07電科電子檔毛敏三稿

1、目錄摘要IIAbstractIII第一章系統(tǒng)整體設(shè)計(jì) .11.1設(shè)計(jì)任務(wù)與要求.11.2設(shè)計(jì)方案論證與比較.1第二章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及功能分析 .32.1AT89C51.32.2系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及功能分析.62.2.1搶答器的硬件圖 .62.2.2搶答器的電路圖.62.2.3搶答電路的設(shè)計(jì).72.2.4顯示電路的設(shè)計(jì).82.2.5復(fù)位電路的設(shè)計(jì).92.2.6電路的設(shè)計(jì).102.2.7系統(tǒng)揚(yáng)聲器的.102.2.8時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì).11第三章系統(tǒng)程序分析及仿真 .123.1系統(tǒng)的程序流程圖.123.2系統(tǒng)搶答電路部分的程序分析及仿真.133.3系統(tǒng)調(diào)整搶答時(shí)間部分的程序分析及仿真.163.4系統(tǒng)中選手搶答

2、處理的程序分析及仿真.18第四章總結(jié) .22參考文獻(xiàn) .23附錄 .24致謝 .35基于單片機(jī)的八路搶答器摘要本文的設(shè)計(jì)是以 AT89C51 單片機(jī)為控制元件，以按鈕作為輸入設(shè)備控制發(fā)光二極管、LED 數(shù)碼管、揚(yáng)聲器等硬件設(shè)備，利用匯編語(yǔ)言編程，實(shí)現(xiàn)搶答功能。本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)判斷精準(zhǔn)、操作簡(jiǎn)單、成本低廉、實(shí)用性強(qiáng)。它的功能實(shí)現(xiàn)是由按鍵來(lái)控按下開(kāi)始鍵后選手開(kāi)始搶答，此時(shí)顯示時(shí)間的 LED 數(shù)碼管開(kāi)始倒制總開(kāi)關(guān)，當(dāng)計(jì)時(shí)（時(shí)間可通過(guò)按鍵調(diào)節(jié)輸入 00-99 秒），選手們?cè)诖藭r(shí)間內(nèi)答題有效，若有一名選其他選手的搶答，同時(shí) LED 數(shù)碼管顯示該選手優(yōu)先按下?lián)尨鸢粹o，則該系統(tǒng)自動(dòng)手的及答題的剩余時(shí)間，揚(yáng)聲器

3、提示搶答成功，若過(guò)了搶答時(shí)間仍沒(méi)有選手搶答那么本次搶答無(wú)效，揚(yáng)聲器響起提示無(wú)人搶答；如果在開(kāi)始搶答前按下?lián)尨鸢粹o，則視為搶答無(wú)效，LED 數(shù)碼管顯示犯規(guī)選手和 FF，揚(yáng)聲器響起提示犯規(guī)；答題完畢和犯規(guī)后系統(tǒng)由復(fù)位。：AT89C51；LED 數(shù)碼管；中斷Microcontroller-Based Eight-Way ResponderAbstractThis design is based on AT89C51 microcontroller as the core control elements to the button as an input device control light-e

4、mitting diode, LED digital tubes, speakers and otherhardware devi, the use of assembly language programming, answer in function. The designof the system to determine precise, simple, low cost, practical. Its function implemenion iskey to control by the host master switch, when the host key players b

5、egan to press the answer he beginning, when the time of the LED digital display starts counting down (time can beadjusted playeranswerthrough the key input 00-99 seconds), players answer at this time are valid, if aanswer in the button pressed, the system automatically shield the othlayershe same ti

6、me, LED digital display of the players number and answer the remainingtime, the speakrompt answerhe sucs. If you still do nove the answerime,then this player responder invalid, the speaker sounded tips have no answer; If the answer before the start responder in press the button, responder is conside

7、red invalid, LED digital display foul player number and FF, the speaker sounded foul tips; answer is completed andreset after a foul the system by the moderator.Keywords: AT89C51, LED Digital Tube, Theerrupt第一章系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)1.1設(shè)計(jì)任務(wù)與要求設(shè)計(jì)的主要任務(wù)：設(shè)計(jì)一個(gè)基于 AT89C51 單片機(jī)的八路搶答器。設(shè)計(jì)的主要要求：搶答器同時(shí)供 8 名選手或 8 組參賽隊(duì)比賽使用，分別用1 號(hào)-8

8、 號(hào)來(lái)表示，每個(gè)對(duì)應(yīng)一個(gè)相應(yīng)的搶答按鈕。系統(tǒng)為設(shè)置了復(fù)位按鈕和控制搶答開(kāi)始的按鈕，用于系統(tǒng)的清零和控制選手的搶答。搶答器具有鎖存和顯示功能。即選手按下?lián)尨鸢粹o后，鎖存相應(yīng)的選手，并在 LED 數(shù)碼管上顯示，揚(yáng)聲器發(fā)出聲響提示（時(shí)間約為 0.5s）。與此同時(shí)輸入電路，其他選手搶答。搶答器具有定時(shí)搶答的功能，每次搶答的時(shí)間可由根據(jù)題目的難度設(shè)定（初始搶答時(shí)間為 30s）。當(dāng)按下“開(kāi)始”按鈕后，定時(shí)器立即減計(jì)時(shí)，LED數(shù)碼管顯示倒計(jì)時(shí)時(shí)間，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出短暫的聲響以提示答題開(kāi)始；如果定時(shí)搶答的時(shí)間已到，卻沒(méi)有選手搶答時(shí)，本次搶答無(wú)效，系統(tǒng)短暫，并輸入電路，選手超時(shí)搶答，時(shí)間顯示器上顯示 00，最后顯

