八路搶答器的設(shè)計(jì)大學(xué)本科畢業(yè)論文

PAGEPAGE2PAGEPAGE1摘要搶答器作為一種工具，已廣泛應(yīng)用于各種智力和知識(shí)競(jìng)賽場(chǎng)合。但搶答器的使用頻率較低，且有的要么制作復(fù)雜，要么可靠性低。作為一個(gè)單位，如果專門購(gòu)一臺(tái)搶答器雖然在經(jīng)濟(jì)上可以承受，但每年使用的次數(shù)極少，往往因長(zhǎng)期存放使（電子器件的）搶答器損壞，再購(gòu)置的麻煩和及時(shí)性就會(huì)影響活動(dòng)的開展，因此設(shè)計(jì)了本搶答器。本設(shè)計(jì)是以八路搶答為基本理念?？紤]到必須設(shè)定限時(shí)回答的功能，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。用開關(guān)做鍵盤輸出，揚(yáng)聲器發(fā)生提示。同時(shí)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)：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)間和回答問(wèn)題的時(shí)間可在1-99s設(shè)定；可以顯示是哪位選手有效搶答和無(wú)效搶答，正確按鍵后有音樂提示；搶答時(shí)間和回答問(wèn)題時(shí)間倒記時(shí)顯示，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。關(guān)鍵詞：AT89C51，LED數(shù)碼管，搶答器，計(jì)時(shí)PAGEI目錄TOC\h\z\t"樣式02+左側(cè):0厘米懸掛縮進(jìn):2.35字符段前:0磅,2,樣式黑體小二居中,1"一、緒論 11.1、課題研究的相關(guān)背景 11.2、選題的目的和意義 11.3、課題研究的內(nèi)容 11.4、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 21.5、搶答器目前存在的主要問(wèn)題 3二、搶答器的系統(tǒng)概述 42.1、系統(tǒng)的主要功能 42.2、系統(tǒng)需求分析 52.3、搶答器的工作流程 52.4、搶答器的工作過(guò)程 82.5、器件選型方案及詳細(xì)清單 82.6、AT89C51特殊功能寄存器 92.7、AT89C51的功能及簡(jiǎn)介 112.8、搶答器的優(yōu)點(diǎn)及組成 122.9、本章小結(jié) 13三、硬件總體方案的設(shè)計(jì) 143.1、硬件電路的設(shè)計(jì) 143.2、總體原理圖 153.3、時(shí)鐘頻率電路的設(shè)計(jì) 163.4、復(fù)位電路的設(shè)計(jì) 163.5、顯示電路的設(shè)計(jì) 173.6、鍵盤掃描電路的設(shè)計(jì) 193.7、發(fā)聲電路 223.8、系統(tǒng)復(fù)位 233.9、本章小結(jié) 24四、軟件設(shè)計(jì) 254.1、主程序系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 254.2、軟件任務(wù)分析 254.3、程序流程圖 264.4、主要程序分析 274.5、本章小結(jié) 29五、Proteus仿真系列組圖 305.1、復(fù)位圖 305.2、設(shè)置計(jì)時(shí)時(shí)間 305.3、非法搶答并顯示座號(hào) 315.4、搶答成功并顯示倒計(jì)時(shí) 31六、總結(jié)與展望 326.1、總結(jié) 326.2、展望 33七、致謝 34八、參考文獻(xiàn) 35基于單片機(jī)的八路搶答器PAGE35一、緒論1.1、課題研究的相關(guān)背景搶答器是一種應(yīng)用非常廣泛的設(shè)備，在各種競(jìng)賽、搶答場(chǎng)合中，它能迅速、客觀地分辨出最先獲得發(fā)言權(quán)的選手。早期的搶答器只由幾個(gè)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MCS-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。本課題利用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)達(dá)到要求：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)間和回答問(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，正確按鍵后有音樂提示；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；按鍵鎖定，在有效狀態(tài)下，按鍵無(wú)效非法。