基于單片機的八路智能搶答器的畢業(yè)設(shè)計

1、<p><b>　　設(shè)計總說明</b></p><p>　　智能搶答器作為一種電子產(chǎn)品已廣泛應用于各種智力和知識競賽場合。但目前所使用的搶答器有的電路較復雜，不便于制作，而且可靠性低，實現(xiàn)起來很困難；有的則用一些專用的集成芯片，而專用集成芯片的購買又很困難。為適應多選手搶答活動的需要而設(shè)計一個智能搶答器，這種搶答器具有電路簡單，元件普通，易于購買等優(yōu)點，很好地解決了制作者制作困難和

2、難于購買的問題。本系統(tǒng)就是采用AT89C51單片機為核心而設(shè)計的八路智能搶答器。</p><p>　　根據(jù)搶答器的功能，智能搶答器的設(shè)計要求如下：搶答器可以同時供8名選手或8個代表隊比賽使用；主持人可以通過智能搶答器的按鍵設(shè)定每道題的搶答時間和回答時間;具有清零和非法搶答控制功能，設(shè)置一個系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān)，并由主持人操控；當主持人啟動“開始搶答按鍵”后，定時器進行減計時，搶答時間耗盡后禁止搶答；倒計時5秒時

3、，如果仍無人搶答，則系統(tǒng)每1s報警一次，用以提示參賽選手；搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按下按鍵，鎖存相應選手的參賽編號，并在LED數(shù)碼管上顯示，選手搶答實行優(yōu)先鎖存，其他按鍵者將不能響應，以便公平地選擇第一個搶答者；參賽選手在設(shè)定的時間內(nèi)進行搶答，搶答有效，顯示器上顯示選手的編號，同時進入回答問題的時間倒計時；倒計時期間，主持人想終止倒計時，可以按下“停止”鍵，系統(tǒng)會自動進入準備狀態(tài)。</p><p>　　本

4、系統(tǒng)采用軟硬件結(jié)合的方法而設(shè)計，其中硬件設(shè)計是借用單片機AT89C51為中心控制模塊，采用模塊化設(shè)計思想，根據(jù)系統(tǒng)功能劃分成六個模塊，分別為：核心控制模塊、電源模塊、時鐘與復位模塊、按鍵輸入模塊、顯示模塊、報警模塊。軟件設(shè)計是采用匯編語言編程。</p><p>　　按鍵輸入模塊共有14個按鍵，分為搶答按鍵和控制按鍵。搶答按鍵共有八個，分別為S1―S8，供搶答選手進行搶答使用；控制按鍵有六個，分別為S9―S14，

5、其中S9和S10分別為“搶答時間調(diào)整鍵”和“回答時間調(diào)整鍵”；S11和S12分別為時間“加1”和“減1”按鍵；S13和S14分別為“搶答開始按鍵”和“停止按鍵”。顯示模塊本系統(tǒng)采用四個共陽極LED數(shù)碼管顯示，一個數(shù)碼管用來顯示搶答到問題的選手的號碼，兩個用來顯示倒計時時間，一個未使用的數(shù)碼管作為以后的擴展使用。時鐘與復位模塊包括時鐘電路和復位電路，單片機的時鐘信號用來提供單片機片內(nèi)各種操作的時間基準，復位操作則使單片機的片內(nèi)電路初始化，

6、使單片機從一種確定的初態(tài)開始運行。報警模塊在本系統(tǒng)中為附加模塊，它的主要用途就是起到提示并引起人們的注意。電源模塊是為了增強本系統(tǒng)應用的廣泛性而設(shè)計的模塊，它的主要任務是將交流220V電壓轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)中可以直接使用的穩(wěn)定的直流+5V。</p><p>　　本設(shè)計限定搶答人數(shù)為八人，搶答過程如下：當主持人按“搶答開始按鍵”后，數(shù)碼顯示屏顯示搶答時間倒計時，并在最后五秒啟動報警電路提示，在搶答時間過程中八名選手進行搶答

7、，搶答成功后，顯示模塊顯示選手號和回答問題時間?；卮鹜陠栴}后，主持人可按“停止按鍵”結(jié)束，新一輪搶答開始。如果在主持人沒有按下“搶答開始按鍵”而選手就搶答，則視為犯規(guī)，顯示模塊顯示“FF”并顯示選手號碼，而且報警電路進行提示。主持人按“停止按鍵”后，新一輪搶答開始。顯示模塊在初始顯示、超過規(guī)定搶答時間仍無人搶答和答題超過規(guī)定時間后顯示“FFF”。搶答時間和回答問題的時間可以設(shè)定，設(shè)定范圍為1-99s，原始狀態(tài)下?lián)尨饡r間為10s，回答問題

8、時間為30s。后臺主持人可以通過“搶答時間調(diào)整鍵”、“回答時間調(diào)整鍵”和時間“加1”、“減1”按鍵修改搶答時間和選手回答問題的時間時間，改完后“停止按鍵”確定，新時間開始有效。</p><p>　　在搶答器設(shè)計過程中，首先完成總體方案的論證制定，然后分析系統(tǒng)的工作原理，在此基礎(chǔ)上設(shè)計出各部分單元電路原理圖，進一步完成對系統(tǒng)電路的設(shè)計。在對系統(tǒng)工作原理充分研究的基礎(chǔ)上，選擇合適的元件型號和參數(shù)，再用protel繪圖

9、軟件畫出電路原理圖，最后根據(jù)電路接口編寫軟件程序。</p><p>　　關(guān)鍵字：搶答器；單片機；AT89C51；模塊；按鍵</p><p>　　Introduction</p><p>　　The intelligent vies to answer first as a kind of electronic products have been widely ap

10、plied in all kinds of intelligence and knowledge competition situation. But using the current is some complicated circuit vies to answer first, do not facilitate production, and reliability, low difficult to achieve; Oth

