畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-基于單片機(jī)的八路智力搶答器設(shè)計(jì)

1、第1章 概要1.1設(shè)計(jì)相關(guān)背景畢業(yè)設(shè)計(jì)是學(xué)好本門課程的又一重要實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的和任務(wù)就是配合單片機(jī)的教學(xué)和平時(shí)實(shí)驗(yàn)，以到達(dá)穩(wěn)固消化課程的內(nèi)容，進(jìn)一步加強(qiáng)綜合應(yīng)用能力及單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)和設(shè)計(jì)能力的訓(xùn)練，啟發(fā)創(chuàng)新思維，使之具有獨(dú)立單片機(jī)產(chǎn)品和科研的根本技能，是以培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的過(guò)程，是知識(shí)轉(zhuǎn)化為能力和能力轉(zhuǎn)化為工程素質(zhì)的重要階段。在實(shí)際生活中有好多地方都用到了單片機(jī)，因此學(xué)習(xí)好這門課程有著十分重要的意義。搶答器是在競(jìng)賽、文體娛樂(lè)活動(dòng)搶答活動(dòng)中，能準(zhǔn)確、公正、直觀地判斷出搶答者的機(jī)器。工廠、學(xué)校和電視臺(tái)等單位常舉辦各種智力競(jìng)賽, 搶答記分器是必要設(shè)備。在我校舉行的各種競(jìng)賽中

2、我們經(jīng)常看到有搶答的環(huán)節(jié)，舉辦方多數(shù)采用讓選手通過(guò)舉答題板的方法判斷選手的答題權(quán)，這在某種程度上會(huì)因?yàn)橹鞒秩说闹饔^誤斷造成比賽的不公平性。為解決這個(gè)問(wèn)題，八路數(shù)顯搶答器的產(chǎn)生是個(gè)必然的趨勢(shì)。 在知識(shí)競(jìng)賽中， 特別是做搶答題時(shí)，在搶答過(guò)程中，為了知道哪一組或哪一位選手先答題，必須要有一個(gè)系統(tǒng)來(lái)完成這個(gè)任務(wù)。如果在搶答中，只靠人的視覺是很難判斷出哪組先答題。利用單片機(jī)來(lái)設(shè)計(jì)搶答器，使以上問(wèn)題得以解決，即使兩組的搶答時(shí)間相差幾微秒，也可分辨出哪組優(yōu)先答題。設(shè)計(jì)的目的 通過(guò)畢業(yè)實(shí)習(xí)使學(xué)生熟悉搶答器的應(yīng)用及開展，理解智力競(jìng)賽搶答器電路的工作原理；同時(shí)學(xué)習(xí)現(xiàn)場(chǎng)職工的愛崗敬業(yè)精神，樹立學(xué)習(xí)為生產(chǎn)實(shí)踐效勞的崇

3、高理想，通過(guò)畢業(yè)實(shí)習(xí)作好理論學(xué)習(xí)和工作實(shí)際的銜接和過(guò)渡，培養(yǎng)適應(yīng)生產(chǎn)、投身生產(chǎn)的信心和勇氣；廣泛收集與自己所學(xué)專業(yè)有關(guān)的技術(shù)資料和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為高質(zhì)量地完成畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)打下堅(jiān)實(shí)的根底。圖1-1 搶答器實(shí)物圖通過(guò)這次設(shè)計(jì)，掌握51單片機(jī)的原理，了解簡(jiǎn)單多功能搶答器組成原理，初步掌握多功能搶答器的調(diào)整及測(cè)試方法，提高動(dòng)手能力和排除故障的能力。同時(shí)通過(guò)本課題設(shè)計(jì)與裝配、調(diào)試，提高自己的動(dòng)手能力，穩(wěn)固已學(xué)的理論知識(shí)，建立單片機(jī)理論和實(shí)踐的結(jié)合，了解多功能搶答器各單元電路之間的關(guān)系及相互影響，從而能正確設(shè)計(jì)、計(jì)算定時(shí)計(jì)數(shù)的各個(gè)單元電路。初步掌握多功能搶答器的調(diào)整及測(cè)試方法。提高動(dòng)手能力和排除故障的能力。1

4、.3要求及思路搶答器是為競(jìng)賽參賽者答題時(shí)進(jìn)行搶答而設(shè)計(jì)的一種優(yōu)先判決器電路，競(jìng)賽者可以分為假設(shè)干組，搶答時(shí)各組對(duì)主持人提出的問(wèn)題要在最短的時(shí)間內(nèi)做出判斷，并按下?lián)尨鸢存I答復(fù)下列問(wèn)題。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)人按下按鍵后，那么在顯示器上顯示該組的號(hào)碼，同時(shí)電路將其他各組按鍵封鎖，使其不起作用。答復(fù)完問(wèn)題后，由主持人將所有按鍵恢復(fù)，重新開始下一輪搶答。搶答器具有定時(shí)搶答功能，且一次搶答的時(shí)間可以由主持人設(shè)定如,30秒。當(dāng)主持人啟動(dòng)開始鍵后，定時(shí)器進(jìn)行減計(jì)時(shí)。 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)去除為止。如果定時(shí)時(shí)間已到，無(wú)人搶答，本次

