單片機(jī)搶答器設(shè)計與實現(xiàn)畢業(yè)論文.doc

xxxxx畢 業(yè) 設(shè) 計 任 務(wù) 書專業(yè) 通信技術(shù)年級 20xx級班級 一班姓名 xxx 學(xué)號 20xx0207017畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)須知一、畢業(yè)設(shè)計是高職教學(xué)過程中一個十分重要的環(huán)節(jié)。是鍛煉學(xué)生運用所學(xué)知識正確分析和解決實際問題的一個重要方面，也是高職培養(yǎng)應(yīng)用型專門人才的要求。二、導(dǎo)教師應(yīng)為具有講師以上或相應(yīng)職稱的有關(guān)專業(yè)人員，且專業(yè)對口（指所指導(dǎo)專業(yè)應(yīng)同所聘教師專業(yè)職稱相一致）。經(jīng)系、教務(wù)處審查同意后，才能指導(dǎo)學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計。三、學(xué)生應(yīng)以嚴(yán)肅認(rèn)真，實事求是的態(tài)度完成設(shè)計。要獨立思考，自己動手，不得抄襲或找人代筆。四、畢業(yè)設(shè)計選題要符合專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的要求。論文（任務(wù)書）寫作要做到論點明確、論據(jù)充分，論理透徹，語言準(zhǔn)確恰當(dāng)，書面整潔、字跡工整，圖紙應(yīng)清晰、工整，符合設(shè)計要求，符合國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和部頒標(biāo)準(zhǔn)。字?jǐn)?shù)、圖紙數(shù)量符合有關(guān)要求。并在規(guī)定的時間內(nèi)完成。五、答辯過程中學(xué)生要嚴(yán)認(rèn)真，文明禮貌，謙虛謹(jǐn)慎，認(rèn)真回答答辯主持人，委員等提出的問題。六、填報有關(guān)表格時，應(yīng)按項目要求逐項填實、填全、填清。學(xué)號20xx0207017姓名xxx學(xué) 制三年制專業(yè)通信技術(shù)年級xx級教學(xué)班負(fù)責(zé)人xxx班級一班指導(dǎo)教師姓名xxx職務(wù)或職稱講師設(shè) 計 題 目單片機(jī)搶答器設(shè)計與實現(xiàn)指導(dǎo)教師評語：成績： 指導(dǎo)教師簽名： 工作單位 年 月 日系復(fù)審意見：成績： 復(fù)審人簽名： 職稱： 公章 年 月 日教務(wù)處終審意見：公章 年 月 日答 辯 情 況 記 錄答 辯 題 目答 辯 情 況正確基本正確經(jīng)提示回 答不正確未回答此表由主持答辯的同志填寫。答辯委員會（或小組）評語：成績： 主持答辯人簽名： 職稱： 月 日一、畢業(yè)設(shè)計的任務(wù)和具體要求：1.任務(wù)：(1)鞏固和提高學(xué)過的基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識；(2)提高運用所學(xué)專業(yè)知識進(jìn)行獨立思考和綜合分析、解決實際問題的能力；(3)掌握正確的思維方法和利用軟件和硬件解決實際問題的基本技能； (4)增強(qiáng)對實際通信網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)識，掌握分析處理問題的方法，進(jìn)行調(diào)試、計算等基本技能的訓(xùn)練，達(dá)到具有一定程度的實際工作能力；(5)掌握科研、資料查詢的基本方法以及獲取新知識的能力；(6)學(xué)習(xí)和獲取新知識，掌握自我學(xué)習(xí)的能力；(7)通過參與實際工作，能夠了解通信行業(yè)的具體工作。2.具體要求： 掌握用單片機(jī)制作的搶答器原理及應(yīng)用，熟練的學(xué)習(xí)atmel公司所用的at89c51/52系列。畢業(yè)設(shè)計的要求體現(xiàn)于整個工作的各個階段中，可根據(jù)課題的特點有所側(cè)重，但應(yīng)該注意一下幾點： 1.根據(jù)課題任務(wù)制定合理、可行的工作計劃； 2.進(jìn)行必要的調(diào)研和資料搜集、文獻(xiàn)閱讀； 3.制定適當(dāng)?shù)募夹g(shù)方案，并通過與其它方案的比較加以論證； 4.獨立完成系統(tǒng)或模塊的設(shè)計，軟件設(shè)計要符合軟件工程規(guī)范，硬件設(shè)計符合原理表示、線路圖紙和工藝要求的各種規(guī)范； 5.制定系統(tǒng)（模塊）的測試方法，并根據(jù)完整的測試數(shù)據(jù)對系統(tǒng)（模塊）的性能指標(biāo)做出分析和評價； 6.根據(jù)擬定的計劃來設(shè)計畢業(yè)論文，并焊接出成品；二、畢業(yè)設(shè)計應(yīng)完成的圖紙：表2-1單片機(jī)at89c51和at89c52的比較，見5頁；圖2-2-1 stc89c52的引腳分布圖； 見5頁圖2-3-1 at89c51/52存儲器的配置圖； 見7頁圖2-3-2 片內(nèi)ram的配置； 見8頁圖3-3-1 單片機(jī)的最小系統(tǒng)圖； 見9頁圖3-2 數(shù)碼管的共陰和共陽極接法； 見10頁圖4-1-1搶答器主程序流程圖 ； 見11 頁圖4-1-2 搶答器定時器中斷流程圖；見12 頁圖4-1-3 外部中斷程序圖； 見12頁表4-3-1 五種中斷源的表示；見16頁表4-3-2 選擇定時方式表；見16頁圖5-1-1 proteus 啟動界面圖；見18頁圖5-1-2 用proteus軟件查找元器件；見19頁圖5-1-3 發(fā)光二極管發(fā)光原理圖；見20頁圖5-1-4 裝載程序圖；見22頁圖5-2-1 