【正文】 般為了可靠地復(fù)位，RST 在上電時(shí)應(yīng)保持 20ms 以上的高電平。如圖，在加電瞬間，電容通過(guò)電阻充電，就在 RST 端出現(xiàn)一定時(shí)間的高電平，只要高電平時(shí)間足夠長(zhǎng)，就可以使 MCS51 有效地復(fù)位。復(fù)位以后內(nèi)部寄存器的初始狀態(tài)為（ SP=07， P0、 P P P3 為 0FFH 外，其它寄存器都為 0。此時(shí) ALE、 /PSEN、 P0、 P PP3口都輸出高電平。 MCS51單片機(jī)有一個(gè)復(fù)位引腳 RST，它是施密特觸發(fā)輸入，當(dāng)振蕩器起振后，該引腳上出現(xiàn) 2 個(gè)機(jī)器周期（即 24 個(gè)時(shí)鐘周期）以上的高電平。只有當(dāng) RST由高電平變低電平以后， MCS51 才從 0000H 地址開(kāi)始執(zhí)行程序。 MCS51 的復(fù)位輸入引腳RST 為 MCS51 提供了初始化的手段，可以使程序從指定處開(kāi)始執(zhí)行，在 MCS51的時(shí)鐘電路工作后，只要 RST 引腳上出現(xiàn)超過(guò)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)，即可產(chǎn)生復(fù)位的操作。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 。 一般選用石英晶體振蕩器。內(nèi)部振蕩方式所得的時(shí)鐘信號(hào)穩(wěn)定性高。晶振我選擇了 12MHz，相對(duì)于 6MHz 的晶 振，整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行速度更快了。這種方式適合用來(lái)使單片機(jī)的時(shí)鐘與外部信號(hào)一致。 振蕩方式的選擇： 內(nèi)部振蕩方式， MCS51 內(nèi)部都有一個(gè)反相放大器， XTAL XTAL2 分別為反相放大器輸入和輸出端，外接定時(shí)反饋元件以后就組成振蕩器，產(chǎn)生時(shí)鐘送至單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)部件。 12MHz 的晶振，其機(jī)器周期是 1us, 也就是說(shuō)在執(zhí)行同一條指令時(shí)用 6MHz的晶振所用的時(shí)間是 12MHz 晶振的兩倍。 MCS51 單片機(jī)允許的時(shí)鐘頻率是因型號(hào)而異的。 為開(kāi)始搶答 [9]， 為加分， 為減分， 為六八搶答輸入，數(shù)碼管段選 P0 口，位選 P2 口低 3位，蜂鳴器輸出為 口。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。如選用 8155 作I/O 接口，就可以增強(qiáng) 256字節(jié) ，則應(yīng)配置足夠的RAM，如 6264， 62256 等。 (4) RAM 空間， AT89S51 內(nèi)部 RAM 不多，當(dāng)要增強(qiáng)軟件數(shù)據(jù)處理功能時(shí)，往往覺(jué)得不足。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。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 23 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。 表 21 器件選型方案的詳細(xì)清單 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(duì)這些單元進(jìn)行操作，得到的是一些隨機(jī)數(shù)，而寫(xiě)入則無(wú)效。它們的地址分配在 80H～ FFH 中，即在 RAM 地址中。 AT89S51 的功能 AT89S51 特殊功能寄存器 特殊功能寄存器也稱專用寄存器，是具有特殊功能的所有寄存器的集合，簡(jiǎn)稱 SFR（ Special Function Register）。片內(nèi)的 Flash 可允許在線重新編程，也可使用非易失性存儲(chǔ)器編程。 AT89S51/LS51 單片機(jī)是低功耗的、具有 4KB 在線課編程 Flash 存儲(chǔ)器的單片機(jī)。市場(chǎng)上見(jiàn)到的89C51 實(shí)際都是 Atmel 前期生產(chǎn)的巨量庫(kù)存而以。 89S51 在工藝上進(jìn)行了改進(jìn)， 89S51 采用 新工藝，成本降低 ,而且將功能提升 ,增加了競(jìng)爭(zhēng)力。不過(guò)在市場(chǎng)化方面， 89C51 受到了 PIC 單片機(jī)陣營(yíng)的挑戰(zhàn)，89C51 最致命的缺陷在于不支持 ISP（在線更新程序）功能，必須加上 ISP 功能等新功能才能更 好延續(xù) MCS51 的傳奇。其他的公司的 51 單片機(jī)產(chǎn)品都是和 MCS51 內(nèi)核兼容的產(chǎn)品而以。 第二章 單片機(jī)的功能簡(jiǎn)介 89 系列單片機(jī)的概況 MCS51 單片機(jī)是美國(guó) INTE 公司于 1980 年推出的產(chǎn)品，典型產(chǎn)品有 80 31（內(nèi)部沒(méi)有程序存儲(chǔ)器，實(shí)際使用方面已經(jīng)被市場(chǎng)淘汰）、 8051（芯片采用HMOS，功耗是 630mW，是 89C51 的 5 倍，實(shí)際使用方面已經(jīng)被市場(chǎng)淘汰）和 8751 等通用產(chǎn)品，一直到現(xiàn)在， MCS5 1 內(nèi)核系列兼容的單片機(jī)仍是應(yīng)用 的主流產(chǎn)品（比如目前流行的 89S5已經(jīng)停產(chǎn)的 89C51 等），各高校及專業(yè)學(xué)校的培訓(xùn)教材仍與 MCS51 單片機(jī)作為代表進(jìn)行理論基礎(chǔ)學(xué)習(xí)。