基于at89c51的数字抢答器设计

基于at89c51的数字抢答器设计内容摘要：

题作答，因为程序不是很大不需要扩展存储空间，选手按键跳入相应的子程序，回答倒记时 与普通抢答器相比，本作品有以下几方面优势 : 具有清零装置和抢答控制，可由主持人操纵避免有人在主持人说“开始”前提前抢答违反规则。 具有定时功能，在 10秒内无人抢答表示所有参赛选手获参赛队对本题弃权。 10 秒时仍无人抢答其报警电路工作表示抢答时间耗尽并禁止抢答。 为使硬件电路设计尽可能合理，应注意以下几方面： (1) 尽可能采用功能强的芯片，以简化电路，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) 留有设计余地。 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，将来可能要为一点小小的修改或扩展而被迫 进行全面返工。 (3) 程序空间，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) 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。 如果在硬件电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。 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 5 部分硬件 介绍 AT89C51 单片机简介 AT89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低 电压，高性能CMOS8 位微处理器，俗称单片机。 89C2051 是一种带 2K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。 单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 100 次。 该器件采用ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS51 指令集和输出管脚相兼容。 其管脚图 见 图 21： 图 21 AT89C51 管脚图 管脚说明 如下 ： VCC：供电电压。 GND：接地。 P0 口： P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。 当 P1口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。 P0 能够用于外部程 序数据存储器，它可以被定义为数据 /地址的第八位。 在 FIASH编程时， P0 口作为原码输入口，当 FIASH进行校验时， P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。 P1 口： P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P1 口缓冲器能接收输出 4TTL 门电流。 P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入， P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。 在 FLASH 编程和校验时，P1 口作为第八位地址接收。 P2 口： P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P2 口缓冲器可接收，输出4 个 TTL 门电流 ，当 P2 口被写 “1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。 并徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 6 因此作为输入时， P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。 这是由于内部上拉的缘故。 P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时， P2 口输出地址的高八位。 在给出地址 “1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时， P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。 P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3 口： P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 TTL 门电流。 当 P3 口写入 “1”后，它们 被内部上拉为高电平，并用作输入。 作为输入，由于外部下拉为低电平， P3 口将输出电流（ ILL）这是由于上拉的缘故。 P3 口 也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： 口管脚 备选功能 RXD（串行输入口） TXD（串行输出口） /INT0（外部中断 0） /INT1（外部中断 1） T0（记时器 0 外部输入） T1（记时器 1 外部输入） /WR（外部数据存储器写选通） /RD（外部数据存储器读选通） P3 口同时 为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST： 复位输入。 当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间。 表 21 AT89C51寄存器表 寄存器 内容 寄存器 内容 PC 0000H TMOD 00H ACC 00H TCON 00H B 00H TL0 00H PSW 00H TH0 00H SP 07H TL1 00H DPTR 0000H TH1 00H P0— P3 0FFH SCON 00H IP xxx00000 SBUF 不定 IE 0xxx00000 PCON 0xxx00000 ALE/PROG： 当访问外部存储器时， 地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。 在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。 在平时， ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。 因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。 然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE 脉冲。 如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。 此时， ALE 只有在执徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 7 行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。 另外，该引脚被略微拉高。 如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。 在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次 /PSEN 有效。 但在访问外部数据存储器时，这两次有效的 /PSEN 信号将不出现。 /EA/VPP：当 /EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（ 0000HFFFFH），不管是否有内部程序存储器。 