9、示為初始狀態(tài)。選手在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答為有效狀態(tài)，定時(shí)器停止工作，LED 數(shù)碼管顯示搶答成功的選手和答題的時(shí)間，在答題的最后 5 秒時(shí)間里，揚(yáng)聲器伴隨倒計(jì)時(shí)發(fā)出聲響提示選手答題時(shí)間即將結(jié)束，要求選手掌握答題速度；若選手提前答題完畢的則由按下“結(jié)束”按鈕，進(jìn)行下一輪的搶答。如果選手在按下?lián)尨稹伴_(kāi)始”按鈕之前進(jìn)行搶答，則視為搶答犯規(guī)，LED 數(shù)碼管顯示選手按鈕將系統(tǒng)清零。和FF，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出聲響，由按下“復(fù)位”1.2設(shè)計(jì)方案論證與比較方案一：系統(tǒng)采用 C51 系列單片機(jī) AT89C51 為控制元件，以按鈕作為輸入設(shè)備控制發(fā)光二極管、LED 數(shù)碼管、揚(yáng)聲器等硬件設(shè)備，利用匯編語(yǔ)言編程，通過(guò)相應(yīng)的

10、程序使單片機(jī)部分引腳輸出高低電平，配合驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示結(jié)果，最終達(dá)到設(shè)計(jì)目的，實(shí)現(xiàn)搶答功能。其硬件電路的設(shè)計(jì)不是很繁瑣，編程也不是很復(fù)雜，系統(tǒng)的功能調(diào)試結(jié)合電路原理圖，通過(guò)修改相應(yīng)的程序即可。方案二：系統(tǒng)各部分采用中小規(guī)模集成數(shù)字電路，用機(jī)械開(kāi)關(guān)按鈕作為控制開(kāi)關(guān)，完成搶答輸入信號(hào)的觸發(fā)。該方案的特點(diǎn)是中小規(guī)模集成電路應(yīng)用技術(shù)成熟，性能可靠，能方便地完成選手搶答的基本功能，但是由于系統(tǒng)功能要求較高，所以電路連接集成電路相對(duì)較多，而且過(guò)于復(fù)雜，并且制作過(guò)程工序比較繁瑣，使用不太方便。用這種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，其優(yōu)點(diǎn)是不用編程，但其的之處是電路復(fù)雜，焊接工程量大，一旦焊接錯(cuò)誤，就會(huì)給檢查硬件帶來(lái)很大的

11、麻煩，而且調(diào)試也相對(duì)麻煩1。方案一設(shè)計(jì)的電路原理圖簡(jiǎn)單明了，避免了重復(fù)，控制和使用起來(lái)都很方便。搶答器對(duì)選手的搶答速度有很強(qiáng)的分辨力，即使先后只相差 10 毫秒，搶答器也能很快的分辨出來(lái)，從而判斷出擁有優(yōu)先權(quán)的選手，搶答成功的選手的會(huì)在 LED 數(shù)碼顯示器上顯示出來(lái)，在顯示選手的同時(shí)也顯示答題倒計(jì)時(shí)，該結(jié)果保持到清零為止，本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的功能較多，答題時(shí)間和搶答時(shí)間均可隨意調(diào)整，故采用方案一。第二章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及功能分析2.1 AT89C51AT89C51 是一種內(nèi)含 4KB 閃速器、低電壓、高性能的 8 位 CMOS 微控制器。它采用了 ATMEL 公司的高密度非易失制造技術(shù)，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MC

12、S-51 指令集合輸出引腳完全兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃速器組合在一個(gè)中，使其具有方便易用、性價(jià)比高的顯著特點(diǎn)，因此成為 C51 系列兼容單片機(jī)中最受歡迎的品種2。2.1.1 AT89C51AT89C51 單片機(jī)的引腳說(shuō)明包括一個(gè) 8 位 CPU，片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路，由 4KB 閃存組器，128 字節(jié)的數(shù)據(jù)器，四個(gè) 8 位并行I/O 口，一個(gè)全雙工串行口，成的的程序兩個(gè) 16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，5 個(gè)中斷源，提供兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，21 個(gè)特殊功能寄存器，可尋址 64KB 的外部程序器和數(shù)據(jù)器，有位尋址功能及較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，有兩種可選的低功耗運(yùn)行方式，即空閑和掉電方式2-3。其引

13、腳圖如圖 2.1 所示：圖 2.1 AT89C51 引腳圖AT89C51 單片機(jī)的引腳說(shuō)明如下，按其功能可分為以下四類：第一類，主電源引腳 VCC 和 GND。VCC：正常工作電壓+5V。GND：電源地。第二類，時(shí)鐘電路引腳 XTAL1 和 XTAL2。XTAL1:片內(nèi)振蕩器輸入端，是外接晶體的一個(gè)引腳。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，此引腳接地。時(shí)，XTAL2:片內(nèi)振蕩電路的輸出端，是外接晶體的另一端。當(dāng)采用外部振蕩器此引腳接外部振蕩源。如果采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2 應(yīng)不接。輸入時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，至但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。系統(tǒng)選用的

14、是 12MHz 的晶振。第三類，輸入/輸出（I/O）端口引腳。P0 口：8 位漏極開(kāi)路的雙向 I/O 口。每個(gè)引腳可吸收 8 個(gè) TTL 門電流。當(dāng)P0 口的管腳第一次寫(xiě)“1”時(shí)，被定義為輸入。P0 口能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在 FLASH 編程時(shí)，P0 口作原碼輸當(dāng)FLASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0 輸出原碼，此時(shí)P0 外部必須被拉高。，P1 口：帶上拉電阻的 8 位雙向I/O 口。P1 口緩沖器能接收輸出 4 個(gè)TTL門電流。P1 口管腳被寫(xiě)入“1”后，被，可用作輸入，P1 口被外上拉為部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于上拉電阻的緣故。在 FLASH 編

