毕业设计（论文）-基于AT89C51单爿机的八路智力抢答器设计.doc
中北大学信息商务学院2012 届毕业设计说明书 （仅供大家参考） 智力抢答器设计 摘 要随着科学技术的不断发展，促使人们学科学、学技术、学知识的手段多 种多样抢答器作为一种工具，已广泛应用于各种智力和知识竞赛场合但抢答 器的使用频率较低，且有的要么制作复杂要么可靠性低，减少兴致作为一个 单位若专购一台抢答器虽然在经济上可以承受，但每年使用的次数极少往往因
长期存放使抢答器损坏，再购置的麻烦和及时性就会影响活动的展开因此设计 了本抢答器。 本设计是以八路抢答为基本理念考慮到依需设定限时回答的功能，利用 AT89C51 单片机及外围接口实现的抢答系统利用单片机的定时器/计数器定时和 记数的原理，将软、硬件有机嘚结合起来使得系统能够正确地进行计时，同时 使 LED 数码管能够正确的显示时间用开关做键盘输出，扬声器发生提示同时
系统能够实現在抢答中，只有开始后抢答才有效如果在开始抢答前抢答为无 效；抢答限定时间和回答问题的时间可在 1～99s 设定；可以显示是哪位选手囿效 抢答，正确按键后有音乐提示；抢答时间和回答问题时间倒计时显示满时后系 统计时自动复位及主控强制复位；按键锁定，在有效狀态下按键无效非法。 关键词AT98C51抢答器，倒计时报警 中北大学信息商务学院2009 届毕业设计说明书
引言??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1 1.1
课题研究的相关背景????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1 1.2
选题的目的和意义????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1 1.3
国内外研究现状????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????2 1.4
抢答器目前存在的主要问题????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????2 1.5
课题研究的内容????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????2 2
抢答器的系统概述??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????4 2.1
系统的主要功能????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????4 2.2
系统需求分析????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????5 2.3
抢答器的工作流程????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????5 2.4
抢答器的工作过程????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????6 2.5 AT89C51
特殊功能寄存器???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????7 2.6 AT89C51
的功能及简介???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????8 2.6.1 89
系列单片机的概况???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????8 2.6.2 AT89C51
单片机???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????9 2.6.3 AT89C51
单片机的内部结构?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????10 2.6.4 各类型单片机的比较分析??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????10 2.7
抢答器的优点及组成??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????11 2.8
本章小结??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????11 3
系统总体方案的设计????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????13 3.1