5、搶答無(wú)效，系統(tǒng)通過(guò)一個(gè)指示燈報(bào)警并禁止搶答，定時(shí)顯示器上顯示00。1.4搶答器方案選擇搶答器分類原始競(jìng)賽搶答器原始競(jìng)賽搶答器是由模擬電路，數(shù)字電路所組成的。其功能單一，可靠性差。電子搶答器電子搶答器的中心構(gòu)造一般都是由搶答器由單片機(jī)以及外圍電路組成，其搭配的配件不同又分為，非語(yǔ)音非記分搶答器和語(yǔ)音記分搶答器。 多適用于學(xué)校和企事業(yè)單位舉行的簡(jiǎn)單的搶答活動(dòng)。非語(yǔ)音記分搶答器構(gòu)造很簡(jiǎn)單，就是一個(gè)搶答器的主機(jī)和一個(gè)搶答按鈕組成，在搶答過(guò)程中選手是沒有記分的顯示屏。該系統(tǒng)由單片機(jī)控制, 線路相對(duì)簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊、價(jià)格低廉、性能優(yōu)越，運(yùn)行穩(wěn)定，有較高的性價(jià)比。電腦搶答器 電腦搶答器又分為無(wú)線電腦搶答器和有

6、線電腦搶答器。 無(wú)線電腦搶答器的構(gòu)成是由：主機(jī)和搶答器專用的軟件和無(wú)線按鈕。 無(wú)線電腦搶答器利用電腦和投影儀，可以把搶答氣氛活潑起來(lái)，一般多使用于電臺(tái)等大型的活動(dòng)。 有線電腦搶答器也是由主機(jī)和電腦配合起來(lái)，電腦在和投影儀配合起來(lái)，利用專門研發(fā)的配套的搶答器軟件，可以十分完美的表現(xiàn)搶答的氣氛。但其本錢較高，制作相對(duì)復(fù)雜綜合分析以上三種實(shí)現(xiàn)方法，本設(shè)計(jì)決定采用單片機(jī)AT89C51為核心元件設(shè)計(jì)智力競(jìng)賽搶答器。在滿足工作要求的前提下，性價(jià)比高的設(shè)計(jì)是我們的首選。 一般搶答器由單片機(jī)以及外圍電路組成，分為五路八路等不同，五路和八路的差異是，搶答器反面的接口有幾組，和外形沒有關(guān)系。 早期的搶答器只由幾個(gè)

7、三極管、可控硅、發(fā)光管等組成，能通過(guò)發(fā)光管的指示辯認(rèn)出選手號(hào)碼?，F(xiàn)在大多數(shù)搶答器均使用單片機(jī)(如MSC-51型)和數(shù)字集成電路，并增加了許多新功能，如選手號(hào)碼顯示、搶按前或搶按后的計(jì)時(shí)、選手得分顯示等功能。本設(shè)計(jì)利用AT89C51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)間和選手號(hào)碼。用開關(guān)做鍵盤輸出，揚(yáng)聲器發(fā)生提示。系統(tǒng)到達(dá)要求：在搶答中，只有開始后搶答才有效，如果在開始搶答前搶答為無(wú)效；搶答限定時(shí)間和答復(fù)下列問(wèn)題的時(shí)間可是在1-99s設(shè)定；可以顯示是哪位選手有效搶答和無(wú)效搶答

8、，正確按鍵后有音樂(lè)提示；搶答時(shí)間和答復(fù)下列問(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；按鍵鎖定，在有效狀態(tài)下，按鍵無(wú)效。通過(guò)研究并在設(shè)計(jì)驗(yàn)證后發(fā)現(xiàn)，采用單片機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)的搶答器與目前常用的搶答器相比，首先，電路連接簡(jiǎn)單，因?yàn)榇蠖鄶?shù)功能單元都通過(guò)程序設(shè)計(jì)在單片機(jī)內(nèi)部，第二，工作性能可靠，抗干擾能力優(yōu)于目前搶答器。所以本研究是一個(gè)實(shí)用的工程設(shè)計(jì)，具有創(chuàng)新性。第二章 搶答器系統(tǒng)概述原理本課題采用了單片機(jī)最小系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)八路搶答器，下面是單片機(jī)最小系統(tǒng)的原理。單片機(jī)的主要功能是負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的控制，不承當(dāng)復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理任務(wù)，因此在設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)時(shí)通常選用AT89C5l、AT89C52、AT89S51、AT

