【正文】 序編寫簡(jiǎn)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(méi)靜態(tài)好，程序編寫復(fù)雜，但是相對(duì)靜態(tài)顯示而言占用端口資源少。 4位七段數(shù)碼管顯示電路如圖 。在圖中還有八個(gè) 1K的電阻，連接在 P0口上，用作 P0 口的上拉電阻，保證 P0 口沒(méi)有數(shù)據(jù)輸出時(shí)候處于高電平狀態(tài)。 即： 12986 為公共端， A11 B7 C4 D2 E1 F10 G5 DP3 鍵盤掃描電路的設(shè)計(jì) 鍵盤是人與單片機(jī)打交道的主要設(shè)備。站在系統(tǒng)監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)的立場(chǎng)上來(lái)看，僅僅完成鍵盤掃描，讀取當(dāng)前時(shí)刻的鍵盤狀態(tài)是不夠的，還有不少問(wèn)題需要妥善解決，否則，人們?cè)诓僮麈I盤就容易引起誤操作和操作失控現(xiàn) 象。 他們各有自己的特點(diǎn) ， 其中獨(dú)立鍵盤硬件電路簡(jiǎn)單 ， 而且在程序設(shè)計(jì)上也不復(fù)雜 ， 一般用在對(duì)硬件電路要求不高的簡(jiǎn)單電路中 ； 矩陣鍵盤與獨(dú)立鍵盤有很大區(qū)別 ， 首先在硬件電路上它要比獨(dú)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(shì)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(shí)重復(fù)掃 描法，延時(shí)法的原理為 ： 因?yàn)?“ 毛刺 ” 脈沖一般持續(xù)時(shí)間短 ， 約為幾 ms， 而我們按鍵的時(shí)間一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于這個(gè)時(shí)間 ,所以當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到有按鍵動(dòng)靜后再延時(shí)一段時(shí)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(wú)效。如下圖 所示： 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 13 頁(yè) 共 68 頁(yè) 圖 系統(tǒng)主持人鍵盤 所有選手在從機(jī)中，使用獨(dú)立鍵盤掃描實(shí)現(xiàn)，沒(méi)個(gè)選手使用兩個(gè)按鍵，一個(gè)是搶答按鍵，一個(gè)是規(guī)定時(shí)間 內(nèi)答題完畢的停止鍵。 本文設(shè)計(jì)如圖 。 圖 聲音電路 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 14 頁(yè) 共 68 頁(yè) 4 軟件設(shè)計(jì) 軟件任務(wù)分析 軟件任務(wù)分析和硬件電路設(shè)計(jì)結(jié)合進(jìn)行，哪些功能由硬件完成，哪些任務(wù)由軟件完成，在硬件電路設(shè)計(jì)基本定型后，也就基本上決定下來(lái)了 [9]。從軟件的功能來(lái)看可分 兩大類：一類是執(zhí)行軟件，它能完成各種實(shí)質(zhì)性的功能，如測(cè)量，計(jì)算，顯示，打印，輸出控制和通信等，另一類是監(jiān)控軟件，它是專門用來(lái)協(xié)調(diào)各執(zhí)行模塊和操作者的關(guān)系，在系統(tǒng)軟件中充當(dāng)組織調(diào)度角色的軟件。 軟件任務(wù)分析時(shí)，應(yīng)將各執(zhí)行模塊一一列出，并為每一個(gè)執(zhí)行模塊進(jìn)行功能定義和接口定義（輸入輸出定義）。 各執(zhí)行模塊規(guī)劃好后，就可以監(jiān)控程序了。相對(duì)來(lái)講，執(zhí)行模塊任務(wù)明確單純，比較容易編程，而監(jiān)控程序較易出問(wèn)題。 軟件任務(wù)分析的另一個(gè)內(nèi)容是如何安排監(jiān)控軟件和各執(zhí)行模塊。后臺(tái)程序指主程序及其調(diào)用的子程序，這類程序?qū)?shí)時(shí)性要求不是太高，延誤幾十 ms 甚至幾百 ms 也沒(méi)關(guān)系，故通常將監(jiān)控程序（鍵盤解釋程序），顯示程序和打印程序等與操作者打交道的程序放在后臺(tái)程序中執(zhí)行；而前臺(tái)程序安排一些實(shí)時(shí)性要求較高的內(nèi)容，如定時(shí)系統(tǒng)和外部中斷（如掉電中斷）。 系統(tǒng)總流程圖 在本設(shè)計(jì)中包括了以下主要的程序：主程序，查詢程序，非法搶答程序，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。