單片機(jī)控制的搶答器

18 單片機(jī)控制的搶答器 序言 . 19 第 1 章 單片機(jī)的介紹 . 20 1.1 單片機(jī)的概述 . 20 1.2 單片機(jī)的發(fā)展 . 20 1.2.1 4 位單片機(jī)階段 . 21 1.2.2 8 位單片機(jī)階段 . 21 1.2.3 16 位單片機(jī)階段 . 21 1.2.4 32 位單片機(jī)階段 . 22 1.3 單片機(jī)的應(yīng)用 . 22 第 2 章 總體設(shè)計(jì) . 27 2.1 搶答器的技術(shù)指標(biāo) . 27 2.2 搶答器的設(shè)計(jì)要求 . 27 2.3 硬件設(shè)計(jì)要點(diǎn) . 27 2.4 搶答器的基本組成和工作原理 . 28 2.4.1 單片機(jī)的流程圖 . 28 2.4.2 搶答器的的組成 . 28 2.4.3 搶答器的工作原理 . 29 2.4.4 軟件的設(shè)計(jì) . 36 第 3 章 搶答器的制作 . 37 3.1 PROTEL99 簡(jiǎn)介 . 37 3.2 制作中的注意事項(xiàng) . 37 3.3 制作過(guò)程 . 38 第 4 章 系統(tǒng)的安裝與調(diào)試 . 39 4.1 系統(tǒng)的安裝 . 39 4.1.1 常見(jiàn)的錯(cuò)誤 . 39 4.1.2 元器件的檢測(cè) . 39 4.2 實(shí)物 的 調(diào)試 . 40 4.2.1 調(diào)試過(guò)程 . 40 4.3 設(shè)計(jì)中可能遇到的問(wèn)題及解決方法 . 40 致 謝 . 42 參考文獻(xiàn) . 43 附錄一：搶答器的元器件 . 44 附件 二 ： 搶答器的原理圖 . 45 附件 三 ： 搶答器的程序 . 46 19 序言 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和普及 ， 各種各樣的比賽越來(lái)越多 ， 搶答器的作用越來(lái)越重要 。 本次設(shè)計(jì)是以單片機(jī)為核心的八路搶答器 。 搶答器是競(jìng)賽問(wèn)答中一種常用的必備裝置 , 智力競(jìng)賽搶答器的電路有各種各樣的 ， 有的很簡(jiǎn)單 ， 也有比較復(fù)雜的 ， 此次做的八路數(shù)顯并且是使用單片機(jī)控制其中包括了組合邏輯電路和時(shí)序電路 。 工廠、學(xué)校和電視臺(tái)等單位常舉辦各種智力競(jìng)賽 ： 搶答記分器是必要設(shè)備 。在平時(shí)舉行的各種競(jìng)賽中我們經(jīng)?？吹接袚尨鸬沫h(huán)節(jié) ， 舉辦方多數(shù)采用讓選手通過(guò)舉答題板的方法判斷選手的答題權(quán) ， 這在某種程度上會(huì)因?yàn)橹鞒秩说闹饔^誤斷造成比賽的不公平性 。 為解決這個(gè)問(wèn)題 ， 設(shè)計(jì)一種實(shí)用簡(jiǎn)單的裝置是畢不可少的 。本次設(shè)計(jì)使用了 74 系列常用集成電路設(shè)計(jì)的數(shù)碼顯示八路搶答器的電路組成、設(shè)計(jì)思路及功能 。 此次設(shè)計(jì)的搶答器同時(shí)供 8 名選手或 8 個(gè)代表隊(duì)比賽 ， 分別用8 個(gè)按鈕 S1S8 表示 。 設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清除和搶答控制開(kāi)關(guān) S， 該開(kāi)關(guān)由主持人控制 。 當(dāng)其中一路搶先接通電路后 ， 裝置自動(dòng)切斷其他電路的信號(hào) ， 同時(shí)答器具有鎖存與顯示功能 。 即選手按動(dòng)按鈕 ， 鎖存相應(yīng)的編號(hào) ， 并在 LED 數(shù)碼管上顯示 ，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲響提示 。 選手搶答實(shí)行優(yōu)先鎖存 ， 優(yōu)先搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止 。 同時(shí)為了表現(xiàn)裝置的布線的整齊 ， 所以選用了PCB 制作板塊 。 設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)了方案論證、原理圖設(shè)計(jì)、電路布線、系統(tǒng)調(diào)試等過(guò)程后 ， 達(dá)到了設(shè)計(jì)要求 。 裝置能夠滿足實(shí)際日常生活需要 。 單片機(jī)（又稱為微控制器）的出現(xiàn)是計(jì)算機(jī)發(fā) 展史上的一個(gè)重要的里程碑 ，它以體積小、功能全、性價(jià)比高等諸多優(yōu)點(diǎn)而獨(dú)具特色 ， 在工業(yè)控制、尖端武器、通訊設(shè)備、信息處理、家用電器等嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域中獨(dú)占鰲頭 。 單片機(jī)的主要特點(diǎn)有 ： CPU 抗干擾性強(qiáng)、可靠性高、電磁輻射小、控制能力強(qiáng) ， 指令系統(tǒng)簡(jiǎn)單 ，程序可讀性強(qiáng) ， 操作性強(qiáng) 。 由于單片機(jī)對(duì)成本是敏感的 ， 所以目前占統(tǒng)治地位的軟件 還是最低級(jí) 匯編語(yǔ)言 。 近幾年 ， C 語(yǔ)言也開(kāi)始廣泛被應(yīng)用 。匯編語(yǔ)言 是除了二進(jìn)制機(jī)器碼以上最低級(jí)的語(yǔ)言了 ， 既然這么低級(jí)為什么還要用呢 。 很多高級(jí)的語(yǔ)言已經(jīng)達(dá)到了可視化編程的水平為什么不用呢 。 原因很簡(jiǎn)單 ， 就是單片機(jī)沒(méi)有家用計(jì)算機(jī)那樣的 CPU， 也沒(méi)有像硬盤(pán)那樣的海量存儲(chǔ)設(shè)備 。 一個(gè)可視化高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)的小程序里面即使只有一個(gè)按鈕 ， 也會(huì)達(dá)到幾十 K 的尺寸 。 對(duì)于家用PC 的硬盤(pán)來(lái)講沒(méi)什么 ， 可是對(duì)于單片機(jī)來(lái)講是不能接受的 。 單片機(jī)在硬件資源方面的利用率必須很高才行 ， 所以匯編雖然原始卻還是在大量使用 。 一樣的道理 ，如果把巨型計(jì)算機(jī)上的操作系 統(tǒng)和 應(yīng)用軟件 拿到家用 PC 上來(lái)運(yùn)行 ， 家用 PC 的也是承受不了的 。 目前最常用的單片機(jī)為 MCS-51， 是由美國(guó) INTEL 公司（生產(chǎn) CPU 的英特爾）生產(chǎn)的 ， 89C2051 是這幾年在我國(guó)非常流行的單片機(jī) ， 它是由美國(guó) ATMEL公司 開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的 ， 其內(nèi)核兼容 MCS-51 單片機(jī) 。 