11、ers use some special integrated chips, and the purchase of the special integrated chips and very difficult. In order to adapt to the needs of the many players vies to answer first activities </p><p>　　Accord

12、ing to the function, intelligent vies to answer first the vies to answer first the design requirements of the following: vies to answer first is also for 8 contestants or 8 teams game; host can through the intelligence i

13、s set button vies to answer first each question time and answer the vies to answer first time; have reset and illegal vies to answer first control function, set up a system to eliminate and vies to answer first, and by a

14、 host control switch control; when the host to start "</p><p>　　The system USES the software and hardware of the method of combining and design, including hardware design are borrowed from the single-ch

15、ip microcomputer AT89C51 as the center control module, the modular design division, with six module, respectively is: the core control module, the power modules, clock and reset module, key input module, display module,

16、alarm module. The software design is the common assembly language programming. </p><p>　　Key input module in 14 key, divided into vies to answer first keys and control buttons. Vies to answer first key there

17、 were eight, respectively, for vies to answer first S8 S1-players use vies to answer first; Control key has six, respectively, among them--S14 S9 S9 and S10 are "vies to answer first time to adjust key" and &qu

18、ot;answer time to adjust keys"; S11 and S12 respectively for time "add 1" and "minus 1" button; S13 and S14 are "vies to answer first start button" and "stop" button. Display

19、mo</p><p>　　This design limited the number of eight, vies to answer first vies to answer first process is as follows: when the host to press the "start" button vies to answer first, digital display

20、 shows vies to answer first time countdown, and in the last five second start alarm circuit hint, in vies to answer first time eight players in the process vies to answer first, after the success display module, vies to

21、answer first demonstrated contestant number and answer the question time. To answer the questio</p><p>　　In the design process, vies to answer first do first overall scheme, and then analyses the argument fo

22、r the working principle of the system, and based on this, the design of unit of the circuit principle diagram, further to the design of the system to complete the circuit. In the working principle of the system based on

23、the study of the fully, and choose appropriate component model and parameter, garnish with protel drawing software draw circuit principle diagram, according to write software int</p><p>　　Keyword: vies to an

24、swer first; microcomputer; AT89C51;module; button</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　當今的社會競爭日益激烈，選拔人才，評選優(yōu)勝，知識競賽之類的活動愈加頻繁，比賽中為了準確、公正、直觀地判斷出第一搶答者，這就要有一種搶答設(shè)備作為裁判員，于是搶答器應用而生。</p><p

25、>　　搶答器是一種應用非常廣泛的設(shè)備，在各種競賽、搶答場合中，它能迅速、客觀地分辨出最先獲得發(fā)言權(quán)的選手，無論是軍隊還是電視節(jié)目中,都可能會舉辦各種各樣的智力競賽,都會用到搶答器。如果要是讓搶答者用舉手等方法，主持人很容易誤判，會造成搶答的不公平，比賽中為了準確、公正、直觀地判斷出第一搶答者，所設(shè)計的搶答器通常由數(shù)碼顯示、燈光、音響等多種手段指示出第一搶答者。為了使這種不公平不發(fā)生，只有靠電子產(chǎn)品的高準確性來保障搶答的公平性。&l

26、t;/p><p>　　早期的搶答器只由幾個三極管、可控硅、發(fā)光管等組成，能通過發(fā)光管的指示辯認出選手號碼。現(xiàn)在大多數(shù)搶答器均使用單片機(如MCS-51型)和數(shù)字集成電路，并增加了許多新功能，如選手號碼顯示、搶按前或搶按后的計時、選手得分顯示等功能。</p><p>　　1.1 課題研究現(xiàn)狀</p><p>　　隨著我國搶答器市場的迅猛發(fā)展，與之相關(guān)的核心生產(chǎn)技術(shù)應用與研

27、發(fā)必將成為業(yè)內(nèi)企業(yè)關(guān)注的焦點。技術(shù)工藝，是衡量一個企業(yè)是否具有先進性，是否具備市場競爭力，是否能不斷領(lǐng)先于競爭者的重要指標依據(jù)。了解國內(nèi)外搶答器生產(chǎn)核心技術(shù)的研發(fā)動向、工藝設(shè)備、技術(shù)應用及趨勢對于企業(yè)提升產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格，提高市場競爭力十分關(guān)鍵。目前市場上搶答器種類繁多，功能各異，價格差異也很大。那么選擇一款真正適合的搶答器就非常重要。</p><p>　　搶答器一般分為電子搶答器和電腦搶答器。目前電子搶答器的中心構(gòu)

28、造一般都是由數(shù)字電子集成電路組成，其搭配的配件不同又分為，非語音非記分搶答器和語音記分搶答器。非語音記分搶答器構(gòu)造很簡單，就是一個搶答器的主機和一個搶答按鈕組成，在搶答過程中選手是沒有記分的顯示屏。語音記分搶答器是由一個搶答器的主機、主機的顯示屏以及選手的記分顯示屏等構(gòu)成，具有記分等功能。電子搶答器多適用于學校和企事業(yè)單位舉行的簡單的搶答活動。電腦搶答器又分為無線電腦搶答器和有線電腦搶答器。無線電腦搶答器是由主機和搶答器專用的軟件和無線

29、按鈕構(gòu)成。無線電腦搶答器利用電腦和投影儀，可以把搶答氣氛活躍起來，一般多使用于電臺等大型的活動。有線電腦搶答器也是由主機和電腦配合起來，電腦再和投影儀配合起來，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。</p><p>　　搶答器作為一種電子產(chǎn)品，早已廣泛應用于各種智力和知識競賽場合，但目前所使用的搶答器有很多的缺點，有的電路較復雜不便于制作,可靠性低，實現(xiàn)起來很困難；有的則用一些專用的集成塊