1.2、選題的目的和意義通過(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，鞏固已學(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。1.3、課題研究的內(nèi)容本系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)智能搶答器，在搶答比賽中廣泛應(yīng)用，各組分別有一個(gè)搶答按鈕。主持人有開始和結(jié)束、復(fù)位鍵。在后臺(tái)主持人可以修改，搶答時(shí)間和選手回答問(wèn)題的時(shí)間設(shè)置，原始狀態(tài)下?lián)尨饡r(shí)間為20s，回答問(wèn)題時(shí)間為30s。通過(guò)加鍵和減鍵修改上述時(shí)間，改完后結(jié)束鍵確定。新時(shí)間開始有效，主持人按鍵開始后，選手開始搶答為有效，數(shù)碼顯示屏顯示搶答時(shí)間倒計(jì)時(shí)和選手號(hào)，在最后五秒揚(yáng)聲器發(fā)生提示。如果主持人沒有按下開始鍵而選手就搶答視為犯規(guī)，數(shù)碼顯示屏顯示犯規(guī)者的代號(hào)，揚(yáng)聲器持續(xù)發(fā)生。主持人可按鍵結(jié)束，新一輪搶答開始。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。本論文章節(jié)的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容如下：第一章：緒論。簡(jiǎn)要介紹了搶答器的發(fā)展現(xiàn)狀，說(shuō)明了本課題研究的內(nèi)容。第二章：搶答器系統(tǒng)概述。說(shuō)明了搶答器的工作過(guò)程和主要功能，并定下了本課題要達(dá)到的設(shè)計(jì)目標(biāo)。第三章：搶答器的硬件電路的設(shè)計(jì)。詳細(xì)描述了本課題各個(gè)組成電路單元的設(shè)計(jì)。第四章：搶答器的軟件設(shè)計(jì)，并編程序。第五章：Proteus仿真，仿真出結(jié)果。第六章：總結(jié)?？偨Y(jié)課題設(shè)計(jì)，指出設(shè)計(jì)中的一些問(wèn)題，提出改善的意見，并展望搶答器的未來(lái)設(shè)計(jì)。1.4、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀搶答器作為一種電子產(chǎn)品，早已廣泛應(yīng)用于各種智力和知識(shí)競(jìng)賽場(chǎng)合，但目前所使用的搶答器有的電路較復(fù)雜不便于制作，可靠性低，實(shí)現(xiàn)起來(lái)很困難；有的則用一些專用的集成塊，而專用集成塊的購(gòu)買又很困難。為適應(yīng)高校等多代表隊(duì)單位活動(dòng)的需要而設(shè)計(jì)一個(gè)多功能搶答器，這種搶答器具有電路簡(jiǎn)單，元件普通，易于購(gòu)買等優(yōu)點(diǎn)，很好地解決了制作者制作困難和難于購(gòu)買的問(wèn)題。在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開始了普遍的應(yīng)用[2]。1.5、搶答器目前存在的主要問(wèn)題隨著改革開放事業(yè)的不斷深入，促使人們學(xué)科學(xué)、學(xué)技術(shù)、學(xué)知識(shí)的手段多種多樣，搶答器作為一種工具，已廣泛應(yīng)用于各種智力和知識(shí)競(jìng)賽場(chǎng)合。但搶答器的使用頻率校低，且有的要么制作復(fù)雜，要么可靠性低，減少興致。作為一個(gè)單位若專購(gòu)一臺(tái)搶答器雖然在經(jīng)濟(jì)上可以承受，但每年使用的次數(shù)極少，往往因長(zhǎng)期存放使（電子器件的）搶答器損壞，再購(gòu)置的麻煩和及時(shí)性就會(huì)影響活動(dòng)的開展。而且目前多數(shù)搶答器存在3個(gè)不足之處[3]：第一，現(xiàn)場(chǎng)線路連接復(fù)雜。因?yàn)槊總€(gè)選手位于搶答現(xiàn)場(chǎng)的不同位置，每個(gè)選手與控制臺(tái)之間要有長(zhǎng)長(zhǎng)的連接線。選手越多，連接線就越多、越亂，這些連接線不僅影響了現(xiàn)場(chǎng)的美觀，而且降低了搶答器的可靠性，增加了安裝的難度，甚至影響了現(xiàn)場(chǎng)人員的走動(dòng)。第二，電路復(fù)雜。因?yàn)閱纹瑱C(jī)只完成號(hào)碼處理、計(jì)時(shí)、數(shù)據(jù)運(yùn)算等功能，其它功能如選手號(hào)碼的識(shí)別、譯碼、計(jì)分顯示等仍只能通過(guò)數(shù)字集成電路完成。采用單片機(jī)掃描技術(shù)識(shí)別選手搶按號(hào)碼時(shí)，電路的延遲時(shí)間較大。第三，選手搶按成功，但出現(xiàn)沒有搶答被記錄的問(wèn)題。