20 第 1 章 單片機(jī)的介紹 1.1 單片 機(jī) 的 概述 單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱單片機(jī) ， 是典型的嵌入式 微控制器 （ Microcontroller Unit） ， 常用英文字母的縮寫(xiě) MCU 表示 ， 它不是完成某一個(gè)邏輯功能的 芯片 ， 而是把一個(gè) 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成 到一 個(gè)芯片上 。 單片機(jī)由運(yùn)算器 ， 控制器 ， 存儲(chǔ)器 ， 輸入輸出設(shè)備構(gòu)成 ， 相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)（最小系統(tǒng)） ， 和計(jì)算機(jī)相比 ， 單片機(jī) 只缺少了 I/O 設(shè)備 。 概括的講：一塊 芯片 就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī) 。 它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開(kāi)發(fā)提供了便利條件 。 同時(shí) ， 學(xué)習(xí)使用 單片機(jī)是了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇 。 它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域 。 由于 單片機(jī) 在工業(yè)控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用 ， 單片機(jī)由 芯片 內(nèi)僅有 CPU 的專(zhuān)用處理器 發(fā)展而來(lái) 。 最早 的設(shè)計(jì)理念是通過(guò)將大量外圍設(shè)備和 CPU 集成在一個(gè) 芯片 中 ， 使 計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 更小 ， 更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對(duì)體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中 。 INTEL 的 8080 是最早按照這種思想設(shè)計(jì)出的 處理器 ， 當(dāng)時(shí)的 單片機(jī) 都是 8位或 4 位的 。 其中最成功的是 INTEL 的 8031， 此后在 8031 上發(fā)展出了 MCS51系列 單片機(jī) 系統(tǒng) 。 因?yàn)楹?jiǎn)單可靠而性能不錯(cuò)獲得了很大的好評(píng) 。 盡管 2000 年以后 ARM 已經(jīng)發(fā)展出了 32位的 主頻 超過(guò) 300M 的高端 單片機(jī) ， 直到目前基于 8031的 單片機(jī) 還在廣泛的使用 。 在很多方面單片機(jī)比專(zhuān)用 處理器 更適合應(yīng)用于 嵌入式系統(tǒng) ， 因此它得到了廣泛的應(yīng)用 。 事實(shí)上 單片機(jī) 是世界上數(shù)量最多 處理器 ， 隨著單片機(jī)家族的發(fā)展壯大 ， 單片機(jī)和專(zhuān)用處理器的發(fā)展便分道揚(yáng)鑣 。 現(xiàn)代人類(lèi)生活中所用的幾乎每件電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會(huì)集成有 單片機(jī) 。 手機(jī)、 電話 、 計(jì) 算器 、家用電器、電子玩具、 掌上電腦 以及鼠標(biāo)等電腦配件中都配有 1-2 部 單片機(jī) 。 汽車(chē)上一般配備 40 多部 單片機(jī) ， 復(fù)雜的 工業(yè)控制系統(tǒng) 上甚至可能有數(shù)百臺(tái)單片機(jī)在同時(shí)工作 。 單片機(jī)的數(shù)量不僅遠(yuǎn)超過(guò) PC 機(jī)和其他計(jì)算的總和 ， 甚至比人類(lèi)的數(shù)量還要多 。 1.2 單片機(jī)的發(fā)展 單片機(jī) 誕生于 1971 年 ， 經(jīng)歷了 SCM、 MCU、 SOC 三大階段 ， 早期的 SCM單片機(jī)都是 8 位或 4 位的 。 其中最成功的是 INTEL 的 8031， 此后在 8031 上發(fā)展出了 MCS51 系列 MCU 系統(tǒng) 。 基于這一系統(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(kāi)始出現(xiàn)了 16 位 單片機(jī) ， 但因?yàn)樾詢r(jià)比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用 。 90 年代后隨著 消費(fèi)電子產(chǎn)品 大發(fā)展 ， 單片機(jī) 技術(shù)得到了巨大提高 。 隨著 INTEL i960 系列特別是后來(lái)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(chǎng) 。 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 。 高端的 32 位 Soc 單片機(jī) 主頻 已經(jīng)超過(guò) 300MHz， 性能直追 90 年代中期的專(zhuān)用 處理器 ， 而普通的型號(hào)出廠價(jià)格跌落至 1 美元 ， 最高端的型號(hào)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(kāi)發(fā)和使用 ， 大量專(zhuān)用的 嵌入式操 21 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(zhuān)用的 Windows 和 Linux 操作系統(tǒng) 。 二十世紀(jì)跨越了三個(gè) “ 電 ” 的時(shí)代 ， 即電氣時(shí)代、電子時(shí)代和現(xiàn)已進(jìn)入的電腦時(shí)代 。 不過(guò) ， 這種電腦通常是指?jìng)€(gè)人計(jì)算機(jī) ， 簡(jiǎn)稱 PC 機(jī) 。 它由主機(jī)、鍵盤(pán)、顯示器等組成 。 還有一類(lèi)計(jì)算機(jī) ， 大多數(shù)人卻不怎么熟悉 。 這種計(jì)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(jì)算機(jī)的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路 ， 即可進(jìn)行簡(jiǎn)單運(yùn)算和控制 。 因?yàn)樗w積小 ， 通常都藏在被控機(jī)械的 “ 肚子 ” 里 。 