30、 ,而專用集成塊的購買又很困難。而我所設(shè)計的八路智能搶答器，具有元件普通 ,易于購買等優(yōu)點,很好地解決了制作困難和難于購買的問題。在國內(nèi)外已經(jīng)開始普遍應用。</p><p>　　1.2 選題意義與目的</p><p>　　在知識比賽中，特別是做搶答題目的時候，在搶答過程中，為了知道哪一組或哪一位選手先答題，必須要設(shè)計一個系統(tǒng)來完成這個任務。如果在搶答中，靠視覺是很難判斷出哪組先答題。怎樣來

31、設(shè)計搶答器，能使以上問題得以解決？即使兩組的搶答時間相差幾微秒，也可分辨出哪組優(yōu)先答題？通過研究并在設(shè)計驗證后發(fā)現(xiàn)，采用單片機技術(shù)設(shè)計的搶答器與傳統(tǒng)的搶答器相比，首先，電路連接簡單，因為大多數(shù)功能單元都通過程序設(shè)計在單片機內(nèi)部。第二，工作性能可靠，抗干擾能力優(yōu)于傳統(tǒng)搶答器，并能夠解決以上提出的問題。所以本研究是一個實用的工程設(shè)計，具有創(chuàng)新性。</p><p>　　通過本次設(shè)計，基本掌握51系列單片機的原理，了解簡

32、單多功能搶答器組成部分，詳細掌握智能搶答器的原理和編程方法，了解單片機類系統(tǒng)的設(shè)計基本理念，提高獨立思考的能力和編程的邏輯思維能力。同時通過本課題設(shè)計，提高自己的動手能力，鞏固已學的理論知識，建立單片機理論和實踐的結(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、計算定時計數(shù)的各個單元電路。進一步深入了解掌握以單片機為核心控制系統(tǒng)的設(shè)計方法及編程方法。</p><p>　　1.3 課題研究的要

33、求及內(nèi)容</p><p>　　根據(jù)智能搶答器的具體功能，本課題的詳細要求如下：</p><p>　?。?）搶答器可以同時供8名選手或8個代表隊比賽，分別用8個按鈕S1～S8表示。</p><p>　　（2）主持人可以通過智能搶答器的按鍵設(shè)定每道題的搶答時間和回答時間。</p><p>　?。?）具有清零和非法搶答控制功能，設(shè)置一個系統(tǒng)清除和搶

34、答控制開關(guān)，并由主持人操控，避免選手在主持人說“開始”前提前搶答，違反規(guī)則。</p><p>　?。?）當主持人啟動“開始搶答按鍵”后，定時器進行減計時，在15秒內(nèi)無人搶答表示所有參賽選手或參賽隊對本題棄權(quán)，搶答時間耗盡后禁止搶答。</p><p>　?。?）倒計時5秒時，如果仍無人搶答，則系統(tǒng)每1s報警一次，用以提示參賽選手。</p><p>　?。?）搶答器具有

35、鎖存與顯示功能。即選手按下按鍵，鎖存相應選手的參賽編號，并在LED數(shù)碼管上顯示，一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止，同時揚聲器發(fā)出報警聲響提示。選手搶答實行優(yōu)先鎖存，其他按鍵者將不能響應，以便公平地選擇第一個搶答者。</p><p>　　（7）參賽選手在設(shè)定的時間內(nèi)進行搶答，搶答有效，顯示器上顯示選手的編號，同時進入回答問題的30s倒計時。</p><p>　?。?）倒計時期間，涂改主持人想終

36、止倒計時，可以按下“停止”鍵，系統(tǒng)會自動進入準備狀態(tài)。</p><p>　　本論文中主要介紹了單片機搶答器的詳細設(shè)計內(nèi)容和它的工作原理及工作過程，顯示了它的實際用途。本系統(tǒng)根據(jù)要求中的技術(shù)指標，采用單片機作為核心的模塊化設(shè)計，系統(tǒng)的六個模塊分別為：按鍵輸入模塊、顯示模塊、時鐘與復位模塊、報警模塊、電源模塊、核心控制模塊。并且利用存儲程序來完成軟件的設(shè)計，在搶答比賽中可以廣泛應用。</p><p

37、>　　本系統(tǒng)中的八個參賽選手分別有一個搶答按鈕，通過每個按鈕輸入搶答信號；主持人有開始和結(jié)束、復位按鈕；在后臺主持人有搶答時間和回答問題時間的調(diào)控按鈕；利用三個七段數(shù)碼管來完成顯示功能，數(shù)碼顯示屏顯示搶答時間倒計時和選手號；在最后五秒揚聲器發(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，揚聲器持續(xù)發(fā)生。主持人可按鍵結(jié)束，新一輪搶答開始。</p><p>　　本設(shè)計中主要硬

38、件設(shè)備：AT89C51單片機、8輸入3態(tài)緩沖器∕線驅(qū)動器74LS244、六反相驅(qū)動器7404、共陽極LED數(shù)碼管等、12MHz晶振、74LS04反相器、手動開關(guān)、按鍵若干、報警喇叭、變壓器、整流器、電容、電阻、7805穩(wěn)壓芯片。</p><p>　　1.4 本論文的組織結(jié)構(gòu)</p><p>　　本論文章節(jié)的組織結(jié)構(gòu)和內(nèi)容如下：</p><p>　　第一章：緒論。簡要

39、介紹了搶答器的發(fā)展現(xiàn)狀，選題的具體意義與目的，說明了本課題研究的要求及研究內(nèi)容。</p><p>　　第二章：總體方案論證。介紹了搶答器的三種設(shè)計方案，并作出詳細優(yōu)缺點的對比，體現(xiàn)本論文中采用的方案的正確性與科學性。并對采用的方案進行簡單介紹，說明了搶答器的主要功能和工作過程。</p><p>　　第三章：搶答器的硬件電路的設(shè)計。詳細描述了本課題各部分組成電路單元的具體設(shè)計。</p&

40、gt;<p>　　第四章：搶答器的軟件設(shè)計，并編程序。</p><p>　　第五章：總結(jié)?？偨Y(jié)課題設(shè)計，指出設(shè)計中的一些問題，提出改善的意見，并展望搶答器的未來設(shè)計。</p><p><b>　　2 總體方案論證</b></p><p>　　2.1 總體方案分析</p><p>　　根據(jù)目前市場上搶答器的種

