單片機控制的搶答器

1、<p><b>　　單片機控制的搶答器</b></p><p><b>　　序言19</b></p><p>　　第 1章 單片機的介紹20</p><p>　　1.1 單片機的概述20</p><p>　　1.2 單片機的發(fā)展20</p><p>　　1.

2、2.1 4位單片機階段21</p><p>　　1.2.2 8位單片機階段21</p><p>　　1.2.3 16位單片機階段21</p><p>　　1.2.4 32位單片機階段22</p><p>　　1.3 單片機的應(yīng)用22</p><p>　　第 2章 總體設(shè)計27</p>

3、<p>　　2.1 搶答器的技術(shù)指標(biāo)27</p><p>　　2.2 搶答器的設(shè)計要求27</p><p>　　2.3 硬件設(shè)計要點27</p><p>　　2.4 搶答器的基本組成和工作原理28</p><p>　　2.4.1單片機的流程圖28</p><p>　　2.4.2搶答器的的組成28&

4、lt;/p><p>　　2.4.3搶答器的工作原理29</p><p>　　2.4.4軟件的設(shè)計36</p><p>　　第3章 搶答器的制作37</p><p>　　3.1 PROTEL99簡介37</p><p>　　3.2制作中的注意事項37</p><p>　　3.3 制作過程3

5、8</p><p>　　第4章 系統(tǒng)的安裝與調(diào)試39</p><p>　　4.1 系統(tǒng)的安裝39</p><p>　　4.1.1 常見的錯誤39</p><p>　　4.1.2 元器件的檢測39</p><p>　　4.2 實物的調(diào)試40</p><p>　　4.2.1 調(diào)試過程40

6、</p><p>　　4.3 設(shè)計中可能遇到的問題及解決方法40</p><p><b>　　致 謝42</b></p><p><b>　　參考文獻43</b></p><p>　　附錄一：搶答器的元器件44</p><p>　　附件二：搶答器的原理圖45&l

7、t;/p><p>　　附件三：搶答器的程序46</p><p><b>　　序言</b></p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和普及，各種各樣的比賽越來越多，搶答器的作用越來越重要。本次設(shè)計是以單片機為核心的八路搶答器。搶答器是競賽問答中一種常用的必備裝置, 智力競賽搶答器的電路有各種各樣的，有的很簡單，也有比較復(fù)雜的，此次做的八路數(shù)顯并且是使

8、用單片機控制其中包括了組合邏輯電路和時序電路。工廠、學(xué)校和電視臺等單位常舉辦各種智力競賽：搶答記分器是必要設(shè)備。在平時舉行的各種競賽中我們經(jīng)常看到有搶答的環(huán)節(jié)，舉辦方多數(shù)采用讓選手通過舉答題板的方法判斷選手的答題權(quán)，這在某種程度上會因為主持人的主觀誤斷造成比賽的不公平性。為解決這個問題，設(shè)計一種實用簡單的裝置是畢不可少的。本次設(shè)計使用了74系列常用集成電路設(shè)計的數(shù)碼顯示八路搶答器的電路組成、設(shè)計思路及功能。此次設(shè)計的搶答器同時供8名選手

9、或8個代表隊比賽，分別用8個按鈕S1~S8表示。設(shè)置一個系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān)S，該開關(guān)由主持人控制。當(dāng)其中一路搶先接通電路后，裝置自動切斷其他電路的信號，同時答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應(yīng)的編號，并在LED數(shù)碼管上顯示，同時揚聲器發(fā)出報警聲響提示。選手搶答實行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持</p><p>　　單片機（又稱為微控制器）的出現(xiàn)是計算機發(fā)展史上的一個重要的里程碑，它以體

10、積小、功能全、性價比高等諸多優(yōu)點而獨具特色，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)域中獨占鰲頭。單片機的主要特點有：CPU抗干擾性強、可靠性高、電磁輻射小、控制能力強，指令系統(tǒng)簡單，程序可讀性強，操作性強。由于單片機對成本是敏感的，所以目前占統(tǒng)治地位的軟件還是最低級匯編語言。近幾年，C語言也開始廣泛被應(yīng)用。匯編語言是除了二進制機器碼以上最低級的語言了，既然這么低級為什么還要用呢。很多高級的語言已經(jīng)達到了可視化編

11、程的水平為什么不用呢。原因很簡單，就是單片機沒有家用計算機那樣的CPU，也沒有像硬盤那樣的海量存儲設(shè)備。一個可視化高級語言編寫的小程序里面即使只有一個按鈕，也會達到幾十K的尺寸。對于家用PC的硬盤來講沒什么，可是對于單片機來講是不能接受的。 單片機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，如果把巨型計算機上的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件拿到家用PC上來運行，家用PC的也是承受不了的。</p>

12、<p>　　目前最常用的單片機為MCS-51，是由美國INTEL公司（生產(chǎn)CPU的英特爾）生產(chǎn)的，89C2051是這幾年在我國非常流行的單片機，它是由美國ATMEL公司開發(fā)生產(chǎn)的，其內(nèi)核兼容MCS-51單片機。</p><p>　　第 1章 單片機的介紹</p><p>　　1.1 單片機的概述</p><p>　　單片微型計算機簡稱單片機，是典型的嵌入式

13、微控制器（Microcontroller Unit），常用英文字母的縮寫MCU表示，它不是完成某一個邏輯功能的芯片，而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。單片機由運算器，控制器，存儲器，輸入輸出設(shè)備構(gòu)成，相當(dāng)于一個微型的計算機（最小系統(tǒng)），和計算機相比，單片機只缺少了I/O設(shè)備。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。它的體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時，學(xué)習(xí)使用單片機是了解計算機原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。它最早

14、是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。</p><p>　　由于單片機在工業(yè)控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，單片機由芯片內(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，使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成進復(fù)雜的而對體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。</p><p>　　INTEL的8080是最早按照這種思想設(shè)計出的處理器，當(dāng)時的單片機都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的803