9、89S52S系列芯片支持ISP功能等型號(hào)的8位單片機(jī)作為MCU。本單片機(jī)最小系統(tǒng)采用的是AT89C51。一個(gè)典型的單片機(jī)最小系統(tǒng)一般由時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、片外RAM、片外ROM、按鍵、數(shù)碼管、液晶顯示器、外部擴(kuò)展接口等局部組成，圖2-1 、圖2-2分別給出了單片機(jī)最小系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖、原理圖。圖2-1 單片機(jī)最小系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖圖2-2單片機(jī)最小系統(tǒng)的原理圖流程圖是由一些圖框和流程線組成的，其中圖框表示各種操作的類型，圖框中的文字和符號(hào)表示操作的內(nèi)容，流程線表示操作的先后次序。流程圖的根本結(jié)構(gòu)為順序結(jié)構(gòu)，分支結(jié)構(gòu)又稱選擇結(jié)構(gòu)，循環(huán)結(jié)構(gòu)。為便于識(shí)別，繪制流程圖的習(xí)慣做法是：方框表示：要執(zhí)行的處理平行

10、四邊型表示：代表資料輸人。不規(guī)那么圖形代表資料輸出或報(bào)表輸出。菱形表示：決策或判斷。加載程序運(yùn) 行行開始開始數(shù)碼管顯示FFF開始搶按時(shí)間倒計(jì)時(shí)開始前有選手搶按顯示違例選手號(hào)碼并伴有語(yǔ)音報(bào)警倒計(jì)時(shí)結(jié)束，超時(shí)有選手搶按顯示FFF顯示選手號(hào)碼，倒計(jì)時(shí)時(shí)間,語(yǔ)音報(bào)警，答題,答題時(shí)間倒計(jì)時(shí)正常流程違規(guī)流程假設(shè)超過(guò)答題時(shí)間，那么數(shù)碼管顯示FFF答題完畢根據(jù)選手表現(xiàn)，規(guī)那么由主持人減分圖2 搶答器工作流程第3章 智力搶答器的硬件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)分為硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，這兩者相互結(jié)合，不可別離；從時(shí)間上看，硬件設(shè)計(jì)的絕大局部工作量是在最初階段，到后期往往還要做一些修改。只要技術(shù)準(zhǔn)備充分，硬件設(shè)計(jì)的大返工是比擬少的，

11、軟件設(shè)計(jì)的任務(wù)貫徹始終，到中后期根本上都是軟件設(shè)計(jì)任務(wù)，隨著集成電路技術(shù)的飛速開展，各種功能很強(qiáng)的芯片不斷出現(xiàn)，使硬件電路的集成度越來(lái)越高，硬件設(shè)計(jì)的工作量在整個(gè)工程中的所占的比重逐漸下降。為使硬件電路設(shè)計(jì)盡可能合理，應(yīng)注意以下幾方面：(1) 盡可能采用功能強(qiáng)的芯片，以簡(jiǎn)化電路，功能強(qiáng)的芯片可以代替假設(shè)干普通芯片，隨著生產(chǎn)工藝的提高，新型芯片的的價(jià)格不斷下降，并不一定比假設(shè)干普通芯片價(jià)格的總和高。(2) 留有設(shè)計(jì)余地。在設(shè)計(jì)硬件電路時(shí)，要考慮到將來(lái)修改擴(kuò)展的方便。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。(3) 程序空間，選用片內(nèi)程序空

12、間足夠大的單片機(jī)，本設(shè)計(jì)采用AT89C51單片機(jī)。(4) RAM空間，AT89C51內(nèi)部RAM不多，當(dāng)要增強(qiáng)軟件數(shù)據(jù)處理功能時(shí)，往往覺得缺乏。如果系統(tǒng)配置了外部RAM，那么建議多留一些空間。如選用8155作I/O接口，就可以增強(qiáng)256字節(jié)RAM。如果有大批數(shù)據(jù)需要處理，那么應(yīng)配置足夠的RAM，如6264，62256等。隨著軟件設(shè)計(jì)水平的提高，往往只要改變或增加軟件中的數(shù)據(jù)處理算法，就可以使系統(tǒng)功能提高很多，而系統(tǒng)的硬件不必做任何更換就使系統(tǒng)升級(jí)換代。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。(5) I/O端口：在樣機(jī)