二、搶答器的系統(tǒng)概述2.1、系統(tǒng)的主要功能本系統(tǒng)是借用單片機(jī)采用模塊化設(shè)計(jì)的八路搶答器，包括8路搶答按紐、計(jì)時(shí)顯示、提示功能等（根據(jù)需要可另設(shè)或多設(shè)相關(guān)功能）、開始與結(jié)束控制按鈕、時(shí)限設(shè)定、各種相關(guān)顯示調(diào)控功能等（根據(jù)需要也可另設(shè)或多設(shè)相關(guān)功能）。參賽者系統(tǒng)，除享有搶答按紐的權(quán)利功能外，還有人性化的提示功能和時(shí)間提示功能，也可設(shè)定由主控控制在參賽者終端表現(xiàn)的趣味性功能等；主控系統(tǒng)的控制按鈕做開始與結(jié)束控制，根據(jù)活動(dòng)參賽者的層次，對(duì)提前掄答者的行為設(shè)定為非法或阻隔，若設(shè)有非法搶答控制功能時(shí)，在主控處帶有公示性顯示的非法掄答者的臺(tái)位號(hào)，對(duì)搶答限時(shí)及回答問(wèn)題限時(shí)設(shè)為倒計(jì)時(shí)，并有顯示提示。系統(tǒng)的主要功能模塊方框圖如圖1.1所示。AT89C51單片機(jī)4位七段數(shù)碼管顯示聲音電路=AT89C51單片機(jī)4位七段數(shù)碼管顯示聲音電路=8路搶答按鍵輸入復(fù)位電路開始、結(jié)束按鍵輸入加一、減一按鍵輸入時(shí)鐘圖1.1系統(tǒng)主要功能模塊本系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)的八路搶答器，在搶答比賽中廣泛應(yīng)用，各組分別有一個(gè)搶答按鈕。一共有8個(gè)按鍵輸入，分別對(duì)應(yīng)8路選手的搶答按鍵。主持人有開始和結(jié)束鍵。在后臺(tái)主持人可以修改，搶答時(shí)間和選手回答問(wèn)題的時(shí)間設(shè)置，原始狀態(tài)下?lián)尨饡r(shí)間為20s，回答問(wèn)題時(shí)間為30s。通過(guò)加鍵和減鍵修改上述時(shí)間，改完后結(jié)束鍵確定。新時(shí)間開始有效，主持人按鍵開始后，選手開始搶答為有效，數(shù)碼顯示屏顯示搶答時(shí)間倒計(jì)時(shí)和選手號(hào)，在最后五秒揚(yáng)聲器發(fā)生提示。如果主持人沒有按下開始鍵而選手就搶答視為犯規(guī)，數(shù)碼顯示屏顯示犯規(guī)者的代號(hào)，揚(yáng)聲器持續(xù)發(fā)生。主持人可按鍵結(jié)束，新一輪搶答開始。單片機(jī)是整個(gè)搶答器的核心，內(nèi)部電路設(shè)計(jì)用匯編語(yǔ)言編寫。它完成了時(shí)間參數(shù)的設(shè)定，搶按號(hào)碼的譯碼，保存；顯示；輸出，搶按及答題倒計(jì)時(shí)功能等。本設(shè)計(jì)中，有一個(gè)共陰的數(shù)碼管組，四個(gè)數(shù)碼管。其中兩個(gè)顯示時(shí)間，一個(gè)空位，一個(gè)顯示搶答號(hào)碼。主持人依次按下復(fù)位鍵（RESET），開始鍵后開始搶答?？梢該尠矗撼瑫r(shí)數(shù)碼管顯示“FFF”，當(dāng)搶按超過(guò)規(guī)定時(shí)間或答題超過(guò)規(guī)定時(shí)間后數(shù)碼管顯示“FFF”。若有選手在規(guī)定時(shí)間內(nèi)搶按成功，則可以答題，數(shù)碼管顯示搶答時(shí)間的同時(shí)也顯示選手號(hào)碼。若在按開始鍵前搶答表示違規(guī)，數(shù)碼管顯示“FF”并顯示選手號(hào)碼。2.2、系統(tǒng)需求分析1、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。2、搶答限定時(shí)間和回答問(wèn)題的時(shí)間可以在1～99s設(shè)定。3、可以顯示是哪位選手有效搶答和無(wú)效搶答，正確按鍵后有音樂提示。4、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。5、搶答限定時(shí)間內(nèi)使用錦囊回答時(shí)間將加到60s。6、按鍵鎖定，在有效狀態(tài)下，按鍵無(wú)效非法。2.3、搶答器的工作流程搶答器的基本工作原理[4]：在搶答競(jìng)賽或呼叫時(shí)，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)器開始工作，記錄有關(guān)時(shí)間并產(chǎn)生超時(shí)信號(hào)。在整個(gè)搶答器工作過(guò)程中，顯示電路、聲音電路等還要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況向外電路輸出相應(yīng)信號(hào)。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2.1所示，下面分別予以介紹。