它在整個(gè)裝置中 ， 起著有如人類(lèi)頭腦的作用 ， 它出了毛病 ，整個(gè)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(shí)時(shí)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(jí)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 。 現(xiàn)在有些工廠的技術(shù)人員或其它業(yè)余電子開(kāi)發(fā)者搞出來(lái)的某些產(chǎn)品 ， 不是電路太復(fù)雜 ， 就是功能太簡(jiǎn)單且極易被仿制 。 究其原因 ， 可能就卡在產(chǎn)品使用 的 單片機(jī)或其它可編程邏輯器 件上 。 1.2.1 4位單片機(jī)階段 由 1975 年美國(guó)德克薩斯儀表公司推出的 4 位單片機(jī) TMS-1000， 后來(lái) 4 位單片機(jī)就開(kāi)始得到應(yīng)用 。 單 片機(jī)初級(jí)階段 。 因工藝限制 ， 單片機(jī)采用雙片的形式而且功能比較簡(jiǎn)單 。1974 年 12 月 ， 仙童公司推出了 8 位的 F8 單片機(jī) ， 實(shí)際上只包括了 8 位 CPU、64B RAM 和 2 個(gè)并行口 。 4 位單片機(jī)主要應(yīng)用于家用電器和電子玩具 。 1.2.2 8位單片機(jī)階段 1976 年美國(guó) Intel 公司推出的 MCS-48 系列的 8 位單片機(jī)后 ， 單片機(jī)就開(kāi)始進(jìn)入一個(gè)新的階段 ， 8 位單片機(jī)紛紛應(yīng)運(yùn)而生 。 例如：莫斯特克和仙童公司共同合作生產(chǎn)的 3870（ F8）系列 ， 摩托羅拉公司的 6801 系列等等 。 后來(lái)隨著科學(xué)的發(fā)展 ， 8 位單片機(jī)得到了更好的發(fā)展 ， 功能也得 到了發(fā)展 。 低性能單片機(jī)階段 。 1976 年 ， Intel 公司推出的 MCS-48 單片機(jī)（ 8 位單片機(jī)）極大地促進(jìn)了單片機(jī)的變革和發(fā)展； 1977 年 ， GI 公司推出了 PIC1650， 但這個(gè)階段的單片機(jī)仍然處于低性能階段 。 8 位單片機(jī)由于功能強(qiáng) ， 廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制 ， 智能接口 ， 儀器儀表等各個(gè)領(lǐng)域 。 1.2.3 16位單片機(jī)階段 1983 年后 ， 集成電路的集成度達(dá)到了十幾萬(wàn)只管 /片 。 16 位單片機(jī)也問(wèn)世了 ，同時(shí)也將單片機(jī)的功能推向了一個(gè)新的階段 。 高性能單片機(jī)階段 。 1978 年 ， Zilog 公司推出了 28 單片機(jī)； 1980 年 ， Intel公司在 MCS-48 單片機(jī)的基礎(chǔ)上推出了 MCS-51 系列 ， Mortorola 公司推出了 6801 22 單片機(jī)；這些產(chǎn)品使單片機(jī)的性能及應(yīng)用躍上了一個(gè)新的臺(tái)階 。 此后 ， 各公司的8 位單片機(jī)迅速發(fā)展起來(lái) 。 這個(gè)階段推出的單片機(jī)普遍帶有串行 I/O 口、多級(jí)中斷系統(tǒng) 、 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ， 片內(nèi) ROM、 RAM 容量加大 ， 且尋址范圍可達(dá) 64 KB， 有的片內(nèi)還帶有 A/D 轉(zhuǎn)換器 。 由于這類(lèi)單片機(jī)的性能價(jià)格比高 ， 所以被廣泛應(yīng)用 ， 是目前應(yīng)用數(shù)量最多的單片機(jī) 。 16 位單片機(jī)可應(yīng)用于高速?gòu)?fù)雜的控制系統(tǒng) 。 1.2.4 32位單片機(jī)階段 最近幾年 ， 各個(gè)計(jì)算機(jī)生產(chǎn)廠家都進(jìn)入了更高性能的 32 位單片機(jī)研制、生產(chǎn)階段 。 由于控制領(lǐng)域?qū)?32 位單片機(jī)需求并不十分迫切 ， 導(dǎo)致 32 位單片機(jī)的應(yīng)用并不多 。 雖然單片機(jī)發(fā)展經(jīng)歷了不同的發(fā)展階段 ， 但 4 位、 8 位、 16 位單片機(jī)并沒(méi)有淘汰 ， 一直到現(xiàn)在都有應(yīng)用 。 8 位單片機(jī)鞏固、發(fā)展及 16 位單片機(jī)、 32 位單片機(jī)推出階段 。 16 位單片機(jī)的典型產(chǎn)品為 Intel公司生產(chǎn)的 MCS-96 系列單片機(jī) 。 而 32 位單片機(jī)除了具有更高的集成度外 ， 其數(shù)據(jù)處理速度比 16 位單片機(jī)提高許多 ， 性能比 8 位、 16 位單片機(jī)更加優(yōu)越 。 20 世紀(jì) 90 年代是單片機(jī)制造業(yè)大發(fā)展的時(shí)期 ， 這個(gè)時(shí)期的Mortorola、 Intel、 ATMEL、德州儀器 (TI)、三菱、日立、 Philips、 LG 等公司也開(kāi)發(fā)了一大批性能優(yōu)越的單片機(jī) ， 極大地推動(dòng)了單片機(jī)的應(yīng)用 。 近年來(lái) ， 又有不少新型的高集成度單片機(jī)產(chǎn)品涌現(xiàn)出來(lái) ， 出現(xiàn)了單片機(jī)產(chǎn)品豐富多彩的局面 。 目前 ， 除了 8 位單片機(jī)得到廣泛應(yīng)用之外 ， 16 位單片機(jī)、 32 位單片機(jī)也得到廣大用戶的青睞 。 1.3 單片 機(jī) 的應(yīng)用 目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域 ， 幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒(méi)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(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸 ， 工業(yè)自動(dòng) 化過(guò)程的實(shí)時(shí)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(chē)的安全保障系統(tǒng) ， 錄像機(jī)、攝像機(jī)、全自動(dòng)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(kāi)單片機(jī) 。 更不用說(shuō)自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械以及各種智能機(jī)械了 。 