13、研制出來(lái)后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試用時(shí)，往往會(huì)發(fā)現(xiàn)一些被無(wú)視的問(wèn)題，而這些問(wèn)題不是靠單純的軟件措施來(lái)解決的。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。如果在硬件電路設(shè)計(jì)就預(yù)留出一些I/O端口，雖然當(dāng)時(shí)空著沒用，那么用的時(shí)候就派上用場(chǎng)了。 性能特點(diǎn)及工作原理智力競(jìng)賽搶答器用單片機(jī)來(lái)設(shè)計(jì)制作完成,由于其功能的實(shí)現(xiàn)主要通過(guò)軟件編程來(lái)完成, 采用單片機(jī)AT89C51,它是低功耗、高性能的CMOS型8位單片機(jī)。片內(nèi)帶有4KB的Flash存儲(chǔ)器,且允許在系統(tǒng)內(nèi)改寫或用編程器編程。該智力競(jìng)賽搶答器的準(zhǔn)確度很高，其誤差主要由晶振自身的誤差所造成。AT89C51單片機(jī)內(nèi)部由CPU、振

14、蕩電路、總線控制部件、中斷控制部件、片內(nèi)Flash存儲(chǔ)器、片內(nèi)RAM、并行I/O接口、定時(shí)器和串行I/O接口構(gòu)成。單片機(jī)內(nèi)部最核心的局部是CPU。CPU主要功能是產(chǎn)生各種控制信號(hào)，控制存儲(chǔ)器、輸入/輸出端口的數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)的算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算以及位操作處理等。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)去下列圖所示：外部定時(shí)元件復(fù)位中斷電源系統(tǒng)時(shí)鐘ROMCPU定時(shí)/計(jì)數(shù)器串行I/O口并行I/O口RAM圖 3-1 AT89C51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖AT89C51單片機(jī)的存儲(chǔ)器在物理上設(shè)計(jì)成程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器兩個(gè)獨(dú)立的空間，片內(nèi)程序存儲(chǔ)器的容量為4KB，片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器為128個(gè)字節(jié)。AT89C51單片機(jī)有4個(gè)8位的并行I/O口：

15、P0口，P1口，P2口和P3口。各個(gè)接口均由接口鎖存器，輸出驅(qū)動(dòng)器，和輸入緩沖器組成。P1口是唯一的單功能口，僅能用作通用的數(shù)據(jù)輸入/輸出口。P3口是雙功能口除了具有數(shù)據(jù)輸入/輸出功能外，每條接口還具有不同的第二功能，如P3.0是串行輸入口線，P3.1口是串行輸出口線。在需要外部程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展時(shí)，P0可作為分時(shí)復(fù)用的低8位地址/數(shù)據(jù)總線，P2口可作為高8位的地址總線。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。3.3控制系統(tǒng)及所需元件 控制系統(tǒng)主要由單片機(jī)應(yīng)用電路、存儲(chǔ)器接口電路、顯示接口電路組成。其中單片機(jī)AT89C51是系統(tǒng)工作的核心

16、，它主要負(fù)責(zé)控制各個(gè)局部協(xié)調(diào)工作。AT89C51的管腳圖如下列圖3-3所示：圖3-3 AT89c51的管腳圖所需元件：該系統(tǒng)的核心器件是AT89C51。在其外圍接上復(fù)位電路、上拉電阻、數(shù)碼管、按鈕及揚(yáng)聲器。元件為：晶振X1、電容C1、C2、C3、 電阻RP1、P3.0和P3.1由裁判控制,分別是搶答開始和停止鍵。P1.0-P1.7是8組搶答的輸入口,P2.0-P2.3口為數(shù)碼管的段選口,位選口用的是P0.0-P0.6口輸出, P3.6為蜂鳴器的控制口。管腳說(shuō)明89C51 單片機(jī)實(shí)際有效的引腳為40個(gè)，其封裝形式及引腳圖如上圖所示，各管腳說(shuō)明如下：VCC：40腳主電源+5V，正常操作和對(duì)EPRO

17、M編程及驗(yàn)證時(shí)均接+5V電源。GND：20腳接地。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，在訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)，它分時(shí)作低8位地址線和8位雙向數(shù)據(jù)總線用。在EPROM編程時(shí)，由P0輸入指令字節(jié)，而在驗(yàn)證程序時(shí)，那么輸出指令字節(jié)。驗(yàn)證程序時(shí)，要求外接上拉電阻。P0能以吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，EPROM編程和驗(yàn)證程序時(shí)，由它輸入低8位地址。P1能驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載。在8032/8052中，P1.0還相當(dāng)于專用功能端T2，即定時(shí)器的計(jì)數(shù)觸發(fā)輸入端；P1.1還相當(dāng)于專用功能端T2EX，即定時(shí)器T2的外部控制端。P2口：P2口

18、為一個(gè)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(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能存放器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高

19、電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流ILL這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示： P3口管腳第二功能 P3.0 RXD串行輸入口 P3.1 TXD串行輸出口 P3.2 /INT0外部中斷0 P3.3 /INT1外部中斷1 P3.4 T0記時(shí)器0外部輸入 P3.5 T1記時(shí)器1外部輸入 P3.6 /WR外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通 P3.7 /RD外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在F