其中特殊功能寄存器 TH0 和 TL0 是定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T0的高 8 位和低 8 位； TH1 和 TL1 是定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T1的高 8 位和低 8 位。加法計(jì)數(shù)器加 1。 做為定時(shí)器用時(shí)，加法計(jì)數(shù)器對(duì)內(nèi)部機(jī)器周期脈沖 Tcy 計(jì)數(shù)，由于機(jī)器周期是定值，因而對(duì) Tcy 的計(jì)數(shù)就是定時(shí)，如 Tcy=1us，計(jì)數(shù)值 100，相當(dāng)于定時(shí) 100us。在定陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 17 頁(yè) 共 68 頁(yè) 時(shí)器 /計(jì)數(shù)器的工作過(guò)程中，加法計(jì)數(shù)器的內(nèi)容可用程序讀回 CPU。 TMOD 的低四位用于定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0，高四位用于定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1。 表 式控制寄存器 TMOD 位定義表 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0 C/T：定時(shí)或 計(jì)數(shù)功能選擇位，當(dāng) C/T=1時(shí)，為計(jì)數(shù)方式；當(dāng) C/T=0時(shí)，為定時(shí)方式。 表 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器工作方式 M1 M0 工作方式 方式說(shuō)明 0 0 0 13 位 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0 1 1 16 位 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1 0 2 具有自動(dòng)重裝初值的 8 位 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1 1 3 兩個(gè) 8 位 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 GATE：門控位，用于控制 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)是否受 外部中斷請(qǐng)求信號(hào)的影響。一般情況下GATE=0。當(dāng) T0(T1)計(jì)數(shù)溢出時(shí)，由硬 件置位，并在允許中斷的情況下，向 CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)， CPU 響應(yīng)中斷而轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序時(shí)，由硬件自動(dòng)將該位清 0. T0(T1)： T0(T1)運(yùn)行控制位，當(dāng) T0(T1)=1時(shí)，啟動(dòng) T0(T1)，當(dāng) T0(T1)=0時(shí)，關(guān)閉 T0(T1)。 IT0（ IT1）：外部中斷 0（或 1）觸發(fā)方式控制位。 IE0（ IE1）：外部中斷 0（或 1）的中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。接收和發(fā)送數(shù)據(jù)均可工作在查詢方式和中斷方式。其中方式 0 主要用于外接移位寄存器，以擴(kuò)展單片機(jī)的 I／ O 電路 ；工作方式 1多用于雙機(jī)之間或與外設(shè)電路的通信；方式 3除有方式 1的功能外，還可以作多機(jī)通信，以構(gòu)成分布式多微機(jī)系統(tǒng)。 串行端口有一個(gè)數(shù)據(jù)寄存器 SBUF[在特殊功能寄存器中的字節(jié)地址為 99H]，該寄存器為發(fā)送和接收所共用。在一定條件下，向 SBuF寫入數(shù)據(jù)就啟動(dòng)了發(fā)送過(guò)程；讀 SBuF就啟動(dòng)了接收過(guò)程。在不同工作方式中，由時(shí)鐘振蕩 頻率 的 分頻 值或由定時(shí)器 T1的定時(shí)溢出時(shí)間確定，使用十分方便靈活。字節(jié)地址為 98H，其各位定義如下表： 表 特殊功能寄存器 SCON 的位定義 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 19 頁(yè) 共 68 頁(yè) SM0、 SM1：串行口工作方式選擇位，其定義如下： 表 串行口工作方式 SM0、 SM1 工作方式 功能描述 波特率【 fosc 為晶振頻率】 00 方式 0 8 位移位寄存器 fosc/12 01 方式 1 10 位移位寄存器 可變 10 方式 2 11 位移位寄存器 fosc/12 或 fosc/12 11 方式 3 11 位移位寄存器 可變 SM2：多機(jī)通訊控制位，僅用于方式 2和方式 3。 REN：接收允許控制位。 