15、1，此后在8031上發(fā)展出了MCS51系列單片機系統(tǒng)。因為簡單可靠而性能不錯獲得了很大的好評。盡管2000年以后ARM已經(jīng)發(fā)展出了32位的主頻超過300M的高端單片機，直到目前基于8031的單片機還在廣泛的使用。在很多方面單片機比專用處理器更適合應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了廣泛的應(yīng)用。事實上單片機是世界上數(shù)量最多處理器，隨著單片機家族的發(fā)展壯大，單片機和專用處理器的發(fā)展便分道揚鑣。</p><p>　　現(xiàn)代人類

16、生活中所用的幾乎每件電子和機械產(chǎn)品中都會集成有單片機。手機、電話、計算器、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。 汽車上一般配備40多部單片機，復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺單片機在同時工作。單片機的數(shù)量不僅遠超過PC機和其他計算的總和，甚至比人類的數(shù)量還要多。</p><p>　　1.2 單片機的發(fā)展</p><p>　　單片機誕生于1971年，經(jīng)歷

17、了SCM、MCU、SOC三大階段，早期的SCM單片機都是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)?；谶@一系統(tǒng)的單片機系統(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，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，單片機技術(shù)得到了巨大提高。隨著INTEL i960系列特別是后來的ARM系列的廣泛應(yīng)用，32位單片機迅速取代16

18、位單片機的高端地位，并且進入主流市場。</p><p>　　而傳統(tǒng)的8位單片機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。</p><p>　　當(dāng)代單片機系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸機環(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

19、列的單片機上。而在作為掌上電腦和手機核心處理的高端單片機甚至可以直接使用專用的Windows和Linux操作系統(tǒng)。</p><p>　　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)已進入的電腦時代。不過，這種電腦通常是指個人計算機，簡稱PC機。它由主機、鍵盤、顯示器等組成。還有一類計算機，大多數(shù)人卻不怎么熟悉。這種計算機就是把智能賦予各種機械的單片機（亦稱微控制器）。顧名思義，這種計算機的最小系統(tǒng)只用

20、了一片集成電路，即可進行簡單運算和控制。因為它體積小，通常都藏在被控機械的“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，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”，如智能型洗衣機等。現(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

21、是功能太簡單且極易被仿制。究其原因，可能就卡在產(chǎn)品使用的單片機或其它可編程邏輯器件上。</p><p>　　1.2.1 4位單片機階段</p><p>　　由1975年美國德克薩斯儀表公司推出的4位單片機TMS-1000，后來4位單片機就開始得到應(yīng)用。</p><p>　　單片機初級階段。因工藝限制，單片機采用雙片的形式而且功能比較簡單。1974年12月，仙童公司

22、推出了8位的F8單片機，實際上只包括了8位CPU、64B RAM和2個并行口。 </p><p>　　4位單片機主要應(yīng)用于家用電器和電子玩具。</p><p>　　1.2.2 8位單片機階段</p><p>　　1976年美國Intel公司推出的MCS-48系列的8位單片機后，單片機就開始進入一個新的階段，8位單片機紛紛應(yīng)運而生。例如：莫斯特克和仙童公司共同合作生

23、產(chǎn)的3870（F8）系列，摩托羅拉公司的6801系列等等。后來隨著科學(xué)的發(fā)展，8位單片機得到了更好的發(fā)展，功能也得到了發(fā)展。</p><p>　　低性能單片機階段。1976年，Intel公司推出的MCS-48單片機（8位單片機）極大地促進了單片機的變革和發(fā)展；1977年，GI公司推出了PIC1650，但這個階段的單片機仍然處于低性能階段。 </p><p>　　8位單片機由于功能強，廣泛應(yīng)

24、用于工業(yè)控制，智能接口，儀器儀表等各個領(lǐng)域。</p><p>　　1.2.3 16位單片機階段</p><p>　　1983年后，集成電路的集成度達到了十幾萬只管/片。16位單片機也問世了，同時也將單片機的功能推向了一個新的階段。</p><p>　　高性能單片機階段。1978年，Zilog公司推出了28單片機；1980年，Intel公司在MCS-48單片機的基礎(chǔ)

25、上推出了MCS-51系列，Mortorola公司推出了6801單片機；這些產(chǎn)品使單片機的性能及應(yīng)用躍上了一個新的臺階。此后，各公司的8位單片機迅速發(fā)展起來。這個階段推出的單片機普遍帶有串行I/O口、多級中斷系統(tǒng)、16位定時器/計數(shù)器，片內(nèi)ROM、RAM容量加大，且尋址范圍可達64 KB，有的片內(nèi)還帶有A/D轉(zhuǎn)換器。由于這類單片機的性能價格比高，所以被廣泛應(yīng)用，是目前應(yīng)用數(shù)量最多的單片機。 </p><p>　　1

26、6位單片機可應(yīng)用于高速復(fù)雜的控制系統(tǒng)。</p><p>　　1.2.4 32位單片機階段</p><p>　　最近幾年，各個計算機生產(chǎn)廠家都進入了更高性能的32位單片機研制、生產(chǎn)階段。由于控制領(lǐng)域?qū)?2位單片機需求并不十分迫切，導(dǎo)致32位單片機的應(yīng)用并不多。雖然單片機發(fā)展經(jīng)歷了不同的發(fā)展階段，但4位、8位、16位單片機并沒有淘汰，一直到現(xiàn)在都有應(yīng)用。</p><p&g

