【正文】 中， ATMEL 公司的AT89C51更實用，因他不但和8051指令、管腳完全兼容，而且其片內(nèi)的4K程序存儲器是FLASH工藝的，這種工藝的存儲器用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫。寫入單片機內(nèi)的程序還可以進行加密。 AT89C51單片機的介紹AT89C51單片機主要有以下部件構(gòu)成：八位微處理器CPU、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。單片微機內(nèi)部最核心的部分是CPU，CPU按其功能可分為運算器和控制器兩部分。它的功能是對來自存儲器中的指令進行譯碼，通過實時控制電路，在規(guī)定的時刻發(fā)出各種操作所需的內(nèi)部和外部的控制信號，使各部分協(xié)調(diào)工作，完成指令所規(guī)定的操作。為了提高數(shù)據(jù)處理和位操作功能，片內(nèi)增加了一個通用寄存器B和一些專用寄存器，還增加了位處理邏輯電路的功能。AT89C51引腳圖如圖31所示。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。當P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。當振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次PSEN有效。EA/VPP：當保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。特殊功能寄存器共含有22個不同寄存器。這些寄存器的名稱和地址見表31所示。所以，用戶編程時不應(yīng)該將數(shù)據(jù)寫入這些未確定的地址單元，它們是公司留待將來開發(fā)新產(chǎn)品時使用的。AT89C51單片機的時鐘產(chǎn)生方法有兩種：內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式。外部時鐘方式就是直接將外部的振蕩脈沖通過XTALl或XTAL2接入單片機，外部時鐘方式多用于多機系統(tǒng)，以便各個單片機能夠同時工作。內(nèi)部時鐘方式就是利用單片機芯片內(nèi)部的振蕩器，通過在引腳XTALl和XTAL2兩端跨接晶體振蕩器，構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器的方法，再由獲得的自激振蕩器發(fā)出穩(wěn)定的脈沖，直接送入芯片內(nèi)部的時鐘電路的方式。自激振蕩器的頻率取決于晶體振蕩器的頻率，常見的晶體振蕩器頻率有6MHz和12MHz。本系統(tǒng)中采用的是內(nèi)部時鐘方式。圖32 時鐘電路從時鐘電路的示意圖中可以看到，單片機所跨接的晶體振蕩器旁邊還有兩個電容器C1和C2。諧振電容的容值選擇，與所用的晶體振蕩器的頻率值有關(guān)。二者如果配合的好，可以發(fā)揮諧振電容的積極作用。經(jīng)過大量的實際應(yīng)用，晶體振蕩器的頻率與諧振電容的容值之間形成了一定的固定搭配。確定系統(tǒng)中晶體振蕩器的頻率，我認為與具體的應(yīng)用有關(guān)。但是，在有些情況下，單片機的外圍設(shè)備的速度無法匹配單片機的運行速度。基于這種考慮，本文中的晶體振蕩頻率設(shè)計為12MHz，諧振電容的容值選定為30pF。其大小是時鐘信號頻率的倒數(shù)，常用T=1/fosc表示。s。為了減小寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定、可靠地工作。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(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。