20、LASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。 /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當(dāng)/EA

21、保持低電平時(shí)，那么在此期間外部程序存儲(chǔ)器0000H-FFFFH，不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源VPP。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。單片機(jī)必須在時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下才能工作。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(hào)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。時(shí)鐘電路如下圖。外部振蕩源電路一般選用石英晶體振蕩器。此電路在加電大約延遲10ms后振蕩器起振，在XTAL

22、2引腳產(chǎn)生幅度為3V左右的正弦波時(shí)鐘信號(hào)，其振蕩頻率主要由石英晶振的頻率確定。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(duì)振蕩器的頻率進(jìn)行微調(diào)。振蕩頻率一般在2MHz 12MHz之間，單片機(jī)常選擇6MHz 或12MHz，外接晶振電容器C1與C2在30PF左右，對(duì)于陶瓷振蕩器C1、C2約為47PF左右。在本次設(shè)計(jì)我們選擇的是6MHZ的石英晶振，電容C1、C2為30PF。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)其電路圖如下圖：圖中由按鍵RESET1以及電解電容C3、電阻R2構(gòu)成按鍵及上復(fù)位電路。復(fù)

23、位電路由于單片機(jī)是高電平復(fù)位，所以當(dāng)按鍵RESET1按下時(shí)候，單片機(jī)的9腳RESET管腳處于高電平，此時(shí)單片機(jī)處于復(fù)位狀態(tài)。當(dāng)上電后，由于電容的緩慢充電，單片機(jī)的9腳電壓逐步由高向低轉(zhuǎn)化，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，單片機(jī)的9腳處于穩(wěn)定的低電平狀態(tài)，此時(shí)單片機(jī)上電復(fù)位完畢，系統(tǒng)程序從0000H開始執(zhí)行。值得注意的是，在設(shè)計(jì)當(dāng)中使用到了硬件復(fù)位和軟件復(fù)位兩種功能，由上面的硬件復(fù)位后的各狀態(tài)可知存放器及存儲(chǔ)器的值都恢復(fù)到了初始值，而前面的功能介紹中提到了倒計(jì)時(shí)時(shí)間的記憶功能，該功能的實(shí)現(xiàn)的前提條件就是不能對(duì)單片機(jī)進(jìn)行硬件復(fù)位，所以設(shè)定了軟復(fù)位功能。軟復(fù)位實(shí)際上就是當(dāng)程序執(zhí)行完畢之后，將程序指針通過(guò)一條跳轉(zhuǎn)指令

24、讓它跳轉(zhuǎn)到程序執(zhí)行的起始地址。搶答器各單元功能的實(shí)現(xiàn)按鍵電路：8位按鍵電路供搶答者搶答使用；計(jì)時(shí)電路：LED計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)時(shí)間由軟件設(shè)定；鎖定功能：由軟件實(shí)現(xiàn)，當(dāng)有人先搶答后，其余桌再按搶答按紐無(wú)效；聲響電路：直流蜂鳴器，用于提醒主持人有人搶答，或本輪計(jì)時(shí)時(shí)間到，仍無(wú)人搶答；位號(hào)顯示電路： LED顯示電路，顯示搶答者桌號(hào)；電源電路：采用220V市電輸入后經(jīng)變壓器降至所需的交流低電壓，經(jīng)整流濾波后，再經(jīng)三端穩(wěn)壓電路，穩(wěn)定輸出直流+5V電壓，供整機(jī)各個(gè)單元使用。鍵盤是人與單片機(jī)打交道的主要設(shè)備。關(guān)于鍵盤硬件電路的設(shè)計(jì)方法也可以在文獻(xiàn)和書籍中找到，配合各種不同的硬件電路，這些書籍中一般也提供了相應(yīng)的鍵盤

25、掃描程序。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，否那么，人們?cè)诓僮麈I盤就容易引起誤操作和操作失控現(xiàn)象。在單片機(jī)應(yīng)用中鍵盤用得最多的形式是獨(dú)立鍵盤及矩陣鍵盤。它們各有自己的特點(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。其次就是消除在按鍵過(guò)程中產(chǎn)生的“毛刺 現(xiàn)象。這里采用最常用的方法，即延時(shí)重復(fù)掃描法。在本設(shè)計(jì)中采用了獨(dú)立