27、t;　　8位單片機鞏固、發(fā)展及16位單片機、32位單片機推出階段。16位單片機的典型產(chǎn)品為Intel公司生產(chǎn)的MCS-96系列單片機。而32位單片機除了具有更高的集成度外，其數(shù)據(jù)處理速度比16位單片機提高許多，性能比8位、16位單片機更加優(yōu)越。20世紀(jì)90年代是單片機制造業(yè)大發(fā)展的時期，這個時期的Mortorola、Intel、ATMEL、德州儀器(TI)、三菱、日立、Philips、LG等公司也開發(fā)了一大批性能優(yōu)越的單片機，極大地推動

28、了單片機的應(yīng)用。近年來，又有不少新型的高集成度單片機產(chǎn)品涌現(xiàn)出來，出現(xiàn)了單片機產(chǎn)品豐富多彩的局面。目前，除了8位單片機得到廣泛應(yīng)用之外，16位單片機、32位單片機也得到廣大用戶的青睞。 </p><p>　　1.3 單片機的應(yīng)用</p><p>　　目前單片機滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工

29、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)，錄像機、攝像機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。更不用說自動控制領(lǐng)域的機器人、智能儀表、醫(yī)療器械以及各種智能機械了。因此，單片機的學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用將造就一批計算機應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。單片機廣泛應(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：&l

30、t;/p><p>　　在智能儀器儀表上的應(yīng)用。單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，單片機結(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)字電路更加強大。例如精密的測量設(shè)備（功率計，示波器，各種分析儀）。 　<

31、/p><p>　　在工業(yè)控制中的應(yīng)用單片機可以構(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、各種報警系統(tǒng)、與計算機聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)等。</p><p>　　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控制，從電飯煲、洗衣機、電冰箱、空調(diào)機、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。 　　</p>

32、<p>　　在計算機網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)代的單片機普遍具備通信接口，可以很方便地與計算機進行數(shù)據(jù)通信，為在計算機網(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)了單片機智能控制，從手機、電話機、小型程控交換機、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，無線電對講機等。</p><p>　　單片機在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用單片機在醫(yī)用設(shè)備中的

33、用途亦相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機，各種分析儀，監(jiān)護儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。</p><p>　　在各種大型電器中的模塊化應(yīng)用某些專用單片機設(shè)計用于實現(xiàn)特定功能，從而在各種電路中進行模塊化應(yīng)用，而不要求使用人員了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。如音樂集成單片機，看似簡單的功能，微縮在純電子芯片中（有別于磁帶機的原理），就需要復(fù)雜的類似于計算機的原理。如：音樂信號以數(shù)字的形式存于存儲器中（類似于ROM），由微控制器讀出，轉(zhuǎn)化

34、為模擬音樂電信號（類似于聲卡）。在大型電路中，這種模塊化應(yīng)用極大地縮小了體積，簡化了電路，降低了損壞、錯誤率，也方便于更換。</p><p>　　單片機在汽車設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用單片機在汽車電子中的應(yīng)用非常廣泛，例如汽車中的發(fā)動機控制器，基于CAN總線的汽車發(fā)動機智能電子控制器，GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，abs防抱死系統(tǒng)，制動系統(tǒng)等等。此外，單片機在工商，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。</p&

35、gt;<p>　　單片機作為計算機發(fā)展的一個重要分支領(lǐng)域，根據(jù)發(fā)展情況，從不同角度單片機大致可以分為通用型/專用型、工控型/家電型。</p><p><b>　　通用專用型：</b></p><p>　　這是按單片機適用范圍來區(qū)分的。例如，89C2051是通用型單片機，它不是為某種專用途設(shè)計的；專用型單片機是針對一類產(chǎn)品甚至某一個產(chǎn)品設(shè)計生產(chǎn)的，例如為了

36、滿足電子體溫計的要求，在片內(nèi)集成ADC接口等功能的溫度測量控制電路。</p><p>　　工業(yè)控制。單片機可以構(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)控機床、電機控制、溫度控制等等。</p><p>　　儀器儀表。如醫(yī)療器械、數(shù)字示波器等等。</p><p>　　計算機外部設(shè)備和智能接口。如打印機、傳真機、復(fù)印機等等。</p><p>　

37、　商用產(chǎn)品。如電子稱等。</p><p>　　家用電器。如電視機、空調(diào)、洗衣機的一些家用電器。</p><p>　　1.4 單片機的發(fā)展前景</p><p>　　入門級單片機不能代表核心競爭力，說單片機只能實現(xiàn)某些簡單問題只能說你知道的太少，單片機有這么幾個難點：高頻布線，高頻主要指處理速度達100MHz以上的芯片（不完全是單片機的范疇了，比如DSP和嵌入式或是

38、cortex，但這些的基礎(chǔ)是單片機，也是市場上商業(yè)級的單片機應(yīng)用領(lǐng)域），在這個速度上，信號在導(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)在長度不等的導(dǎo)線上傳輸造成的到達不統(tǒng)一，低頻或者這種誤差不算什么距離除以速度（距離一定，速度慢則時間誤差少），但高頻信號過快，這種誤差不能忽略（影響時序）。其導(dǎo)線間的信號干擾也越發(fā)突出，還要考慮阻抗匹配等，沒有過硬的理論與實際基礎(chǔ)，給你原理圖你畫的PCB板子也是廢板。其次是理論算法，這是軟件部分，很多控

39、制類單片機都需要編出各種算法來控制，稍有錯誤，結(jié)果都差之千里，但沒有足夠深度的自動化理論，你只能停步于圍觀階段，可以說單片機是一個需要經(jīng)常虛學(xué)習(xí)新知識的工科領(lǐng)域（芯片不只有單片機，還有各種豐富的外圍設(shè)備，想做好設(shè)備就要熟識各種芯片，會讀英文資料）。簡單的問題或許只有幾十或幾百條語句就能完成功能，但你知道windows XP有多少條語句么，它編程出錯率要按每</p><p>　　單片機是指一個集成在一塊芯片上的完整