因此 ， 單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開(kāi)發(fā)與應(yīng)用將造就一批計(jì)算機(jī)應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師 。 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(zhuān)用設(shè)備的智能化管理及過(guò)程控制等領(lǐng)域 ， 大致可分如下幾個(gè)范疇： 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(diǎn) ，廣泛 應(yīng)用于儀器儀表中 ，單片機(jī) 結(jié)合不同類(lèi)型的傳感器 ， 可實(shí)現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、 濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長(zhǎng)度、硬度、元素、壓力等物理量的測(cè)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(cè)量設(shè)備（功率計(jì) ， 示波器 ， 各種分析儀） 。 在工業(yè)控制中的應(yīng)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芯片 、 電梯智能化控制、各種報(bào)警系統(tǒng) 、 與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級(jí)控制系統(tǒng)等 。 23 在家用電器中的應(yīng)用 ， 可以這樣說(shuō) ， 現(xiàn)在的家 用電器基本上都采用了單片機(jī)控制 ， 從電飯煲、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(mén) ， 無(wú)所不在 。 在計(jì)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(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信 ， 為在計(jì)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(shí)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(dòng)通信呼叫系統(tǒng)、列車(chē)無(wú)線通信、再到日常工作中隨處可見(jiàn)的移動(dòng)電話 ， 集群移動(dòng)通信 ， 無(wú)線電對(duì)講機(jī)等 。 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 。 在各種大型電器中的模塊化應(yīng)用某些專(zhuān)用單片機(jī)設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn)特定功能 ， 從而在各種電路中進(jìn)行模塊化應(yīng)用 ， 而不要求使用人員了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu) 。 如音樂(lè)集成單片機(jī) ， 看似簡(jiǎn)單的功能 ， 微縮在純電子芯片中（有別于磁帶機(jī)的原理） ， 就需要復(fù)雜的類(lèi)似于計(jì)算機(jī)的原理 。 如：音樂(lè)信號(hào)以數(shù)字的形式存于存儲(chǔ)器中（類(lèi)似于 ROM） ， 由微控制器讀出 ， 轉(zhuǎn)化為模擬音樂(lè)電信號(hào)（類(lèi)似于聲卡） 。 在大型電路中 ， 這種模塊化應(yīng)用極大地縮小了體積 ， 簡(jiǎn)化了電路 ， 降低了損壞、錯(cuò)誤率 ，也方便于 更換 。 單片機(jī)在汽車(chē)設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用單片機(jī)在汽車(chē)電子中的應(yīng)用非常廣泛 ， 例如汽車(chē)中的發(fā)動(dòng)機(jī)控制器 ， 基于 CAN 總線的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)智能電子控制器 ， GPS 導(dǎo)航系統(tǒng) ， abs 防抱死系統(tǒng) ， 制動(dòng)系統(tǒng)等等 。 此外 ， 單片機(jī)在工商 ， 金融 ， 科研、教育 ， 國(guó)防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途 。 單片機(jī)作為計(jì)算機(jī)發(fā)展的一個(gè)重要分支領(lǐng)域 ， 根據(jù)發(fā)展情況 ， 從不同角度單片機(jī)大致可以分為通用型 /專(zhuān)用型、工控型 /家電型 。 通用專(zhuān)用型： 這是按 單片機(jī) 適 用范圍來(lái)區(qū)分的 。 例如 ， 89C2051 是通用型 單片機(jī) ， 它不是為某種專(zhuān)用途設(shè)計(jì)的；專(zhuān)用型單片機(jī)是針對(duì)一類(lèi)產(chǎn)品甚至某一個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)生產(chǎn)的 ， 例如為了滿足電子體溫計(jì)的要求 ， 在片內(nèi)集成 ADC 接口等功能的溫度測(cè)量控制 電路 。 工業(yè)控制 。 單片機(jī)可以構(gòu)成各種工業(yè)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等等 。 如數(shù)控機(jī)床、電機(jī)控制、溫度控制等等 。 儀器儀表 。 如醫(yī)療器械、數(shù)字示波器等等 。 計(jì)算機(jī)外部設(shè)備和智能接口 。 如打印機(jī)、傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)等等 。 商用產(chǎn)品 。 如電子稱等 。 家用電器 。 如電視機(jī)、空調(diào)、洗衣機(jī)的一些家用電器 。 24 1.4 單片機(jī)的發(fā)展前景 入門(mén)級(jí)單片機(jī)不能代表核心競(jìng)爭(zhēng)力 ， 說(shuō)單片機(jī)只能實(shí)現(xiàn)某些簡(jiǎn)單問(wèn)題只能說(shuō)你知道的太少 ， 單片機(jī)有這么幾個(gè)難點(diǎn)：高頻布線 ， 高頻主要指處理速度達(dá)100MHz 以上的芯片（不完全是單片機(jī)的范疇了 ， 比如 DSP 和嵌入式或是 cortex，但這些的基礎(chǔ)是單片機(jī) ， 也是市場(chǎng)上商業(yè)級(jí)的單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域） ， 在這個(gè)速度上 ，信號(hào)在導(dǎo)線上的傳輸 出現(xiàn)復(fù)雜的影響 ， 比如一組 8 為數(shù)據(jù)在長(zhǎng)度不等的導(dǎo)線上傳輸造成的到達(dá)不統(tǒng)一 ， 低頻或者這種誤差不算什么距離除以速度（距離一定 ， 速度慢則時(shí)間誤差少） ， 但高頻信號(hào)過(guò)快 ， 這種誤差不能忽略（影響時(shí)序） 。 