在整個(gè)搶答器工作過(guò)程中，顯示電路、語(yǔ)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)。 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上不顯示任何結(jié)果，直到按下 停止 鍵為止。 主持人按 搶答開(kāi)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) 20s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) 20s 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。 按鍵鎖定，在有效狀態(tài)下，按鍵無(wú)效非法。 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。 搶答器的需求分析 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。 （ 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。 ： （ 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 30 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，并在七段數(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) S，該開(kāi)關(guān)由主持人控制。同時(shí)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)：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；滿時(shí)后系統(tǒng)計(jì)時(shí)自動(dòng)復(fù)位及主控強(qiáng)制復(fù)位；按鍵鎖定，在有效狀態(tài)下，按鍵無(wú)效非法 ?？紤]到依需設(shè)定 限時(shí)回答的功能，利用89S51 單片機(jī)及外圍接口實(shí)現(xiàn)的搶答系統(tǒng)，利用單片機(jī)的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器定時(shí)和記數(shù)的原理，將軟、硬件有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，使得系統(tǒng)能夠正確地進(jìn)行計(jì)時(shí)，同時(shí)使數(shù)碼管能夠正確地顯示時(shí)間。 我們采用了數(shù)字顯示器直接指示，自動(dòng)鎖存顯示結(jié)果，并自動(dòng)復(fù)位的設(shè)計(jì)思想 ,它能根據(jù)不同的搶答輸入信號(hào)，經(jīng)過(guò)單片機(jī)的控制處理并產(chǎn)生不同的與輸入信號(hào)相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)，最后通過(guò) LED數(shù)碼管顯示相應(yīng)的路數(shù)，即使兩組的搶答時(shí)間相差幾微秒，也可分辨出是哪組優(yōu)先按下的按鍵，它充分利用了單片機(jī)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)大、可靠性好、實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn)。因此設(shè)計(jì)一更易于使用和區(qū)分度高的搶答器成了非常迫切的任務(wù)。基于單片機(jī)的八路搶答器 目 錄 第一章 搶答器的概述 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能 搶答器需求 分析 搶答器的工作原理 第二章 單片機(jī)的功能簡(jiǎn)介 89 系列單片機(jī)的概述 AT89S51 的功能 TA89S51 特殊功能寄存器 AT89S51 單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 第三節(jié) 硬件電路的設(shè)計(jì) 總電路原理 時(shí)鐘頻率電路的設(shè)計(jì) 復(fù)位電路的設(shè)計(jì) 復(fù)位電路的可靠性設(shè)計(jì) 人工復(fù)位 顯示電路的設(shè)計(jì) 控制電路的實(shí)現(xiàn) 發(fā)聲 系統(tǒng)復(fù)位 第四章 軟件設(shè)計(jì) 軟件任務(wù)分析 顯示子程序的設(shè)計(jì) 定時(shí)器 T0、 T1 中斷服務(wù)程序的設(shè)計(jì) 搶答器處理程序的設(shè)計(jì) 主程序及分析 第五章 元器件及焊接調(diào)試 第六章 設(shè)計(jì)小結(jié) 致謝 參考文獻(xiàn) 摘 要 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和普及，各種各樣的競(jìng)賽越來(lái)越多，其中搶答器的作用也就顯而易見(jiàn)。