40、計算機系統(tǒng)。盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個完整計算機所需要的大部分部件：CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會具有外存。同時集成諸如通訊接口、定時器，實時時鐘等外圍設(shè)備。而現(xiàn)在最強大的單片機系統(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。</p><p>　　單片機也被稱為微控制器(Microcontroller Unit )，由芯片內(nèi)僅有CPU的專用處理器發(fā)展

41、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，使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成進復(fù)雜的而對體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。單片機是70年代中期發(fā)展起來的一種大規(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。單片機用于控制有利于實現(xiàn)系統(tǒng)控制的最小化和單片化，簡化一些專用接口電路，如編程計數(shù)器、鎖相環(huán)（PLL）、模擬開關(guān)、A/D和D/A變換器、電壓比較器等組成的專用控制處理功能的單板式微系統(tǒng)

42、。</p><p>　　單片機是所有微處理機中性價比最高的一種，隨著種類的不斷全面，功能不斷完善，其應(yīng)用領(lǐng)域也迅速擴大。單片機在智能儀表、實時控制、機電一體化、辦公機械、家用電器等方面都有相當(dāng)?shù)膽?yīng)用領(lǐng)域。當(dāng)前，8位單片機主要用于工業(yè)控制，如溫度、壓力、流量、計量和機械加工的測量和控制場合；高效能的16位單片機（如MCS-96、MK-68200）可用在更復(fù)雜的計算機網(wǎng)絡(luò)?？梢哉f，微機測控技術(shù)的應(yīng)用已滲透到國民經(jīng)濟的

43、各個部門，微機測控技術(shù)的應(yīng)用是產(chǎn)品提高檔次和推陳出新的有效途徑。</p><p>　　縱觀單片機的發(fā)展過程，可以預(yù)示單片機的發(fā)展趨勢，大致有：（1）低功耗CMOS化</p><p>　　MCS-51系列的89C2051推出時的功耗達120mW，而現(xiàn)在的單片機普遍都在100mW左右，隨著對單片機功耗要求越來越低，現(xiàn)在的各個單片機制造商基本都采用了CMOS(互補金屬氧化物半導(dǎo)體工藝)。CMO

44、S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，更適合于在要求低功耗像電池供電的應(yīng)用場合。所以這種工藝將是今后一段時期單片機發(fā)展的主要途徑。</p><p>　　出于對低功耗的普遍要求，目前各大廠商推出的各類單片機產(chǎn)品都采用了CHMOS工藝。89C2051系列單片機采用兩種半導(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，即互補金

45、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之外，還具有CMOS低功耗的特點。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的單片機芯片。（2）微型單片化</p><p>　　常規(guī)的單片機普遍都是將中央處理器(CPU)、隨機存取數(shù)據(jù)存

46、儲(RAM)、只讀程序存儲器(ROM)、并行串行通信接，中斷系統(tǒng)、定時電路、時鐘電路集成在一塊單一的芯片上，增強型的單片機集成了如A/D轉(zhuǎn)換器、PMW(脈寬調(diào)制電路)、WDT(看門狗)、有些單片機將LCD(液晶)驅(qū)動電路都集成在單一的芯片上，這樣單片機包含的單元電路就更多，功能就越強大。甚至單片機廠商還可以根據(jù)用戶的要求量身定做，制造出具有自己特色的單片機芯片。</p><p>　　盡管我們常說，單片機是將中央處

47、理器CPU、存儲器和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算機，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芯片內(nèi)部。于是，用戶通常的做法是根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計的需要在外圍擴展功能芯片。隨著集成電路技術(shù)的快速發(fā)展和“以人為本” 思想在單片機設(shè)計上的體現(xiàn)，很多單片機生產(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)動器等集

48、成到芯片內(nèi)部，盡量做到單片化；同時，用戶還可以提出要求，由廠家量身定作(SOC設(shè)計)或自行設(shè)計。（3）主流與多品種共存</p><p>　　現(xiàn)在雖然單片機的品種繁多，各具特色，但仍以MCS-51為核心的單片機占主流，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)品和中國臺灣的WinBond系列單片機。以8031為核心的單片機占據(jù)了半壁江山，在一定的時期內(nèi)，這種情形將得以延續(xù)，將不存在某個單

49、片機一統(tǒng)天下的壟斷局面，走的是依存互補，相輔相成、共同發(fā)展的道路。</p><p>　　如今的市場上為我們提供了豐富多彩的單片機產(chǎn)品。從宏觀上講，有RISC和CISC兩大類型；從微觀上說，有Intel、Motorola、Philips、Microchip、EMC、NEC等公司的相關(guān)產(chǎn)品。未來相當(dāng)長的時間內(nèi)，都將維持這種群雄并起、共性與個性共存的局面。究其原因，主要有以下兩點。首先，以89C2051為代表的單片機的

50、基礎(chǔ)地位不會動搖。這是因為89C2051的架構(gòu)和指令系統(tǒng)為后來的單片機提供了參考基準(zhǔn)和強大支持，凡是學(xué)過89C2051單片機的人再去學(xué)用其它類型的單片機易如反掌，借梯子爬坡何樂而不為呢，有關(guān)這方面的教材建設(shè)在出版界也得到了共識，取得了斐然的成果；這足以解釋為制么在課堂上大家都以89C2051的教材來進行教與學(xué)了。</p><p>　　其次，個性化的產(chǎn)品如專用單片機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

51、有后來趕上的架勢；它們由于先天的優(yōu)勢，在89C2051的基礎(chǔ)上揚長避短，以用戶需要為根本，在市場上受到歡迎。總之，AT89C2051作為共性的代表會與個性化的產(chǎn)品相互依存，共同發(fā)展，將會給用戶帶來更大的實惠與方便。</p><p>　　可靠性及應(yīng)用越來越水平高和互聯(lián)網(wǎng)連接已是一種明顯的走向。所集成的部件越來越多；NS（美國國家半導(dǎo)體）公司的單片機已把語音、圖象部件也集成到單片機中，也就是說，單片機的意義只是在于單