加載程序加載程序運(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)流程若超過(guò)答題時(shí)間，則數(shù)碼管顯示FFF答題完畢根據(jù)選手表現(xiàn)，規(guī)則由主持人減分圖2.1搶答器工作流程2.4、搶答器的工作過(guò)程1、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。2、主持人按"搶答開始"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)30s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。倒數(shù)時(shí)間到小于5s會(huì)每秒響一下提示音。3、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“搶答開始”進(jìn)入下次搶答計(jì)時(shí)。4、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(hào)數(shù)并響個(gè)不停，直到按下“停止”鍵為止。總而言之，本課題利用AT89C51單片機(jī)及外圍接口實(shí)現(xiàn)的搶答系統(tǒng)設(shè)計(jì)了搶答器，該搶答器增加了新功能、提高了系統(tǒng)的可靠性、簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)、節(jié)約了成本，是一個(gè)實(shí)用的工程設(shè)計(jì)。2.5、器件選型方案及詳細(xì)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(jià)格也比較便宜。如表2.1所示表2.1器件選型方案的詳細(xì)清單器件名稱規(guī)格型號(hào)數(shù)量微處理器AT86C511芯片74LS04174HC301電阻3WTT10K8電容20PF3晶振12MHZ1按鈕117段數(shù)碼管7SEG-MPX4-CA4揚(yáng)聲器12.6、AT89C51特殊功能寄存器特殊功能寄存器也稱專用寄存器[5]，是具有特殊功能的所有寄存器的集合，簡(jiǎn)稱SFR（SpecialFunctionRegister）。特殊功能寄存器共含有22個(gè)不同寄存器。它們的地址分配在80H～FFH中，即在RAM地址中。這些寄存器的名稱和地址見表2.2。表2.2AT89C51特殊功能寄存器列表符號(hào)地址注釋*ACCE0H累加器*BF0H乘法寄存器*PSWD0H程序狀態(tài)字SP81H堆棧指針DPL82H數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器指針低8位DPH83H數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器指針高8位*IEA8H中斷允許控制器*IPD8H中斷優(yōu)先控制器*P080H端口0*P190H端口1*P2A0H端口2*P3B0H端口3PCON87H電源控制及波特率選擇*SCON98H串行口控制器SBUF99H串行數(shù)據(jù)緩沖器*TCON88H定時(shí)器控制TMOD89H定時(shí)器方式選擇TL08AH定時(shí)器0低8位TL18BH定時(shí)器1低8位TH08CH定時(shí)器0低8位TH18DH定時(shí)器1高8位注：帶*號(hào)的特殊功能寄存器都是可以位尋址的寄存器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)，而寫入則無(wú)效。所以，用戶編程時(shí)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(lái)開發(fā)新產(chǎn)品時(shí)使用的。2.7、AT89C51的功能及簡(jiǎn)介AT89C51單片機(jī)是ATMAL公司89系列單片機(jī)的一種8位Flash單片機(jī)。它最大特點(diǎn)是片內(nèi)含有Flash存儲(chǔ)器，用途十分廣泛，特別是在生產(chǎn)便攜式商品，手提式儀器等方面，有著十分廣泛的應(yīng)用[6]。AT89C51單片機(jī)內(nèi)部主要有以下部件：8031CPU、振蕩電路、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AT89C51是89系列單片機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)型，它是與MSC-51系列單片機(jī)兼容的。在內(nèi)部含有4KB或8KB可重復(fù)編程的Flash存儲(chǔ)器，可進(jìn)行1000次擦寫操作。全靜態(tài)工作為0-24MHZ，有3級(jí)程序鎖存器，內(nèi)部含有128-256字節(jié)的RAM，有32條可編程I/O口線，2-3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，6-8個(gè)中斷源，通用的串行接口，低電壓空閑及電源下降方式。