【正文】 間倒計時正常流程 違規(guī)流程若超過答題時間，則數(shù)碼管顯示 FFF答題完畢根據(jù)選手表現(xiàn)，規(guī)則由主持人減分0~99s, 0s 時再減 1s 會跳到 99，99s 時再加 1s 會變到 0s。倒數(shù)時間到小于 5s 會每秒響一下提示音。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。 器件選型方案及詳細清單微控制器選用 ATMAL 公司生產(chǎn)的 AT89C51，該芯片貨源充足，并且價格也比較便宜。 AT89C51 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，簡稱 SFR（Special Function Register） 。它們的地址分配在 80H～FFH 中，即在 RAM 地址中。表 21 器件選型方案的詳細清單器件名稱 規(guī)格型號 數(shù)量微處理器 AT89C51 1電阻 3WTT10K 8電容 30PF 3晶振 12MHZ 1按鈕 11反相器 37段數(shù)碼管 7SEGMPX4CC 4 揚聲器 1 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，如果對這些單元進行操作，得到的是一些隨機數(shù)，而寫入則無效。 AT89C51 的功能及簡介 89 系列單片機的概況AT89C51 單片機是 ATMAL 公司 89 系列單片機的一種 8 位 Flash 單片機。(1) 89 系列單片機的特點：89 系列單片機是以 8031 為內(nèi)核的產(chǎn)品，它與 51 系列單片機是兼容的?？梢灾貜投啻尉幊?，可根據(jù)需要對內(nèi)部程序進行更新或升級。表 22 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 3PCON 87H 電源控制及波特率選擇*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c) 89 系列單片機采用靜態(tài)時鐘方式，可以節(jié)省電能，降低便攜式設(shè)備的功耗。例如，AT89C1051 片內(nèi) Flash存儲器只有 1KB，而 AT89C5AT89LV52 和 AT89S8252 的片內(nèi) Flash 存儲器有8KB。89 系列的單片機一共有五種型號，分別為AT89C51，AT89LV51，AT89C52，AT89LV52 和 AT89S8252，其中 AT89LV51 和AT89LV52 分別是 AT89C51 和 AT89C52 的低壓產(chǎn)品，最低電壓可以低，AT89C1051 和 AT89C2051 則是抵擋的低壓產(chǎn)品，只有 20 根引腳。AT89C51 是 89 系列單片機的標準型，它是與 MSC51 系列單片機兼容的。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。AT89C52 在 AT89C52 的基礎(chǔ)上，增加了一個定時/計數(shù)器，2 個中斷源，128 字節(jié)的片內(nèi) RAM,4KB 的 Flash 存儲器。單片微機內(nèi)部最核心的部分是 CPU?？刂破饔沙绦蛴嫈?shù)器 PC、指令儲存器、指令譯碼器、實時控制與條件轉(zhuǎn)移邏輯電路等組成。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。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 23 所示。但由于 80C51 片內(nèi)為掩膜 ROM，故內(nèi)部程序不能改寫，不用于實驗開發(fā)。80C31 在市場上的價格很低，但片內(nèi)沒有 ROM，必須在片外擴展一片 EPROM，非常不便。表 23 單片機主要性能的比較型號 ROM形式片內(nèi)ROM片內(nèi)RAM尋址范圍定時計數(shù)I/O口串行I/O 口外部中斷80C31 接ROM4K 128 2*64 K2*16 4 UART 280C51 ROM 4K 128 2*64 K2*16 4 UART 287C51 EPROM4K 128 2*64 K2*16 4 UART 289C51 FPEROM4K 128 2*64 K2*16 4 UART 2 AT89C51 單片機AT89C51 是一種低功耗、高性能的含有 4KB 閃速可編程電擦除只讀存儲器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的 8 位CMOS 微控制器，使用高密度、非易失存儲技術(shù)制造，并且與 80C51 指令系統(tǒng)和引腳完成兼容。（1）AT89C51 的主要性能包括：AT89C51 與 MCS—51 控制器系列產(chǎn)品兼容，片內(nèi)有 4K 可在線重復編程閃速電擦除存儲器（Flash Memory） ，存儲器可循環(huán)寫入/擦除 1000 次；存儲器數(shù)據(jù)保存時間可達 10 年；工作電壓范圍寬：Vcc可由 到 6V；全靜態(tài)工作可由 0Hz 到 16MHz；程序存儲器具有 3 級鎖存保護；128*8 位內(nèi)部 RAM；32 條可編程 I/O 線；兩個 16 位定時器/計數(shù)器；中斷結(jié)構(gòu)具有 5 個中斷源和 2 個中斷優(yōu)先級；可編程全雙工串行通信；空閑狀態(tài)維持低功耗和掉電狀態(tài)保存存儲內(nèi)容。 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。利用單片機系統(tǒng)來設(shè)計搶答器，使以上問題得以解決，即使兩組的搶答時間相差幾微秒，也可分辨出哪組優(yōu)先答題。系統(tǒng)工作原理本系統(tǒng)采用 AT89C51 單片機作為核心。該搶答器系統(tǒng)通過開關(guān)電路六個按鍵輸入搶答信號；利用存儲程序來完成軟件的設(shè)計；利用一個數(shù)碼管來完成顯示功能。在數(shù)碼管上顯示哪一組先答題，并通過語音系統(tǒng)讀出第 N 組請答題，從而實現(xiàn)整個搶答過程。