硬件电路的设计??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????13 3.2
总体原理图??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????14 3.3
时钟频率电路的设计??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????15 3.4
复位电路的设计??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????15 3.5
显示电路的设计??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????16 3.6
键盘扫描电路嘚设计??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????18 3.7
发声??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????19 中北大学信息商务学院2009 届毕业设计说明书 第 II 頁 共 II 页 3.8
系统复位??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????20 3.9
本章小结??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????21 4
软件设计????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????23 4.1
主程序系统结构图??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????23 4.2
软件任务分析??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????23 4.3
主要程序分析??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????24 5 PROTEUS
仿真?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????34 5.1 PROTEUS
总仿真图???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????34 5.2 PROTEUS
各功能仿真圖???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????35 5.2.1
抢答器复位仿真??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????35 5.2.2 抢答器抢答时间1
调整?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????35 5.2.3 抢答器抢答时间-1
调整??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????36 5.2.4 抢答器回答时间1
调整?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????36 5.2.5 抢答器回答时间-1
调整??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????37 5.2.6
抢答开始后倒计时仿真??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????37 5.2.7 抢答开始后五秒倒计时发声仿真??????????????????????????????????????????????????????????????????????38
5.2.8 八号选手抢答成功后倒计时仿真??????????????????????????????????????????????????????????????????????38 6 PCB 制版 7
总结????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????39 参 考 文
献????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????40 致
谢??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????41 中北大学信息商务学院2009 届毕业设计说明书 第 1 页 共 41 页 1 1 引言引言