目前很多搶答器基本上采用小規(guī)模數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)，使用起來(lái)不夠理想。現(xiàn)在單片機(jī)已進(jìn)入各個(gè)領(lǐng)域，以其功耗小、智 能化而著稱，所以若利用單片機(jī)來(lái)設(shè)計(jì)搶答器，便使以上問(wèn)題得以解決 .針對(duì)以上情況，本文設(shè)計(jì)出以 AT89S51 單片機(jī)為核心的八路搶答器。 本設(shè)計(jì)是以八路搶答為基本理念。用開(kāi)關(guān)做鍵盤(pán)輸出，揚(yáng)聲器發(fā)生提示。 第一章 搶答器的概述 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能 ： （ 1） 同時(shí)供 8 名選 手比賽，分別用 8 個(gè)按鈕 S0 ~ S7 表示。 （ 3）搶答器具有鎖存與顯示功能。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。當(dāng)主持人啟動(dòng) 開(kāi)始 鍵后，定時(shí)器進(jìn)行減計(jì)時(shí)。在這段（ 3）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 00。 搶答限定時(shí)間和回答問(wèn)題的時(shí)間可是在 1～ 99s 設(shè)定。 搶答時(shí)間和回答問(wèn)題時(shí)間倒記時(shí)顯示，時(shí)間完后系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位。 搶答的 工作 過(guò)程 圖 24搶答器電路 表 21 74LS148的功能真值表 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。 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(kāi)始 進(jìn)入下次搶答計(jì)時(shí)。 搶答器的工作原理 及流程 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(kāi)始工作，記錄有關(guān)時(shí)間并產(chǎn)生超時(shí)信號(hào)。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。有些文獻(xiàn)甚至也將 8051 泛指 MCS51 系列單片機(jī)， 8051 是早期的最典型的代表作，由于 MCS51 單片機(jī)影響極深遠(yuǎn)，許多公司都推出了兼容系列單片機(jī)，就是說(shuō)MCS51 內(nèi)核實(shí)際上已經(jīng)成為一個(gè) 8 位單片機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)。同樣的一段程序，在各個(gè)單片機(jī)廠家的硬件上運(yùn)行的結(jié)果都是一樣的，如 ATMEL 的 89C51（已經(jīng)停產(chǎn)）、 89S51， PHILIPS（菲利浦），和 WINBOND（華邦）等，我們常說(shuō)的已經(jīng)停產(chǎn)的 89C51 指的是 ATMEL 公司的 AT 89C51 單片機(jī)，同時(shí)是在原基礎(chǔ)上增強(qiáng)了許多特性，如時(shí)鐘，更優(yōu)秀的是由 Flash（程序存儲(chǔ)器的內(nèi)容至少可以改寫(xiě) 1000 次）存儲(chǔ)器取帶了原來(lái)的 ROM（一次性寫(xiě)入）， AT89C51 的性能相對(duì)于 8051 已經(jīng)算是非常優(yōu)越的了。 89S51 就是在這樣的背景下取代89C51 的，現(xiàn)在， 89S51 目前已經(jīng)成為了實(shí)際應(yīng)用市場(chǎng)上新的寵兒，作為市場(chǎng)占有率第一的 Atmel 目前公司已經(jīng)停產(chǎn) AT89C51，將用 AT89S51 代替。 89SXX 可以像下兼容 89CXX 等 51 系列芯片。如果市場(chǎng)需要， Atmel 當(dāng)然也可以再恢復(fù)生產(chǎn) AT89C51。它與通用 80C51 系列單片機(jī)的指令系統(tǒng)和引腳兼容。他將通用 CPU和在線可編程Flash 集成在一個(gè)芯片上，形成了功能強(qiáng)大、使用靈活和具有較高性能性價(jià)比的微控制器。特殊功能寄存器共含有 22 個(gè)不同寄存器。這些寄存器的名稱和地址見(jiàn)表 22。所以，用戶編程時(shí)不應(yīng)該將數(shù)據(jù)寫(xiě)入這些未確定的地址單元，它們是公司留待將來(lái)開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品時(shí)使 用的 表 22 AT89S51特殊功能寄存器列表 符 號(hào) 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(chǔ)器指針低 8位 DPH 83H 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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 器件名稱 規(guī)格型號(hào) 數(shù)量 微處理器 AT89S51 1 電阻 3WTT10K 8 電容 30PF 3 晶振 12MHZ 1 按鈕 11