搶答器 protues仿真圖；見23頁 圖6-4 max232與rs-232d的連接圖； 見25頁三、其他要求：四、畢業(yè)設(shè)計的期限：自 2008 年09月01日至2008 年10月10日五、畢業(yè)設(shè)計（論文）進(jìn)度計劃：起 至 日 期工 作 內(nèi) 容備 注2008/09/012008/09/032008/09/042008/09/xx2008/09/072008/09/092008/09/102008/09/122008/09/132008/09/152008/09/162008/09/182008/09/192008/09/212008/09/222008/1o/10一、設(shè)計的可行，學(xué)習(xí)proteus軟件的使用1、畫仿真圖的步驟；2、仿真的目的；二、搜集資料、熟悉設(shè)計所用器材三、電路設(shè)計1、學(xué)習(xí)使用proteus仿真軟件；2、學(xué)會使用keil下載軟件；四、熟悉keil軟件及編程1、先寫主程序；2、寫中斷程序；五、用仿真軟件實現(xiàn)其功能1、用仿真軟件來檢測寫出的程序及實現(xiàn)的功能；2、學(xué)會軟件的調(diào)試；六、焊接成品1、焊接單片機(jī)的最小系統(tǒng)；2、測試無誤后，在焊接數(shù)碼管等元件；七、硬件的調(diào)試1、檢測能否下載程序；2、看看能否實現(xiàn)其預(yù)測的功能；八、寫畢業(yè)論文1、認(rèn)真總結(jié)2、注意書寫格式及內(nèi)容；單片機(jī)搶答器設(shè)計與實現(xiàn)摘 要 此次設(shè)計提出了用at89c51單片機(jī)為核心控制元件,設(shè)計一個簡易的搶答器， 本方案以at89c51單片機(jī)作為主控核心，與max232、發(fā)光二極管、數(shù)碼管、蜂鳴器等構(gòu)成硬件操作，再利用c語言編程，來控制搶答器的功能實現(xiàn)。本設(shè)計的系統(tǒng)實用性強(qiáng)、判斷精確、操作簡單、擴(kuò)展功能強(qiáng)。其實在以往企業(yè)或?qū)W校等舉行自己搞的知識競賽中，都是主持人讀題，觀眾選手得安靜仔細(xì)聽題目，有條件的花上萬元買個電子搶答器，算是給知識競賽賽場添彩了。大多依靠主持人發(fā)揮水平，選手和觀眾渴望的類似電視臺的節(jié)目效果難以實現(xiàn)。與電視播放的那些競賽場面對照選手坐在顯示器前答題，觀眾看著大屏幕顯示題目和答案，大屏幕有搶答顯示計分排行等，絢麗的畫面有節(jié)奏的音樂差距很大，但這些都不是電視臺的專利，利用競賽軟件，運用互動式多媒體技術(shù)，將競賽題目制作成演示程序。通過投影儀大屏幕或電視墻在現(xiàn)場播放，給觀眾強(qiáng)烈的視聽感受，凝聚競賽現(xiàn)場氣氛。通過選手面前的顯示器，為參賽隊員提供最直接的看題效果，保證隊員對題目的正確理解。而我們設(shè)計的搶答器節(jié)省的不小的開支，還能直觀公正的看清哪位選手先搶答到題并有主持人來往下讀題目。它的功能實現(xiàn)是有主持人按鍵來控制總開關(guān)，主持人按下開關(guān)那么選手開始搶答，此時數(shù)碼管開始060計數(shù)，并且選手們必須在規(guī)定的時間內(nèi)進(jìn)行搶答，若過了60秒還沒搶答那么搶答失效，選手們?nèi)粲幸粋€在規(guī)定的時間內(nèi)搶答成功則其余的選手不可以再搶答，在數(shù)碼管上會顯示哪位選手搶答到題目及其所用的時間。關(guān)鍵字：stc89c52單片機(jī)、動態(tài)顯示、中斷目 錄第一章 緒論 11.1 單片機(jī)搶答器的背景 11.2 單片機(jī)搶答器的意義 11.3 搶答器的應(yīng)用 1第二章 整體設(shè)計方案 22.1 單片機(jī)的選擇 22.2 單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 42.3 單片機(jī)的存儲器配置 6第三章 硬件設(shè)計 83.1 最小系統(tǒng)的設(shè)計 83.2 數(shù)碼管顯示電路 83.3按鍵控制電路 9第四章 軟件設(shè)計 114.1 搶答器系統(tǒng)軟件設(shè)計的流程圖 114.2 主程序 124.3 中斷程序 15第五章 系統(tǒng)的仿真185.1 protenus軟件的介紹及使用 185.2 搶答器protenus軟件的仿真 22第六章 調(diào)試功能說明236.1 系統(tǒng)的調(diào)試 236.2 軟件調(diào)試問題及解決 236.3 焊接的問題及解決 246.4 單片機(jī)的通信 25結(jié)論 27工作展望 28參考文獻(xiàn) 29致謝30單片機(jī)搶答器設(shè)計與實現(xiàn)第一章 緒論1.1 單片機(jī)搶答器的背景二十世紀(jì)跨越了三個“電”的時代，即電氣時代、電子時代和現(xiàn)已進(jìn)入的電腦時代。不過，這種電腦，通常是指個人計算機(jī)，簡稱pc機(jī)。它由主機(jī)、鍵盤、顯示器等組成。還有一類計算機(jī)，大多數(shù)人卻不怎么熟悉。這種計算機(jī)就是把智能賦予各種機(jī)械的單片機(jī)（亦稱微控制器）。顧名思義，這種計算機(jī)的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進(jìn)行簡單運算和控制。因為它體積小，通常都藏在被控機(jī)械的“肚子”里。它在整個裝置中，起著有如人類頭腦的作用，它出了毛病，整個裝置就癱瘓了。現(xiàn)在，這種單片機(jī)的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表、實時工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機(jī)，就能起到使產(chǎn)品升級換代的功效，常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞“智能型”，如智能型洗衣機(jī)等?