15、程和校驗(yàn)時(shí)，P1 口作為第八位地址接收。P2 口：帶上拉電阻的 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 被寫(xiě)“1”時(shí)，其管腳被上拉電阻拉高，且其作為輸入。P2 口當(dāng)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，P2 口輸出地址的高八位。用于外部程序器或 16 位地址數(shù)據(jù)當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3 口：帶上拉電阻、引腳有復(fù)用功能的 8 位雙向 I/O 口。P3 口可接收輸出 4 個(gè)TTL 門電流。當(dāng)P3 口寫(xiě)入“1”后，它被上拉電阻拉為，并用作輸入。P3 口也可作為 AT89C51 的一些

16、特殊功能口， P3 口的第二功能如表 2.1所示：表 2.1P3 口的第二功能端口引腳第二功能P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6P3.7RXD(串行數(shù)據(jù)輸)TXD(串行數(shù)據(jù)輸出口) 0(外部中斷 0 輸入線)1(外部中斷 1 輸入線)T0(外部計(jì)數(shù)脈沖輸入) T1(外部計(jì)數(shù)脈沖輸入)WR(外部數(shù)據(jù)RD(外部數(shù)據(jù)器寫(xiě)選通)器讀選通)第四類，控制類引腳：RST：復(fù)位信號(hào)引腳。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST 引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期（24個(gè)振蕩周期）以上的，將使單片機(jī)復(fù)位。只要這個(gè)引腳保持，51便循環(huán)復(fù)位。復(fù)位后 P0P3 口均置 1，引腳表現(xiàn)為，程序計(jì)數(shù)器和特殊功能寄存器SF

17、R 全部清零。當(dāng)復(fù)位腳由始運(yùn)行程序變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，從 ROM 的 00H 處開(kāi)ALE/PRO外器地址鎖存允許/編程脈沖輸入端。當(dāng)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)器時(shí)，ALE 輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。即使不外部器,ALE 仍以時(shí)鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的正脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出外部數(shù)據(jù)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。但要注意：每當(dāng)沖。ALE 端可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）8 個(gè) TTL 電路。PSEN:片外程序器讀選通。產(chǎn)生外部程序器的讀選通信號(hào)。在器指令期間，PSEN 在每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)兩次有效。但在由外部程序外部數(shù)據(jù)器時(shí)，這兩次有效的 PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。PSEN

18、可以驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 電路。EA/VPP:片內(nèi)、片外程序器選擇輸出/編程電壓輸入端。當(dāng) EA 為低電平時(shí)，執(zhí)行外部程序器的程序，不管是否有程序器；當(dāng) EA 為時(shí)，執(zhí)行程序器的程序。在 FLASH 編程期間，此引腳也可以用于施加 12V編程電源（VPP）。2.2系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及功能分析2.2.1搶答器的硬件圖可以看出搶答器主要有 6 個(gè)部分組成，每個(gè)部分完成相應(yīng)的功能。復(fù)位電路用于清零系統(tǒng)，使系統(tǒng)恢復(fù)初始狀態(tài)；時(shí)鐘頻率部分用于搶答器的定時(shí)和倒計(jì)時(shí)，通過(guò)在LED 數(shù)碼管上顯示出相應(yīng)的時(shí)間；顯示電路就用于顯示搶答的選手、搶答時(shí)間、倒計(jì)時(shí)時(shí)間和選手搶答的顯示；電路用于選手搶答的、搶答開(kāi)始的提示和答

19、題時(shí)間最后 5 秒的提示；搶答電路是用 8 個(gè)搶答按鈕組成的，用于供選手搶答。搶答器具有鎖存、定時(shí)、顯示和功能。即當(dāng)按下?lián)尨稹伴_(kāi)始”按鈕后，搶答開(kāi)始，當(dāng)選手按下?lián)尨鸢粹o后，鎖存器鎖存相應(yīng)的選手，同時(shí)在 LED 數(shù)碼管上顯示出搶答成功的選手和答題時(shí)間。在宣布按下?lián)尨稹伴_(kāi)始”按鈕、選手按下?lián)尨鸢粹o以及在搶答和答題的最后 5 秒的時(shí)間里都有聲以提示和選手。該電路主要完成以下功能：分辨出選手按鍵的先后順序，并鎖存優(yōu)先搶答選手的，同時(shí)譯碼顯示選手；其他選手按鍵，即使其他選手按鍵，該操作也視為無(wú)效4。搶答器框圖如圖 2.2 所示：圖 2.2 搶答器的框圖2.2.2搶答器的電路圖P1 口為八路搶答輸，LED

20、 數(shù)碼管P0 口，位選 P2 口的低 3 位，發(fā)光二極管的輸出和揚(yáng)聲器接P3 口的P3.6 引腳，搶答開(kāi)始控制按鈕為 P3 口的P3.0 引腳，搶答結(jié)束按鈕為 P3 口的 P3.2 引腳，系統(tǒng)的加 1 按鈕為 P3 口的 P3.2 引腳，減 1 按鈕為 P3口的P3.3 引腳。復(fù)位電路接 RST 引腳，時(shí)鐘電路接的是 XTAL1 和 XTAL2 兩個(gè)引腳5 。搶答器電路圖如圖 2.3 所示。搶答電路報(bào)警電路時(shí)鐘頻率顯示電路單片機(jī)復(fù)位電路圖 2.3 搶答器的電路2.2.3搶答電路的設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的搶答電路部分采用的是 8 個(gè)常用開(kāi)關(guān)作為搶答按鈕，硬件電路簡(jiǎn)單，在程序設(shè)計(jì)上也不復(fù)雜，只要將在按鈕過(guò)程