只要技術(shù)準備充分，硬件設(shè)計的大返工是比較少的，軟件設(shè)計的任務貫徹始終，到中后期基本上都是軟件設(shè)計任務，隨著集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，各種功能很強的芯片不斷出現(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。(2) 留有設(shè)計余地。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展而被迫進行全面返工。(4) RAM 空間，AT89C51 內(nèi)部 RAM 不多，當要增強軟件數(shù)據(jù)處理功能時，往往覺得不足。如選用 8155作 I/O 接口，就可以增強 256 字節(jié) ，則應配置足夠的 RAM，如 6264，62256 等。只要在硬件電路設(shè)計初期考慮到這一點，就應該為系統(tǒng)將來升級留足夠的 RAM 空間，哪怕多設(shè)計一個 RAM 的插座，暫不插芯片也好。如有些新的信號需要采集，就必須增加輸入檢測端；有些物理量需要控制，就必須增加輸出端。圖 31 系統(tǒng)原理圖 為開始搶答 [9]， 為停止， 為六路搶答輸入，數(shù)碼管段選 P0 口，位選 P2 口低 3 位，蜂鳴器輸出為 口。 時鐘頻率電路的設(shè)計,只需要外接一個振蕩源就能產(chǎn)生一定的時鐘信號送到單片機內(nèi)部的各個單元,決定單片機的工作速度。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。二是對振蕩器的頻率進行微調(diào)。單片機在工作時,由內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生或由外直接輸入的送至內(nèi)部控制邏輯單元的時鐘信號的周期稱為時鐘周期。如時鐘頻率為 12MHz,即 fosc=12MHz,則時鐘周期為 1/12181。 復位電路與顯示電路的設(shè)計單片機的第 9 腳 RST 為硬件復位端,只要將該端持續(xù) 4 個機器周期的高電平即可實現(xiàn)復位,復位后單片機的各狀態(tài)都恢復到初始化狀態(tài)，其電路圖如圖4 所示:圖 33 復位電路值得注意的是,在設(shè)計當中使用到了硬件復位和軟件復位兩種功能,由上面的硬件復位后的各狀態(tài)可知寄存器及存儲器的值都恢復到了初始值,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進行硬件復位,所以設(shè)定了軟復位功能。顯示功能與硬件關(guān)系極大，當硬件固定后，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。這說明，顯示模塊與操作有關(guān)，即監(jiān)控程序是需要調(diào)用顯示模塊。另一方面，在操作者沒有進行操作時，顯示內(nèi)容也是變化的，如顯示現(xiàn)場各物理量的變化情況。自動執(zhí)行的各類模塊在安排在各種中斷子程序中，這就是說，各種中斷子程序也要調(diào)用顯示模塊。一種比較妥善的辦法是只讓一處調(diào)用顯示模塊，其他各處均不得直接調(diào)用顯示模塊，但有權(quán)申請顯示。由于一處調(diào)用顯示模塊，故不會發(fā)生沖突。當監(jiān)控程序（鍵盤解釋程序）安排在時鐘中斷子程序中時，處理比較方便，只要在監(jiān)控程序的匯合處調(diào)用顯示模塊就可以了。這里將顯示功能集中到一起，作為一個功能模塊，就要求它的功能全面，能根據(jù)系統(tǒng)軟件提供的信息自動完成顯示內(nèi)容的查找，變換和輸出驅(qū)動。如果編寫這樣一個集中顯示模塊有困難，也可以將顯示模塊編小一些，只完成顯示緩沖區(qū)的內(nèi)容輸出到顯示器件上的工作。這樣分而治之比較容易編程，但要小心出現(xiàn)顯示混亂。解決的辦法是，在申請顯示前，先檢查是否已經(jīng)有顯示申請，如果有，就不再申請，等待下次機會；如果沒有，則先申請標志位，再將顯示內(nèi)容送入顯示緩沖區(qū)。在這里我們使用的是七段數(shù)碼管顯示，通常在顯示 [6]上我們采用的方法一般包括兩種：一種是靜態(tài)顯示，一種是動態(tài)顯示。在本設(shè)計中根據(jù)實際情況采用的是動態(tài)顯示方法。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，數(shù)碼管顯示原理如下： MOV A,R5 MOVC A,A+DPTR ；查字型碼MOV P2,01H ；送位選碼MOV P0,A ；送字型碼ACALL DELAY ；調(diào)延時，去閃爍圖 34 共陰極數(shù)碼管在七段數(shù)碼管顯示中可分為共陽極和共陰極兩種類型極。 鍵盤掃描電路的設(shè)計鍵盤是人與微機系統(tǒng)打交道的主要設(shè)備。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。圖 35 獨立鍵盤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。這里采用最常用的方法，即延時重復掃描法，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遠大于這個時間,所以當單片機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?，F(xiàn)在一般均用軟件延時的方法來避開抖動階段，這一延時過程一般大于 5ms，例如取 1020ms。如果讀鍵過程安排在定時中斷子程序中，就可省去專門的延時子程序，利用兩次定時中斷的時間間隔來完成抖動處理。 系統(tǒng)復位使 CPU 進入初始狀態(tài)，從 0000H 地址開始執(zhí)行程序的過程叫系統(tǒng)復位。硬件復位必須通過 CPU 外部的硬件電路給 CPU 的 RESET 端加上足夠時間的高電位才能實現(xiàn)。硬件復位后，各專用寄存器的狀態(tài)均被初始化，且對片內(nèi)通用寄存器的內(nèi)容沒有影響。軟件復位就是用一系列指令來模擬硬件復位功能，最后通過轉(zhuǎn)移指令使程序從 0000H 地址開始執(zhí)行。而對中斷激活標志的清除工作常被遺忘，因為它沒有明確的位地址可供編程。軟件復位是使用軟件陷阱和軟件看門狗后必須進行的工作，這時程序出錯完全有可能發(fā)生在中斷子程序中，中斷激活標志已置位，它將阻止同級中斷響應。