26、鍵盤的方式，本設(shè)計(jì)中有8個(gè)搶答按鍵輸入，一個(gè)開始按鍵、一個(gè)結(jié)束按鍵，此外還有搶答時(shí)間調(diào)整鍵、答復(fù)時(shí)間調(diào)整鍵，加一按鍵、減一按鍵各一個(gè)。如下圖。搶答按鍵及調(diào)整按鍵在圖中8個(gè)搶答按鍵分別接入單片機(jī)的P1.0P1.7端口，單片機(jī)通過(guò)讀取P1.0P1.7的值來(lái)判斷當(dāng)前輸入的是8個(gè)搶答按鍵中的哪一個(gè)。搶答時(shí)間調(diào)整和答復(fù)時(shí)間調(diào)整接到單片機(jī)的P3.3和P3.4接口，加一及減一按鍵接到單片機(jī)的P3.5和P3.6接口。開始、結(jié)束按鍵在圖中，開始及結(jié)束按鍵接到單片機(jī)的10、11腳，這里用到了單片機(jī)10、11腳復(fù)合功能中的IO端口功能，單片機(jī)通過(guò)讀取10、11腳的P3.0、P3.1的IO端口值來(lái)判斷當(dāng)前是否處于搶答

27、開始狀態(tài)或搶答結(jié)束狀態(tài)。顯示電路的設(shè)計(jì)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下提供盡可能豐富的信息，全靠軟件來(lái)解決。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。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(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。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。通過(guò)查表法，將其在數(shù)碼管上顯示出來(lái)，其中P0口為字型碼輸入端，P2口低3位為字選段輸入端。在這里我們通過(guò)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

28、原理如下： MOV A,R3 MOVC A,A+DPTR MOV P2,#0feH MOV P0,A ACALL DELAY MOV DPTR,#DAT2 MOV A,R5 MOVC A,A+DPTR MOV P2,#0fdH MOV P0,A ACALL DELAY MOV A,R4 MOVC A,A+DPTR MOV P2,#0fbH MOV P0,A ACALL DELAY RET4位七段數(shù)碼管顯示電路如下圖。共陰極數(shù)碼管圖中數(shù)碼管采用的是4位七段共陰數(shù)碼管，其中AH段分別接到單片機(jī)的P0口，由單片機(jī)輸出的P0口數(shù)據(jù)來(lái)決定段碼值，位選碼COM1、COM3、COM4分別接到單片機(jī)的P2.0

29、、P2.1、P2.2，由單片機(jī)來(lái)決定當(dāng)前該顯示的是哪一位。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口沒有數(shù)據(jù)輸出時(shí)候處于高電平狀態(tài)。3. 鎖定功能的設(shè)計(jì)當(dāng)有人按下?lián)尨鸢醇~后，其余桌再按搶答按紐無(wú)效。該功能用軟件實(shí)現(xiàn)。3. 聲響電路當(dāng)有人按下?lián)尨鸢醇~后，接通直流蜂鳴器電路，提示主持人有人搶答電路參見下列圖聲響顯示電路當(dāng)有人搶答時(shí)顯示搶答桌號(hào)，實(shí)現(xiàn)方法有兩種方法一： 單獨(dú)一位LED方法二： 借用計(jì)時(shí)LED本設(shè)計(jì)采用第一種方法。使CPU進(jìn)入初始狀態(tài)，從0000H地址開始執(zhí)行程序的過(guò)程叫系統(tǒng)復(fù)位。從實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)復(fù)位的方法來(lái)看，系統(tǒng)復(fù)位可分為硬件復(fù)位和軟件復(fù)位。硬件復(fù)位必須通

30、過(guò)CPU外部的硬件電路給CPU的RESET端加上足夠時(shí)間的高電位才能實(shí)現(xiàn)。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。硬件復(fù)位后，各專用存放器的狀態(tài)均被初始化，且對(duì)片內(nèi)通用存放器的內(nèi)容沒有影響。但是，硬件復(fù)位還能自動(dòng)去除中斷激活標(biāo)志，使中斷系統(tǒng)能夠正常工作，這樣一個(gè)事實(shí)卻容易為不少編碼人員所無(wú)視。軟件復(fù)位就是用一系列指令來(lái)模擬硬件復(fù)位功能，最后通過(guò)轉(zhuǎn)移指令使程序從0000H地址開始執(zhí)行。對(duì)各專用存放器的復(fù)位操作是容易的，也沒有必要完全模擬，可根據(jù)實(shí)際需要去主程序初始化過(guò)程中完成。而對(duì)中斷激活標(biāo)志的去除工作常被遺忘，因?yàn)樗鼪]有明確的位地址可供編程。有的編程人員用020000LJMP 00