41、類，搶答器的種類可以大體分為三種，以下我們對這三種進行詳細比較。</p><p>　　方案一: 搶答器系統(tǒng)的各部分均采用中小規(guī)模集成數(shù)字電路,利用硬件電子元器件實現(xiàn)，用機械開關(guān)按鈕作為控制開關(guān)，完成搶答輸入信號的觸發(fā)。如采用74LS148優(yōu)先編碼器來實現(xiàn)搶答功能等。該方案的特點是中小規(guī)模集成電路應用技術(shù)成熟，性能可靠，能方便地完成選手搶答的基本功能，沒有軟件的設(shè)計部分，不需要編程，但是電路結(jié)構(gòu)復雜，調(diào)試困難，涉及

42、到的外圍元器件很多，造成搶答器的成本較高，并且制作過程工序比較煩瑣，不便于安裝與調(diào)試，給實際操作帶來很大的麻煩。</p><p>　　方案二：系統(tǒng)設(shè)計主要基于可編程的PLC設(shè)計，系統(tǒng)包括硬件和軟件兩大部分，依據(jù)控制系統(tǒng)的工作原理和技術(shù)性能，將硬件和軟件分開設(shè)計。硬件設(shè)計部分包括電路原理圖、合理選擇元器件、繪制線路圖，然后對硬件進行調(diào)試、測試，以達到設(shè)計要求。軟件設(shè)計部分，首先在總體設(shè)計中完成系統(tǒng)總框圖和各模塊的功

43、能設(shè)計，選擇合適的編程語言和工具，進行代碼設(shè)計等；最后是對軟件進行調(diào)試、測試，達到所需功能要求。</p><p>　　方案三：系統(tǒng)采用MCS-51系列單片機作為控制核心，其片內(nèi)帶有4KflashROM，128的RAM，以及15根I/O口線能滿足設(shè)計要求。該系統(tǒng)可以完成運算控制、信號識別以及顯示功能的實現(xiàn)。利用單片機程序判斷選手按鍵是否有效，但是選手違規(guī)搶答，利用簡答程序顯示，啟動蜂鳴器報警，告訴主持人有人違規(guī)操作

44、，搶答無效。給出相應的延時，選手按正常的操作搶答，軟件倒計時，利用AT89C51移位寄存7段數(shù)碼管，實現(xiàn)倒計時顯示時間，到5秒相應時間提醒選手時間快到了，要及時作答，并啟動蜂鳴器。由于用了單片機，使其技術(shù)比較成熟，應用起來方便、簡單并且單片機周圍的輔助電路也比較少，便于控制和實現(xiàn)。整個系統(tǒng)具有極其靈活的可編程性，能方便地對系統(tǒng)進行功能的擴張和更改性。</p><p><b>　　單片機特點如下： <

45、;/b></p><p>　?。?）高集成度，體積小，高可靠性。</p><p>　　單片機將各功能部件集成在一塊晶體芯片上，集成度很高，體積自然也是最小的。芯片本身是按工業(yè)測控環(huán)境要求設(shè)計的，內(nèi)部布線很短，其抗工業(yè)噪音性能優(yōu)于一般通用的CPU。單片機程序指令，常數(shù)及表格等固化在ROM中不易破壞，許多信號通道均在一個芯片內(nèi)，故可靠性高。 </p><p>&l

46、t;b>　?。?）控制功能強：</b></p><p>　　為了滿足對對象的控制要求，單片機的指令系統(tǒng)均有極豐富的條件:分支轉(zhuǎn)移能力，I/O口的邏輯操作及位處理能力，非常適用于專門的控制功能。</p><p>　?。?）低電壓，低功耗，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品：</p><p>　　為了滿足廣泛使用于便攜式系統(tǒng)，許多單片機內(nèi)的工作電壓僅為1.8V～3.6

47、V，而工作電流僅為數(shù)百微安。 </p><p><b>　　（4）易擴展：</b></p><p>　　片內(nèi)具有計算機正常運行所必需的部件。芯片外部有許多供擴展用的三總線及并行、串行輸入/輸出管腳，很容易構(gòu)成各種規(guī)模的計算機應用系統(tǒng)。</p><p>　?。?）優(yōu)異的性能價格比：</p><p>　　單片機的性能極高。為

48、了提高速度和運行效率，單片機已開始使用RISC流水線和DSP等技術(shù)。單片機的尋址能力也已突破64KB的限制，有的已可達到1MB和16MB，片內(nèi)的ROM容量可達62MB，RAM容量則可達2MB。由于單片機的廣泛使用，因而銷量極大，各大公司的商業(yè)競爭更使其價格十分低廉，其性能價格比極高。</p><p>　　方案比較分析：從第一個方案我們可以看出，這個搶答器是由搶答電路，定時電路，報警電路，時序控制電路四個關(guān)鍵電路部

49、分組成。擴展電路是由秒鐘脈沖信號產(chǎn)生電路，譯碼電路，顯示電路等，它的功能很齊全，設(shè)計的電路也很穩(wěn)定。但是它的造價卻很高，僅僅是集成電路他就用了八個，這個跟我們當初的設(shè)計理念是相沖突的。我們要的是功能齊全，但是造價比較低的設(shè)計。所以我們放棄這個方案。</p><p>　　而方案二采用可編程PLC設(shè)計實現(xiàn)的搶答器，但該系統(tǒng)的投入成本過于高昂，軟件編程過于繁瑣，對編程的語言掌握程度要求很高，而且其PLC在該領(lǐng)域的應用很