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。但是，硬件復(fù)位還能自動清除中斷激活標志，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。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。有的編程人員用020000（LJMP 0000H）作為軟件陷阱，認為直接轉(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。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志的重要性。其目的是使CPU和系統(tǒng)中其他部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。這里僅介紹上電復(fù)位和按鍵復(fù)位這兩種常用的復(fù)位方式。利用電容器的充電特性達到滿足接通電源后，單片機實現(xiàn)自動復(fù)位的要求。圖33 復(fù)位電路在電路圖中，電容的的大小是10uF，電阻的大小是10k。電容兩端的電壓時在0~。RST引腳所接收到的電壓是5V～。，電容C兩端的電壓持續(xù)充電為5V，這是時候10K電阻兩端的電壓接近于0V，RST處于低電平所以系統(tǒng)正常工作。隨著時間的推移，甚至更小。單片機系統(tǒng)自動復(fù)位。值得注意的是，在設(shè)計當中使用到了硬件復(fù)位和軟件復(fù)位兩種功能，軟復(fù)位實際上就是當程序執(zhí)行完畢之后，將程序指針通過一條跳轉(zhuǎn)指令讓它跳轉(zhuǎn)到程序執(zhí)行的起始地址。顯示器按其顯示形式分為分段式顯示器、點陣式顯示器和條圖（光柱）式顯示器。LED顯示器是單片機開發(fā)中常用的輸出器件。控制不同組合的二極管導(dǎo)通，就能顯示出各種字符。7段式單個數(shù)碼管內(nèi)部共有8 只發(fā)光二極管，7只為字段，可組成字形，第八個為小數(shù)點。這種顯示器又分共陽極和共陰極兩種。共陽極型內(nèi)部發(fā)光二極管陽極連在一起，接高電平。圖34 共陰極型和共陽極型數(shù)碼管由圖34可見，a、b、c、d、e、f、g 分別為七個發(fā)光段引腳，dp 引腳為小數(shù)點。數(shù)碼管工作時每段需串聯(lián)一個限流電阻，而不能用一個電阻放在共陽極或共陰極端。另外，電阻值的選取只要保證管子正常發(fā)光即可。電流太大會加大耗電量，而電流太小又無法得到足夠的發(fā)光度。只要哪個引腳輸入為高電平，對應(yīng)的二極管就會發(fā)亮；共陽極型結(jié)構(gòu)數(shù)碼管的a、b、c、d、e、f、g 各引腳輸入低電平有效。通過點亮不同的發(fā)光段可組成不同的字形。表32 是顯示字形與共陽極和共陰極兩種接法的字段碼對應(yīng)關(guān)系。只要把共陽極數(shù)碼管按照引腳 a、b、c、d、e、f、g、dp 的順序分別對應(yīng)接單片機 P0 口的 ～，由于 P0 口在輸出時具有鎖存功能，只要用指令向 P0 口送出字段碼，數(shù)碼管就可顯示出所需字形。七段數(shù)碼管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，一種是動態(tài)顯示。在本設(shè)計中根據(jù)實際情況采用的是共陽極動態(tài)顯示方法。圖35智能搶答器顯示模塊圖35中數(shù)碼管采用的是4位七段共陽極數(shù)碼管，其中AH段分別通過8路3態(tài)緩沖驅(qū)動器74LS244接到單片機的P0口，由單片機輸出的P0口數(shù)據(jù)來決定段碼值，位選碼COMCOMCOM，由單片機來決定當前該顯示的是哪一位。74LS244輸出電流可以達到24mA，而一般TTL芯片輸出電流僅僅8mA.74LS244是8路3態(tài)緩沖驅(qū)動,也叫做線驅(qū)動或者總線驅(qū)動門電路。