，F(xiàn)在有些工廠的技術(shù)人員或其它業(yè)余電子開發(fā)者搞出來的某些產(chǎn)品，不是電路太復(fù)雜，就是功能太簡單且極易被仿制。究其原因，可能就卡在產(chǎn)品未使用單片機(jī)或其它可編程邏輯器件上。在知識競賽中，特別是做搶答題時，在搶答過程中，為了更確切的知道哪一組或哪一位選手先搶答到題，必須要有一個系統(tǒng)來完成這個任務(wù)。若在搶答中，只靠人的視覺（或者是聽覺）是很難判斷出哪一組（或哪一個選手）先搶答到題的。利用單片機(jī)編程來設(shè)計搶答器，可以使以上問題得以解決，即使兩組的搶答時間相差幾微秒，也能輕松的分辨出哪一組（或哪個選手）先搶答到題的。本文主要介紹了搶答器的工作原理及設(shè)計，以及它的實際用途。1.2 單片機(jī)搶答器的意義本系統(tǒng)采用單片機(jī)作為整個控制核心。控制系統(tǒng)的四個模塊為：顯示模塊、存儲模塊、語音模塊、搶答開關(guān)模塊。該系統(tǒng)通過開關(guān)電路四個按鍵輸入搶答信號；利用一個數(shù)碼管來完成顯示功能；用按鍵來讓選手進(jìn)行搶答，在數(shù)碼管上顯示哪一組先答題的，從而實現(xiàn)整個搶答過程。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(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)來設(shè)計搶答器，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。本文主要介紹了單片機(jī)搶答器設(shè)計及工作原理，以及它的實際用途。系統(tǒng)工作原理本系統(tǒng)采用89c52單片機(jī)作為核心?？刂葡到y(tǒng)的四個模塊分別為：存儲模塊、顯示模塊、語音模塊、搶答開關(guān)模塊。該搶答器系統(tǒng)通過開關(guān)電路四個按鍵輸入搶答信號； 利用一個數(shù)碼管來完成顯示功能。工作時，用按鍵通過開關(guān)電路輸入各路的搶答信號，經(jīng)單片機(jī)的處理， 輸出控制信號，單片機(jī)控制的智能搶答器設(shè)計。1.3 搶答器的應(yīng)用隨著我國經(jīng)濟(jì)和文化事業(yè)的發(fā)展，在很多公開競爭場合要求有公正的競爭裁決，諸如證券、股票交易及各種智力競賽等,因此出現(xiàn)了搶答器。搶答器一般是由很多電路組成的，線路復(fù)雜，可靠性不高，功能也比較簡單，特別是當(dāng)搶答路數(shù)很多時，實現(xiàn)起來就更為困難。因此我們設(shè)計了以單片機(jī)為核心的新型智能的搶答器，在保留了原始搶答器的基本功能的同時又增加一系列的實用功能并簡化其電路結(jié)構(gòu)。搶答器又稱為第一信號鑒別器，其主要應(yīng)用于各種知識競賽、文藝活動等場合。傳統(tǒng)普通搶答器主要存在以下缺陷：（一）、在一次搶答過程中，當(dāng)出現(xiàn)超前違規(guī)搶答時，只能處理違規(guī)搶答信號，而對沒有違規(guī)的有效搶答信號不能進(jìn)行處理，因而使該次搶答過程變?yōu)闊o效。 （二）、當(dāng)有多個違規(guī)搶答時，普通搶答器或采用優(yōu)先編碼電路選擇其中一個，或利用搶答電路電子元件的“競爭”選擇其中一個。對于后者由于搶答電路制作完畢后電子元件被固定。各路搶答信號的“競爭”能力也被固定，因而本質(zhì)上也有優(yōu)先權(quán)。普通搶答器存在不公平性。 （三）、當(dāng)有多個違規(guī)搶答時，普通搶答器只能“抓住”其中一個而出現(xiàn)“漏洞”。第二章 整體設(shè)計方案2.1 單片機(jī)的選擇 2.1.1 什么是單片機(jī)單片機(jī)是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機(jī)系統(tǒng)。盡管它的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個完整計算機(jī)所需要的大部分部件：cpu、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)。單片機(jī)是將中央處理器，隨機(jī)存儲器。只讀存儲器，定時器芯片和i/o接口電路集成于一個芯片上的微控制器。單片機(jī)也被稱為微控制器（microcontroler），是因為它最早被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。單片機(jī)由芯片內(nèi)僅有cpu的專用處理器發(fā)展而來。最早的設(shè)計理念是通過將大量外圍設(shè)備和cpu集成在一個芯片中，使計算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對提及要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。intel的z80是最早按照這種思想設(shè)計出的處理器，從此以后，單片機(jī)和專用處理器的發(fā)展便分道揚鑣。早期的單片機(jī)都是8位或4位的。其中最成功的是intel的8031，因為簡單可靠而性能不錯獲得了很大的好評。此后在8031上發(fā)展出了mcs51系列單片機(jī)系統(tǒng)?；谶@一系統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開始出現(xiàn)了16位單片機(jī)，但因為性價比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。