50、少，普通人對PLC的理解及掌握都不是很深入，鑒于通用性和節(jié)省的原則，我們依然不采用該方案。</p><p>　　方案三采用單片機為核心器件，外圍電路采用集成芯片，其可靠性好，結(jié)構(gòu)簡單，不但從性能上優(yōu)于方案一和方案二，而且在使用上及其功能的實現(xiàn)上都較其他方案簡潔，并且由于單片機具有優(yōu)越的高集成電路性，使其工作速度更快、效率更高。另外單片機采用12MHz的晶振，提高了信號的測量精度，并且使該系統(tǒng)可以通過軟件改進來擴張

51、功能。該模式充分體現(xiàn)了原有系統(tǒng)性能的改進，功能的擴展及其他同類系統(tǒng)的不同之處，它包括硬件邏輯圖與軟件流程圖，比較經(jīng)濟實用，所以我們選用單片機的方案。</p><p>　　2.2 智能搶答器模塊化設(shè)計</p><p>　　該搶答器系統(tǒng)的硬件設(shè)計是以單片機為中心控制模塊，采用模塊化設(shè)計的八路搶答器，具有六個模塊，分別為：按鍵輸入模塊、顯示模塊、時鐘與復位模塊、報警模塊、電源模塊、核心控制模塊。

52、</p><p>　　系統(tǒng)的主要功能模塊原理框圖如圖2-1所示。</p><p>　　圖2-1 主要功能模塊原理框圖</p><p>　　按鍵輸入模塊共有14個按鍵，分為搶答按鍵和控制按鍵。搶答按鍵共有八個，分別為S1―S8，供搶答選手進行搶答使用，P1口為八個按鍵搶答信號的輸入口，低電平有效?？刂瓢存I有六個，分別為S9―S14， 其中S9和S10分別為“搶答時間調(diào)

53、整鍵”和“回答時間調(diào)整鍵”， 其對應的I∕O接口分別為P3.2和P3.3；S11和S12分別為時間“加1”和“減1”按鍵，其對應的I∕O接口分別為P3.4和P3.5；S13和S14分別為“搶答開始按鍵”和“搶答停止按鍵”，其對應的I∕O接口分別為P3.0和P3.1；</p><p>　　顯示模塊本系統(tǒng)采用四個共陽極LED數(shù)碼管顯示，一個數(shù)碼管用來顯示搶答到問題的選手的號碼，兩個用來顯示倒計時時間，一個未使用的數(shù)碼

54、管作為以后的擴展使用。數(shù)碼管采用74LS244來驅(qū)動，74LS244是TTL8輸入3態(tài)緩沖器∕線驅(qū)動器，它的輸出電流可以達到24mA。</p><p>　　時鐘與復位模塊包括時鐘電路和復位電路，單片機的最小系統(tǒng)就是由時鐘電路、復位電路、電源電路及單片機構(gòu)成。單片機的時鐘信號用來提供單片機片內(nèi)各種操作的時間基準，單片機的時鐘信號通常用兩種電路形式得到：內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式。復位操作則使單片機的片內(nèi)電路初始化，

55、使單片機從一種確定的初態(tài)開始運行。根據(jù)應用的要求，復位操作通常有兩種基本形式：上電復位或開關(guān)復位。當5l系列單片機的復位引腳RST(全稱RESET)出現(xiàn)2個機器周期以上的高電平時，單片機就執(zhí)行復位操作。如果RST持續(xù)為高電平，單片機就處于循環(huán)復位狀態(tài)。</p><p>　　報警模塊在本系統(tǒng)中為附加模塊，它的主要用途就是起到提示并引起人們的注意。它只有在兩種情況下才發(fā)出報警，一是“開始搶答”按鍵沒有按下時，選手就按

56、下了“搶答鍵”，報警電路發(fā)出報警，提示有選手發(fā)生搶答；二是每道題的搶答時間和問題的回答時間在倒計時5秒時，報警電路發(fā)出報警，提示選手倒計時的時間即將耗盡。</p><p>　　電源模塊是為了增強本系統(tǒng)應用的廣泛性而設(shè)計的模塊，在我們常用的單片機或其他外圍芯片的電源供給電壓一般為直流+5V、+3V和+12V，現(xiàn)實中的使用電壓為交流220V，為了增加其現(xiàn)實意義，故設(shè)計了電源模塊，它的主要任務是將交流220V電壓轉(zhuǎn)換為

57、本系統(tǒng)中可以直接使用的直流+5V。</p><p>　　核心控制模塊就是人們所謂的CPU，它是整個系統(tǒng)的總控制部分，本系統(tǒng)的核心控制模塊為51系列的單片機，只有我們通過軟件程序的編寫，并將程序?qū)懭雴纹瑱C，該系統(tǒng)才會正確的工作。</p><p><b>　　3 硬件設(shè)計</b></p><p>　　本設(shè)計分為硬件設(shè)計和軟件設(shè)計，這兩者相互結(jié)合，不

58、可分離。從時間上看，硬件設(shè)計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)準備充分，硬件設(shè)計的大返工是比較少的，軟件設(shè)計的任務貫徹始終，到中后期基本上都是軟件設(shè)計任務，隨著集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，各種功能很強的芯片不斷出現(xiàn)，使硬件電路的集成度越來越高，硬件設(shè)計的工作量在整個項目中的所占的比重逐漸下降。為使硬件電路設(shè)計盡可能合理，應注意以下幾方面：</p><p>　　(1) 工業(yè)上盡可能采用功能

59、強的芯片，以簡化電路，功能強的芯片可以代替若干普通芯片，隨著生產(chǎn)工藝的提高，新型芯片的的價格不斷下降，并不一定比若干普通芯片價格的總和高。</p><p>　　(2) 留有設(shè)計余地。在設(shè)計硬件電路時，要考慮到將來修改擴展的方便。因為很少有一錘定音的電路設(shè)計，如果現(xiàn)在不留余地，將來可能要為一點小小的修改或擴展而被迫進行全面返工。</p><p>　　(3) 程序空間，選用片內(nèi)程序空間足夠大的

