠，不包含他人成果及已獲得 江西工業(yè)貿(mào)易職業(yè)技術(shù)學(xué)院 或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。本人授權(quán) 江西工業(yè)貿(mào)易職業(yè)技術(shù)學(xué)院 可以將本畢業(yè) 設(shè)計(jì) 全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）。 設(shè)計(jì)作者簽名： 蔡錦桂 日期： 2021 年 06 月 07 日 指 導(dǎo) 教 師 簽 名： 日期： 年 月 日 3 摘 要 本方案以 AT89S51 單片機(jī)作為主控核心，與晶振、數(shù)碼管、蜂鳴器等構(gòu)成八路搶答器，利用了單片機(jī)的延時(shí)電路、按鍵復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、定時(shí) /中斷等電路，設(shè)計(jì)的八路搶答器具有實(shí)時(shí)顯示搶答選手的號碼和搶答時(shí)間的特點(diǎn)，還有復(fù)位電路，使其再開始新的一輪的答題和比賽，同時(shí)還利用匯編語言編程，使其實(shí)現(xiàn)一些基本的功能。 關(guān)鍵詞 ： 單片機(jī)、 AT89S5搶答器 一 設(shè)計(jì)目的與任務(wù) 1 課程設(shè)計(jì)目的 （ 1）結(jié)合所學(xué)的電子電路的理論知識完成數(shù)碼顯示八路搶答器課程設(shè)計(jì)； （ 2）通過該設(shè)計(jì)學(xué)會(huì)并掌握常用電子元器件的選擇和使用方法； （ 3）提高自己綜合分析問題和解決問題的能力。在搶答和回答時(shí)間的最后 5s，蜂鳴器都會(huì)給予報(bào)警提示。考慮有以下兩種顯示方案。液晶顯示屏（ LCD）具有輕薄短小、低耗電量、無輻射危險(xiǎn)，平面直角顯示以及影像穩(wěn)定不閃爍等優(yōu)勢，可視面積大，畫面效果好，分辨率高，抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。在使用時(shí)，不能有靜電干擾，否則易燒壞液晶顯示芯片，不易維護(hù)。數(shù)碼管具有：低能耗、低損耗、低壓、壽命長、耐老化、防曬、防潮、防火、防高（低）溫，對外界環(huán)境要求低，易于維護(hù)，同時(shí)其精度高，稱量快，精確可靠，操作簡單。 根據(jù)以上的論述，選擇采用方案二。在這里我們使用的是七段數(shù)碼管顯示，通常在 顯示上我們采用的方法一般包括兩種：一種是靜態(tài)顯示，一種是動(dòng)態(tài)顯示。在本設(shè)計(jì)中根據(jù)實(shí)際情況采用的是動(dòng)態(tài)顯示方法。 圖 21