21、中產(chǎn)生的“毛刺”現(xiàn)象消除就可以了。毛刺是電路設(shè)計(jì)中的常用詞，在數(shù)字電路中常將毛刺定義為采樣間越過(guò)邏輯門限一次以上的任何跳變，主要是指電路輸出波形中含有時(shí)間很短有規(guī)律的或沒(méi)有規(guī)律的脈沖而又對(duì)設(shè)計(jì)沒(méi)有用處或會(huì)產(chǎn)生其他影響的一種現(xiàn)象，一般都要考慮去除毛刺。在這里，采用最常用的去毛刺方法，即延時(shí)法。其原理為:“毛刺”脈沖一般持續(xù)的時(shí)間很短，約為幾毫秒6，而按鈕的時(shí)間一般情況下為 10-200ms7，所以當(dāng)?shù)膯纹瑱C(jī)檢測(cè)到按鈕有反應(yīng)后再延時(shí)一段時(shí)間，這里取延時(shí)時(shí)間為 10 毫秒,當(dāng)延時(shí) 10 毫秒后判斷此時(shí)的電平是否保持了原有的狀態(tài)，如果電平保持的是原有狀態(tài)則為有效按鈕，相反的，電平?jīng)]有保持原有狀態(tài)則視為

22、無(wú)效按鈕。當(dāng)宣布搶答開(kāi)始并按下“開(kāi)始”按鈕時(shí)，選手可通過(guò)按下與自己相應(yīng)的搶答按鍵進(jìn)行搶答。系統(tǒng)搶答電路如圖 2.4 所示。圖 2.4 系統(tǒng)的搶答電路2.2.4顯示電路的設(shè)計(jì)針對(duì)系統(tǒng)的顯示部分選用的是七段數(shù)碼管 7SEG-MPX4-CC（圖 2.5），實(shí)現(xiàn)七段數(shù)碼管的顯示三位十六進(jìn)制數(shù)來(lái)進(jìn)行倒計(jì)時(shí)，即來(lái)限制搶答的時(shí)間。數(shù)碼管的接法可分為共陰級(jí)接法和共陽(yáng)級(jí)接法兩種。選用的數(shù)碼管屬于共陰極數(shù)碼管（圖 2.6），所以應(yīng)該采用共陰極的接法，所謂共陰極接法即把 LED 數(shù)碼管的陰極全部連接，而它們的陽(yáng)極是獨(dú)立的，通常在設(shè)計(jì)電路時(shí)一般把陰極接地。在相應(yīng)段的陽(yáng)極加一個(gè)時(shí)，該段就會(huì)發(fā)光。LED 數(shù)碼顯示器的優(yōu)點(diǎn)

23、是工作電壓低（1.5V-3V），體積小，長(zhǎng)，可靠性高，響應(yīng)時(shí)間短（一般不超過(guò) 100ns）,亮度也比較高，而且顏色豐富（有紅，綠，藍(lán)等）。它的缺點(diǎn)是工作電流比較大，每一段的工作電流在 10mA 左右。為了防止二極管電流的過(guò)大而損壞，通常在二極管支路中串聯(lián)一個(gè)限流電阻。如果“a”“b”“c”“d”“e”“f”上正電源，其它引腳懸空，LED 數(shù)碼管上就將顯示“0”，其它字符的顯示原理與之相同，可根據(jù)實(shí)際需要來(lái)設(shè)定。數(shù)碼管的顯示可分為兩種:靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示。靜態(tài)顯示的段選位和位選位均單獨(dú)連接，因此占用的 I/O 接口相對(duì)來(lái)說(shuō)就顯得比較多，無(wú)法進(jìn)行擴(kuò)展多個(gè)數(shù)碼管，采用這種方式必須要給 LED 數(shù)碼管

24、恒定的電壓，并要求電壓一直保持， 所以一般在 LED 單片機(jī)之間要加鎖存器，這種方式亮度高，編程比較簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)清晰，管理也比較簡(jiǎn)單，占用的 CPU 時(shí)間少。動(dòng)態(tài)顯示是單片機(jī)應(yīng)用中最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)顯示是將所有數(shù)碼管的同名端連接在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共端 COM 端增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的 I/O線來(lái)控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有的數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是哪個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，這就要取決于單片機(jī)對(duì)位選通 COM 端電路的控制，所以只要將需要顯示的數(shù)碼管位選通控制打開(kāi)，該位就顯示字形碼，沒(méi)有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的 COM

25、 端，就可以使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)顯示8-9。在本設(shè)計(jì)中所采用的就是動(dòng)態(tài)顯示的方法。在未進(jìn)行搶答時(shí)，數(shù)碼管顯示；當(dāng)按下?lián)尨稹伴_(kāi)始”按鍵時(shí)，LED 數(shù)碼管上顯示搶答的倒計(jì)時(shí)間，當(dāng)有選手搶答成功時(shí)，則顯示選手的和答題的倒計(jì)時(shí)間。圖 2.5 LED 數(shù)碼管圖 2.6 數(shù)碼管的符號(hào)和共陰式 LED 數(shù)碼管的原理圖2.2.5 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)在 RESET(圖中表示為 RST)輸入端出現(xiàn)時(shí)實(shí)現(xiàn)復(fù)位和初始化。復(fù)位是一個(gè)重要的工作狀態(tài)。在單片機(jī)工作時(shí)，接電之前要復(fù)位，斷電后也要復(fù)位，發(fā)生故障后也要復(fù)位。在搶答器中復(fù)位則是為定時(shí)做鋪墊的，在搶答之前要復(fù)位，搶答結(jié)束后也要復(fù)位，按下復(fù)位鍵后，LED