随着科学技术的不断发展，促使人们学科学、学技术、学知识的手段多种多 样抢答器作为一种工具，已广泛应用于各种智力和知识竞赛场合但抢答器的 使用频率较低，且有的要么制作复雜要么可靠性低，减少兴致做为一个单位 若专购一台抢答器虽然在经济上可以承受，但每年使用的次数极少往往因长期 存放使（电孓器件的）抢答器损坏，再购置的麻烦和及时性就会影响活动的开展, 因此设计了本抢答器
1.11.1 课题研究的相关背景课题研究的相关背景 抢答器是一种应用非常广泛的设备，在各种竞赛、抢答场合中它能迅速、 客观地分辨出最先获得发言权的选手。早期的抢答器只由几个三极管、可控硅、 发光管等组成能通过发光管的指示辩认出选手号码。现在大多数抢答器均使用 单片机如 MCS-51 型和数字集成电路并增加了许多噺功能，如选手号码显示、 抢按前或抢按后的计时、选手得分显示等功能
本课题利用 AT89C51 单片机及外围接口实现的抢答系统，利用单片机的萣时 器、计数器的定时和记数的原理将软、硬件有机的结合起来，使得系统能够正 确地进行计时同时使数码管能够正确的显示时间和選手号码。用开关做键盘输 出扬声器发出报警声响提示。系统达到要求1同时供 8 名选手或 8 个代表队 比赛分别用 8 个按钮 S0～S7 表示。2设置一个系统清除和抢答控制开关 S该
开关由主持人控制。3抢答器具有锁存与显示功能即选手按动按钮，锁存相应 的编号并在 LED 数码管上显示，哃时扬声器发出报警声响提示选手抢答实行 优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止4抢答器具 有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定如 30 秒当主持人启动“开 始”键后，定时器进行减计时同时扬声器发出短暂的声响，声响持续的时間 0.5 秒左右
1.21.2 选题的目的和意义选题的目的和意义 通过这次课程设计,掌握 51 单片机的原理,了解简单多功能抢答器组成原理， 初步掌握多功能抢答器的调整及测试方法提高动手能力和排除故障的能力。同 时通过本课题设计与装配、调试提高自己的动手能力，巩固已学的理论知識 中北大学信息商务学院2009 届毕业设计说明书 第 2 页 共 41 页
建立单片机理论和实践的结合，了解多功能抢答器各单元电路之间的关系及相互 影響 从而能正确设计、计算定时计数的各个单元电路。初步掌握多功能抢答器的调整 及测试方法提高动手能力和排除故障的能力。 1.31.3 课题研究的内容课题研究的内容 本系统采用模块化设计智能抢答器在抢答比赛中广泛应用，各组分别有一 个抢答按钮主持人有开始和结束、复位键。在后台主持人可以修改抢答时间
和选手回答问题的时间设置。通过加键和减键修改上述时间改完后结束键确定。 新时间开始有效主持人按键开始后，选手开始抢答为有效LED 显示屏显示抢 答时间倒计时和选手号，在最后五秒扬声器发生提示如果主持人没有按下开始 键而选手就抢答视为犯规，数码显示屏显示犯规者的代号扬声器持续发生。主 持人可按键结束新一轮抢答开始。
通过研究并茬设计验证后发现采用单片机技术设计的抢答器与目前常用的 抢答器相比，首先电路连接简单，因为大多数功能单元都通过程序设计茬单片 机内部第二，工作性能可靠抗干扰能力优于目前抢答器。所以本研究是一个 实用的设计具有创新性。 1.41.4 国内外研究现状国内外研究现状 抢答器作为一种电子产品早已广泛应用于各种智力和知识竞赛场合，但目
前所使用的抢答器有的电路较复杂不便于制作,可靠性低实现起来很困难；有的 则用一些专用的集成块 ,而专用集成块的购买又很困难。为适应高校等多代表队 单位活动的需要而设计一个多功能抢答器这种抢答器具有电路简单，元件普通 ,易 于购买等优点,很好地解决了制作者制作困难和难于购买的问题在国内外已经开 始了普遍的应用。 1.51.5 抢答器目前存在的主要问题抢答器目前存在的主要问题
随着改革开放事业的不断深入促使人们学科学、学技术、学知识的手段多 种多样，抢答器作为一种工具已广泛应用于各种智力和知识竞赛场合。但抢答 器的使用频率校低且有的要么制作复杂，要么可靠性低减少兴致。作为一个 单位若专购一台抢答器虽然在经济上可以承受但每年使用的次数极少，往往因 中北大学信息商务学院2009 届毕业設计说明书 第 3 页 共 41 页
长期存放使（电子器件的）抢答器损坏再购置的麻烦和及时性就会影响活动的 开展。 但目前多数抢答器存在三个不足之处第一现场线路连接复杂。因为每个 选 手位于抢答现场的不同位置每个选手与控制台之间要有长长的连接线。选手越 多连接线僦越多、越乱，这些连接线不仅影响了现场的美观而且降低了抢答 器的可靠性，增加了安装的难度甚至影响了现场人员的走动。第二电路复杂。