31、00H作為軟件陷阱，認(rèn)為直接轉(zhuǎn)向0000H地址就完成了軟件復(fù)位，就是這類錯(cuò)誤的典型代表。軟件復(fù)位是使用軟件陷阱和軟件看門狗后必須進(jìn)行的工作，這時(shí)程序出錯(cuò)完全有可能發(fā)生在中斷子程序中，中斷激活標(biāo)志已置位，它將阻止同級(jí)中斷響應(yīng)。由于軟件看門是高級(jí)中斷，它將阻止說(shuō)要中斷響應(yīng)，由此可見去除中斷激活標(biāo)志的重要性。在所有的指令中，只有RETI指令能夠去除中斷激活標(biāo)志。出錯(cuò)處理程序ERR主要完成這一功能，其他的善后工作交由復(fù)位后的系統(tǒng)去完成。程序一般先關(guān)中斷，以便后續(xù)處理能順利進(jìn)行，然后用兩個(gè)RETI指令代替兩個(gè)LJMP指令，從而去除了兩級(jí)中斷激活標(biāo)志。有相應(yīng)軟件陷阱捕捉來(lái)的程序可能沒有全部激活兩個(gè)標(biāo)志，這

32、也無(wú)妨。有復(fù)位時(shí)系統(tǒng)的歷史狀況，可將復(fù)位分為“冷啟動(dòng)和“熱啟動(dòng)。 “冷啟動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)的狀態(tài)全部無(wú)效，進(jìn)行徹底的初始化操作；而“熱啟動(dòng)時(shí)，對(duì)系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行修復(fù)和有選擇的初始化。系統(tǒng)初次上電投入運(yùn)行時(shí)，必須是“冷啟動(dòng)，以后由抗干擾措施引起的復(fù)位操作一般均為“熱啟動(dòng)初次上電投入運(yùn)行時(shí)，必須是“冷啟動(dòng)，以后由抗干擾措施引起的復(fù)位操作一般均為“熱啟動(dòng)。為了使系統(tǒng)能正確決定采用何種啟動(dòng)方式，常用上電標(biāo)志來(lái)區(qū)分，如下圖。復(fù)位關(guān)中斷，設(shè)定堆棧上電標(biāo)志冷啟自檢全面初始化熱啟動(dòng)恢復(fù)被破壞的信息局部初始化建立上電標(biāo)志開始運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)復(fù)位策略圖第四章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真軟件任務(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

33、完成，哪些任務(wù)由軟件完成，在硬件電路設(shè)計(jì)根本定型后，也就根本上決定下來(lái)了9。軟件任務(wù)分析環(huán)節(jié)是為軟件設(shè)計(jì)做一個(gè)總體規(guī)劃。從軟件的功能來(lái)看可分為兩大類：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。這兩類軟件的設(shè)計(jì)方法各有特色，執(zhí)行軟件的設(shè)計(jì)偏重算法效率，與硬件關(guān)系密切，千變?nèi)f化。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。在各執(zhí)行模塊進(jìn)行定義時(shí)，將要牽扯到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)類型問(wèn)題也一并規(guī)劃好。各執(zhí)行模塊規(guī)劃好后

34、，就可以監(jiān)控程序了。首先根據(jù)系統(tǒng)功能和鍵盤設(shè)置選擇一種最適合的監(jiān)控程序結(jié)構(gòu)。相對(duì)來(lái)講，執(zhí)行模塊任務(wù)明確單純，比擬容易編程，而監(jiān)控程序較易出問(wèn)題。這如同當(dāng)一名操作工人比擬容易，而當(dāng)一個(gè)廠長(zhǎng)就比擬難了。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。整個(gè)系統(tǒng)軟件可分為后臺(tái)程序背景程序和前臺(tái)程序。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。也可以將全部程序均安排在前臺(tái)，后臺(tái)程序?yàn)?/p>

35、“使系統(tǒng)進(jìn)入睡眠狀態(tài)，以利于系統(tǒng)節(jié)電和抗干擾。中斷技術(shù)是單片機(jī)工作中的一項(xiàng)重要技術(shù)，采用中斷技術(shù)可使單片機(jī)的工作更加靈活，效率更高。智力搶答器設(shè)計(jì)中用到的就是中斷技術(shù)，它是在有人在開始按鍵的時(shí)候開始。中斷的定義：?jiǎn)纹瑱C(jī)在執(zhí)行程序的過(guò)程中，由于CPU以外的原因，必須盡快終止當(dāng)前的程序執(zhí)行，而去執(zhí)行相應(yīng)的處理程序，待處理結(jié)束后，再回來(lái)繼續(xù)執(zhí)行被終止的程序。這種程序在執(zhí)行過(guò)程中由于外界的原因而被中間大段的情況稱為中斷。引進(jìn)中斷的特點(diǎn)：分時(shí)操作、實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)處理、故障處理。中斷系統(tǒng)的功能：實(shí)現(xiàn)中斷及返回，實(shí)現(xiàn)優(yōu)先權(quán)排隊(duì)，實(shí)現(xiàn)中斷的嵌套。在80C51中斷入口地址分配如下：中斷源 入口地址外部中斷0 0003