AT89C51單片機(jī)內(nèi)部由CPU、4KB的FPEROM，128B的RAM，兩個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0和T1，4個(gè)8位的I/O端P0、P1、P2、P3等組成。單片微機(jī)內(nèi)部最核心的部分是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，CPU按其功能可分為運(yùn)算器和控制器兩部分?？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。它的功能是對(duì)來(lái)自存儲(chǔ)器中的指令進(jìn)行譯碼，通過(guò)實(shí)時(shí)控制電路，在規(guī)定的時(shí)刻發(fā)出各種操作所需的內(nèi)部和外部的控制信號(hào)，使各部分協(xié)調(diào)工作，完成指令所規(guī)定的操作。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。外部定外部定時(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2.2AT89C51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖為了提高數(shù)據(jù)處理和位操作功能，片內(nèi)增加了一個(gè)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。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示。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(fù)編程閃速電擦除存儲(chǔ)器（FlashMemory），存儲(chǔ)器可循環(huán)寫入/擦除1000次；存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)保存時(shí)間可達(dá)10年；工作電壓范圍寬：Vcc可由2.7V到6V；全靜態(tài)工作可由0Hz到16MHz；程序存儲(chǔ)器具有3級(jí)鎖存保護(hù)；128*8位內(nèi)部RAM；32條可編程I/O線；兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；中斷結(jié)構(gòu)具有5個(gè)中斷源和2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)；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(chǔ)內(nèi)容。2.8、搶答器的優(yōu)點(diǎn)及組成在知識(shí)比賽中，特別是做搶答題目的時(shí)候，在搶答過(guò)程中，為了知道哪一組或哪一位選手先答題，必須要設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)來(lái)完成這個(gè)任務(wù)。如果在搶答中，靠視覺是很難判斷出哪組先答題。利用單片機(jī)系統(tǒng)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。本文主要介紹了單片機(jī)搶答器設(shè)計(jì)及工作原理，以及它的實(shí)際用途。系統(tǒng)工作原理本系統(tǒng)采用AT89C51單片機(jī)作為核心?？刂葡到y(tǒng)的四個(gè)模塊分別為：存儲(chǔ)模塊、顯示模塊、聲音模塊、搶答開關(guān)模塊。該搶答器系統(tǒng)通過(guò)八個(gè)個(gè)按鍵輸入搶答信號(hào)；利用存儲(chǔ)程序來(lái)完成軟件的設(shè)計(jì)；利用一個(gè)4位七段共陰數(shù)碼管來(lái)完成顯示功能。工作時(shí)，用按鍵通過(guò)開關(guān)電路輸入各路的搶答信號(hào)，經(jīng)單片機(jī)的處理，輸出控制信號(hào)，控制4位七段共陰數(shù)碼管和喇叭2.9、本章小結(jié)本章主要講述了搶答器的工作原理和本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的工作流程。在說(shuō)明工作原理的過(guò)程中，突出了電路的組成單元以及這些單元如何實(shí)現(xiàn)搶答功能；在說(shuō)明系統(tǒng)的流程時(shí)，結(jié)合本設(shè)計(jì)的內(nèi)容，指出了參數(shù)設(shè)置的方法和意義。搶答正常流程與違例流程的實(shí)現(xiàn)，以及如何進(jìn)行搶答控制。同時(shí)也說(shuō)明了搶答器的優(yōu)點(diǎn)和AT89C51的功能及簡(jiǎn)介。