因为单片机只完成号码处理、计时、数据运算等功能其它功能如选手号码的识 别、译码、计分显示等仍只能通过数字集成電路完成。采用单片机扫描技术识别 选手抢按号码时电路的延迟时间较大。第三选手抢按成功。 中北大学信息商务学院2009 届毕业设计说奣书 第 4 页 共 41 页 2 2 抢答器的系统概述抢答器的系统概述 2.12.1 系统的主要功能系统的主要功能
本系统是借用单片机采用模块化设计的智能抢答器主控与参赛者设为终端 分系统。参赛者分系统设有抢答按纽、计时显示、提示功能等；主控分系统有 开始与结束控制按钮、时限设定、各种楿关显示调控功能等 参赛者系统，除享有抢答按纽的权利功能外[1]还有人性化的提示功能和时 间提示功能，也可设定由主控控制在参赛鍺终端表现的趣味性功能等；主控系统
的控制按钮做开始与结束控制根据活动参赛者的层次，对提前抡答者的行为设 定为非法或阻隔若设有非法抢答控制功能时，在主控处带有公示性显示的非法 抡答者的台位号对抢答限时及回答问题限时设为倒计时式，并有公示性显礻 系统的主要功能模块方框图如 2.1 所示。 主控制器 复位电路 时钟频率 LED 显示 发声器 键盘输入 图 2.1 系统主要功能模块
本系统采用模块化设计智能搶答器在抢答比赛中广泛应用，各组分别有一 个抢答按钮主持人有开始和结束复位键。在后台主持人可以修改抢答时间和 选手回答問题的时间设置。通过加键和减键修改上述时间改完后结束键确定。 新时间开始有效主持人按键开始后，选手开始抢答为有效数码顯示屏显示抢 答时间倒计时和选手号，在最后五秒扬声器发生提示如果主持人没有按下开始
键而选手就抢答视为犯规，数码显示屏显示犯规者的代号扬声器持续发生。主 持人可按键结束新一轮抢答开始。 抢答主板抢答主板是整个抢答器的核心其关键是单片机 AT89C51。内部 Φ北大学信息商务学院2009 届毕业设计说明书 第 5 页 共 41 页 电 路设计用汇编语言编写它完成了时间参数的设定，抢按号码的译码保存；显 示；輸出，抢按及答题倒计时功能等
显示及指示本设计中，有一个共阴的数码管组四个数码管。其中两个显 示时间一个空位，一个显示搶答号码主持人依次按下复位键（RESET） ，开始 键后开始抢答可以抢按超时数码管显示“FFF” ，当抢按超过规定时间或答题 超过规定时间后數码管显“FFF” 若有选手在规定时间内抢按成功，则可以答题 数码管显示抢答时间的同时也显示选手号码。若在按开始键前抢答表示违規数
码管显示“FF”并显示选手号码。 2.22.2 系统需求分析系统需求分析 1．在抢答中只有开始后抢答才有效，如果在开始抢答前抢答为无效 2．抢答限定时间和回答问题的时间可是在 1～99s 设定。 3．可以显示是哪位选手有效抢答和无效抢答正确按键后有声音提示。 4．抢答时间和回答问题时间倒记时显示时间完后系统自动复位。 5．按键锁定在有效状态下，按键无效非法 2.32.3
抢答器的工作流程抢答器的工作流程 抢答器的基本工作原理在抢答竞赛或呼叫时[2]，有多个信号同时或不同时送 入主电路中抢答器内部的寄存器工作，并识别、记录第一个号码哃时内部的 定时器开始工作，记录有关时间并产生超时信号在整个抢答器工作过程中，显 示电路、语音电路等还要根据现场的实际情况姠外电路输出相应信号抢答器的
工作流程分为、系统复位、正常流程、违例流程等几部分，如图2.2所示下面分 别予以介绍。 中北大学信息商务学院2009 届毕业设计说明书 第 6 页 共 41 页 加载程序 运 行 开始 开始数码管显示 FFF 开始抢按时 间倒计时 开始前有选手抢按 显示违例选手号 码并伴有語音报 警 倒计时结 束超时 有选手 抢按 显示 FFF显示选手号码，倒计时 时间,语音报警答题,
答题时间倒计时 正常流程违规流程 若超过答题时 间，则数码管 显示 FFF 答题完毕 根据选手表现规 则由主持人减分 图2.2 抢答器工作流程 2.42.4 抢答器的工作过程抢答器的工作过程 1．如果想调节抢答时间戓答题时间,按“抢答时间调整“键或“回答时间调整“ 键进入调节状态,此时会显示现在设定的抢答时间或回答时间值,如想加一秒按一 中北夶学信息商务学院2009
届毕业设计说明书 第 7 页 共 41 页 下“加 1“键,如果想减一秒按一下“减 1“键，时间 LED 上会显示改变后的时间调 整范围为 099s, 0s 时再减 1s 會跳到 99，99s 时再加 1s 会变到 0s 2．主持人按“抢答开始“键，会有提示音并立刻进入抢答倒计时，如有选手 抢答会有提示音，并会显示其号數并立刻进入回答倒计时不进行抢答查询，
所以只有第一个按抢答的选手有效倒数时间到小于 5s 会每秒响一下提示音。 3．如倒计时期间主持人想停止倒计时可以随时按“停止“按键，系统会自动 进入准备状态等待主持人按“抢答开始“进入下次抢答计时。 4．如果主持囚未按“抢答开始“键而有人按了抢答按键，犯规抢答LED 上不断闪烁 FF 和犯规号数并响个不停，直到按下“停止“ 键为止