52、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用機。原因是其內(nèi)部已集成上各種應(yīng)用電路。功耗越來越低和模擬電路結(jié)合越來越多。 隨著半導(dǎo)體工藝技術(shù)的發(fā)展及系統(tǒng)設(shè)計水平的提高，單片機還會不斷產(chǎn)生新的變化和進步，最終人們可能發(fā)現(xiàn)：單片機與微機系統(tǒng)之間的距離越來越小，甚至難以辨認(rèn)。 </p><p><b>　　第 2章 總體設(shè)計</b></p><p>

53、　　本次設(shè)計的裝置采用5v的直流電源主要由搶答電路、控制電路、譯碼顯示、報警電路等幾部分組成。充分利用SN74HC373和AT89C2051的功能來實現(xiàn)整個裝置的運行。電子智能搶答計分器在搶答過程中，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)。為了完成這個任務(wù)設(shè)計時系統(tǒng)能顯示搶答組號、各組計分并能計分顯示以及比賽結(jié)束時能發(fā)出報警聲三個要求；電子智能搶答計分器主要是由硬件部分和軟件部分構(gòu)成。</p>

54、<p>　　2.1 搶答器的技術(shù)指標(biāo)</p><p>　?。?）8路開關(guān)輸入；</p><p>　?。?）穩(wěn)定顯示與輸入開關(guān)編號相對應(yīng)的數(shù)字1~8；</p><p>　?。?）輸出具有唯一性和時序第一特征；</p><p>　　（4）當(dāng)裝置接通電源時自檢各個部分是否正常。</p><p>　　2.2 搶答器的

55、設(shè)計要求</p><p>　?。?）能夠識別最先輸入的信號，顯示選號，同時又有聲音提示；</p><p>　?。?）對回答問題所用的時間進行倒計時顯示，并有時間結(jié)束報警；</p><p>　　（3）具有搶答開關(guān)功能，按下鍵后進入搶答的狀態(tài)；</p><p>　?。?）主持人能夠?qū)ζ聊贿M行清零，可以進行下一輪的搶答。</p>&l

56、t;p>　　2.3 硬件設(shè)計要點</p><p>　　設(shè)計任務(wù)給定后，經(jīng)過詳細(xì)調(diào)研，可能產(chǎn)生多種設(shè)計方案，為使硬件的設(shè)計盡可能合理，應(yīng)著重考慮以下幾點來進行選擇：</p><p>　?。?）盡可能選擇功能完備、工作狀態(tài)穩(wěn)定的芯片，以簡化電路，提高電路工作效率；</p><p>　　（2）電路設(shè)計過程中，對電路各個部分進行合理安排，留有余地，以方便可以對電路進行

57、修改；</p><p>　?。?）工藝設(shè)計。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。</p><p>　　2.4 搶答器的基本組成和工作原理</p><p>　　2.4.1單片機的流程圖</p><p><b>　　單片機的流程圖如下</b></p><p>　　圖1.1

58、單片機的流程圖</p><p>　　2.4.2搶答器的的組成</p><p>　　搶答器的一般構(gòu)成框圖如圖1.2所示。它主要由開關(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。</p><p>　　圖1.2 搶答器的組成框圖</p><p><b>　?。?）開關(guān)陣列電路</b></p&g

59、t;<p>　　該電路由多路開關(guān)所組成，每一競賽者與一組開關(guān)相對應(yīng)。開關(guān)應(yīng)為常開型，當(dāng)按下開關(guān)時，開關(guān)閉合；當(dāng)松開開關(guān)時，開關(guān)自動彈出斷開。</p><p><b>　?。?）觸發(fā)鎖存電路</b></p><p>　　當(dāng)某一開關(guān)首先按下時，觸發(fā)鎖存電路被觸發(fā)，在輸出端產(chǎn)生相應(yīng)的開關(guān)電平信息，同時為防止其它開關(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

60、過來將觸發(fā)電路鎖定。若有多個開關(guān)同時按下時，則在它們之間存在著隨機競爭的問題，結(jié)果可能是它們中的任意一個產(chǎn)生有效輸出。</p><p><b>　　（3）編碼器</b></p><p>　　編碼器的作用是將某一開關(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。</p><p>　?。?）7段顯示譯碼器</p>

61、<p>　　譯碼驅(qū)動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。</p><p><b>　?。?）數(shù)碼顯示器</b></p><p>　　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)計中采用的是LED數(shù)碼管。</p><p>　　2.4.3搶答器

62、的工作原理</p><p><b>　?。?）開關(guān)陣列電路</b></p><p>　　圖1.3所示為8路開關(guān)陣列電路，從圖上可以看出其結(jié)構(gòu)非常簡單。電路中，Ｒ1～Ｒ8為上拉電阻和限流電阻。當(dāng)任一開關(guān)按下時，相應(yīng)的輸出為低電平，否則為高電平。由于實際情況與設(shè)計時有些誤差我發(fā)現(xiàn)下拉電阻電位過高（超過0.7v左右）裝置不太容易識別高低電平，所以我最后為了正常工作把下拉電阻

63、短接了。</p><p>　　圖1.3 開關(guān)陣列電路</p><p><b>　　（2）觸發(fā)鎖存電路</b></p><p>　　圖1.4所示為8路觸發(fā)鎖存電路。圖中，74HC373為8D鎖存器，一開始，當(dāng)所有開關(guān)均未按下時，鎖存器輸出全為高電平，經(jīng)8輸入與非門和非門后的反饋信號仍為高電平，該信號作為鎖存器使能端控制信號，使鎖存器處于等待接收觸

