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1、作者：Pan Hon glia ng仅供个人学习西安邮电学院毕业设计（论文）题 目基于51单片机地抢答器设计院（系）：专 业：班 级：学生姓名：导师姓名： 职称：目录第一章抢答器地概述1.1系统设计地功能1.2抢答器需求分析1.3抢答器地工作原理第一章单片机地功能简介2.189系列单片机地概述22AT89S51地功能2.2.1 TA89S51特殊功能寄存器2.2.2 AT89S51单片机地内部结构第三节硬件电路地设计3.1总电路原理3.2时钟频率电路地设计3.3复位电路地设计3.3.1复位电路地可靠性设计3.3.2人工复位3.4显示电路地设计3.5控制电路地实现3.6发声3.7系统复位第四章软
2、件设计4.1软件任务分析4.2显示子程序地设计4.3定时器T0、T1中断服务程序地设计4.4抢答器处理程序地设计4.5主程序及分析第五章元器件及焊接调试第六章设计小结致谢参考文献摘要随着科学技术地发展和普及，各种各样地竞赛越来越多，其中抢答器地作 用也就显而易见目前很多抢答器基本上采用小规模数字集成电路设计，使用起来不够理想.因此设计一更易于使用和区分度高地抢答器成了非常迫切地任务.现在单片机已进入各个领域,以其功耗小、智能化而著称，所以若利用单片机来设 计抢答器,便使以上问题得以解决.针对以上情况,本文设计出以AT89S51单片机 为核心地八路抢答器.我们采用了数字显示器直接指示，自动锁存显
3、示结果，并自 动复位地设计思想，它能根据不同地抢答输入信号，经过单片机地控制处理并产 生不同地与输入信号相对应地输出信号,最后通过LED数码管显示相应地路数, 即使两组地抢答时间相差几微秒，也可分辨出是哪组优先按下地按键，它充分利 用了单片机系统地优点，具有结构简单、功能强大、可靠性好、实用性强地特点.本设计是以八路抢答为基本理念.考虑到依需设定限时回答地功能，利用 89S51单片机及外围接口实现地抢答系统，利用单片机地定时器/计数器定时和记 数地原理，将软、硬件有机地结合起来，使得系统能够正确地进行计时，同时使数码 管能够正确地显示时间.用开关做键盘输出，扬声器发生提示.同时系统能够实现：
4、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；满时后系统计 时自动复位及主控强制复位；按键锁定，在有效状态下，按键无效非法第一章抢答器地概述1.1系统设计地功能1. 基本功能：（1）同时供8名选手比赛,分别用8个按钮S0S7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，锁存相应地编号,扬声器发出 声响提示，并在七段数码管上显示选手号码选手抢答实行优先锁存，优先抢答选 手地编号一直保持到主持人将系统清除为止2. 扩展功能：（1）抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答地时间由主持人设定（如 30秒）当 主持人启动开始键
5、后，定时器进行减计时（2）参赛选手在设定地时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作,显示器上显 示选手地编号和抢答地时间，并保持到主持人将系统清除为止在这段（3）如果定时时间已到,无人抢答,本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示00.1.2抢答器地需求分析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冋题地时间可是在199s设定.3、 可以显示是哪位选手有效抢答和无效抢答，正确按键后有音乐提示.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.1.3抢答地工作过程图2-4抢答器电路表2-
6、1 74LS148地功能真值表电路、语音电路等还要根据现场地实际情况向外电路输出相应信号抢答器地工作流程分为、系统复位、正常流程、违例流程等几部分，如图2-2所示,下面分别予以介绍第二章单片机地功能简介2.1 89系列单片机地概况MCS-51单片机是美国INTE公司于1980年推出地产品，典型产品有80 31 （内部没有程序存储器，实际使用方面已经被市场淘汰）、8051 （芯片采用 HMOS,功耗是630mW,是89C51地5倍,实际使用方面已经被市场淘汰）和 8751等通用产品，一直到现在,MCS-5 1内核系列兼容地单片机仍是应用 地主流产品（比如目前流行地 89S51、已经停产地89C5
7、1等），各高校及专业 学校地培训教材仍与MCS-51单片机作为代表进行理论基础学习.有些文献甚至 也将8051泛指MCS-51系列单片机,8051是早期地最典型地代表作,由于 MCS-51单片机影响极深远,许多公司都推出了兼容系列单片机,就是说MCS-51 内核实际上已经成为一个8位单片机地标准.其他地公司地51单片机产品都是 和MCS-51内核兼容地产品而以.同样地一段程序，在各个单片机厂家地硬件上 运行地结果都是一样地,如ATMEL地89C51 （已经停产）、89S51, PHILIPS （菲 利浦），和WINBOND （华邦）等,我们常说地已经停产地89C51指地是ATMEL 公司地AT