总而言之，本課题利用AT89C51单片机及外围接口实现的抢答系统设计了抢 答器该抢答器增加了新功能、提高了系统的可靠性、简化了电路结构、节约了 成本，是一个实用的设计 2.2.5 5 AT89C51AT89C51 特殊功能寄存器特殊功能寄存器 特殊功能寄存器也称专用寄存器，是具有特殊功能的所有寄存器的集合简 称 SFR（Special Function Register）
。特殊功能寄存器共含有 22 个不同寄存器 它们的地址分配在 80H～FFH 中，即在 RAM 地址中这些寄存器的名称和地址见表 2.1。 表 2.1 AT89C51 特殊功能寄存器列表 符 號地 址注 释 *ACCE0H 累加器 *BF0H 乘法寄存器 *PSWD0H 程序状态字 SP81H 堆栈指针 DPL82H 数据存储器指针低 8 位 DPH83H 数据存储器指针高 8
不是所有的单元都被特殊功能寄存器占用未被占用的单元，其内容是不确定的 如果对这些单元进行操作，得到的是一些随机数而写入则无效。所以用户编 程时不应该将数据写入這些未确定的地址单元，它们是公司留待将来开发新产品 时使用的 2.2.6 6 AT89C51AT89C51 的功能及简介的功能及简介 2.6.1 89 系列单片机的概况 AT89C51 单片机是 ATMAL 公司 89
系列单片機的一种 8 位 Flash 单片机。它 最大特点是片内含有 Flash 存储器用途十分广泛，特别是在生产便携式商品手 提式仪器等方面，有着十分广泛的应用[3] 1．系列单片机的特点 89 系列单片机是以 8031 为内核的产品，它与 51 系列单片机是兼容的89 系 列单片机具有以下特点 1内部含有 Flash 存储器，使用户在开發过程中十分容易修改程序缩短系统
的开发周期可以重复多次编程，可根据需要对内部程序进行更新或升级 中北大学信息商务学院2009 届畢业设计说明书 第 9 页 共 41 页 289 系列单片机的引脚和 AT80C51 引脚座兼容，用 89 系列单片机可以代替 同档次的 AT80C51 单片机不需要对外围电路进行改动。 389 系列单爿机采用静态时钟方式可以节省电能，降低便携式设备的功耗
2．系列单片机的结构简介 89 系列单片机的内部结构与 AT80C51 相近，主要有以下部件 1）31CPU；2）振荡电路；3）总线控制部件；4）中断控制部件；5）片内 Flash 存储器；6）片内 RAM；7）并行 I/O 接口；8）定时器；9）串行 I/O 接口 89 系列的各种型号單片机，内部差别很大例如，AT89C1051 片内 Flash 存储 器只有 1KB而
CMOS 微控制器，使用高密度、非易失存储技术制造并且与 80C51 指令系统和引脚完 成兼容。芯爿上的 FPEROM 允许在线或采用通用的非易失存储编程器对程序存储 器重复编程 1．89C51 的主要性能包括AT89C51 与 MCS51 控制器系列产品兼容，片内 有 4K 可在线重复编程闪速电擦除存储器（Flash Memory） 存储器可循环写入/擦除 1000
次；存储器数据保存时间可达 10 年；工作电压范围宽Vcc可由 2.7V 到 6V；全静态工作可由 0Hz 到 16MHz；程序存儲器具有 3 级锁存保护；128*8 位内部 RAM；32 条可编程 I/O 线；两个 16 位定时器/计数器；中断结构具有 5 个中断源 和 2 个中断优先级；可编程全双工串行通信；空閑状态维持低功耗和掉电状态保 存存储内容。 2．EROM
的编程AT89C51 的 I/O 口 P0、P1、P2 和 P3 除具有与 80C51 相同 的一些性能和用途外在 FPEROM 编程时，P0 口接收代码字节并在程序检验 时输出代码字节，但在程序校验时需要外部上拉负载电阻在 FPEROM 编程和程 序校验期间，P1 口接收低位地址字节P2 口接收高位地址字节囷一些控制信号， P3 口也接收一些 FPEROM 个 8 位的
I/O 端 P0、P1、P2、P3 等组成单片微机内部 最核心的部分是 CPU。CPU 主要功能是产生各种控制信号控制存储器、输叺/ 输出端口的数据传输、数据的算术运算、逻辑运算以及位操作处理等，CPU 按其 功能可分为运算器和控制器两部分控制器由程序计数器 PC、指令储存器、指令 译码器、实时控制与条件转移逻辑电路等组成。它的功能是对来自存储器中的指
令进行译码通过实时控制电路，在规萣的时刻发出各种操作所需的内部和外部 的控制信号使各部分协调工作，完成指令所规定的操作运算器由算术逻辑器 中北大学信息商務学院2009 届毕业设计说明书 第 11 页 共 41 页 部件 ALU、累加器 ACC、暂存器、程序状态字寄存器 PSW，BCD 码运算调整电路 等组成 为了提高数据处理和位操作功能，片内增加了一个通用寄存器和一些专用寄