26、數(shù)碼管上顯示的是。單片機(jī)上電時(shí)，在振蕩器運(yùn)行的情況下，要實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，只要使 RST 引腳保持兩個(gè)機(jī)器周期的10。復(fù)位后，每個(gè)狀態(tài)的寄存器和器的值都恢復(fù)到初始狀態(tài)，由于本設(shè)計(jì)中的功能有倒計(jì)時(shí)的功能，所以不能對(duì)單片機(jī)進(jìn)行硬件復(fù)位，只能用復(fù)位，即通過(guò)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(kāi)始執(zhí)行。對(duì)各寄存器的復(fù)位操作是容易的，所以也無(wú)需完全模擬，可根據(jù)實(shí)際的需要去主程序的初始化過(guò)程中完成。而對(duì)中斷激活標(biāo)志的清除經(jīng)常被遺忘，因?yàn)樗鼪](méi)有明確的位地址可編程。復(fù)位是使用陷阱和看門狗后必須進(jìn)行的工作，這時(shí)程序出錯(cuò)完全有可能發(fā)生在中斷序斷激活標(biāo)志已被置位，那么它就將會(huì)同級(jí)的

27、中斷響應(yīng)。在所有的指令中，只有RETI 指令能夠清除中斷激活標(biāo)志。本系統(tǒng)采用的是按鈕復(fù)位的復(fù)位電路，如圖 2.7所示。圖 2.7 復(fù)位電路2.2.6電路的設(shè)計(jì)該部分電路的設(shè)計(jì)主要用于，當(dāng)遇到信號(hào)時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)出警報(bào)。系統(tǒng)中開(kāi)始搶答的提示、選手正常搶答成功、搶答以及提示答題只有最后 5 秒時(shí)間這 4 個(gè)部分揚(yáng)聲器都會(huì)發(fā)出警報(bào)，由于缺少蜂鳴器的驅(qū)動(dòng)，揚(yáng)聲器不能，所以通過(guò)用一個(gè)紅色的發(fā)光二極管來(lái)替換蜂鳴器使揚(yáng)聲器發(fā)出聲，系統(tǒng)電路如圖 2.8 所示。圖 2.8 系統(tǒng)電路2.2.7系統(tǒng)揚(yáng)聲器的本設(shè)計(jì)利用程序來(lái)控制單片機(jī)P3 口的P3.6 引腳來(lái)反復(fù)輸出或低電平，即在該引腳上產(chǎn)生一定頻率的矩形波，通過(guò)連接上

28、揚(yáng)聲器就能發(fā)出一定頻率，若再利用延時(shí)程序來(lái)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)使揚(yáng)聲器可以發(fā)出不同。2.2.8時(shí)鐘電路的設(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)有一個(gè)時(shí)鐘振蕩電路，在XTAL1 和 XTAL2 引腳上外接定時(shí)元件就能產(chǎn)生一定的時(shí)鐘信號(hào)并送給單片機(jī)的各個(gè)單元，決定單片機(jī)的工作速度。定時(shí)元件通常采用的是石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。此電路大加電延遲 10ms 后振蕩器起振，在 XTAL2 引腳產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，其起振頻率主要由石英晶體的頻率來(lái)確定。電路中的兩個(gè)電容 C1 和 C2 主要起到兩個(gè)功能：一是幫助振蕩器起振；二是對(duì)振蕩器的頻率起到微調(diào)的作用

29、。其電容值可在30PF-50PF 之間進(jìn)行選擇，通常選用的是 30PF，晶振頻率為 12MHz。單片機(jī)在工作時(shí)，由振蕩器產(chǎn)生或由外部直接輸入的送至控制邏輯單元的時(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 來(lái)表示。如時(shí)鐘頻率為 12MHz,即fosc=12MHz,則時(shí)鐘周期為 1/12us。時(shí)鐘電路如圖 2.9 所示。圖 2.9 時(shí)鐘電路第三章系統(tǒng)程序分析及仿真3.1系統(tǒng)的程序流程圖比賽未進(jìn)入搶答狀態(tài)時(shí)，LED 數(shù)碼管顯示，當(dāng)宣布搶答開(kāi)始并按下“開(kāi)始”按鈕時(shí)，數(shù)碼管顯示搶答時(shí)間，選手通過(guò)按下相應(yīng)的的搶答按鈕進(jìn)行搶答，搶答成功后，數(shù)碼管顯示選手和答題時(shí)間并進(jìn)入答題倒計(jì)時(shí)

30、；相反，當(dāng)宣布搶答開(kāi)始但并未按下“開(kāi)始”按鈕時(shí)，如果選手按下?lián)尨鸢粹o，則視為搶答，揚(yáng)聲器發(fā)出聲并同時(shí)在數(shù)碼管上顯示相應(yīng)的選手和 FF。還可以根據(jù)題目的難度來(lái)設(shè)置搶答的時(shí)間，設(shè)置搶答時(shí)間可通過(guò)對(duì)加減鍵的調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)11。系統(tǒng)程序流程圖如圖 3.1 所示：初始化顯示NY按下開(kāi)始按鈕搶答狀態(tài)顯示選手和答題倒計(jì)時(shí)揚(yáng)聲器示選手FF顯和N倒計(jì)時(shí)大于 5sNYY按下復(fù)位鍵NY按下結(jié)束鍵倒計(jì)時(shí)結(jié)束YN圖 3.1 系統(tǒng)程序流程圖繼續(xù)答題直到時(shí)間停止正常搶答成功3.2系統(tǒng)搶答電路部分的程序分析及仿真系統(tǒng)的搶答主要是通過(guò)搶答按實(shí)現(xiàn)，當(dāng)選手在按下“開(kāi)始”按鈕后搶答成功，選手立即被鎖存，其他選手進(jìn)行搶答，即使選手的搶答速