8、 89C51单片机,同时是在原基础上增强了许多特性,如时钟，更优秀地 是由Flash （程序存储器地内容至少可以改写1000次）存储器取带了原来地ROM （一次性写入），AT89C51地性能相对于8051已经算是非常优越地了 .不 过在市场化方面，89C51受到了 PIC单片机阵营地挑战，89C51最致命地缺陷 在于不支持ISP （在线更新程序）功能，必须加上ISP功能等新功能才能更好延 续MCS-51地传奇.89S51就是在这样地背景下取代 89C51地,现在,89S51目 前已经成为了实际应用市场上新地宠儿，作为市场占有率第一地Atmel目前公司 已经停产AT89C51,将用AT89S51
9、代替.89S51在工艺上进行了改进,89S51 采用0.35新工艺，成本降低,而且将功能提升，增加了竞争力.89SXX可以像下 兼容89CXX等51系列芯片.市场上见到地89C51实际都是Atmel前期生产地 巨量库存而以.如果市场需要,Atmel当然也可以再恢复生产 AT89C51.AT89S51/LS51单片机是低功耗地、具有4KB在线课编程Flash存储器地单 片机.它与通用80C51系列单片机地指令系统和引脚兼容.片内地Flash可允许在 线重新编程，也可使用非易失性存储器编程.他将通用CPU和在线可编程Flash 集成在一个芯片上，形成了功能强大、使用灵活和具有较高性能性价比地微控制
10、 器.2.2 AT89S51 地功能特殊功能寄存器特殊功能寄存器也称专用寄存器，是具有特殊功能地所有寄存器地集合，简称SFR（ Special Function Register ）.特殊功能寄存器共含有 22个不同寄存器.它们地地址分配在80H- FFH中,即在RAM*址中.这些寄存器地名称和地址见表2-2.表2-1器件选型方案地详细清单器件名称规格型号数量微处理器AT89S511电阻3WTT10K8电容30PF3晶振12MHZ1按钮11反相器37段数码管7SEG-MPX4CC4扬声器1虽然特殊功能寄存器地址在 80H-FFH之中,但在80H- FFH地地址单元中, 不是所有地单元都被特殊功
11、能寄存器占用，未被占用地单元，其内容是不确定地, 如果对这些单元进行操作，得到地是一些随机数，而写入则无效.所以,用户编程 时不应该将数据写入这些未确定地地址单元，它们是公司留待将来开发新产品时 使用地表2-2 AT89S51特殊功能寄存器列表符号地址注释*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位*IEA8H中断允许控制器*IPD8H中断优先控制器*P080H端口 0*P190H端口 1*P2A0H端口 2*P3B0H端口 3PCON87H电源控制及波特率选择*SCON98H串行口控制器SB
12、UF99H串行数据缓冲器*TCON88H定时器控制TMOD89H定时器方式选择TL08AH定时器0低8位TL18BH定时器1低8位TH08CH定时器0低8位TH18DH定时器1高8位注：带*号地特殊功能寄存器都是可以位寻址地寄存器222 AT89S51单片机地内部结构AT89S51单片机内部由 CPU 4KB地FPEROM28B地RAM两个16位地定时/ 计数器TO和T1,4个8位地I/O端PO、P1、P2、P3等组成.单片微机内部最核心 地部分是CPU.CPI主要功能是产生各种控制信号,控制存储器、输入/输出端口地 数据传输、数据地算术运算、逻辑运算以及位操作处理等,CPU按其功能可分为运算
13、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地功能是对来自存储器中地指令进行译码 通过实时控制电路，在规定地时刻发出各种操作所需地内部和外部地控制信号 ， 使各部分协调工作，完成指令所规定地操作运算器由算术逻辑器部件 ALU累加 器ACC暂存器、程序状态字寄存器 PSW,BC码运算调整电路等组成.图2-3AT89S51单片机地内部结构图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B和一些专用 寄存器，还增加了位处理逻辑电路地功能 .其内部结构如图2-3所示.第三章硬件电路地设计3.1总电路原理为使硬件电路设计尽可能合理，应注意以
14、下几方面：(1) 尽可能采用功能强地芯片，以简化电路，功能强地芯片可以代替若干普 通芯片，随着生产工艺地提高，新型芯片地地价格不断下降，并不一定比若干普通 芯片价格地总和高(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地方便因为 很少有一锤定音地电路设计，如果现在不留余地，将来可能要为一点小小地修改 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地单片机,本设计采用AT89C51单 片机.(4) RAM空间,AT89S51内部RAM不多,当要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
15、以增强256字节RAM如果有大批数据需要处理,则应配置足够地RAM如 6264,62256等.随着软件设计水平地提高,往往只要改变或增加软件中地数据处 理算法,就可以使系统功能提高很多，而系统地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 地RAM空间,哪怕多设计一个RAM地插座,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 地问题,而这些问题不是靠单纯地软件措施来解决地.如有些新地信号需要采集， 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，那么用地时候就派上用场了 .P2.4为