注意加密方式 1 时， /EA 将内部锁定为 RESET；当 /EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。 在 FLASH 编程期间，此引脚也用于施加 12V编程电源（ VPP）。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的 输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 AT89C51 方框图如 图 22所示： 图 22 AT89C51内部结构图 LED 数码管 LED 发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。 LED 的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附 在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。 半导体晶片由两部分组成，一部分是 P 型 [1]半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是 N 型半徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 8 导体，在这边主要是电子。 但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“ PN 结 ”。 当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P 区，在 P 区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是 LED 发光的原理。 而光的波长决定光的颜色，是由形成 PN 结材料的禁带宽度决定的。 米宽耐力板已由正成业安装调试成功。 大大改善采光效果。 结构图 见 图 23: 图 23数码管结构图 LED 优点： LED 的内在特征决定了它是最理想的光源去代替传统的光源，它有着广泛的用途。 一、体积小 LED 基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面，所以它非常的小，非常的轻。 二、耗电量低 LED 耗电相当低，一般来说 LED 的工作电压是。 工作电流是。 这就是说：它消耗的电能不超过。 三、使用寿命长 在恰当的电流和电压下， LED 的使用寿命可达 10万小时。 四、高亮度、低热量 LED 使用冷发光技术，发热量比普通照明灯具低很多。 五、环保 LED 是由无毒的材料作成，不像荧光灯含水银会造成污染，同时 LED 也可以回收再利用。 六、坚固耐用 LED 是被完全的封装在环氧树脂里面，它比灯泡和荧光灯管都坚固。 灯体内也没有松动的部分，这些特点使得 LED 可以说是不易损坏的。 高节能：节能能源无污染即为环保。 直流驱动，超低功耗（单管 瓦）电光功率转换接近 100%，相同照明效果比传统光源节能 80%以上。 寿命长： LED 光源有人称它为长寿灯，意为永不熄灭的徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 9 灯。 固体冷光源，环氧树脂封装，灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点，使用寿命可达 6 万到 10 万小时，比传统光源寿命长 10 倍以上。 多变幻： LED 光源可利用红、绿、蓝三基色原理，在计算机技术控制下使三种颜色具有 256级灰度并任意混合，即可产生 256 256 256＝ 16777216 种颜色，形成不同光色的组合变化多端，实现丰富多彩的动态变化效果及各种图像。 利环保：环保效益更佳，光谱中没有紫外线和红 外线，既没有热量，也没有辐射，眩光小，而且废弃物可回收，没有污染不含汞元素，冷光源，可以安全触摸，属于典型的绿色照明光源。 高新尖：与传统光源单调的发光效果相比， LED 光源是低压微电子产品，成功融合了计算机技术、网络通信技术、图像处理技术、嵌入式控制技术等，所以亦是数字信息化产品，是半导体光电器件“高新尖”技术，具有在线编程，无限升级，灵活多变的特点。 LCD 的特点 （ 1） 低压微功耗 （ 2） 平板型结构 （ 3） 被动显示型 (无眩光，不刺激人眼，不会引起眼睛疲劳 ) （ 4） 显示信息量大 (因 为像素可以做得很小 ) （ 5） 易于彩色化 (在色谱上可以非常准确的复现 ) （ 6） 无电磁辐射 (对人体安全，利于信息保密 ) （ 7） 长寿命 (这种器件几乎没有什么劣化问题，因此寿命极长，但是液晶背光寿命有限，不过背光部分可以更换 . 锁存器 锁存器 是一种对脉冲电平敏感的存储单元电路，它们可以在特定输入脉冲电平作用下改变状态。 简单锁存器描述：只有在有锁存信号时输入的状态被保存到输出，直到下一个锁存信号。 通常只有 0 和 1 两个值。 典型的逻辑电路是 D 触发器。 由若干个钟控 D 触发器构成的一次能存储多位二进制代码 的时序逻辑电路，叫锁存器件。 逻辑结构与功能表 见 图 24： 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 10 图 24 锁存器逻辑结构与功能表 8 位锁存器 74HC373 的逻辑图 如下 图所示。 其中使能端 G 加入 CP 信号， D 为数据信号。 输出控制信号为 0 时，锁存器的数据通过三态门进行输出。 图 25 74HC373引脚 (管脚 )图 : 图 26 74LS373内部逻辑图 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 11 图 27 74LS373真值表 所谓锁存器，就是输出端的状态不会随输入端的状态变化而变化，仅在有锁存信号时输入的状态被保存到输出，直到下一个锁存信号到来时才改变。 在某些运算器电路中有时采用锁存器作为数据暂存器数据有效延迟后于时钟信号有效。 这意味着时钟信号先到，数据信号后到。 典型的锁存器逻辑电路是 D 触 发器电路。 锁存，就是把信号暂存以维持某种电平状态。 锁存器的最主要作用是缓存，其次完成高速的控制其与慢速的外设的不同步问题，再其次是解决驱动的问题，最后是解决一个 I/O 口既能输出也能输入的问题。 在某些应用中，单片机的 I/O 口上需要外接锁存器。 例如，当单片机连接片外存储器时，要接上锁存器，这是为了实现地址的复用。 假设， MCU 端口其中的 8 路的 I/O 管脚既要用于地址信号又要用于数据信号，这时就可以用锁存器先将地址锁存起来。 ８０５１访问外部存储器时Ｐ０口和Ｐ２口共做地址总线，Ｐ０口常接锁 存器再接存储器。 以防止总线间的冲突。 而Ｐ２口直接接存储器。 因为单片机内部时序只能锁住Ｐ２口的地址，如果用Ｐ０口传输数据时不用锁存器的话，地址就改变了。 看看８０５１单片机总线操作的时序图对我们很有帮助。 由于数据总线、地址总线共用Ｐ０口，所以要分时复用。 先送地址信息，由ＡＬＥ使能锁存器将地址信息锁存在外设的地址端，然后送数据信息和读写使能信号，在指定的地址进行读写操作。 使用锁存器来区分开单片机的地址和数据，８０５１系列的单片机用的比较多，也有一些单片机内部有地址锁存功能，如８２７９就不用锁存器了 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 12 3 系统硬件设计 硬件电路的总体框图 本数字抢答器的硬件电路总体框图 见 图 31： 图 31 数字抢答器电路框图 电路器件选择 本次设计的数字抢答器 采用 AT89C51 单片机作为系统的控制单元。 就抢答器而言，通常可采用液晶显示或数码管显示。 由于一般的段式液晶屏，需要专门的驱动电路，而且液晶显示作为一种被动显示，可视性相对较差；对于具有驱动电路和微处理器接口的液晶显示模块（字符或点阵），一般多采用并行接口，对微处理器的接口要求较高，占用资源多。 另外， A。