31、度相差 10 毫秒也能識(shí)別。系統(tǒng)的延時(shí)時(shí)間為 10ms,當(dāng)延時(shí) 10ms 后判斷按鈕此時(shí)的電平是否保持了原有的狀態(tài)，如果電平保持原有狀態(tài)則為有效按鈕，相反的則視為無(wú)效搶答。系統(tǒng)搶答電路部分的程序代碼及程序流程圖如圖 3.2 所示：N是否有搶答YY1 號(hào)選手NY2 號(hào)選手NY3 號(hào)選手NY4 號(hào)選手NY5 號(hào)選手NY6 號(hào)選手NY7 號(hào)選手NY8 號(hào)選手中斷返回圖 3.2搶答電路流程圖數(shù)碼管顯示 1，揚(yáng)聲器響一聲數(shù)碼管顯示 2，揚(yáng)聲器響一聲數(shù)碼管顯示 3，揚(yáng)聲器響一聲數(shù)碼管顯示 4，揚(yáng)聲器響一聲數(shù)碼管顯示 5，揚(yáng)聲器響一聲數(shù)碼管顯示 6，揚(yáng)聲器響一聲數(shù)碼管顯示 7，揚(yáng)聲器響一聲數(shù)碼管顯示 8，揚(yáng)

32、聲器響一聲外部中斷 0 中斷正常搶答處理程序源代碼如下：TRUE1:ACALL BARK MOV A, R2 MOV R6, A MOV R3, #01H CLR OKAJMP COUNT ACALL BARK MOV A, R2 MOV R6, A MOV R3, #02H CLR OKAJMP COUNT ACALL BARK MOV A, R2 MOV R6, A MOV R3, #03H CLR OKAJMP COUNT ACALL BARK MOV A, R2 MOV R6, A MOV R3, #04H CLR OKAJMP COUNT ACALL BARK MOV A, R2 M

33、OV R6, AMOV R3, #05HTRUE2:TRUE3:TRUE4:TRUE5:CLR OK AJMP COUNTACALL BARK MOV A, R2 MOV R6, A MOV R3, #06H CLR OKAJMP COUNT ACALL BARK MOV A, R2 MOV R6, A MOV R3, #07H CLR OKAJMP COUNT ACALL BARK MOV A, R2 MOV R6, A MOV R3, #08H CLR OKAJMP COUNTTRUE6:TRUE7:TRUE8:6 號(hào)選手正常搶答成功仿真圖如圖 3.3 所示：圖 3.3 6 號(hào)選手搶答成功

34、3.3系統(tǒng)調(diào)整搶答時(shí)間部分的程序分析及仿真在系統(tǒng)中，初始設(shè)定的搶答時(shí)間為 30 秒，但是在進(jìn)行搶答之前可以通過(guò)加減按對(duì)搶答時(shí)間進(jìn)行重新設(shè)定，根據(jù)題目的難度來(lái)設(shè)定，簡(jiǎn)單的題目可以通過(guò)減 1 秒按對(duì)搶答時(shí)間進(jìn)行縮短設(shè)置，難一點(diǎn)的題目則可以通過(guò)加 1 秒按對(duì)搶答時(shí)間進(jìn)行延長(zhǎng)設(shè)置。通過(guò)對(duì)搶答時(shí)間的設(shè)置，從而可以讓選手對(duì)于簡(jiǎn)單的題可以快速做出搶答，對(duì)于難一點(diǎn)的題目則可以有較長(zhǎng)時(shí)間的思考，然后再做出搶答。系統(tǒng)該部分的程序分析圖如圖 3.4 所示：Y加 1 鍵按下NNR1 加到 99減 1 鍵按下YN按下確定鍵YNY圖 3.4 搶答器調(diào)時(shí)流程圖系統(tǒng)搶答時(shí)間調(diào)時(shí)程序源代碼如下：0SUB:MOV A, R1MO

35、V B, #0AHDIVABMOV R5, A MOV R4, B MOV R3, #0AHACALL DISPLAYJNB P3.2, INC0返回主函數(shù)YR1 減到 0NR1 置 99R1 減 1R1 置 0R1 加 1顯示初始搶答時(shí)間 R1JNB P3.3, DEC0JNB P3.4, BACK0AJMP0SUB對(duì)系統(tǒng)初始設(shè)置的 30 秒搶答時(shí)間進(jìn)行加 1 或者減 1 操作后的仿真圖如圖 3.5 所示：圖 3.5 搶答初始時(shí)間仿真對(duì)系統(tǒng)的搶答時(shí)間進(jìn)行加 1 操作的仿真圖如圖 3.6 所示：圖 3.6 搶答時(shí)間為 31 秒的仿真圖對(duì)系統(tǒng)的搶答時(shí)間進(jìn)行減 1 操作的仿真圖如圖 3.7 所示：

36、圖 3.7 搶答時(shí)間為 29 秒的仿真圖3.4系統(tǒng)中選手搶答處理的程序分析及仿真當(dāng)?shù)男紦尨痖_(kāi)始并未按下?lián)尨稹伴_(kāi)始”控制按鈕時(shí)，此時(shí)如果有選手按下?lián)尨鸢粹o進(jìn)行搶答則視為搶答無(wú)效，即搶答。LED 數(shù)碼管上將會(huì)顯示搶答犯規(guī)和FF 并伴有揚(yáng)聲器發(fā)出的選手聲響，同時(shí)發(fā)光二極管會(huì)不斷地閃爍。對(duì)選手搶答處理程序的源代碼如下：FALSE1:MOV R3, #01H AJMP ERROR MOV R3, #02H AJMP ERROR MOV R3, #03H AJMP ERROR MOV R3, #04HAJMP ERRORFALSE2:FALSE3:FALSE4:FALSE5:MOV R3, #05H A