36、H定時(shí)器T0中斷 000BH外部中斷1 0013H定時(shí)器T1中斷 001BH串行口中斷 0023H本設(shè)計(jì)應(yīng)用到的中斷入口地址是0003H。圖4-1圖4-24.2 電路仿真利用軟件編寫源程序，畫好其總電路圖如下列圖4.1所示： 圖4-1 八路搶答器總電路圖4.3 軟件設(shè)計(jì)程序智力競(jìng)賽搶答裝置程序 ORG 0000HAJMP L0ORG 0003HAJMP ZDL0: SETB EASETB EX0MOV DPTR,#TAB1MOV R0,#00HL1: MOV A,R0 MOVC A,A+DPTR MOV P0,ALCALL DY1SINC R0CJNE R0,#0BH,L1 LJMP $DY1

37、S: MOV R7,#50DY1: MOV R6,#20DY2: MOV R5,#249DY3: NOP NOP DJNZ R5,DY3 DJNZ R6,DY2 DJNZ R7,DY1 RET CLR EACLR EX0 MOV A,P1CPL AMOV DPTR,#TAB2MOVC A,A+DPTRMOV P2,A LJMP $RETITAB1: DB 10H,00H,78H,02H,12H DB 19H,30H,24H,79H,40H ORG 0100HTAB2: DB 0FFH,79H,24H,0FFH,30H DB 0FFH,0FFH,0FFH,19H ORG 0110H DB 12H

38、 ORG 0120H DB 02H ORG 0140H DB 78H ORG 0180H DB 00H END第五章 電路調(diào)試5.1總結(jié)調(diào)試的原那么和方法1通電觀察把經(jīng)過(guò)準(zhǔn)確測(cè)量的電源接入電路。觀察有無(wú)異?，F(xiàn)象，包括有無(wú)元件發(fā)熱，甚至冒煙有異味電源是否有短路現(xiàn)象等；如有此現(xiàn)象，應(yīng)立即斷電源，待排除故障后才能通電。2靜態(tài)調(diào)試交流和直流并存是電子電路工作的一個(gè)重要組成局部。一般情況下，直流為交流效勞，直流是電路工作的根底。因此，電子電路的調(diào)試有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)調(diào)試之分。靜態(tài)調(diào)試過(guò)程：如，通過(guò)靜態(tài)測(cè)試模擬電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，數(shù)字電路和各輸入端和輸出端的上下電平值及邏輯關(guān)系等，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)已損壞的元器件，判斷

39、電路工作情況，并及時(shí)調(diào)整電路參數(shù)，使電路工作狀態(tài)符合設(shè)計(jì)要求。3動(dòng)態(tài)調(diào)試調(diào)試的方法是在電路的輸入端接入適當(dāng)頻率和幅值的信號(hào)，并循著信號(hào)流向來(lái)檢測(cè)各有關(guān)點(diǎn)的波形，參數(shù)和性能指標(biāo)。發(fā)現(xiàn)故障應(yīng)采取各種方法來(lái)排除。通過(guò)調(diào)試，最后檢查功能塊和整機(jī)的各種指標(biāo)是否滿足設(shè)計(jì)要求，如必要再進(jìn)一步對(duì)電路參數(shù)提出合理的修正。.調(diào)試中注意的事項(xiàng)我們?cè)谡{(diào)試時(shí)，為了保證效果，必須盡量減小測(cè)量誤差，提高測(cè)量精度。調(diào)試結(jié)果是否正確，很大程度受測(cè)量正確與否和測(cè)量精度的影響。為此，需注意以下幾點(diǎn)：1正確使用測(cè)量?jī)x器的接地端。2測(cè)量電壓所用儀器的輸入端阻抗必須遠(yuǎn)大于被測(cè)處的等效阻抗。因?yàn)椋?假設(shè)測(cè)量?jī)x器輸入阻抗小，那么在測(cè)量時(shí)會(huì)引起分流給測(cè)量結(jié)果帶來(lái)很大誤差。3要正確選擇測(cè)量點(diǎn)，用同一臺(tái)測(cè)量?jī)x進(jìn)行測(cè)量進(jìn)，測(cè)量點(diǎn)不同，儀器內(nèi)阻引起的誤差大小將不同。4調(diào)試過(guò)程中，不但要認(rèn)真觀察和測(cè)量，還要于記錄。記錄的內(nèi)容包括實(shí)驗(yàn)條件，觀察的現(xiàn)象。只有有了大量的可靠實(shí)驗(yàn)記錄并與理論結(jié)果加以比擬，才能發(fā)現(xiàn)電路設(shè)計(jì)上的問(wèn)題，完善設(shè)計(jì)方案。5調(diào)試時(shí)出現(xiàn)故障，要認(rèn)真查找故障原因，切不可一遇故障解決不