三、硬件總體方案的設(shè)計(jì)3.1、硬件電路的設(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，不可分離；從時(shí)間上看，硬件設(shè)計(jì)的絕大部分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)的大返工是比較少的，軟件設(shè)計(jì)的任務(wù)貫徹始終，到中后期基本上都是軟件設(shè)計(jì)任務(wù)，隨著集成電路技術(shù)的飛速發(fā)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)項(xiàng)目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[7]：(1)盡可能采用功能強(qiáng)的芯片，以簡(jiǎn)化電路，功能強(qiáng)的芯片可以代替若干普通芯片，隨著生產(chǎn)工藝的提高，新型芯片的的價(jià)格不斷下降，并不一定比若干普通芯片價(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)，往往覺得不足。如果系統(tǒng)配置了外部RAM，則建議多留一些空間。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，則應(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)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)一些被忽視的問(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。3.2、總體原理圖圖3.1系統(tǒng)原理圖圖中U1為單片機(jī)AT89C51，U2為芯片74HC30，U3為芯片74LS04。K1~K8分別為8路搶答按鍵，分別接到單片機(jī)的P1.0~P1.7中。開始按鍵與結(jié)束按鍵分別接到單片機(jī)的10、11腳，由于單片機(jī)的10、11腳既有串行接口RXD、TXD功能，又有P3.0、P3.1的IO端口功能，此處按鍵用到單片機(jī)10、11腳的IO端口功能。搶答時(shí)間調(diào)整按鍵和回答時(shí)間調(diào)整按鍵分別接到單片機(jī)的13、14管腳，加一按鍵和減一按鍵分別接到單片機(jī)的15、16管腳。4位七段數(shù)碼管段選P0口。4位七段數(shù)碼管的位選接P2口低3位，蜂鳴器輸出為P3.7口[8]。3.3、時(shí)鐘頻率電路的設(shè)計(jì)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)鐘電路如圖3.2所示。圖3.2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XTAL2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)。C1，C2的典型值為20PF。單片機(jī)在工作時(shí)，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(shí)鐘信號(hào)的周期稱為時(shí)鐘周期。其大小是時(shí)鐘信號(hào)頻率的倒數(shù)，常用fosc表示。圖中時(shí)鐘頻率為12MHz，即fosc=12MHz，則時(shí)鐘周期為1/12μs。3.4、復(fù)位電路的設(shè)計(jì)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)，其電路圖如圖3.3所示：圖3.3復(fù)位電路圖6中由按鍵RESET1以及電解電容C3、電阻R2構(gòu)成按鍵及上電復(fù)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)可知寄存器及存儲(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)指令讓它跳轉(zhuǎn)到程序執(zhí)行的起始地址。3.5、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。4位七段數(shù)碼管顯示電路如圖3.4所示。圖3.4共陰極數(shù)碼管圖3.4中數(shù)碼管采用的是4位七段共陰數(shù)碼管，其中A~H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、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)。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)碼管顯示原理如下：MOVA,R3MOVCA,@A+DPTRMOVP2,#0feHMOVP0,AACALLDELAYMOVDPTR,#DAT2MOVA,R5MOVCA,@A+DPTRMOVP2,#0fdHMOVP0,AACALLDELAYMOVA,R4MOVCA,@A+DPTRMOVP2,#0fbHMOVP0,AACALLDELAYRET3.6、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。