64、發(fā)輸入狀態(tài)；當(dāng)任一開關(guān)按下時，輸出信號中必有一路為低電平，則反饋信號變?yōu)榈碗娖?，鎖存器剛剛接收到的開關(guān)被鎖存，這時其它開關(guān)信息的輸入將被封鎖。由此可見，觸發(fā)鎖存電路具有時序電路的特征，是實現(xiàn)搶答器功能的關(guān)鍵。</p><p>　　圖1.4 觸發(fā)鎖存電路</p><p><b>　?。?）編碼電路</b></p><p><b>　　a

65、、編碼器 </b></p><p>　　如圖1.5所示，單片機AT89C2051編碼器，當(dāng)任意輸入為低電平時，輸出為相應(yīng)的輸入編號的8421碼（BCD碼）的反碼</p><p>　　圖1.5 AT89C2051編碼器</p><p>　　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存儲器。它具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：

66、8k字節(jié)flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，2個數(shù)據(jù)指針，三個16位定時器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振動及時鐘電路。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，定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存、振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。</p><p>　　下面介紹下各

67、管腳的功能：</p><p>　　1、VCC：電源電壓。</p><p><b>　　2、GND：地。</b></p><p>　　3、P1口：P1口是一個8位雙向I/O口。口引腳P1.2~P1.7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)。P

68、1口輸出緩沖器可吸收20mA電流并能直接驅(qū)動LED顯示。當(dāng)P1口引腳寫入“1”時，其可用作輸入端，當(dāng)引腳P1.2~P1.7用作輸入并被外部拉低時，它們將因內(nèi)部的寫入“1”時，其可用作輸入端。當(dāng)引腳P1.2~P1.7用作輸入并被外部拉低時，它們將因內(nèi)部的上拉電阻而流出電流。</p><p>　　4、P3口：P3口的P3.0~P3.5、P3.7是帶有內(nèi)部上拉電阻 的七個雙向I/O口引腳。P3.6用于固定輸入片內(nèi)比較器

69、的輸出信號并且它作為一通用I/O引腳而不可訪問。P3口緩沖器可吸收20mA電流。當(dāng)P3口寫入“1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可用作輸入端。用作輸入時，被外部拉低的P3口腳將用上拉電阻而流出電流。</p><p>　　P3口還用于實現(xiàn)AT89C2051的各種第二功能，如下表所列：</p><p>　　圖1.6 P3引腳的功能</p><p>　　P3口還接收一些用于

70、閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。</p><p>　　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)振蕩器正在運行時，持續(xù)給出RST引腳兩個機器周期的高電平便可完成復(fù)位。每一個機器周期需12個振蕩器或時鐘周期。</p><p>　　6、XTAL1：作為振蕩器反相器的輸入和內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入。</p><p>　　7、XTAL2：作

71、為振蕩器反相放大器的輸出。</p><p><b>　　b、晶振</b></p><p>　　常說的晶振一般叫做晶體諧振器，是一種機電器件，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。這種晶體有一個很重要的特性，如果給他通電，他就會產(chǎn)生機械振蕩，反之，如果給他機械力，他又會產(chǎn)生電，這種特性叫機電效應(yīng)。他們有一個很重要的特點，其振蕩頻率與他們的形狀，材

72、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。</p><p>　　根據(jù)石英晶體的機電效應(yīng)，我們可以把它等效為一個電磁振蕩回路，即諧振回路。他們的機電效應(yīng)是機-電-機-電....的不斷轉(zhuǎn)換，由電感和電容組成的諧振回路是電場-磁場的不斷轉(zhuǎn)換。在電路中的應(yīng)用實際上是把它當(dāng)作一個高Q值的電磁諧振回路。由于石英晶體的

73、損耗非常小，即Q 值非常高，做振蕩器用時，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產(chǎn)生周期時序信號,常見的用處是作為單片機的內(nèi)部振蕩源。</p><p>　?。?）譯碼驅(qū)動及顯示單元</p><p>　　編碼器實現(xiàn)了對開關(guān)信號的編碼并以BCD碼的形式輸出。為了將編碼顯示出來，需用顯示譯碼電路將計數(shù)器的輸出數(shù)碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼顯示

74、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)動器。常用的7段譯碼顯示驅(qū)動器有CD4511等。大多情況下使用的是LED數(shù)碼管。LED數(shù)碼管的驅(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。</p><p>　　LED數(shù)碼管尺寸有大有小，這次使用了小的數(shù)碼管每個數(shù)字筆畫為一個發(fā)光二極管。</p><p><b>　　a、數(shù)碼管的種類</b></p

75、><p>　　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，實際上每個LED還有一個發(fā)光段dp，一般用于表示小數(shù)點，所以也有少數(shù)的資料將LED稱為八段數(shù)碼管。</p><p>　　七段譯碼器有輸出低電平有效和高電平有效的多種型號，LED內(nèi)部的所有發(fā)光二極管有共陰極接法和共陽極接法兩種，即將LED內(nèi)部所有二極

76、管陰極或陽極接在一起并通過com引腳引出，并將每一發(fā)光段的另一端分別引出到對應(yīng)的引腳，LED的引腳排列一般如圖所示，使用時以具體型號的LED資料為依據(jù)。通過點亮不同的LED字段，可顯示數(shù)字0，1，2┅9等不同的字符及自定義一些段發(fā)光代表簡單符號。當(dāng)選用的LED是共陽極接法時，應(yīng)使用低電平輸出有效的七段譯碼器，如7446和7447等；當(dāng)選用的LED是共陰極接法時，應(yīng)使用高電平輸出有效的七段譯碼器，如7448和7449等。</p>

77、;<p>　　圖1.7為LED的使用舉例，是本次設(shè)計使用的LED為共陽極接法，因此，com端接5V電壓，其它引腳端通過限流電阻接到鎖存器74LS373的輸出，當(dāng)各段輸入端為邏輯“1”，對應(yīng)的LED不亮；各段輸入端為邏輯“0”時，對應(yīng)LED才發(fā)亮。使用時要根據(jù)LED正常發(fā)光需要的電流參數(shù)估算限流電阻取值。電阻取值越小，電流大，LED會更亮，但要注意長時間過熱使用燒壞LED。</p><p>　　圖1.