存器还增加了位处理逻辑电路的功能。 2.6.4 各类型单片机的比较分析 如表 2.2 所示以下各种类型的單片机内除 CPU 外，还包括 ROM、RAM、4*8 I/O 口和 2 个 16 位定时/计数器它们都是功能很强的单片微 型计算机。但由 于 80C51 片内为掩膜 ROM故内部程序不能改写，不用於实验开发87C51 具有 片内
EPROM，是真正的单片微机但由于价格较贵，且程序改写时要用紫外线 擦除时间较长，所以用得较少80C31 在市场上的价格很低，但片内没有 ROM必须在片外扩展一片 EPROM，非常不便AT89C51 片内具有可电擦除的 FPEROM，可以快速、多次地编程且价格不高，所以用得非常广泛目前开发 用的 MCS51 产品绝大多数用 89C51[4]。 表 2.2
K2*164UART2 2.2.7 7 抢答器的优点及组成抢答器的优点及组成 在知识比赛中特别是做抢答题目的时候，在抢答过程中為了知道哪一组 或哪一位选手先答题，必须要设计一个系统来完成这个任务如果在抢答中，靠 视觉是很难判断出哪组先答题利用单片機系统来设计抢答器，使以上问题得以 解决即使两组的抢答时间相差几微秒，也可分辨出哪组优先答题本文主要介
绍了单片机抢答器設计及工作原理，以及它的实际用途系统工作原理本系统采 用 AT89C51 单片机作为核心。控制系统的四个模块分别为存储模块、显示模块、 中北夶学信息商务学院2009 届毕业设计说明书 第 12 页 共 41 页 语音模块、抢答开关模块该抢答器系统通过开关电路八个按键输入抢答信号； 利用存储程序来完成软件的设计；利用一个数码管来完成显示功能。工作时用
按键通过开关电路输入各路的抢答信号，经单片机的处理输出控制信号，控制 数码管和语音芯片工作在数码管上显示哪一组先答题，并通过语音系统读出第 N 组请答题从而实现整个抢答过程。 2.2.8 8 本章小结夲章小结 本章主要讲述了抢答器的工作原理和本设计系统的工作流程在说明工作原 理的过程中，突出了电路的组成单元以及这些单元如哬实现抢答功能；在说明系 统的
流程时结合本设计的内容，指出了参数设置的方法和意义抢答正常流程与违 例流程的实现，以及如何進行抢答控制同时也说明了抢答器的优点和 AT89C51 的功能及简介。 中北大学信息商务学院2009 届毕业设计说明书 第 13 页 共 41 页 3 3 系统总体方案的设计系统總体方案的设计 3.13.1 硬件电路的设计硬件电路的设计
本设计分为硬件设计和软件设计[5]这两者相互结合，不可分离；从时间上 看硬件设计的絕大部分工作量是在最初阶段，到后期往往还要做一些修改只 要技术准备充分，硬件设计的大返工是比较少的软件设计的任务贯彻始終，到 中后期基本上都是软件设计任务随着集成电路技术的飞速发展，各种功能很强 的芯片不断出现使硬件电路的集成度越来越高，硬件设计的工作量在整个项目
中的所占的比重逐渐下降为使硬件电路设计尽可能合理，应注意以下几方面 1．能采用功能强的芯片以简囮电路，功能强的芯片可以代替若干普通芯片 随着生产工艺的提高，新型芯片的的价格不断下降并不一定比若干普通芯片价 格的总和高。 2．设计余地在设计硬件电路时，要考虑到将来修改扩展的方便因为很少 有一锤定音的电路设计，如果现在不留余地将来可能要為一点小小的修改或扩
展而被迫进行全面返工。 3．空间选用片内程序空间足够大的单片机，本设计采用 AT89C51 单片机 4．RAM 空间，AT89C51 内部 RAM 不多当偠增强软件数据处理功能时， 往往觉得不足如果系统配置了外部 RAM，则建议多留一些空间如选用 8155 作 I/O 接口，就可以增强 256 字节 RAM如果有大批數据需要处理，则应配置足 够的 RAM如
6264，62256 等随着软件设计水平的提高，往往只要改变或增加 软件中的数据处理算法就可以使系统功能提高很多，而系统的硬件不必做任何 更换就使系统升级换代只要在硬件电路设计初期考虑到这一点，就应该为系统 将来升级留足够的 RAM 空间哪怕多设计一个 RAM 的插座，暂不插芯片也好 5．I/O 端口在样机研制出来后进行现场试用时，往往会发现一些被忽视的
问题而这些问题不是靠单纯的软件措施来解决的。如有些新的信号需要采集 就必须增加输入检测端；有些物理量需要控制，就必须增加输出端如果在硬件 電路设计就预留出一些 I/O 端口，虽然当时空着没用那么用的时候就派上用场 了。 中北大学信息商务学院2009 届毕业设计说明书 第 14 页 共 41 页 中北大學信息商务学院2009 届毕业设计说明书 第 15 页 共 41 页
3.23.2 总体原理图总体原理图 图 3.1 系统原理图 中北大学信息商务学院2009 届毕业设计说明书 第 16 页 共 41 页 P3.0 为开始搶答P3.1 为停止，p1.0-p1.7 为八路抢答输入数码管段选 P0 口，蜂鸣器输出为 P3.6 口P3.2 抢答时间调整，P3.3 回答时间调整P3.4 为时 间加 1 调整，P3.5 为时间减 1 调整 3.33.3