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。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，延時(shí)法的原理為：因?yàn)椤懊獭泵}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)?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(wú)效。在本文設(shè)計(jì)中采用了獨(dú)立鍵盤的方式，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、回答時(shí)間調(diào)整鍵，加一按鍵、減一按鍵各一個(gè)。如圖3.5所示。圖3.5搶答按鍵及調(diào)整按鍵在圖3.5中8個(gè)搶答按鍵分別接入單片機(jī)的P1.0~P1.7端口，單片機(jī)通過(guò)讀取P1.0~P1.7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)整和回答時(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。圖3.6開始、結(jié)束按鍵在圖3.6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)前是否處于搶答開始狀態(tài)或搶答結(jié)束狀態(tài)。按鍵的觸點(diǎn)在閉合和斷開時(shí)均會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，這時(shí)觸點(diǎn)的邏輯電平是不穩(wěn)定的，如不妥善處理，將會(huì)引起按鍵命令的錯(cuò)誤執(zhí)行或重復(fù)執(zhí)行。現(xiàn)在一般均用軟件延時(shí)的方法來(lái)避開抖動(dòng)階段，這一延時(shí)過(guò)程一般大于5ms，例如取10-20ms。如果監(jiān)控程序中的讀鍵操作安排在主程序（后臺(tái)程序）或鍵盤中斷（外部中斷）子程序中，則該延時(shí)子程序便可直接插入讀鍵過(guò)程中。如果讀鍵過(guò)程安排在定時(shí)中斷子程序中，就可省去專門的延時(shí)子程序，利用兩次定時(shí)中斷的時(shí)間間隔來(lái)完成抖動(dòng)處理。K1～K8八個(gè)按鍵的輸入電平靠74HC30輸入與非門和74LS04反向器組成的電路改變輸入電平。圖3.7中電路就是由一個(gè)74HC30輸入與非門和74LS04反向器組成的去抖電路。圖3.7去抖電路3.7、發(fā)聲電路我們知道，聲音的頻譜范圍約在幾十到幾千赫茲，若能利用程序來(lái)控制單片機(jī)某個(gè)口線的“高”電平或低電平，則在該口線上就能產(chǎn)生一定頻率的矩形波，接上喇叭就能發(fā)出一定頻率的聲音，若再利用延時(shí)程序控制“高”“低”電平的持續(xù)時(shí)間，就能改變輸出頻率，從而改變音調(diào)，使喇叭發(fā)出不同的聲音。本文設(shè)計(jì)如圖3.8所示。圖中單片機(jī)的14腳輸出具有復(fù)合功能，此處用到了單片機(jī)17腳的IO端口功能，單片機(jī)通過(guò)內(nèi)部定時(shí)器的操作實(shí)現(xiàn)交替變換的波形輸出驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲。圖3.8發(fā)聲電路3.8、系統(tǒng)復(fù)位使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，各專用寄存器的狀態(tài)均被初始化，且對(duì)片內(nèi)通用寄存器的內(nèi)容沒有影響。但是，硬件復(fù)位還能自動(dòng)清除中斷激活標(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忽視。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(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)志的清除工作常被遺忘，因?yàn)樗鼪]有明確的位地址可供編程。有的編程人員用020000（LJMP0000H）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)，由此可見清除中斷激活標(biāo)志的重要性。在所有的指令中，只有RETI指令能夠清除中斷激活標(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，從而清除了兩級(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，如圖3.9所示。