78、7 LED顯示舉例</p><p><b>　　b、數(shù)碼管的驅(qū)動</b></p><p>　　七段譯碼器驅(qū)動LED和七段譯碼器之間一般還要接限流電阻或其它匹配電路，或者驅(qū)動譯碼器是OC輸出，需要接上拉電阻。七段譯碼器內(nèi)部一般包含了LED的驅(qū)動電路，驅(qū)動共陽極LED的譯碼器（輸出低電平對應(yīng)段亮）驅(qū)動電流一般較大（灌電流），如果該電流與LED器件的正常工作電流近似，那么可

79、以直接驅(qū)動LED，如果驅(qū)動電流大于LED正常電流許多，那么兩者之間要加限流電阻，根據(jù)LED的參數(shù)估算限流電阻的大??；如果七段譯碼器驅(qū)動能力不夠大，特別是驅(qū)動共陰極LED時，可以在兩者之間加適當(dāng)?shù)纳侠娮?，比?448驅(qū)動共陰極的BS201時，要LED有正常顯示亮度就要加上拉電阻。</p><p><b>　　c、數(shù)碼管的顯示</b></p><p>　　LED多數(shù)情況

80、用于顯示十進制數(shù)字，要將0～9的數(shù)字用7段顯示，必須將數(shù)字轉(zhuǎn)換為LED對應(yīng)七段碼的信息，比如，要顯示“0”，就是讓a、b、c、d、e和f段發(fā)光，顯示“1”，讓b和c段發(fā)光。然后根據(jù)LED是共陰極還是共陽極接法確定LED各輸入端應(yīng)接邏輯1，還是邏輯0，如果是共陽接法，要顯示“0” 時，a、b、c、d、e和f段就要輸入邏輯0，共陰極接法則恰巧相反。也就是說，對于共陰極和共陽極兩種不同的接法，顯示同一個字符時，對應(yīng)的顯示段碼是不同的，互為反碼

81、。</p><p>　　圖1.8 LED數(shù)碼管</p><p>　　數(shù)字對應(yīng)數(shù)碼管顯示控制轉(zhuǎn)換字節(jié) （共陰編碼）</p><p>　　顯示——HGFE，DCBA——編碼；</p><p>　　0——0011，1111——0x3F；</p><p>　　1——0000，0110——0x06；</p>&l

82、t;p>　　2——0101，1011——0x5B；</p><p>　　3——0100，1111——0x4F；</p><p>　　4——0110，0110——0x66；</p><p>　　5——0110，1101——0x6D；</p><p>　　6——0111，1101——0x7D；</p><p>　　7

83、——0000，0111——0x07；</p><p>　　8——0111，1111——0x7F；</p><p>　　9——0110，1111——0x6F；</p><p>　　共陽為編碼取反即可，接線為高低端口對應(yīng)接法</p><p>　　此外這次使用的是共陽極，所謂的共陽極就是指筆畫顯示器發(fā)光管的陽極是公共的，而陰極是隔離的區(qū)別見圖1.9

84、。</p><p>　　圖1.9 LED的兩種接法</p><p>　　設(shè)計電路如原理圖所示。電路選用單片機和鎖存器來完成。該電路主要完成兩個功能：一是分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號，同時譯碼顯示電路顯示編號（顯示電路采用七段數(shù)字?jǐn)?shù)碼顯示管）；二是禁止其他選手按鍵，其按鍵操作無效。工作過程：開關(guān)S置于“清除”端時，d觸發(fā)器的 R、S端均為0，4個觸發(fā)器輸出置0，使89C205

85、1的優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端（圖中5號端）＝0，使之處于工作狀態(tài)。當(dāng)開關(guān)S置于“開始”時，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當(dāng)有選手將搶答按鍵按下時（如按下S5），89C2051的輸出經(jīng)的D鎖存后，CTR=1，RBO(圖中4端) =1，七段顯示電路74LS48處于工作狀態(tài)。此外，CTR＝1，使89C2051優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端（圖中5號端）＝1，處于禁止?fàn)顟B(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當(dāng)按鍵松開即按下時，89C2051的 此時由于仍為CTR＝1，使優(yōu)先編碼工作

86、標(biāo)志端（圖中5號端）＝1，所以89C2051仍處于禁止?fàn)顟B(tài)，確保不會出二次按鍵時輸入信號，保證了搶答者的優(yōu)先性。如有再次搶答需由主持人將S1開關(guān)重新置“清除”然后再進行下一輪搶答。</p><p>　　2.4.4軟件的設(shè)計</p><p>　　搶答器的軟件設(shè)計如下圖所示</p><p>　　圖2.0 搶答器的程序步驟</p><p>　　第3

87、章 搶答器的制作</p><p>　　3.1 PROTEL99簡介</p><p>　　Protel99SE是Protel公司近10年來致力于Windows平臺開發(fā)的最新結(jié)晶，能實現(xiàn)從電學(xué)概念設(shè)計到輸出物理生產(chǎn)數(shù)據(jù)，以及這之間的所有分析、驗證和設(shè)計數(shù)據(jù)管理。因而今天的Protel最新產(chǎn)品已不是單純的PCB（印制電路板）設(shè)計工具，而是一個系統(tǒng)工具，覆蓋了以PCB為核心的整個物理設(shè)計。 最新版