37、JMP ERROR MOV R3, #06H AJMP ERROR MOV R3, #07H AJMP ERROR MOV R3, #08HAJMP ERRORFALSE6:FALSE7:FALSE8:選手搶答流程圖如圖示：開(kāi)始Y1 號(hào)選手搶答NY2 號(hào)選手搶答NY3 號(hào)選手搶答NY4 號(hào)選手搶答NY5 號(hào)選手搶答NY6 號(hào)選手搶答NY7 號(hào)選手搶答NY8 號(hào)選手搶答返回圖 3.8搶答程序流程圖跳轉(zhuǎn)到犯規(guī)搶答程序5 號(hào)選手搶答的仿真圖如圖 3.9 所示：圖 3.9 5 號(hào)選手搶答犯規(guī)仿真圖第四章總結(jié)通過(guò)上述仿真實(shí)現(xiàn)了預(yù)定的設(shè)計(jì)要求，證明了設(shè)計(jì)的方案是合理可行的。本設(shè)計(jì)以AT89C51 單片機(jī)為

38、設(shè)計(jì)了的八路搶答系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真后可以清楚的看見(jiàn)該搶答器能夠及時(shí)準(zhǔn)確的在 LED 數(shù)碼管上顯示第一有效的搶答信號(hào)，具有反應(yīng)快、區(qū)分度高、操作簡(jiǎn)便和較好的通用性等特點(diǎn)。但是基于單片機(jī)的八路搶答器設(shè)計(jì)，在一定程度上還不是做得很好，它的發(fā)展空間還是有的。比如說(shuō)還可以通過(guò)把有線的八路搶答器向無(wú)線搶答器的方向進(jìn)行擴(kuò)展和研究。無(wú)線八路搶答器通過(guò)實(shí)用上的按代替普通的搶答器的選手按鈕，上的數(shù)字 1-8 對(duì)應(yīng)選手1-8，距離相對(duì)有線搶答器就顯得相對(duì)遠(yuǎn)了。也可以通過(guò)在電路中添加相應(yīng)的硬件和在程序中加入相應(yīng)的程序代碼，使搶答器的功能更加完善。通過(guò)這次設(shè)計(jì)，我發(fā)現(xiàn)自己學(xué)到了不少的知識(shí)，對(duì)以前沒(méi)有學(xué)好的知識(shí)也了

39、更深的了解，使我受益很大。通過(guò)這次對(duì)基于單片機(jī)的八路搶答器設(shè)計(jì)，我對(duì)單片機(jī)也有了新的認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步地熟悉了單片機(jī)的結(jié)構(gòu)。這次設(shè)計(jì)，我查閱了大量的資料，也了解到了一些在上沒(méi)有的涉及到知識(shí)點(diǎn)，在這過(guò)程中，我通過(guò)查閱大量的資料，再進(jìn)行不斷地篩選，找出最好的設(shè)計(jì)思路，通過(guò)用 proteus來(lái)對(duì)設(shè)計(jì)的電路來(lái)進(jìn)行仿真，也讓我對(duì) proteus也或者是程序的使用更加的熟悉了，仿真不是一次就可以成功的，可能是電路，總之通過(guò)在設(shè)計(jì)過(guò)程中的不斷修改和改正，我最后成功仿真出了八路搶答器的工作圖。參考文獻(xiàn)，康迪.基于單片機(jī)的 8 路搶答器簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)D.河北：石家莊信息工程職業(yè)學(xué)院.123.51 單片機(jī)工程應(yīng)用實(shí)例M.：航

40、空航天大學(xué)，2009.14.：高等教育，張為民，等.MCS-51 系列單片機(jī)系統(tǒng)及其應(yīng)用M.，2004.910.4,.基于單片機(jī)的八路搶答器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)J.佳木斯大學(xué)學(xué)報(bào)，2009,27（3）:350351.567. 單片機(jī)課程設(shè)計(jì)D.山東：煙臺(tái)南山學(xué)院,2010.基于單片機(jī)的智能搶答器設(shè)計(jì)D.浙江：寧波，2010.：人民郵電，.AVR 單片機(jī) C 語(yǔ)言開(kāi)發(fā)入門與典型實(shí)例M.，2009.194195.891011.新概念 51 單片機(jī) C 語(yǔ)言.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)M.M.：電子工業(yè)，2009.5659.2009. 8081.：電子科技大學(xué)，2007.196197.，.單片機(jī)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)M.：航空航

41、天大學(xué)，.智能搶答器的設(shè)計(jì)與制作J.長(zhǎng)春大學(xué)學(xué)報(bào)，2000,10（6）：2425.附錄系統(tǒng)源程序代碼：OK EQU 20H；搶答開(kāi)始標(biāo)志位 RING EQU 22H；響鈴標(biāo)志位0000H AJMP MAIN0003HAJMP0SUB000BH AJMP T00013HAJMP1SUB001BH AJMP T10040HMOV R1, #30；搶答時(shí)間 30 秒 MOV R2, #60；答題時(shí)間 60 秒 MOV TMOD, #11H；MOV TH0, #0F0H MOV TL0, #0FFH； MOV TH1, #3CHMOV TL1, #0B0H；50 毫秒為一次溢出中斷SETB EA SE