60、單片機，否則因為程序空間不夠使不得不進行空間擴展。</p><p>　　(4) RAM空間，大部分51系列單片機的內(nèi)部RAM不多，當要增強軟件數(shù)據(jù)處理功能時，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256字節(jié)RAM。如果有大批數(shù)據(jù)需要處理，則應配置足夠的RAM，如6264，62256等。隨著軟件設(shè)計水平的提高，往往只要改變或增加軟件中的數(shù)據(jù)處理算法，就可

61、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)升級換代。只要在硬件電路設(shè)計初期考慮到這一點，就應該為系統(tǒng)將來升級留足夠的RAM空間，哪怕多設(shè)計一個RAM的插座，暫不插芯片也好。</p><p>　　(5) I/O端口，在樣機研制出來后進行現(xiàn)場試用時，往往會發(fā)現(xiàn)一些被忽視的問題，而這些問題不是靠單純的軟件措施來解決的。如有些新的信號需要采集，就必須增加輸入檢測端；有些物理量需要控制，就必須增加輸出端。如

62、果在硬件電路設(shè)計就預留出一些I/O端口，雖然當時空著沒用，那么用的時候就派上用場了。</p><p><b>　　3.1核心控制模塊</b></p><p>　　3.1.1單片機的選型</p><p>　　單片機實際上就是把CPU、RAM、ROM、定時器/計數(shù)器、I/O接口電路等微型機的主要部件集成在一塊芯片上，因此稱之為單片機Mircocon

63、troller。由于它具有體積小，性價比高，耗電少，可靠性高，有易于掌握和使用，所以現(xiàn)在微型機不僅占領(lǐng)了原來實用小型機的各個領(lǐng)域，而且廣泛應用于過程控制等場合，此外還可應用于過去計算機無法深入的方面，如測量儀器、教學裝置、醫(yī)療設(shè)備、家用電器等。</p><p>　　經(jīng)過多年的發(fā)展，8位單片機已有60多個系列，近600多個種類，市場上可見到的如美國Fairchild公司的F8系列，Intel公司的MCS-48、MC

64、S-51、MCS-196系列產(chǎn)品，Motorola公司的6801、6805系列產(chǎn)品，Zilog公司的Z8、Supper8系列產(chǎn)品，Rockwell公司的6501、6502系列產(chǎn)品，Philips公司的80C51系列產(chǎn)品,Microchip公司的PIC系列和Ateml公司的AT89系列等，Intel公司的單片機在市場上占主流地位，其中MCS-51系列產(chǎn)品又占主導地位。我國應用引進的單片機主流產(chǎn)品是MCS-51、MCS-96系列。</

65、p><p>　　MCS-51單片機是美國INTE公司于1980年推出的產(chǎn)品，典型產(chǎn)品有 8031（內(nèi)部沒有程序存儲器，實際使用方面已經(jīng)被市場淘汰）、8051（芯片采用HMOS，功耗是630mW，是89C51的5倍，實際使用方面已經(jīng)被市場淘汰）和8751等通用產(chǎn)品，一直到現(xiàn)在， MCS-51內(nèi)核系列兼容的單片機仍是應用的主流產(chǎn)品（比如目前流行的89S51、89C51等），各高校及專業(yè)學校的培訓教材仍與MCS-51單片機

66、作為代表進行理論基礎(chǔ)學習。有些文獻甚至也將8051泛指MCS-51系列單片機，8051是早期的最典型的代表作，MCS-51內(nèi)核實際上已經(jīng)成為一個8位單片機的標準。</p><p>　　其他的公司的51單片機產(chǎn)品都是和MCS-51內(nèi)核兼容的產(chǎn)品而以。同樣的一段程序，在各個單片機廠家的硬件上運行的結(jié)果都是一樣的，如ATMEL的89C51、89S51， PHILIPS（菲利浦），和WINBOND（華邦）等，我們常說的8

67、9C51指的是ATMEL公司的 AT89C51單片機，同時是在原基礎(chǔ)上增強了許多特性，如時鐘，更優(yōu)秀的是由Flash（程序存儲器的內(nèi)容至少可以改寫1000次）存儲器取帶了原來的ROM（一次性寫入），AT89C51的性能相對于8051已經(jīng)算是非常優(yōu)越的了。</p><p>　　總體來說單片機的種類很多，在實際設(shè)計和工作中選擇好單片機非常重要，選擇怎么樣的單片機對產(chǎn)品的整體結(jié)果影響很大，選擇時一般考慮以下問題。<

68、;/p><p>　　了解被開發(fā)產(chǎn)品的需求和任務：</p><p>　　搞清楚被開發(fā)產(chǎn)品的使用環(huán)境、供電方式、功能要求、成本要求和開發(fā)周期等需求非常重要。第一時間有了產(chǎn)品的需求和任務，才能選擇更合適的單片機。</p><p><b>　　根據(jù)任務選機型：</b></p><p>　　若所設(shè)計的產(chǎn)品是在惡劣環(huán)境下使用，則要選擇工

69、業(yè)級或軍級產(chǎn)品，可考慮STC公司、Philips公司和WinBond公司的系列單片機；若在常規(guī)環(huán)境下使用，可選擇民品，民品產(chǎn)品多，選擇范圍大；若是干電池供電，需要低功耗應用場合，可考慮TI公司的MSP430系列、Microchip公司的PIC系列、STC公司的L系列單片機；若要去控制速度快并有A∕D轉(zhuǎn)換、存儲器等需求，可考慮ST公司的uPSD3200系列、Silicon Labs公司的C8051F系列單片機等產(chǎn)品；若功能單一、成本要低，

70、可考慮STC公司、PIC公司、WinBond公司、ATMEL公司的單片機產(chǎn)品。選擇不同的單片機，其片內(nèi)程序存儲容量、數(shù)據(jù)存儲器、E2PROM的大小都有差異。</p><p><b>　　綜合性能的考慮：</b></p><p>　　對于產(chǎn)品的設(shè)計，在選擇單片機時，要充分利用片內(nèi)存儲空間，萬一不夠，可以通過擴展片外存儲器的方法已達到要求，或者更換已有的大容量其他機型，兼