復(fù)位復(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)被破壞的信息部分初始化建立上電標(biāo)志開始運(yùn)轉(zhuǎn)圖3.9系統(tǒng)復(fù)位策略圖3.9、本章小結(jié)本章詳細(xì)講述了以AT89C51為核心元件的搶答器的硬件電路具體設(shè)計(jì)過(guò)程，分析了具體電路。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)搶答功能的是通過(guò)編寫程序的方法集成在AT89C51內(nèi)部。接著將程序下載到硬件電路中，配合周邊的時(shí)鐘電路，復(fù)位電路等，制作出符合設(shè)計(jì)要求的搶答器。四、軟件設(shè)計(jì)4.1、主程序系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)初始化模塊按鍵模塊系統(tǒng)初始化模塊按鍵模塊非法搶答模塊正確搶答模塊調(diào)整搶答時(shí)間調(diào)整回答時(shí)間模塊數(shù)碼顯示模塊圖4.1軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖4.2、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]。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，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，比較容易編程，而監(jiān)控程序較易出問(wèn)題。這如同當(dāng)一名操作工人比較容易，而當(dāng)一個(gè)廠長(zhǎng)就比較難了。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)椤笆瓜到y(tǒng)進(jìn)入睡眠狀態(tài)”，以利于系統(tǒng)節(jié)電和抗干擾。4.3、程序流程圖在本設(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。主流程圖如4.2所示：顯示FFF顯示FFF開始鍵加一鍵減一鍵回答時(shí)間調(diào)整搶答時(shí)間去抖動(dòng)非法搶答處理顯示犯規(guī)正常搶答顯示搶答號(hào)并倒計(jì)時(shí)YYY初始化圖42.程序設(shè)計(jì)流程圖4.4、主要程序分析主程序：OKEQU20H;搶答開始標(biāo)志位RINGEQU22H;響鈴標(biāo)志位 DATA0EQU36H;搶答按鍵口數(shù)據(jù)存放地址 ORG0000HAJMPMAINORG0003HAJMPINTT0ORG000BHAJMPT0INTORG001BHAJMPT1INTORG0040HMAIN:MOVR1,#20;初設(shè)搶答時(shí)間為20sMOVR2,#30;初設(shè)答題時(shí)間為30smov38h,#60;啟用錦囊時(shí)間從60s倒計(jì)時(shí)MOVTMOD,#11H;設(shè)置未定時(shí)器/模式1MOVTH0,#0F0HMOVTL0,#0FFH;越高發(fā)聲頻率越高,越尖MOVTH1,#3CHMOVTL1,#0B0H;50ms為一次溢出中斷SETBEASETBET0SETBET1;允許二個(gè)中斷,T0/T1CLROKCLRRINGSETBTR1SETBTR0;一開始就運(yùn)行定時(shí)器,以開始顯示FFF.如果想重新計(jì)數(shù),重置TH1/TL1就可以了4.5本章小結(jié)本章是搶答器的軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)搶答功能主要是通過(guò)編寫程序的方法集成在AT89C51內(nèi)部。將程序下載到硬件電路中，實(shí)現(xiàn)搶答功能。五、Proteus仿真系列組圖5.1復(fù)位圖圖5.1復(fù)位顯示三個(gè)FFF該圖顯示當(dāng)單片機(jī)復(fù)位后，在4位七段數(shù)碼管上顯示的初始狀態(tài)“FFF”字符。5.2、設(shè)置計(jì)時(shí)時(shí)間圖5.2計(jì)時(shí)時(shí)間為17秒該圖顯示通過(guò)加一按鍵操作后在4位數(shù)碼管上顯示的計(jì)時(shí)時(shí)間為17秒。5.3、非法搶答并顯示座號(hào)圖5.3三號(hào)選手非法搶答該圖顯示的是若三號(hào)選手非法搶答時(shí)候，第一位字符顯示單片機(jī)判定的非法選手“3”號(hào)選手，在4位數(shù)碼管上的后兩位顯示非法搶答字符“FF”。5.4、搶答成功并顯示倒計(jì)時(shí)圖5.4六號(hào)選手搶答圖中顯示的是若6號(hào)選手搶答成功的時(shí)候，4位數(shù)碼管的第一顯示是“6”號(hào)選手搶答成功，最后兩位顯示選手答題倒計(jì)時(shí)時(shí)間還有2