G＝0 的時候，輸入=輸出 G＝1的時候，輸出=高阻態(tài) 鍵盤是由若干按鍵組成的開關(guān)矩陣，它是微型計算機最常用的輸入設(shè)備，用戶可以通過鍵盤向計算機輸入指令、地址和數(shù)據(jù)。編碼鍵盤即鍵盤上閉合鍵的識別有專用的硬件來實現(xiàn)，由硬件邏輯電路完成必要的鍵識別工作與可靠性措施。這種鍵盤易于使用，但硬件比較復(fù)雜，對于主機任務(wù)繁重之情況，采用8279可編程鍵盤管理接口芯片構(gòu)成編碼式鍵盤系統(tǒng)是很實用的方案。只簡單地提供鍵盤的行列與矩陣，其他操作如鍵的識別，決定按鍵的讀數(shù)等僅靠軟件完成，故硬件較為簡單，但占用CPU較多時間。鍵盤接口（或處理）應(yīng)具備以下功能：鍵掃描功能，即檢測是否有鍵按下。消除按鍵抖動及多鍵按下的問題。它們各有自己的特點。因此，通過檢測輸入線的電平狀態(tài)可以很容易判斷哪個按鍵被按下了。 缺點：每個按鍵需占用一根I/O口線，在按鍵數(shù)量較多時，I/O口浪費大，電路結(jié)構(gòu)顯得復(fù)雜。矩陣鍵盤與獨立鍵盤有很大區(qū)別，它由行線和列線組成，按鍵位于行列的交叉點上。矩陣鍵盤工作原理：行線通過上拉電阻接到+5V上。列線電平為低，則行線電平為低；列線電平為高，則行線電平為高。鍵盤的工作方式有：編程掃描方式：當單片機空閑時，才調(diào)用鍵盤掃描子程序，反復(fù)的掃描鍵盤，等待用戶從鍵盤上輸入命令或數(shù)據(jù)，來響應(yīng)鍵盤的輸入請求。中斷工作方式：只有在鍵盤有鍵按下時，才執(zhí)行鍵盤掃描程序并執(zhí)行該按鍵功能程序，如果無鍵按下，單片機將不理睬鍵盤。按鍵如圖36所示，當開關(guān)S1斷開時，單片機接入口輸入為高電平，S1閉合時，單片機接入口輸入為低電平。這種抖動對于人來說是感覺不到的，但對單片機來說，則是完全可以感應(yīng)到的，因為單片機處理的速度是在微秒級，而機械抖動的時間至少是毫秒級，對單片機而言，這已是一段“漫長”的時間了。而如果鍵處理程序采用查詢方式的話也會存在響應(yīng)按鍵遲鈍的現(xiàn)象，甚至可能會漏掉信號。常用的去抖動的方法有兩種：硬件方法和軟件方法。軟件去除抖動其實很簡單，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遠大于這個時間,所以當單片機檢測到有按鍵動靜（按鍵按下或釋放）后再延時一段時間(這里我們?nèi)?0ms)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。當然，實際應(yīng)用中，對按鍵的要求也是千差萬別，要根據(jù)不同的需要來編制處理程序。矩陣鍵盤與獨立式按鍵鍵盤相比，硬件電路大大節(jié)省。方法：選擇一個RAM工作單元，對某一個按鍵進行按鍵計數(shù)，根據(jù)不同計數(shù)值，轉(zhuǎn)到子程序。復(fù)合鍵是使用軟件實現(xiàn)一鍵多功能的另一個途徑。實際情況做不到“同時按下”，他們的時間差別可以長到50ms，解決策略是：定義一個或兩個引導(dǎo)鍵，這些引導(dǎo)鍵按下時沒什么意義，執(zhí)行空操作。缺點：一是操作變得復(fù)雜，二是操作時間變長。要求速度的場合最好做一鍵一功能。八路智能搶答器設(shè)計中由于按鍵較少，端口資源豐富，因此采用了獨立鍵盤的方式，無雙功能和多功能設(shè)計，本設(shè)計中有8個搶答按鍵輸入，一個開始按鍵、一個結(jié)束按鍵，此外還有搶答時間調(diào)整鍵、回答時間調(diào)整鍵，加一按鍵、減一按鍵各一個。圖38按鍵連接圖。在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，一般的工作狀態(tài)可以通過指示燈或數(shù)碼顯示來指示， 供操作人員參考，了解系統(tǒng)的工作狀況。這種報警信號通常有三種類型：一是閃光報警，因為閃動的指示燈更能提醒人們注意；二是鳴音報警，發(fā)出特定的音響，作用于人的聽覺器官，易于引起和加強警覺；三是語音報警，不僅能起到報警作用，還能直接給出警報種類的信息中。