71、容性好。如WinBond公司、ATMEL公司、STC公司的絕大部分產(chǎn)品都很兼容。但如果程序太大，超過了一般的64KB時，只好選擇ST公司的uPSD3200系列產(chǎn)品了。另外，單片機的接口能力、接口方式和I∕O口的多少也得考慮。</p><p><b>　　開發(fā)環(huán)境的考慮：</b></p><p>　　在選用單片機時，還要注意有沒有配套的開發(fā)系統(tǒng)。由于單片機的應用系統(tǒng)一般

72、比較緊湊小巧，不像其他微機系統(tǒng)有較多的外設(shè)，因此，在自行設(shè)計組裝時，必須具備專門的工具來幫助單片機的開發(fā)應用。</p><p><b>　　其他因素的考慮：</b></p><p>　　在選擇單片機時，其封裝形式也得考慮。雙列直插、PLCC有對應插座適合產(chǎn)品開發(fā)階段或?qū)W習時使用，SOP、QFP、SSP、TSSP等表貼封裝更適合最終產(chǎn)品選用。</p>&l

73、t;p>　　本課題根據(jù)以上五點單片機選型規(guī)則來看，AT89C51單片機是最好的選擇。首先本課題的設(shè)計產(chǎn)品使用環(huán)境為常規(guī)環(huán)境，并且實現(xiàn)的功能相對來說比較簡單；其次軟件程序不是非常的多，4k存儲空間做夠使用，常見的開發(fā)軟件和工具我們稱為8051開發(fā)系統(tǒng)或環(huán)境，常見的匯編程序ASM51、Keil C51、MedWin 等均是針對8051內(nèi)核單片機的開發(fā)軟件，AT89C51完全兼容，可以使用；再次該系列單片機的發(fā)展相對較成熟，會使用的人很

74、多，容易被人接受；最后，在眾多的51系列單片機中， 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。顯而易見，這種單片機對開發(fā)設(shè)備的要求很低，開發(fā)時間也大大縮短。寫入單片機內(nèi)的程序還可以進行加密。AT89C51有PDIP、PLCC和PQFP/TQFP等封裝，AT89C51目前的售價比8031還低，市場供應也很充足

75、。</p><p>　　3.1.2 AT89C51單片機的介紹</p><p>　　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。AT89C51單片機內(nèi)部由CPU、4KB的FPEROM ，128B的RAM，兩個16位的定時/計數(shù)器T0和T1，4個8位的I/O端P0、

76、P1、P2、P3等組成。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?？刂破饔沙绦蛴嫈?shù)器PC、指令儲存器、指令譯碼器、實時控制與條件轉(zhuǎn)移邏輯電路等組成。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。運算器由算術(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碼運算調(diào)整電路等組成。為了

77、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。</p><p>　　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可在線重復編程閃速電擦除存儲器（Flash Memory），存儲器可循環(huán)寫入/擦除1000次；存儲器數(shù)據(jù)保存時間可達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

78、存儲器具有3級鎖存保護；128*8位內(nèi)部RAM；32條可編程I/O線；兩個16位定時器/計數(shù)器；中斷結(jié)構(gòu)具有5個中斷源和2個中斷優(yōu)先級；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)保存存儲內(nèi)容。</p><p>　　AT89C51引腳圖如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1 AT89C51引腳圖</p><p>　　P0口：P0口為一個8位漏級開路雙

79、向I/O口，每腳可吸收8個TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。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。</p><p>　　P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作

80、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。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。</p><p>　　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。并因此作為輸入時，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口當用于外部程序存儲器或16位地址外

81、部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。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。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號</p><p>　　P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3

82、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，同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。</p><p>　　RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。</p><p>　　ALE∕P：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端

83、以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。</p><p>　　PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的PSEN信號將不出現(xiàn)。</p><p>　　EA/VPP：當保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否

84、有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，EA/VPP將內(nèi)部鎖定為RESET；當EA/VPP端保持高電平時，此間內(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）。</p><p>　　XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。</p><p>　　XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。</p><p>　　3.1.3 AT89C5

85、1特殊功能寄存器</p><p>　　特殊功能寄存器也稱專用寄存器，是具有特殊功能的所有寄存器的集合，簡稱SFR（Special Function Register）。特殊功能寄存器共含有22個不同寄存器。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3-1所示。</p><p>　　表3-1 AT89C51特殊功能寄存器列表</p><

86、;p>　　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，如果對這些單元進行操作，得到的是一些隨機數(shù)，而寫入則無效。所以，用戶編程時不應該將數(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。</p><p>　　3.2時鐘與復位模塊</p><p><b>

87、　　3.2.1時鐘模塊</b></p><p>　　單片機必須在時鐘的驅(qū)動下才能工作。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。無論何種形式，都需要外部附加電路，產(chǎn)生時鐘脈沖。</p><p>　　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。對外部震蕩信號無特殊要求

88、，但需保證脈沖寬度不小于20ns，且頻率應低于單片機所支持的最高頻率。</p><p>　　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?？缃拥木w振蕩器如果已經(jīng)起振，則會向XTAL2引腳上輸出一定幅值的正弦波。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

89、頻率有6MHz和12MHz。AT89C51單片機的時鐘頻率最高可為24Mz。</p><p>　　本系統(tǒng)中采用的是內(nèi)部時鐘方式。時鐘電路如圖3-2所示。</p><p><b>　　圖3-2 時鐘電路</b></p><p>　　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。C1和C2被稱為諧振電容，主要作