90年代后隨著消費電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)得到了巨大的提高。隨著intel i960系列特別是后來的arm系列的廣泛應(yīng)用，32位單片機(jī)迅速取代16位單片機(jī)的高端地位，并且進(jìn)入主流市場。而傳統(tǒng)的8位單片機(jī)的性能也得到了飛速提高，處理能力比起80年代提高了數(shù)百倍。目前，高端的32位單片機(jī)主頻已經(jīng)超過300mhz，性能直追90年代中期的專用處理器，而普通的型號出廠價格跌落至1美元，最高端的型號也只有10美元。當(dāng)代單片機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸機(jī)環(huán)境下開發(fā)和使用，大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在全系列的單片機(jī)上。而在作為掌上電腦和手機(jī)核心處理的高端單片機(jī)甚至可以直接使用專用的windows和linux操作系統(tǒng)。單片機(jī)是靠程序的，并且可以修改。通過不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是特殊的獨特的一些功能，這是別的器件需要費很大力氣才能做到的，有些則是花大力氣也很難做到的。一個不是很復(fù)雜的功能要是用美國50年代開發(fā)的74系列，或者60年代的cd4000系列這些純硬件來搞定的話，電路一定是一塊大pcb板！但是如果要是用美國70年代成功投放市場的系列單片機(jī)，結(jié)果就會有天壤之別！只因為單片機(jī)的通過你編寫的程序可以實現(xiàn)高智能，高效率，以及高可靠性！ 目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能ic卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄象機(jī)、攝象機(jī)、全自動洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機(jī)。更不用說自動控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。因此，單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用將造就一批計算機(jī)應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。 2.1.2 單片機(jī)的應(yīng)用單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個范疇：1.在智能儀器儀表上的應(yīng)用單片機(jī)具有體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。采用單片機(jī)控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強(qiáng)大。例如精密的測量設(shè)備（功率計，示波器，各種分析儀）。2.在工業(yè)控制中的應(yīng)用用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報警系統(tǒng)，與計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)等。3.在家用電器中的應(yīng)用可以這樣說，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機(jī)控制，從電飯褒、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備，五花八門，無所不在。4.在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)代的單片機(jī)普遍具備通信接口，可以很方便地與計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實現(xiàn)了單片機(jī)智能控制，從手機(jī)，電話機(jī)、小型程控交換機(jī)、樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動電話，集群移動通信，無線電對講機(jī)等。5.單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機(jī)，各種分析儀，監(jiān)護(hù)儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。此外，單片機(jī)在工商，金融，科研、教育，國防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途。2.1.3 如何選擇單片機(jī) atmel公司的89c52單片機(jī),是增強(qiáng)型risc內(nèi)載flash的單片機(jī),芯片上的flash存儲器附在用戶的產(chǎn)品中,可隨時編程,再編程,使用戶的產(chǎn)品設(shè)計容易,更新?lián)Q代方便。89c52單片機(jī)采用增強(qiáng)的risc結(jié)構(gòu),使其具有高速處理能力,在一個時鐘周期內(nèi)可執(zhí)行復(fù)雜的指令,每mhz可實現(xiàn)1mips的處理能力。89c52單片機(jī)工作電壓為2.76.0v,可以實現(xiàn)耗電最優(yōu)化。89c52的單片機(jī)廣泛應(yīng)用于計算機(jī)外部設(shè)備,工業(yè)實時控制,儀器儀表,通訊設(shè)備,家用電器,宇航設(shè)備等各個領(lǐng)域.