其導(dǎo)線間的信號(hào)干擾也越發(fā)突出 ， 還要考慮阻抗匹配等 ， 沒(méi)有過(guò)硬的理論與實(shí)際基礎(chǔ) ，給你原理圖你畫(huà)的 PCB 板子也是廢板 。 其次是理論算法 ， 這是軟件部分 ， 很多控制類(lèi)單片機(jī)都需要編出各種算法來(lái)控制 ， 稍有錯(cuò)誤 ， 結(jié)果都差之千里 ， 但沒(méi)有足夠深度的自動(dòng)化理論 ， 你只能停步于圍觀階段 ， 可以說(shuō)單片機(jī)是一個(gè)需要經(jīng)常虛學(xué)習(xí)新知識(shí)的工科領(lǐng)域（芯片不只有單片 機(jī) ， 還有各種豐富的外圍設(shè)備 ， 想做好設(shè)備就要熟識(shí)各種芯片 ， 會(huì)讀英文資料） 。 簡(jiǎn)單的問(wèn)題或許只有幾十或幾百條語(yǔ)句就能完成功能 ， 但你知道 windows XP 有多少條語(yǔ)句么 ， 它編程出錯(cuò)率要按每百萬(wàn)條有一條來(lái)統(tǒng)計(jì) ， 你說(shuō)它工程量有多大 ， 單片機(jī)雖達(dá)不到這個(gè)數(shù)字 ， 但編個(gè)復(fù)雜的應(yīng)用沒(méi)有幾千上萬(wàn)條 ， 那是無(wú)法成功的 ， 在只有 MCS51 的年代 ， 不還是有人寫(xiě)出了上萬(wàn)挑的程序么 。 我們?nèi)腴T(mén)學(xué) MCS51， 但公司需求的是 DSP ARM FPGA， 教學(xué)是一回事 ， 市場(chǎng)應(yīng)用是另一回事 。 也許 MCS51 還有市場(chǎng) ，但那是它便宜 夠用 ， 跟高端打不上 邊 。 市場(chǎng)上同樣是電腦 ， 一個(gè)是筆記本 ， 一個(gè)是上網(wǎng)本 ， 你選哪個(gè) ， 筆記本性能在那里擺著 ， 上網(wǎng)本除了便宜 ， 還有什么優(yōu)勢(shì) 。 單片機(jī)是指一個(gè)集成在一塊芯片上的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 。 盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上 ， 但是它具有一個(gè)完整計(jì)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) ， 目前大部分還會(huì)具有外存 。 同時(shí)集成諸如通訊接口、定時(shí)器 ， 實(shí)時(shí)時(shí)鐘等外圍設(shè)備 。 而現(xiàn)在最強(qiáng)大的單片機(jī)系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上 。 單片機(jī)也被稱為微控制器 (Microcontroller Unit )， 由芯片內(nèi)僅有 CPU 的專(zhuān)用處理器發(fā)展而來(lái) 。 最早的設(shè)計(jì)理念是通過(guò)將大量外圍設(shè)備和 CPU 集成在一個(gè)芯片中 ， 使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小 ， 更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對(duì)體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中 。單片機(jī)是 70 年代中期發(fā)展起來(lái)的一種大規(guī)模集成電路芯片 ， 是 CPU、 RAM、ROM、 I/O 接口和中斷系統(tǒng)集成于同一硅片的器件 。 單片機(jī)用于控制有利于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制的最小化和單片化 ， 簡(jiǎn)化一些專(zhuān)用接口電路 ， 如編程計(jì)數(shù)器、鎖相環(huán)（ PLL）、模擬開(kāi)關(guān)、 A/D 和 D/A 變換器、電壓比較器等組成的專(zhuān)用控制處理功能的單板式微系統(tǒng) 。 單片機(jī)是所有微處理機(jī)中性價(jià)比最高的 一種 ， 隨著種類(lèi)的不斷全面 ， 功能不斷完善 ， 其應(yīng)用領(lǐng)域也迅速擴(kuò)大 。 單片機(jī)在智能儀表、實(shí)時(shí)控制、機(jī)電一體化、辦公機(jī)械、家用電器等方面都有相當(dāng)?shù)膽?yīng)用領(lǐng)域 。 當(dāng)前 ， 8 位單片機(jī)主要用于工業(yè)控制 ， 如溫度、壓力、流量、計(jì)量和機(jī)械加工的測(cè)量和控制場(chǎng)合；高效能的16 位單片機(jī)（如 MCS-96、 MK-68200）可用在更復(fù)雜的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 。 可以說(shuō) ，微機(jī)測(cè)控技術(shù)的應(yīng)用已滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門(mén) ， 微機(jī)測(cè)控技術(shù)的應(yīng)用是產(chǎn)品提高檔次和推陳出新的有效途徑 。 縱觀單片機(jī)的發(fā)展過(guò)程 ， 可以預(yù)示單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) ， 大致有： 25 （ 1）低功耗 CMOS 化 MCS-51 系列的 89C2051 推出時(shí)的功耗達(dá) 120mW， 而現(xiàn)在的單片機(jī)普遍都在 100mW 左右 ， 隨著對(duì)單片機(jī)功耗要求越來(lái)越低 ， 現(xiàn)在的各個(gè)單片機(jī)制造商基本都采用了 CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體工藝 )。 CMOS 雖然功耗較低 ， 但由于其物理特征決定其工作速度不夠高 ， 而 CHMOS 則具備了高速和低功耗的特點(diǎn) ，更適合于在要求低功耗像電池供電的應(yīng)用場(chǎng)合 。 所以這種工藝將是今后一段時(shí)期單片機(jī)發(fā)展的主要途徑 。 出于對(duì)低功耗的普遍要求 ， 目前各大廠商推出的各類(lèi)單片機(jī)產(chǎn)品都采用了CHMOS 工藝 。 89C2051 系列單片機(jī)采用兩種半導(dǎo)體工藝生產(chǎn) 。 