90、用有兩點：一是可以促使單片機系統(tǒng)快速起振；二是C1、C2具有對頻率進行微調(diào)作用，有利于單片機系統(tǒng)振蕩頻率的穩(wěn)定，維持單片機的正常運行。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)。晶體振蕩器的振蕩頻率越高，相應的諧振電容的容值也要提高。二者如果配合的好，可以發(fā)揮諧振電容的積極作用。反之，自激振蕩器頻率的穩(wěn)定性將受到影響。經(jīng)過大量的實際應用，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。例如：當晶體振蕩器的頻率為12MH

91、z時，諧振電容的容值一般為30pF左右。</p><p>　　確定系統(tǒng)中晶體振蕩器的頻率，我認為與具體的應用有關(guān)。理論上當然希望單片機的運算速度越快越好，即晶體振蕩器的頻率越高越好。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。為了節(jié)約成本，可以選擇振蕩頻率較低的晶體振蕩器?；谶@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。</p><p&

92、gt;　　單片機在工作時，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鐘信號的周期稱為時鐘周期。其大小是時鐘信號頻率的倒數(shù)，常用T=1/fosc表示。圖中時鐘頻率為12MHz，即fosc=12MHz，則時鐘周期為1/12µs。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左右的正弦波時鐘信號。</p><p>　　為了減小寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定、可靠地工作。

93、在設(shè)計電路板時，晶體振蕩器和諧振電容的位置應盡可能地靠近單片機的XTALl和XTAL2引腳。</p><p><b>　　3.2.2復位模塊</b></p><p>　　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)復位。單片機本身不能自動進行復位，必須配合相應的外部復位電路才能實現(xiàn)。從實現(xiàn)系統(tǒng)復位的方法來看，系統(tǒng)復位可分為硬件復位和軟件復位。<

94、/p><p>　　硬件復位必須通過CPU外部的硬件電路給CPU的RESET端加上足夠時間的高電位才能實現(xiàn)。上電復位，人工按鈕復位和硬件看門狗復位均為硬件復位。硬件復位后，各專用寄存器的狀態(tài)均被初始化，且對片內(nèi)通用寄存器的內(nèi)容沒有影響。但是，硬件復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。</p><p>　　軟件復位就是用一系列指令來模擬硬件復

95、位功能，最后通過轉(zhuǎn)移指令使程序從0000H地址開始執(zhí)行。對各專用寄存器的復位操作是容易的，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。而對中斷激活標志的清除工作常被遺忘，因為它沒有明確的位地址可供編程。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位，就是這類錯誤的典型代表。軟件復位是使用軟件陷阱和軟件看門狗后必須進行的工作，這時程序出錯完全有可能發(fā)生在中斷子程序

96、中，中斷激活標志已置位，它將阻止同級中斷響應。由于軟件看門是高級中斷，它將阻止說要中斷響應，由此可見清除中斷激活標志的重要性。</p><p>　　單片機系統(tǒng)在啟動運行時，首先完成的復位操作，即上電復位。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。復位很重要，單片機有多種復位方式。這里僅介紹上電復位和按鍵復位這兩種常用的復位方式。</p><p>　　上

97、電復位常用的方法是使用電容器。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)自動復位的要求。</p><p>　　單片機的第9腳RST為硬件復位端，只要將該端持續(xù)4個機器周期的高電平即可實現(xiàn)復位，復位后單片機的各狀態(tài)都恢復到初始化狀態(tài)，其電路圖如圖3-3所示。</p><p><b>　　圖3-3 復位電路</b></p><p>　　在電

98、路圖中，電容的的大小是10uF，電阻的大小是10k。所以根據(jù)公式，可以算出電容充電到電源電壓的0.7倍（3.5V），需要的時間是10K*10uF=0.1S。也就是說在電腦啟動的0.1S內(nèi)，電容兩端的電壓時在0~3.5V增加。這個時候10K電阻兩端的電壓為從5～1.5V減少（串聯(lián)電路各處電壓之和為總電壓）。所以在0.1S內(nèi)，RST引腳所接收到的電壓是5V～1.5V。在5V正常工作的51單片機中小于1.5V的電壓信號為低電平信號，而大于1.

99、5V的電壓信號為高電平信號。所以在開機0.1S內(nèi)，單片機系統(tǒng)自動復位（RST引腳接收到的高電平信號時間為0.1S左右）。</p><p>　　在單片機啟動0.1S后，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。當按鍵按下的時候，開關(guān)導通，這個時候電容兩端形成了一個回路，電容被短路，所以在按鍵按下的這個過程中，電容開始釋放之前充的電量。隨著時間的推移，電

100、容的電壓在0.1S內(nèi)，從5V釋放到變?yōu)榱?.5V，甚至更小。根據(jù)串聯(lián)電路電壓為各處之和，這個時候10K電阻兩端的電壓為3.5V，甚至更大，所以RST引腳又接收到高電平。單片機系統(tǒng)自動復位。</p><p>　　復位電路的原理是單片機RST引腳接收到2uS以上的電平信號，只要保證電容的充放電時間大于2uS，即可實現(xiàn)復位，所以電路中的電容值是可以改變的。值得注意的是，在設(shè)計當中使用到了硬件復位和軟件復位兩種功能，軟復

101、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。</p><p>　　3.3顯示模塊的設(shè)計</p><p>　　在單片機的應用系統(tǒng)中，顯示器是最常見的輸出設(shè)備，也是人機對話必不可少的部分。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。顯示器可用于數(shù)字、符號、文字、圖形和光柱顯示。LED顯示器是單片機開發(fā)中常用的輸出器件。它是

102、由若干個發(fā)光二極管組成的，當發(fā)光二極管導通時，相應的一個點或一個筆畫發(fā)亮。控制不同組合的二極管導通，就能顯示出各種字符。常用的LED顯示器有7段式和‘米’字段之分。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。故單個數(shù)碼管有人稱為七段數(shù)碼顯示，也有人稱之為八段顯示。這種顯示器又分共陽極和共陰極兩種。共陰極型內(nèi)部發(fā)光二極管陰極連在一起，接低電平。共陽極型內(nèi)部發(fā)光二極管陽極連在一起，接高電平。共陰極型 L