由于單片機(jī)的種類很多，在選擇單片機(jī)時要依據(jù)實際設(shè)計要求選擇合適的單片機(jī)。例如當(dāng)設(shè)計僅僅需要一個單片機(jī)定時器那么選擇89c1051或89c2051即可，而不選擇89c52,因為后者的價格較高一些。當(dāng)然若程序和數(shù)據(jù)區(qū)的要求較高那么選擇的單片機(jī)還要滿足程序空間的要求。下面我們來比較89c51和89c52：數(shù)據(jù)存儲器程序存儲器定時器中斷51系列128b4kb2552系列256b8kb38表2-1-1 51和52的比較在本課題中，我們選用現(xiàn)在較為流行的52系列單片機(jī)，即選用atmel公司的stc89c52。2.2 單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)2.2.1 單片機(jī)的引腳分布及功能mcs-52的引腳說明：mcs-52系列單片機(jī)中的8032、8052及8752均采用40pin封裝的雙列直接dip結(jié)構(gòu)，右圖是它們的引腳配置，40個引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根，4組8位共32個i/o口，中斷口線與p3口線復(fù)用?，F(xiàn)在我們對這些引腳的功能加以說明： 圖2-2-1 stc89c52的引腳圖pin9:reset/vpd復(fù)位信號復(fù)用腳，當(dāng)8052通電，時鐘電路開始工作，在reset引腳上出現(xiàn)24個時鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復(fù)位。初始化后，程序計數(shù)器pc指向0000h，p0-p3輸出口全部為高電平，堆棧指針寫入07h，其它專用寄存器被清“0”。reset由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從0000h地址開始執(zhí)行程序。然而，初始復(fù)位不改變ram（包括工作寄存器r0-r7）的狀態(tài)，8052的初始態(tài)。8052的復(fù)位方式可以是自動復(fù)位，也可以是手動復(fù)位，見下圖4。此外，reset/vpd還是一復(fù)用腳，vcc掉電其間，此腳可接上備用電源，以保證單片機(jī)內(nèi)部ram的數(shù)據(jù)不丟失。 圖2-2-2復(fù)位電路和晶振電路圖1、8位微處理器和控制器2、內(nèi)部含有4kb的程序rom。3、2個16位的計數(shù)/定時器。4、內(nèi)部時鐘振蕩器5、全雙工方式的串行接口（uart）種尋址方式。6、最高時鐘振蕩頻率可達(dá)12mhz，大部分指令執(zhí)行時間為1s，乘、除指令為4s。2.2信號引腳介紹：1.輸入/輸出口線2.ale地址鎖存控制信號3.在系統(tǒng)擴(kuò)展時，ale用于控制把 口輸出的底8位地址送入鎖存器鎖存起來，以實現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的分時傳送。此外由于ale是以十二分之一晶振頻率的固定頻率輸出的正脈沖，因此可作為外部時鐘或外部定時脈沖使用。4.外部程序存儲器讀選通信號5.在讀外部rom時 有效（低電平），以實現(xiàn)外部rom單元的讀操作6.訪問程序存儲器控制信號7.當(dāng)信號為低電平時，對rom的讀操作限定在外部程序存儲器；而當(dāng) 信號為高電平時，則對rom的讀操作是從內(nèi)部程序存儲器開始，并可延續(xù)至外部程序存儲8.rst 復(fù)位信號當(dāng)輸入的復(fù)位信號延續(xù)2個機(jī)器周期以上高電平時即為有效，用以完成單片機(jī)的復(fù)位操作。9.xtal1和xtal2外接晶體引線端當(dāng)使用芯片內(nèi)部時鐘時，此二引線端用于外接石英晶體和微調(diào)電容；當(dāng)使用外部時鐘時，用于接外部時鐘脈沖信號。10.vss地線11.vcc+5v 電源2.3 單片機(jī)的存儲器配置 （b）圖2-3-1 單片機(jī)的內(nèi)部存儲器配置從用戶的角度存儲器分3個邏輯地址空間：1. 片內(nèi)外統(tǒng)一編址的64kb程序存儲器地址空間0000hffffh即（a）圖；2. 256b的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器地址空間00hffh（包括低128b的內(nèi)部ram地址00h7fh和高128b的特殊功能寄存器地址空間）即（b）圖；3. 64kb的外部數(shù)據(jù)存儲器或擴(kuò)展i/o接口地址空間0000hffffh如（c）圖。4. 畫出ram的組成ram共有256個單元，按功能分為兩部分低128單元（單元地址00h7fh）和高128單元（單元地址80hffh）。其中高128單元是供給專用寄存器使用，因這些寄存器的功能已作為專門規(guī)定故此稱之為特殊功能寄存器sfr11個sfr有位尋址作用，而且要說明低128單元是單片機(jī)的真正ram存儲器。30h7fh通用ram區(qū)20h2fh位尋址區(qū)（00h7fh）18h1fh工作寄存器3區(qū)（r7r0）10h17h工作寄存器2區(qū)（r7r0）08h0fh工作寄存器1區(qū)（r7r0）00h07h工作寄存器0區(qū) (r7r0)圖2-3-2 ram的組成圖低128單元是單片機(jī)的真正ram存儲器，按其用途劃分為三個區(qū)域：通用寄存器區(qū) 通用寄存器為cpu提供了就近數(shù)據(jù)存儲的便利，有利于提高單片機(jī)的運算速度。此外，使用通用存儲器還能提高程序編制的靈活性，因此在單片機(jī)的應(yīng)用編程中應(yīng)充分利用這些寄存器，以簡化程序設(shè)計，提高程序運行速度。