鳴音報警有兩種方法：單頻音報警和音樂聲報警。壓電式蜂鳴器結(jié)構(gòu)簡單、耗電少，更適于在單片機系統(tǒng)中應(yīng)用。音樂聲報警：單頻音報警電路,簡單實用，已能滿足音響報警的一般需要，但是音調(diào)單調(diào)，而且采用壓電鳴音元件，音量較小且不可調(diào)整。我們知道，發(fā)聲電路用于報警，當遇到發(fā)聲信號時，發(fā)出警報。搶答器發(fā)聲電路設(shè)計如圖39所示。圖39 發(fā)聲電路在圖 39中，P ，當 P “1”時, 三極管導(dǎo)通，蜂鳴器的通電而發(fā)音，當 P 輸出低電平“0”時，三極管截止，蜂鳴器停止發(fā)音。系統(tǒng)正常工作需要電源，電源的獲得方式可以是自給式的，如各種電池；也可以是接口式的，從公用電網(wǎng)獲取。接口式的電源，由于電能來源于公共電網(wǎng)，可長時間穩(wěn)定供電且電壓的波動較小。根據(jù)本文中設(shè)計的具體要求，本文選擇接口式的電源供電方式。實現(xiàn)這種電源的原理由變壓器、整流橋、濾波器和電源穩(wěn)壓芯片四部分組成。本文采用變壓器的方式解決這一問題。 整流橋雖然降壓后的交流電的峰值在幅值上與期望的電壓值接近，但是由于系統(tǒng)需要的是電壓極性不變的直流電，降壓后的交流電仍然無法滿足設(shè)計要求。整流電路如圖310所示。具體接法如圖14。在輸入的交流電過零點時，兩組二極管完成交替。為了得到系統(tǒng)需要的幅值穩(wěn)定的直流電源，還需要對整流所得的波形進行濾波處理，以達到將脈動的直流電壓變?yōu)槠交闹绷麟妷?。如圖310，在整流電路的輸出端并聯(lián)一個電容即構(gòu)成電容濾波電路。電容濾波電路的原理就是利用電容的充放電作用，使輸出電壓趨于平穩(wěn)。從圖中可見，濾波后輸出的電壓不僅變得平滑，而且平均值已得到了提高。這就是為什么變壓器的輸出電壓峰值要略高于設(shè)定的電壓值的原因。例如，如果負載電阻減小，則負載電流增大，內(nèi)阻上的電流也就隨之增大，其壓降必然增大，輸出電壓平均值必將相應(yīng)減少。為了獲得穩(wěn)定性好的直流電壓，必須采取穩(wěn)壓措施。7805大概是我們最常用到的穩(wěn)壓芯片了，它的使用方便，用很簡單的電路即可以實現(xiàn)一個直流穩(wěn)壓電源,他的輸出電壓恰好為5v，剛好是51系列單片機運行所需的電壓。下面我簡單的介紹一下他的3個引腳，其中1接整流器輸出的+電壓，2為公共地(也就是負極)，3就是我們需要的正5V輸出電壓了。在電源電路中，整流電路將交流變成脈動的直流，而在整流電路之后接入一個較大容量的電解電容（470uf），利用其充放電特性，使整流后的脈動直流電壓變成相對比較穩(wěn)定的直流電壓。這就可以了。圖312 電源模塊電路元件的選擇及要求：為了保證穩(wěn)壓器的穩(wěn)定工作，三端穩(wěn)壓器的輸入端電壓至少應(yīng)該比輸出端的電壓高出3到6V，輸入電壓與輸出電壓不能相差太高，太高不僅工作效率降低，浪費能源，而且穩(wěn)壓器本身的功耗太大，會引起過熱而造成工作不穩(wěn)定。C6C7C8C9的作用和數(shù)值： C6和C9是防止自激用的， —1μF，—。4 軟件設(shè)計模塊隨著單片機技術(shù)日新月益的發(fā)展，很多人經(jīng)常會被單片機的各種各樣的編程語言搞糊涂。究竟要學習哪一種編程語言好呢?下面我們對這4種語言作詳細介紹。庫 爾茲研制出來的。幾十年來，BASIC語言一直被認為是初學者編程的語言。早期的BASIC語言由于生成的代碼不是最終目標機器的代碼，而是經(jīng)過一個RUNTIME程序解釋后運行的，所以執(zhí)行效率低，但這種逐行解釋的方法很容易找到程序中的錯誤，而不是當程序執(zhí)行完才能顯現(xiàn)出來。此外還需要注意，BASIC為簡化使用變量，所有變量都用浮點值，這一點與c語言存在