TB8：是要發(fā)送數(shù)據(jù)的第 9位。例如。 RB8：接收到的數(shù)據(jù)的第 9位。在方式 1中，若 (SM2)=O， RB8為接收到的停止位。 TI：發(fā)送中斷標(biāo)志。如果要再發(fā)送，必須用軟件再清 0。 RI：接收中斷標(biāo)志位。如果要再接收，必須用軟件再清 0。 2. 特殊功能寄存器 PCON PCON的字節(jié)地址為 87H，它的第 7位 SMOD是與串口的波特率設(shè)置有關(guān)的選擇位。在計(jì)算串行方式 3的波特率時(shí) SMOD=0波特率不加倍；SMOD=1波特率加倍。中斷允許寄存器 IE 的字節(jié)地址為 A8H，可以進(jìn)行位尋址 . 表 中斷允許寄存器 IE 的位定義 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 EA ET2 ES ET1 EX1 ET0 EX0 EA：中斷允許總控位。 ET2：定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T2的溢出中斷允許位 ES：串行口中斷允許位。 EX1：外部中斷 INT1的中斷允許位。 EX0：外部中斷 INT0的中斷允許位?？梢苑抡?51 系列、 AVR，PIC 等常用的 MCU 及其外圍電路（如 LCD， RAM， ROM，鍵盤，馬達(dá)， LED， AD/DA，部分 SPI 器件，部分 IIC 器件， ...）。因此在仿真和程序調(diào)試時(shí)，關(guān)心的不再是某些語(yǔ)句執(zhí)行時(shí)單片機(jī)寄存器和存儲(chǔ)器內(nèi)容的改變，而是從工程的角度直接看程序運(yùn)行和電路工作的過(guò)程和結(jié)果。 (1)proteus 的工作過(guò)程 運(yùn)行 proteus 的 ISIS 程序后，進(jìn)入該仿真軟件的主界面。通過(guò)工具欄中的 p(從庫(kù)中選擇元件命令 )命令，在 pick devices 窗口中選擇電路所需的元件，放置元件并調(diào)整其相對(duì)位置，元件參數(shù)設(shè)置，元器件間連線，編寫程序；在 source 菜單的 Definecode generation tools 菜單命令下，選擇程序編譯的工具、路徑、擴(kuò)展名等項(xiàng)目；在 source 菜單的 Add/remove source files 命令下，加入單片機(jī)硬件電路的對(duì)應(yīng)程序；通過(guò) debug 菜單的相應(yīng)命令仿真程序和電路的運(yùn)行情況。元件涉及到數(shù)字和模擬、交流和直流等。在 Proteus 軟件包中，不存在同類儀表使用數(shù)量的問(wèn)題。 (4)Proteus 軟件所提供的調(diào)試手段 Proteus 提供了比較豐富的測(cè)試信 號(hào)用于電路的測(cè)試。對(duì)于單片機(jī)硬件電路和軟件的調(diào)試， Proteus 提供了兩種方法：一種是系統(tǒng)總體執(zhí)行效果，一種是對(duì)軟件的分步調(diào)試以看具體的執(zhí)行情況。其運(yùn)行方式也可以選擇工具 欄中的相應(yīng)工具進(jìn)行。在執(zhí)行了 start / restart debuging 命令后，在 debug 菜單的下面要出現(xiàn)仿真中所涉及到的軟件列表和單片機(jī)的系統(tǒng)資源等，可供調(diào)試時(shí)分析和查看。當(dāng)然其存在的缺點(diǎn)也是有的。對(duì)同一類功能的接口電路，可以采用不同的硬件來(lái)搭建完成，因此采用 Protues 仿真軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，克服了用單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)板教學(xué)中硬件電 路固定、學(xué)生不能更改、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容固定等方面的局限性，可以擴(kuò)展學(xué)生的思路和提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在單片機(jī)的實(shí)際教學(xué)中，如果要涉及到 51 系列，也要涉及到 PIC16 系列，那么為了教學(xué)必然要投入兩種單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)板；同時(shí)在教學(xué)過(guò)程中所涉及到的接口電路，也需要有較大的投入和儲(chǔ)備，以利于實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行和在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中元件損毀后的更換。如果在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中投入這樣的真實(shí)的儀器儀表，僅儀表的維護(hù)來(lái)講，其工作量也是比較大的。 (3)學(xué)生可自行實(shí)驗(yàn)，鍛煉解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力 實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛯?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)，是工科學(xué)生解決實(shí)際工程問(wèn)題能力中較為重要的。因此學(xué)生學(xué)習(xí)了理論，要想將其應(yīng)用到實(shí)際的工程實(shí)踐中，其難度是比較大的。采用仿真軟件后，學(xué)習(xí)的投入變得比較的小，而實(shí)際工程問(wèn)題的研究，也可以先在軟件環(huán)境中模擬通過(guò)，再進(jìn)行硬件的投入，這樣處理，不僅省時(shí)省力，也可以節(jié)省因方案不正確所造成的硬件投入的浪費(fèi)。采用 Protues 仿真軟件 進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，則不存在上述的問(wèn)題，其在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中是比較安全的。 (6)大量的范例，可供學(xué)生參考處理 在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，存在對(duì)已有資源的借鑒和引用處理，而該仿真系統(tǒng)所提供的較多的比較完善的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)范例，可供學(xué)生參考和借鑒。 (7)協(xié)作能力的培養(yǎng)和鍛煉 一個(gè)比較大的工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目，是由一個(gè)開(kāi)發(fā)小組協(xié)作完成的。在 Proteus 中進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)，所涉及到的內(nèi)容并不全是學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)完成的，因此對(duì)于鍛煉學(xué)生的團(tuán)結(jié)協(xié)作意識(shí)，是有好處的。 KEIL uVISION是眾多單片機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)軟件中最優(yōu)秀的軟件之一，它支持眾多不同公司的 MCS51 架構(gòu)的芯片，甚至 ARM，它集編輯，編譯，仿真等于一體，它的界面和常用的微軟 VC++的界面相似，界面友好，易學(xué)易用，在調(diào)試程序，軟件仿真方面也有很強(qiáng)大的功能。注意：如果您想用匯編語(yǔ)言，要帶后綴名一定是 “test . asm”,如果是 C語(yǔ)言，則是 “test . c”，然后保存 ； （ 8） 接下來(lái)需要把剛創(chuàng)建的源程序文件加入到工程項(xiàng)目文件中，大家在點(diǎn) “ADD”按鈕時(shí)會(huì)感到奇怪，怎么對(duì)話框不會(huì)消失呢？不管它，直接點(diǎn)擊 “Close”關(guān)閉就行了，此時(shí)大家可以看到程序文本字體顏色已發(fā)生了變化 ； （ 9） 最后還要有設(shè)置一下，按下圖設(shè)置晶振，建議初學(xué)者修改成 12M，因 12MHZ方便計(jì)算指令時(shí)間 ； （ 10） 在 Output 欄選中 Create HEX File，使編譯器輸出單片機(jī)需要的 HEX 文件 ，如圖； （ 11） 工程項(xiàng)目創(chuàng)建和設(shè)置全部完成！點(diǎn)擊保持并編譯 ； 圖 Keil uVision4 啟動(dòng)畫面 圖 選單片機(jī)型號(hào) 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 25 頁(yè) 共 68 頁(yè) 圖 編譯畫面 圖 生成 HEX 文件界面 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 26 頁(yè) 共 68 頁(yè) 圖 單步調(diào)試界面 Proteus Keil uVision4 結(jié)合 使用 雙機(jī)單片機(jī)，就會(huì)出現(xiàn)編輯原件畫面，點(diǎn)擊 Program File 菜單，出現(xiàn)選擇文件名畫面，選好 HEX 文件后雙擊添加，這樣就可以 完美結(jié)合使用這兩個(gè)軟件了。 軟件調(diào)試 軟件的調(diào) 試使用的是 Keil C51的 uVision4軟件。使其深受國(guó)內(nèi)嵌入式開(kāi)發(fā)工程師的喜愛(ài)。 圖 源程序的調(diào)試界面 軟件測(cè)試的時(shí)候也有些問(wèn)題，主要有： ，調(diào)試發(fā)現(xiàn)從機(jī)數(shù)碼管的數(shù)字和主機(jī)