位尋址區(qū)內(nèi)部ram的20h2fh單元，即可作為一般ram單元使用，進(jìn)行字節(jié)操作，也可以對單元中每一位進(jìn)行位操作，因此把該區(qū)稱之為位尋址區(qū)。工作寄存區(qū) 用戶存儲數(shù)據(jù)的。第三章 硬件設(shè)計3.1 單片機(jī)的最小系統(tǒng)52單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路圖: 圖3-1-1 單片機(jī)的最小系統(tǒng)圖說明: 復(fù)位電路:由電容串聯(lián)電阻構(gòu)成,由圖并結(jié)合電容電壓不能突變的性質(zhì),可以知道,當(dāng)系統(tǒng)一上電,rst腳將會出現(xiàn)高電平,并且,這個高電平持續(xù)的時間由電路的rc值來決定.典型的51單片機(jī)當(dāng)rst腳的高電平持續(xù)兩個機(jī)器周期以上就將復(fù)位,所以,適當(dāng)組合rc的取值就可以保證可靠的復(fù)位.一般教科書推薦c 取10u,r取8.2k.當(dāng)然也有其他取法的,原則就要讓rc組合可以在rst腳上產(chǎn)生不少于2個機(jī)周期的高電平；復(fù)位輸入高電平有效，當(dāng)振蕩器工作是，rst引腳出現(xiàn)兩個機(jī)器周期以上的高電平，使單片機(jī)復(fù)位。此電路除具有上電復(fù)位功能外，若要復(fù)位只需按“rst”鍵，此電源vcc經(jīng)電阻分壓，在rst端產(chǎn)生一個復(fù)位高電平；晶振電路:典型的晶振取11.0592mhz(因為可以準(zhǔn)確地得到9600波特率和19200波特率,用于有串口通訊的場合)/12mhz(產(chǎn)生精確的方波便于12分頻,方便定時操作)； 單片機(jī):一片at89s51/52或其他51系列兼容單片機(jī)； 注意:對于31腳(ea/vpp),當(dāng)接高電平時,單片機(jī)在復(fù)位后從內(nèi)部rom的0000h開始執(zhí)行；當(dāng)接低電平時,復(fù)位后直接從外部rom的0000h開始執(zhí)行； 電源部分：接+5伏特的電壓。 3.2 數(shù)碼管顯示電路led顯示器，實現(xiàn)七段數(shù)碼管的顯示三位十六進(jìn)制數(shù)。來進(jìn)行倒計時，即來限制搶答的時間。其中數(shù)碼管的顯示可以分為兩種：靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示。靜態(tài)顯示的段選位和位選位均單獨連接，因此占用的i/o接口多，無法擴(kuò)展多個數(shù)碼管，在這種采用這種方式，必須要給led恒定的電壓，要求電壓一直保持，所以一般在led和單片機(jī)之間加鎖存器，這種顯示方式亮度高，編程較簡單，結(jié)構(gòu)清晰，管理也較簡單，占用的cpu時間少。 動態(tài)顯示驅(qū)動：數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共端com增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的i/o線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機(jī)對位選通com端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的com端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮?xí)r間為12ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的i/o端口，而且功耗更低。從電路上，按數(shù)碼管的接法不同又分為共陰和共陽兩種。圖1-1 是共陰和共陽極數(shù)碼管的內(nèi)部電路，它們的發(fā)光原理是一樣的，只是它們的電源極性不同而已。其數(shù)碼管的外形如下圖所示： 圖3-2 數(shù)碼管的共陰和共陽極接法第四章 軟件設(shè)計4.1 搶答器流程圖流程圖是使用圖形表示算法的思路是一種極好的方法，不論采用何種程序設(shè)計方法，程序總體結(jié)構(gòu)確定后，一般以程序流程圖的形式對其進(jìn)行描述?？傮w框圖中的各個子模塊或各個子任務(wù)也應(yīng)該結(jié)合具體的教學(xué)模型和算法畫出較詳細(xì)的程序流程圖，供后面編寫具體程序和閱讀程序使用。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表示操作的內(nèi)容，流程線表示操作的先后次序。流程圖的基本結(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)。為便于識別，繪制流程圖的習(xí)慣做法是：方框表示：要執(zhí)行的處理（process）平行四邊型表示：代表資料輸入（input） 不規(guī)則圖形代表資料輸出（output）或報表輸出（print） 菱形表示：決策或判斷（例如：if.then.else） 初始化部分kz= =0啟動中斷，數(shù)碼管開始計時若有選手搶答中斷停止，數(shù)碼管顯示選手的標(biāo)號及所用的時間結(jié)束開始nyyn圖4-1-1搶答器主程序流程圖 定時器0中斷1秒時間到？中斷返回n秒加1數(shù)碼管顯示秒值y圖4-1-2 搶答器定時器中斷流程圖外部中斷0中斷k0鍵按下k1鍵按下k3鍵按下k2鍵按下中斷返回與k0鍵對應(yīng)的發(fā)光二極管亮及數(shù)碼管顯示與k1鍵對應(yīng)的發(fā)光二極管亮及數(shù)碼管顯示與k3鍵對應(yīng)的發(fā)光二極管亮及數(shù)碼管顯示與k2鍵對應(yīng)的發(fā)光二極管亮及數(shù)碼管顯示yyyynnnn圖4-1-3 外部中斷程序圖4.2 主程序我們組所設(shè)計的搶答器的程序采用的是c程序設(shè)計，c語言的顯著特點是用二進(jìn)制來編寫程序,程序的各個部分除了必要的信息交流外彼此之間相互獨立。