一種是 HMOS工藝 ,即高密度短溝道 MOS 工藝 。 另外一種是 CHMOS 工藝 ， 即互補(bǔ)金屬氧化物的 HMOS 工藝 。 CHMOS 是 CMOS 和 HMOS 的結(jié)合 ， 除保持了 HMOS 的高速度和高密度的特點(diǎn)之外 ， 還具有 CMOS 低功耗的特點(diǎn) 。 例如 89C2051 的功耗為630mw， 而 89C2051 的功耗只有 120mw。 在便攜式、手提式或野外作業(yè)儀器設(shè)備上低功耗是非常有意義的 。 因此 ， 在這些產(chǎn)品中必須使用 CHMOS 的單片機(jī)芯片 。 （ 2）微型單片化 常規(guī)的單片機(jī)普遍都是將中央處理器 (CPU)、隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ) (RAM)、只讀程序存儲(chǔ)器 (ROM)、并行串行通信接 ， 中斷系統(tǒng)、定時(shí)電路、時(shí)鐘電路集成在一塊單一的芯片上 ， 增強(qiáng)型的單片機(jī)集成了如 A/D轉(zhuǎn)換器、 PMW(脈寬調(diào)制電路 )、WDT(看門(mén)狗 )、有些單片機(jī)將 LCD(液晶 )驅(qū)動(dòng)電路都集成在單一的芯片上 ， 這樣單片機(jī)包含的單元電路就更多 ， 功能就越強(qiáng)大 。 甚至單片機(jī)廠商還可以根據(jù)用戶的要求量身定做 ， 制造出具有自己特色的單片機(jī)芯片 。 盡管我們常說(shuō) ， 單片機(jī)是將中央處理器 CPU、存儲(chǔ)器和 I/O 接口電路等主要功能部件集成在一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī) ， 但由于工藝和其它方面的原因 ， 很多功能部件并未集成在單片機(jī)芯片內(nèi)部 。 于是 ， 用戶通常的做法是根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需要在外圍擴(kuò)展功能芯片 。 隨著集成電路技術(shù)的快速發(fā)展和 “以人為本 ” 思想在單片機(jī)設(shè)計(jì)上的體現(xiàn) ， 很多單片機(jī)生產(chǎn)廠家充分考慮到用戶的需求 ， 將一些常用的功能部件 ， 如 A/D(模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器 )、 D/A(數(shù) /模轉(zhuǎn)換器 )、 PWM(脈沖產(chǎn)生器 )以及 LCD(液晶 )驅(qū)動(dòng)器等集成到芯片內(nèi)部 ， 盡量做到單片化；同時(shí) ， 用戶還可以提出要求 ， 由廠家量身定作 (SOC 設(shè)計(jì) )或自行設(shè)計(jì) 。 （ 3）主流與多品種共存 現(xiàn)在雖然單片機(jī)的品種繁多 ， 各具特色 ， 但仍以 MCS-51 為核心的單片機(jī)占主流 ， 兼容其結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)的有 PHILIPS 公司的產(chǎn)品 ， ATMEL 公司的產(chǎn)品和中國(guó)臺(tái)灣的 WinBond 系列單片機(jī) 。 以 8031 為核心的單片機(jī)占據(jù)了半壁江山 ， 在一定的時(shí)期內(nèi) ， 這種情形將得以延續(xù) ， 將不存在某個(gè)單片機(jī)一統(tǒng)天下的壟斷局面 ，走的是依存互補(bǔ) ， 相輔相成、共同發(fā)展的道路 。 如今的市場(chǎng)上為我們提供了豐富多彩的單片機(jī)產(chǎn)品 。 從宏觀上講 ， 有 RISC和 CISC 兩大類(lèi)型；從微觀上說(shuō) ， 有 Intel、 Motorola、 Philips、 Microchip、 EMC、NEC 等公司的相關(guān)產(chǎn)品 。 未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi) ， 都將維持這種群雄并起、共性與個(gè)性共存的局面 。 究其原 因 ， 主要有以下兩點(diǎn) 。 首先 ， 以 89C2051 為代表的單片機(jī)的基礎(chǔ)地位不會(huì)動(dòng)搖 。 這是因?yàn)?89C2051 的架構(gòu)和指令系統(tǒng)為后來(lái)的單片機(jī)提供了參考基準(zhǔn)和強(qiáng)大支持 ， 凡是學(xué)過(guò) 89C2051 單片機(jī)的人再去學(xué)用其它類(lèi)型的單片機(jī)易如反掌 ， 借梯子爬坡何樂(lè)而不為呢 ， 有關(guān)這方面的教材建設(shè)在出版界也得到了共識(shí) ， 取得了斐然的成果；這足以解釋為制么在課堂上大家都以 26 89C2051 的教材來(lái)進(jìn)行教與學(xué)了 。 其次 ， 個(gè)性化的產(chǎn)品如專(zhuān)用單片機(jī)等在滿足用戶需求方面得到了大家的認(rèn)可 ， 在應(yīng)用領(lǐng)域大有后來(lái)趕上的架勢(shì)；它們由于先天的優(yōu)勢(shì) ， 在 89C2051 的基礎(chǔ)上揚(yáng)長(zhǎng)避短 ， 以用戶需要為根本 ， 在市場(chǎng)上受到歡迎 。 總之 ， AT89C2051 作為共性的代表會(huì)與個(gè)性化的產(chǎn)品相互依存 ， 共同發(fā)展 ， 將會(huì)給用戶帶來(lái)更大的實(shí)惠與方便 。 可靠性及應(yīng)用越來(lái)越水平高和互聯(lián)網(wǎng)連接已是一種明顯的走向 。 所集成的部件越來(lái)越多； NS（美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體）公司的單片機(jī)已把語(yǔ)音、圖象部件也集成到單片機(jī)中 ， 也就是說(shuō) ， 單片機(jī)的意義只是在于單片集成電路 ， 而不在于其功能了；如果從功能上講它可以講是萬(wàn)用機(jī) 。 原因是其內(nèi)部已集成上各種應(yīng)用電路 。功耗越來(lái)越低和模擬電路結(jié)合越來(lái)越多 。 隨著半導(dǎo)體工藝技術(shù)的發(fā)展及系 統(tǒng)設(shè)計(jì)水平的提高 ， 單片機(jī)還會(huì)不斷產(chǎn)生新的變化和進(jìn)步 ， 最終人們可能發(fā)現(xiàn)：?jiǎn)纹瑱C(jī)與微機(jī)系統(tǒng)之間的距離越來(lái)越小 ， 甚至難以辨認(rèn) 。 27 第 2章 總體設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)的裝置采用 5v 的直流電源主要由搶答電路、控制電路、譯碼顯示、報(bào)警電路等幾部分組成 。 充分利用 SN74HC373 和 AT89C2051 的功能來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)裝置的運(yùn)行。 