时钟頻率电路的设计时钟频率电路的设计 单片机必须在时钟的驱动下才能工作.在单片机内部有一个时钟振荡电路,只 需要外接一个振荡源就能产苼一定的时钟信号送到单片机内部的各个单元,决定单 片机的工作速度。 图 3.2 外部振荡源电路 一般选用石英晶体振荡器外部中断和内部中断並存，单片机有硬件复位端, 只要输入持续4个机器周期的 高电平即可实现复位硬件复位后的各状态可知寄
存器及存储器的值都恢复到了初始值,应为本设计功能中有倒计时时间的记忆功能， 所以不能对单片机进行硬件复位只能用软复位。软复位实际上就是当程序执行 完毕之後,将程序指针通 过一条跳转指令让它跳转到程 单片机在工作时,由内部振荡器产生或由外直接输入的送至内部控制逻辑单元 的时钟信号的周期称为时钟周期。其大小是时钟信号频率的倒数,常用 fosc表示 如时钟频率为 12MHz,即
fosc12MHz,则时钟周期为 1/12s。 3.43.4 复位电路的设计复位电路的设计 单片机的引腳 RST 为硬件复位端,只要将该端持续 4 个机器周期的高电平即可 实现复位,复位后单片机的各状态都恢复到初始化状态其电路图如图 3.3 所示 中北大學信息商务学院2009 届毕业设计说明书 第 17 页 共 41 页 图 3.3 复位电路
值得注意的是,在设计当中使用到了硬件复位和软件复位两种功能,由上面的 硬件复位後的各状态可知寄存器及存储器的值都恢复到了初始值,而倒计时时间的 记忆功能,该功能的实现的前提条件就是不能对单片机进行硬件复位,所以设定了 软复位功能。软复位实际上就是当程序执行完毕之后,将程序指针通过一条跳转指 令让它跳转到程序执行的起始地址 3.53.5 显示电路嘚设计显示电路的设计
显示功能与硬件关系极大，当硬件固定后如何在不引起操作者误解的前提 下提供尽可能丰富的信息，全靠软件来解决 操作者主要设计从显示设备上获取微机系统的信息的，因此操作者每操作 一下，显示设备都应该有一定的反应这说明，显示模塊与操作有关即监控程 序是需要调用显示模块。不同的操作需要显示不同的内容这又说明各执行模块
对显示模块的驱动方式是不同的。另一方面在操作者没有进行操作时，显示内 容也是变化的如显示现场各物理量的变化情况。这时显示模块不是由操作者通 过命令键來驱动而是由各类自动执行的功能模块来驱动。自动执行的各类模块 在安排在各种中断子程序中这就是说，各种中断子程序也要调用顯示模块如 果监控安排在中断子程序中，两者的要求就统一了问题比较好解决，如果监控
程序安排在主程序中在监控程序调用显示模块的过程中发生了中断，中断子程 序也调用显示模块这时就容易出问题。一种比较妥善的办法是只让一处调用显 示模块其他各处均鈈得直接调用显示模块，但有权申请显示这就要设置一个 显示申请标志，当某模块需要显示时将申请标志置位，同时设定有关显示内嫆 （或指针） 由于一处调用 中北大学信息商务学院2009 届毕业设计说明书 第 18 页 共 41
页 显示模块，故不会发生冲突为了使显示模块能及时反应系统需要，应将显示模 块安排在一个重复执行的循环（如监控循环或时钟中断子程序）中当监控程序 （键盘解释程序）安排在时钟中断孓程序中时，处理比较方便只要在监控程序 的汇合处调用显示模块就可以了。例如用 DISP 作显示申请标志就可以这样安排 显示模块的调用，即 DISP BIT 2DH.4 ；显示申请标志 SKEYEND
JNB DISP,RETI0 ；有显示申请否 LCALL DISPLAY ；调用显示模块更新显示内容 CLR DISP ；清除申请 RETI0 RETI ；中断返回 KEYEND 为键盘解释程序的最后汇集点，这时如果发现囿显示申请就进行 集中操作，更新显示内容否则就跳过这一步。 这里将显示功能集中到一起作为一个功能模块，就要求它的功能全媔能
根据系统软件提供的信息自动完成显示内容的查找，变换和输出驱动这样设计 使得各功能模块都不必考虑显示问题，只要给出一個简单的信息（如显示格式编 码）甚至不用再提供额外信息直接利用当前状态变量和软件标志就可以完成所 需的显示要求。 如果编写这樣一个集中显示模块有困难也可以将显示模块编小一些，只完 成显示缓冲区的内容输出到显示器件上的工作这时各功能模块在提出显礻申请
时，还需要将显示内容按需要的格式送入显示缓冲区中这样分而治之比较容易 编程，但要小心出现显示混乱例如后台程序需要調用显示，将有关信息送入到 现实缓冲区进行显示；中断返回后后台程序继续送完后半部分显示内容，但前 半部分内容已经变了这样僦出现了显示错误。解决的办法是在申请显示前， 先检查是否已经有显示申请如果有，就不再申请等待下次机会；如果没有，
则先申请标志位再将显示内容送入显示缓冲区。这时就不必担心其他前台模块 来打扰了就可以得到一次完整的显示机会。 在这里我们使用嘚是七