這種結(jié)構(gòu)化方式可使程序?qū)哟吻逦? 便于使用、維護(hù)以及調(diào)試。c語言是以函數(shù)形式提供給用戶的,這些函數(shù)可方便的調(diào)用,并具有多種循環(huán)、條件語句控制程序流向,從而使程序完全結(jié)構(gòu)化。雖然c語言也是強(qiáng)類型語言，但它的語法比較靈活，允許程序編寫者有較大的自由度。本次設(shè)計的主程序中包括時鐘設(shè)計程序，定時器中斷子程序，led顯示程序以及按鍵控制子程序，程序設(shè)計如下： #includesbit k0=p10;sbit k1=p11;sbit k2=p12;sbit k3=p13;sbit d0=p14;sbit d1=p15;sbit d2=p16;sbit d3=p17;sbit b0=p37;sbit l0=p20;sbit l1=p22;sbit l2=p23;sbit l3=p24;sbit kz=p30;unsigned char qiangdanum=0x3f;unsigned char code table=0x3f,0xxx,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;unsigned char ge=0,shi=0;unsigned int num=0,time=0;void display(); /*顯示函數(shù)*/void delay(unsigned int);main()tmod=0x01; /*采用方式一，即十六位計數(shù)器*/th0=(65536-50000)/256; /*設(shè)置初始值*/tl0=(65536-50000)%256;it0=0;ea=1;et0=1; /*開啟總中斷源*/ex0=1; /*啟動外部中斷0*/while(1)display(); if(kz=0) tr0=1; /*開啟定時器0中斷*/ if(num=20) num=0; time+; if(time=60) /*60秒的計時*/ time=0; void exter0() interrupt 0 /*外部中斷程序*/ea=0;l0=0; if(k0=0) /*開關(guān)0按下*/d0=0;qiangdanum=1;b0=1; /* 1號選手搶答成功，數(shù)碼管顯示1，蜂鳴器響，第1個二極管亮*/if(k1=0) /*開關(guān)1按下*/ d1=0;qiangdanum=2;b0=1; /* 2號選手搶答成功，數(shù)碼管顯示2，蜂鳴器響，第2個二極管亮*/if(k2=0) /*開關(guān)2按下*/ d2=0;qiangdanum=3;b0=1; /* 3號選手搶答成功，數(shù)碼管顯示3，蜂鳴器響，第3個二極管亮*/if(k3=0) /*開關(guān)3按下*/ d3=0;qiangdanum=4;b0=1; /* 4號選手搶答成功，數(shù)碼管顯示4，蜂鳴器響，第4個二極管亮*/void time0() interrupt 1num+;th0=(65536-50000)/256;tl0=(65536-50000)%256; /*1秒定時函數(shù)*/void delay(unsigned int z)unsigned int x,y; for(x=z;x0;x-) for(y=110;y0;y-); /*延遲函數(shù)*/void display(void) shi=time/10;ge=time%10;p2=0xef;p0=tablege;delay(5);p2=0xf7;p0=tableshi;delay(5);p2=0xfe;p0=tableqiangdanum;delay(5); /*顯示函數(shù)：來顯示0-60的計數(shù)*/4.3 中斷程序4.3.1 什么是中斷中斷是指由于某種隨機(jī)事件的發(fā)生，計算機(jī)暫?，F(xiàn)行的程序的運行，轉(zhuǎn)去執(zhí)行另一個程序，以處理發(fā)生的事件，處理完畢后又自動返回原來的程序繼續(xù)運行。有五種中斷源：外部中斷0、外部中斷1、定時器中斷0、定時器中斷1、串行中斷。它們的描述如下圖所示：中斷源符號名稱終端引起的原因中斷矢量地址int0外部中斷0由p3.2低電平或下降沿信號0003ht0定時器中斷0定時/計數(shù)器0回零溢出p3.40013hint1外部中斷1由p3.3低電平或下降沿信號000bht1定時器中斷1定時/計數(shù)器1回零溢出p3.5001bhti/ri串行中斷串行口接收或發(fā)送完幀數(shù)據(jù)引起的中斷0023h表4-3-1 五種中斷源的表示4.3.2 中斷所用到的寄存器介紹定時器/計數(shù)器中所介紹的寄存器：（1）、定時器/計數(shù)器控制寄存器tcontcon的作用是控制定時器的啟動停止，標(biāo)志定時器的溢出和中斷情況；（2）、中斷允許控制寄存器ie對中斷源的開放或屏蔽是由中斷寄存器ie控制的，地址為0a8h，即可以按字節(jié)尋址，也可以按位尋址。當(dāng)單片機(jī)復(fù)位時，ie被清零。（3）、串行控制寄存器scon定時/計數(shù)器的控制方法：在啟動定時/計數(shù)器工作之前cpu必須將一些命令（稱為控制字）寫入定時/計數(shù)器中，這個過程稱為定時/計數(shù)的初始化。（定時/計數(shù)器的初始化通過定時/計數(shù)器的方式寄存器tmod和控制寄存器tcon來完成。