電子智能搶答計(jì)分器在搶答過(guò)程中 ， 為了知道哪一組或哪一位選手先答題 ， 必須要設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)來(lái)完成這個(gè)任務(wù) 。 為了完成這個(gè)任務(wù)設(shè)計(jì)時(shí)系統(tǒng)能顯示搶答組號(hào)、各組計(jì)分并能計(jì)分顯示以及比賽結(jié)束時(shí)能發(fā)出報(bào)警聲三 個(gè)要求；電子智能搶答計(jì)分器主要是由硬件部分和軟件部分構(gòu)成 。 2.1 搶答器的技術(shù)指標(biāo) （ 1） 8 路開(kāi)關(guān)輸入； （ 2） 穩(wěn)定顯示與輸入開(kāi)關(guān)編號(hào)相對(duì)應(yīng)的數(shù)字 18； （ 3） 輸出具有唯一性和時(shí)序第一特征； （ 4） 當(dāng)裝置接通電源時(shí)自檢各個(gè)部分是否正常 。 2.2 搶答器的設(shè)計(jì)要求 （ 1）能夠識(shí)別最先輸入的信號(hào) ， 顯示選號(hào) ， 同時(shí)又有聲音提示； （ 2）對(duì)回答問(wèn)題所用的時(shí)間進(jìn)行倒計(jì)時(shí)顯示 ， 并有時(shí)間結(jié)束報(bào)警； （ 3）具有搶答開(kāi)關(guān)功能 ， 按下鍵后進(jìn)入搶答的狀態(tài)； （ 4）主持人能夠?qū)ζ聊贿M(jìn)行清零 ， 可以進(jìn)行下一輪的搶答 。 2.3 硬件設(shè)計(jì) 要點(diǎn) 設(shè)計(jì)任務(wù)給定后 ， 經(jīng)過(guò)詳細(xì)調(diào)研 ， 可能產(chǎn)生多種設(shè)計(jì)方案 ， 為使硬件的設(shè)計(jì)盡可能合理 ， 應(yīng)著重考慮以下幾點(diǎn)來(lái)進(jìn)行選擇： （ 1） 盡可能選擇功能完備、工作狀態(tài)穩(wěn)定的芯片 ， 以簡(jiǎn)化電路 ， 提高電路工作效率 ； （ 2） 電路設(shè)計(jì)過(guò)程中 ， 對(duì)電路各個(gè)部分進(jìn)行合理安排 ， 留有余地 ， 以方便可以 對(duì)電路進(jìn)行修改 ； （ 3） 工藝設(shè)計(jì) 。 包括外觀、面板、配線、接插件等 。 必須考慮到安裝、調(diào)試、修 改 的方便 。 28 2.4 搶答器的基本組成和工作原理 2.4.1單片機(jī)的流程圖 單片機(jī)的流程圖如下 圖 1.1 單片機(jī)的流程圖 2.4.2搶答器的的組成 搶答器的 一般構(gòu)成框圖如圖 1.2 所示 。 它主要由開(kāi)關(guān)陣列電路、觸發(fā)鎖存電路、編碼器、 8 段顯示器幾部分組成 。 下面逐一給予介紹 。 圖 1.2 搶答器的組成框圖 （ 1）開(kāi)關(guān)陣列電路 該電路由多路開(kāi)關(guān)所組成 ， 每一競(jìng)賽者與一組開(kāi)關(guān)相對(duì)應(yīng) 。 開(kāi)關(guān)應(yīng)為常開(kāi)型 ，當(dāng)按下開(kāi)關(guān)時(shí) ， 開(kāi)關(guān)閉合；當(dāng)松開(kāi)開(kāi)關(guān)時(shí) ， 開(kāi)關(guān)自動(dòng)彈出斷開(kāi) 。 29 （ 2）觸發(fā)鎖存電路 當(dāng)某一開(kāi)關(guān)首先按下時(shí) ， 觸發(fā)鎖存電路被觸發(fā) ， 在輸出端產(chǎn)生相應(yīng)的開(kāi)關(guān)電平信息 ， 同時(shí)為防止其它開(kāi)關(guān)隨后觸發(fā)而產(chǎn)生紊亂 ， 最先產(chǎn)生的輸出電平變化又反過(guò)來(lái)將觸發(fā)電路鎖定 。 若有多個(gè)開(kāi)關(guān)同時(shí)按下時(shí) ， 則在它們之間存在 著隨機(jī)競(jìng)爭(zhēng)的問(wèn)題 ， 結(jié)果可能是它們中的任意一個(gè)產(chǎn)生有效輸出 。 （ 3）編碼器 編碼器的作用是將某一開(kāi)關(guān)信息轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的 8421BCD 碼 ， 以提供數(shù)字顯示電路所需要的編碼輸入 。 （ 4） 7 段顯示譯碼器 譯碼驅(qū)動(dòng)電路將編碼器輸出的 8421BCD 碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管需要的邏輯狀態(tài) ，并且為保證數(shù)碼管正常工作提供足夠的工作電流 。 （ 5）數(shù)碼顯示器 數(shù)碼管通常有發(fā)光二極管（ LED）數(shù)碼管和液晶（ LCD）數(shù)碼管 。 本設(shè)計(jì) 中采用的是 LED 數(shù)碼管 。 2.4.3搶答器的工作原理 （ 1） 開(kāi)關(guān)陣列電路 圖 1.3 所示為 8 路開(kāi)關(guān)陣列電路 ， 從圖上可以看 出其結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單 。 電路中 ， 1 8 為上拉電阻和限流電阻 。 當(dāng)任一開(kāi)關(guān)按下時(shí) ， 相應(yīng)的輸出為低電平 ， 否則為高電平 。 由于實(shí)際情況與設(shè)計(jì)時(shí)有些誤差我發(fā)現(xiàn)下拉電阻電位過(guò)高（超過(guò)0.7v 左右）裝置不太容易識(shí)別高低電平 ， 所以我最后為了正常工作把下拉電阻短接了 。 圖 1.3 開(kāi)關(guān)陣列電路 （ 2） 觸發(fā)鎖存電路 圖 1.4 所示為 8 路觸發(fā)鎖存電路 。 圖中 ， 74HC373 為 8D 鎖存器 ， 一開(kāi)始 ，當(dāng)所有開(kāi)關(guān)均未按下時(shí) ， 鎖存器輸出全為高電平 ， 經(jīng) 8 輸入與非門(mén)和非門(mén)后的反饋信號(hào)仍為高電平 ， 該信號(hào)作為鎖存器使能端控制信號(hào) ， 使鎖存器處于等待接收觸發(fā)輸入狀態(tài)；當(dāng)任一開(kāi)關(guān)按下時(shí) ， 輸出信號(hào)中必有一路為低電平 ， 則反饋信號(hào) 30 變?yōu)榈碗娖?， 鎖存器剛剛接收到的開(kāi)關(guān)被鎖存 ， 這時(shí)其它開(kāi)關(guān)信息的輸入將被封鎖 。 由此可見(jiàn) ， 觸發(fā)鎖存電路具有時(shí)序電路的特征 ， 是實(shí)現(xiàn)搶答器功能的關(guān)鍵 。 圖 1.4 觸發(fā)鎖存電路 （ 3） 編碼電路 a、編碼器 如圖 1.5 所示 ， 單片機(jī) AT89C2051 編碼器 ， 當(dāng)任意輸入為低電平時(shí) ， 輸出為相應(yīng)的輸入編號(hào)的 8421 碼（ BCD 碼）的反 碼 圖 1.5 AT89C2051 編碼器 AT89C2051 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器 ， 具有 8k 在系統(tǒng)可編 程 flash 存儲(chǔ)器 。 