42、TB ET0 SETB ET1SETB EX0MAIN:SETB EX1；允許四個(gè)中斷，T0/T1/CLR OK0/1CLR RINGSETB TR1 SETB TR0；查詢程序段START:MOV R5, #0BH MOV R4, #0BH MOV R3, #0BHACALL DISPLAY；搶答器初始顯示JB P3.0, NEXT ACALL DELAY JB P3.0, NEXTACALL BARK；按鈕MOV A, R1；設(shè)置 R1 為搶答時(shí)間 MOV R6, A；把 R1 送給 R6 SETB OKMOV R7, #01H；讀搶答按鈕數(shù)據(jù)信號(hào)標(biāo)志MOV R3, #0AH；搶答只顯示倒

43、計(jì)時(shí)，不顯示號(hào)數(shù) AJMP COUNT；跳到倒計(jì)時(shí)程序JNB P1.0, FALSE1 JNB P1.1, FALSE2 JNB P1.2, FALSE3 JNB P1.3, FALSE4 JNB P1.4, FALSE5 JNB P1.5, FALSE6 JNB P1.6, FALSE7 JNB P1.7, FALSE8AJMP STARTNEXT:；搶答處理程序段FALSE1:MOV R3, #01H；判斷是否是 1 號(hào)選手犯規(guī)，如果是就跳到 ERROR 程序段AJMP ERROR MOV R3, #02H AJMP ERROR MOV R3, #03H AJMP ERROR MOV R3

44、, #04H AJMP ERROR MOV R3, #05H AJMP ERROR MOV R3, #06H AJMP ERROR MOV R3, #07H AJMP ERROR MOV R3, #08HAJMP ERRORFALSE2:FALSE3:FALSE4:FALSE5:FALSE6:FALSE7:FALSE8:；搶答時(shí)間的調(diào)整程序段0SUB:MOV A, R1 MOV B, #0AH DIV ABMOV R5, A MOV R4, B MOV R3, #0AHACALL DISPLAYJNB P3.2, INC0；P3.2 引腳接的是加 1 秒按鈕，按下之后就跳到 INC0JNB P

45、3.3, DEC0；P3.3 引腳接的是減 1 秒按鈕，按下之后就跳到 DEC0JNB P3.4, BACK0；P3.4 引腳接的是確定按鈕，按下之后就跳到 BACK0AJMPMOV A, R10SUBINC0：CJNE A, #63H, ADD0；若不是 99 秒，就加 1 秒，否則就置 0MOV R1, #00HACALL DELAY1AJMPINC R10SUBADD0:ACALL DELAY1AJMP0SUBDEC0:MOV A, R1 JZ SETR1 DEC R1ACALL DELAY1AJMP0SUBSETR1:MOV R1, #63HACALL DELAY1AJMPRETI0S

46、UBBACK0:；答題時(shí)間的時(shí)間調(diào)整程序段1SUB:MOV A, R2 MOV B, #0AH DIV ABMOV R5, A MOV R4, B MOV R3, #0AHACALL DISPLAY JNB P3.2, INC1 JNB P3.3, DEC1JNB P3.4, BACK1AJMP1SUBINC1:MOV A, R2CJNE A, #63H, ADD1MOV R2, #00HACALL DELAY1AJMPINC R21SUBADD1:ACALL DELAY1AJMP1SUBDEC1:MOV A, R2 JZ SETR2 DEC R2ACALL DELAY1AJMP1SUBSET

47、R2:MOV R2, #63HACALL DELAY1AJMPRETI1SUBBACK1:REPEAT:MOV A, R2 MOV R6, A CLR RINGMOV R0, #00H；重置定時(shí)器中斷次數(shù)MOV TH1, #3CH MOV TL1, #0B0H MOV A, R6MOV B, #0AH DIV ABMOV 31H, BCOUNT:RECOUNT:MOV MOVMOVR5, 30H R4, 31HA,R6SUBB A,#07HJNCMOV A, CJNE A,LARGER R0#0AH, FULLCLRRING AJMP CHECKCJNE A, #14H, CHECK SETB

48、 RINGMOV A, R6 JZ QUITMOV R0, #00H DEC R6AJMP CHECK MOV A, R0CJNE A, #14H, CHECK DEC R6MOV R0, #00HJNB P3.1, QUIT；按下停止按鈕就退出 JNB OK, CHECKKAJMP NEXTT JNB P3.0, REPEAT ACALL DISPLAY JB OK, ACCOUTAJMPRECOUNT MOV A, 36HJNB P1.0, TRUE1；判斷 1 號(hào)選手搶答是否成功JNB P1.1, TRUE2 JNB P1.2, TRUE3 JNB P1.3, TRUE4JNB P1.4

49、, TRUE5FULL:LARGER:CHECK:CHECKK:NEXTT:ACCOUT:JNB P1.5, TRUE6 JNB P1.6, TQ1 JNB P1.7, TQ2AJMPRECOUNTTQ1:TQ2: QUIT:JMP JMP CLRCLRTRUE7 TRUE8 OKRINGAJMPSTART；正常搶答處理程序段TRUE1:ACALL BARK MOV A, R2 MOV R6, A MOV R3, #01H CLR OKAJMP COUNT ACALL BARK MOV A, R2 MOV R6, A MOV R3, #02H CLR OKAJMP COUNT ACALL BARK MOV A, R2 MOV R6, A MOV R3, #03H CLR OKAJMP COUNTACALL BARKTRUE2:TRUE3:TRUE4:MOV A, R2 MOV R6, A MOV R3, #04H CLR OKAJMP COUNT ACALL BARK MOV A, R2 MOV R6, A MOV R3, #05H CLR OKAJMP COUNT ACALL BARK MOV A, R2 MOV R6, A MOV R3, #06H CLR O