定時/計數(shù)器方式寄存器tmodgatec/tm1m0gatec/tm1m0定時器1 定時器0m1m0工作方式功能說明00方式013位計數(shù)器01方式116位計數(shù)器10方式2自動再裝入8位計數(shù)器11方式3定時器0：分成兩個8位計數(shù)器；定時器1：停止計數(shù)表4-3-2 選擇定時方式表中斷程序的編寫的步驟：（1）、根據(jù)要求設(shè)置ie（中斷允許寄存器）的對應(yīng)位ea（ea總中斷允許位 ea=1開放所有的中斷；ea=0禁止所有的中斷），某個中斷源還有相應(yīng)的中斷允許位、當(dāng)=1時：允許相應(yīng)中斷源的中斷；、當(dāng)=0時：禁止相應(yīng)中斷源的中斷；（2）、int0、int1設(shè)定觸發(fā)方式it0（外部中斷觸發(fā)方式控制位）當(dāng)為0時：低電平觸發(fā)；當(dāng)為1時：下降沿觸發(fā)；（3）、返回值是void中斷函數(shù)名（） interrupt()4.3.2 為什么采用中斷控制方式cpu與外部設(shè)備的數(shù)據(jù)傳送方式：（1）、無條件傳送方式cpu總認(rèn)為外設(shè)處于準(zhǔn)備好的狀態(tài)，外設(shè)比較簡單（2）、程序查詢傳送方式外設(shè)有一個狀態(tài)（狀態(tài)存儲在寄存器內(nèi)）缺點：cpu工作效率低，cpu處于等待的狀態(tài)，為解決此缺點便出現(xiàn)了第三種傳送方式（3）、中斷傳送方式中斷是指由于某種隨機(jī)事件的發(fā)生，計算機(jī)暫停現(xiàn)行的程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行另一程序以處理發(fā)生的 事件，處理完畢后又自動返回原來的程序繼續(xù)運行。優(yōu)點：（1）、實現(xiàn)分時操作cpu分為多個i/o設(shè)備服務(wù)，提高計算機(jī)的利用率（提前安排好的函數(shù)而中斷不同）；（2）、實時響應(yīng)cpu能夠及時處理應(yīng)用系統(tǒng)的隨機(jī)事件，系統(tǒng)的實時性大大增強(qiáng)；（3）、可靠性高cpu具有處理設(shè)備故障及掉電等突發(fā)性事件的能力，從而使系統(tǒng)的可靠性提高。定時器的初始化（1）確定工作方式-對tmod賦值；（2）設(shè)置初始值-直接將初值寫入tho，tlo；（3）開啟定時器的中斷-eto=1 ea=1；（4） 啟動定時器-將tr0或tri置“1”。第五章 系統(tǒng)的仿真5.1 proteus軟件的介紹及使用5.1.1 什么是proteus軟件proteus軟件是labcenter electronics公司的一款電路設(shè)計與仿真軟件，它包括isis、ares等軟件模塊，ares模塊主要用來完成pcb的設(shè)計，而isis模塊用來完成電路原理圖的布圖與仿真。proteus的軟件仿真基于vsm技術(shù)，它與其他軟件最大的不同也是最大的優(yōu)勢就在于它能仿真大量的單片機(jī)芯片，比如mcs-51系列、pic系列等等，以及單片機(jī)外圍電路，比如鍵盤、led、lcd等等。通過proteus軟件的使用我們能夠輕易地獲得一個功能齊全、實用方便的單片機(jī)實驗室。5.1.2 怎樣操作proteus仿真軟件在進(jìn)行下面的操作前，我先說明一點：我的proteus版本是7.1，如果你使用的是6.9以前的版本，可能你發(fā)現(xiàn)在鼠標(biāo)操作上會略有不同。這主要表現(xiàn)在6.9以前的版本鼠標(biāo)左右鍵的作用與一般軟件剛好相反，而7.0以后已經(jīng)完全改過。首先我們把壓縮文件解壓到d盤，然后找到isis manage找到find key 然后再安裝即可使用，雙擊打開桌面是上的那個軟件即可使用。下面我們首先來熟悉一下proteus的界面。proteus是一個標(biāo)準(zhǔn)的windows窗口程序，和大多數(shù)程序一樣，沒有太大區(qū)別，其啟動界面如下圖所示：圖5-1-1 proteus 啟動界面圖如圖中所示，區(qū)域為菜單及工具欄，區(qū)域為預(yù)覽區(qū)，區(qū)域為元器件瀏覽區(qū)，區(qū)域為編輯窗口，區(qū)域為對象拾取區(qū)，區(qū)域為元器件調(diào)整工具欄，區(qū)域為運行工具條。下面我們就以建立一個和我們在keil簡介中所講的工程項目相配套的proteus工程為例來詳細(xì)講述proteus的操作方法以及注意事項。首先點擊啟動界面區(qū)域中的“p”按鈕（pick devices，拾取元器件）來打開“pick devices”（拾取元器件）對話框從元件庫中拾取所需的元器件。對話框如下圖所示：圖5-1-2 用proteus軟件查找元器件在對話框中的“keywords”里面輸入我們要檢索的元器件的關(guān)鍵詞，比如我們要選擇項目中使用的at89c51，就可以直接輸入。輸入以后我們能夠在中間的“results”結(jié)果欄里面看到我們搜索的元器件的結(jié)果。在對話框的右側(cè)，我們還能夠看到我們選擇的元器件的仿真模型、引腳以及pcb參數(shù)。搜索到所需的元器件以后，我們可以雙擊元器件名來將相應(yīng)的元器件加入到我們的文檔中，那么接著我們還可以用相同的方法來搜索并加入其他的元器件。當(dāng)我們已經(jīng)將所需的元器件全部加入到文檔中時，我們可以點擊“ok”按鈕來完成元器件的添加。添加好元器件以后，下面我們所需要做的就是將元器件按照我們的需要連接成電路。首先在元器件瀏覽區(qū)中點擊我們需要添加到文檔中的元器件，這時我們就可以在瀏覽區(qū)看到我們所選擇的元器件的形狀與方向，如果其方向不符合你的要求，你可以通過點擊元器件調(diào)整工具欄中的工具來任意進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整完成之后在文檔中單擊并選定好需要放置的位置即可。接著按相同的操作即可完成所有元器件的布置，接下來是連線。事實上proteus的自動布線功能是如此的完美以至于我們在做布線時從來都不會覺得這是一項任務(wù)，而通常像是在享受布線的樂趣。布線時我們只需要單擊選擇起點，然后在需要轉(zhuǎn)彎的地方單擊一下，按照你所需走線的方向移動鼠標(biāo)到線的終點單擊