它具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) flash， 256 字節(jié) RAM， 32 位I/O 口線 ， 2 個(gè)數(shù)據(jù)指針 ， 三個(gè) 16 位定時(shí)器 ， 一個(gè) 6 向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu) ， 全雙工串行口 ， 片內(nèi)晶振動(dòng)及時(shí)鐘電路 。 另外 ， AT89S52 可降至 0HZ 靜態(tài)邏輯操作 ，支持 2 種軟件可選節(jié)電模式 ， CPU 停止工作 ， 允許 RAM， 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、 31 中斷繼續(xù)工作 。 掉電保護(hù)方式下 ， RAM 內(nèi)容被保存、振蕩器被凍結(jié) ， 單片機(jī)一切工作停止 ， 直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止 。 下面介紹下各管腳的功能： 1、 VCC：電源電壓。 2、 GND：地。 3、 P1口： P1口是 一個(gè) 8位雙向 I/O 口?？谝_ P1.2P1.7提供內(nèi)部 上拉電阻 ，P1.0和 P1.1要求外部上拉電阻。 P1.0和 P1.1還分別作為片內(nèi)精密模擬比較器的同相輸入 (ANI0)和反相輸入 (AIN1)。 P1口輸出緩沖器可吸收 20mA 電流并能直接驅(qū)動(dòng) LED 顯示。當(dāng) P1口引腳寫(xiě)入 “ 1” 時(shí)，其可用作輸入端，當(dāng)引腳 P1.2P1.7用作輸入并被外部拉低時(shí)，它們將因內(nèi)部的寫(xiě)入 “ 1” 時(shí)，其可用作輸入端。當(dāng)引腳 P1.2P1.7用作輸入并被外部拉低時(shí)，它們將因內(nèi)部的 上拉電阻 而流出電流。 4、 P3口： P3口的 P3.0P3.5、 P3.7是帶有內(nèi)部 上拉電阻 的七個(gè)雙向 I/O 口引腳。 P3.6用于固定輸入片內(nèi) 比較器 的輸 出信號(hào)并且它作為一通用 I/O 引腳而不可訪問(wèn)。 P3口緩沖器可吸收 20mA 電流。當(dāng) P3口寫(xiě)入 “ 1” 時(shí)，它們被內(nèi)部 上拉電阻 拉高并可用作輸入端。用作輸入時(shí)，被外部拉低的 P3口腳將用 上拉電阻 而流出電流。 P3口還用于實(shí)現(xiàn) AT89C2051的各種第二功能，如下表所列： 圖 1.6 P3引腳的功能 P3口 還接收一些用于 閃速存儲(chǔ)器 編程和程序校驗(yàn)的 控制信號(hào) 。 5、 RST：復(fù)位輸入。 RST 一旦變成高電平所有的 I/O 引腳 就復(fù)位到 “ 1” 。當(dāng)振蕩器正在運(yùn)行時(shí)，持續(xù)給出 RST 引腳 兩個(gè) 機(jī)器周期 的高電平便可完成復(fù)位。每一個(gè) 機(jī)器周期 需 12個(gè)振蕩器或 時(shí)鐘周期 。 6、 XTAL1：作為振蕩器反相器的輸入和內(nèi) 部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入。 7、 XTAL2：作為振蕩器反相放大器的輸出。 b、晶振 常說(shuō)的晶振一般叫做晶體諧振器 ， 是一種機(jī)電器件 ， 是用電損耗很小的石英晶體經(jīng)精密切割磨削并鍍上電極焊上引線做成 。 這種晶體有一個(gè)很重要的特性 ，如果給他通電 ， 他就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振蕩 ， 反之 ， 如果給他機(jī)械力 ， 他又會(huì)產(chǎn)生電 ， 32 這種特性叫機(jī)電效應(yīng) 。 他們有一個(gè)很重要的特點(diǎn) ， 其振蕩頻率與他們的形狀 ， 材料 ， 切割方向等密切相關(guān) 。 由于石英晶體化學(xué)性能非常穩(wěn)定 ， 熱膨脹系數(shù)非常小 ，其振蕩頻率也非常穩(wěn)定 ， 由于控制幾何尺寸可以做到很精密 ， 因此 ， 其諧振頻率也很準(zhǔn)確 。 根 據(jù)石英晶體的機(jī)電效應(yīng) ， 我們可以把它等效為一個(gè)電磁振蕩回路 ， 即諧振回路 。 他們的機(jī)電效應(yīng)是機(jī) -電 -機(jī) -電 .的不斷轉(zhuǎn)換 ， 由電感和電容組成的諧振回路是電場(chǎng) -磁場(chǎng)的不斷轉(zhuǎn)換 。 在電路中的應(yīng)用實(shí)際上是把它當(dāng)作一個(gè)高 Q 值的電磁諧振回路 。 由于石英晶體的損耗非常小 ， 即 Q 值非常高 ， 做振蕩器用時(shí) ， 可以產(chǎn)生非常穩(wěn)定的振蕩 ， 作濾波器用 ， 可以獲得非常穩(wěn)定和陡削的帶通或帶阻曲線 。 由于穩(wěn)定性好 ,晶體振蕩器一般用來(lái)產(chǎn)生周期時(shí)序信號(hào) ,常見(jiàn)的用處是作為單片機(jī)的內(nèi)部振蕩源 。 （ 4） 譯碼驅(qū)動(dòng)及顯示單元 編碼器實(shí)現(xiàn)了對(duì)開(kāi)關(guān)信號(hào)的編碼并以 BCD 碼 的形式輸出 。 為了將編碼顯示出來(lái) ， 需用顯示譯碼電路將計(jì)數(shù)器的輸出數(shù)碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼顯示器件所需要的輸出邏輯和一定的電流 。 一般這種譯碼通常稱為 7 段譯碼顯示驅(qū)動(dòng)器 。 常用的 7 段譯碼顯示驅(qū)動(dòng)器有 CD4511 等 。 大多情況下使用的是 LED 數(shù)碼管 。 LED 數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類(lèi)。 LED 數(shù)碼管尺寸有大有小 ， 這次使用了小的數(shù)碼管每個(gè)數(shù)字筆畫(huà)為一個(gè)發(fā)光二極管 。 a、數(shù)碼管的種類(lèi) LED 顯示器在許多的數(shù)字系統(tǒng)中作為顯示輸出設(shè)備 ， 使用非常廣泛 。 它的結(jié)構(gòu)是由發(fā)光二極管構(gòu)成的 a、 b、 c、 d、 e、 f 和 g 七段 ， 并由此 得名 ， 實(shí)際上每個(gè) LED還有一個(gè)發(fā)光段 dp， 一般用于表示小數(shù)點(diǎn) ， 所以也有少數(shù)的資料將 LED稱為八段數(shù)碼管 。 七段譯碼器有輸出低電平有效和高電平有效的多種型號(hào) ， LED 內(nèi)部的所有發(fā)光二極管有共陰極接法和共陽(yáng)極接法兩種 ， 即將 LED 內(nèi)部所有二極管陰極或陽(yáng)極接在一起并通過(guò) com 引腳引出 ， 并將每一