88、本的Protel軟件可以毫無障礙地讀Orcad、Pads、Accel(PCAD)等知名EDA公司設(shè)計文件，以便用戶順利過渡到新的EDA平臺?！　rotel 99 SE共分5個模塊，分別是原理圖設(shè)計、PCB設(shè)計（包含信號完整性分析）、自動布線器、原理圖混合信號仿真、PLD設(shè)計。本次畢業(yè)設(shè)計主要是印制電路板（簡稱PCB板）的設(shè)計，采用的是Protel 99SE。Protel軟件是個新興家族，以其易學(xué)易用而著稱。Protel 99 SE這

89、套電路設(shè)計軟件，主要包括四部分：Schematic99 SE、SIM99SE、PLD99SE、PCB99SE、PCB99CE。除了上述四大部分之外，PROTEL99也提供了一些基本工具，如特別使用與電路設(shè)計的文字編輯器的工具，適用于電路數(shù)據(jù)管理的電子表格編</p><p>　　3.2制作中的注意事項</p><p>　　1、布線方向：從焊接面看，組件的排列方位盡可能保持與原理圖相一致布線方

90、向最好與電路圖走線一致。布線方向最好與電路圖走線方向一致，因生產(chǎn)過程中通常需要在焊接面進行各種參數(shù)的檢測，故這樣便于生產(chǎn)中的檢查，調(diào)試以及檢修。</p><p>　　2、各組件排列，分布要合理和均勻，力求整齊美觀，結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓に囈蟆?lt;/p><p>　　3、電阻的放置方式分為平放與豎放兩種</p><p>　　（1）當(dāng)電路組件數(shù)量不多，而且電路板尺寸較大的情況下，

91、一般是采用平放。</p><p>　?。?）豎放：放電路的組件數(shù)較多，而且電路板尺寸不大的情況下，一般上采用豎放。</p><p>　　4、電位器的放置原則</p><p>　　在穩(wěn)壓器中用來調(diào)輸出電壓，故設(shè)計電位器應(yīng)滿足順時針輸出電壓升高，逆時針調(diào)節(jié)輸出降低，在可調(diào)恒流充電器中電位器用來調(diào)節(jié)充電電流的大小，設(shè)計電位器是應(yīng)滿足順時針調(diào)節(jié)時，電流增大。電位器安放應(yīng)當(dāng)滿

92、足整體結(jié)構(gòu)安裝及面板布局的要求。因此應(yīng)盡可能放在邊緣，旋轉(zhuǎn)板朝外。</p><p><b>　　5、進出接線端布置</b></p><p>　?。?）相關(guān)聯(lián)的兩引線端不要距離太大，一般為2-3/10英寸左右較合適。</p><p>　?。?）由于這次設(shè)計用的是單面板，所以導(dǎo)線和焊盤都在一個側(cè)面，這就要求布線時不能夠隨意地按照雙面板來做。 <

93、;/p><p>　　6、設(shè)計布線圖是要注意管腳排列順序，組件引腳間距要合理。</p><p>　　7、在保證電路性能要求的前提下，設(shè)計時應(yīng)力求走線合理，少用外接跨線，并按照一定順序要求走線，力求直觀，便于安裝高度和檢修。</p><p>　　8、設(shè)計布線圖時走線盡量少拐彎，力求線條簡單明了。</p><p>　　9、布線時，導(dǎo)線的寬度要定好尺寸，

94、不能太粗和太細(xì)，導(dǎo)線間距要盡量統(tǒng)一適中，以防短路。</p><p>　　10、設(shè)計最好按照一定順序方向進行，例如可以由左往右和由上到下的順序進行。</p><p>　　11、在設(shè)計時。為了將來能更好的安裝和焊接元件，在不違背原理的前提下可以從元件中調(diào)用其他元件來替代本元件。</p><p><b>　　3.3 制作過程</b></p>

95、;<p>　　在進行實物制作前，先仔細(xì)分析了研究整機工作原理圖，讀懂每一部分電路的工作原理和連接關(guān)系，然后在電路板上細(xì)心的設(shè)計元器件的位置安排，遵從了“先大后小，先整后散”的組裝原則。 </p><p>　　工具：電烙鐵一把，剪鉗一把，萬用表一塊，焊錫若干，松香若干，鑷子一把，導(dǎo)線若干。 </p><p>　　首先把開關(guān)、數(shù)碼管、單片機 89C2051、SN74HC373芯片

96、等大的元器件合理安排在電路板子上，并且焊接好。再把其他小的元器件合理的分布在大元器件的周圍，按照電路原理圖進行焊接的過程中，我充分注意了冷焊、虛焊的現(xiàn)象，防止給后的檢查帶來不便。 焊接時的注意事項： </p><p>　?。?）注意二極管和三極管的極性,在焊接之前用儀器測出。 </p><p>　　（2）在焊接之前要把各個電阻的阻值用萬用表測試,檢查阻值是否正確。 </p>

97、<p>　?。?）檢查變壓器的型號,確定220V的交流電經(jīng)變壓器變壓后是合適的電壓。 </p><p>　?。?）最好選用220V/25W的電烙鐵。焊接時動作要快，以免把電路板銅線燙壞；焊接要準(zhǔn)確。 </p><p>　　每焊接好一處注意要檢查是否有短路現(xiàn)象。</p><p>　　第4章 系統(tǒng)的安裝與調(diào)試</p><p><

98、b>　　4.1 系統(tǒng)的安裝</b></p><p>　　在系統(tǒng)的安裝中，我首先利用C語言將程序編寫出來，同時還要查看編寫的單片機程序是否正確，然后將程序輸入到AT89C2051單片機中。</p><p>　　4.1.1 常見的錯誤</p><p><b>　　（1）邏輯錯誤</b></p><p>　　

99、硬件的邏輯錯誤是由于設(shè)計錯誤和加工過程中的工藝性錯誤所造成的。這類錯誤包括錯線、開路、短路、相位錯等幾種，其中短路是最常見也較難排除的故障。單片機的應(yīng)用系統(tǒng)往往要求體積小，從而使印制板的步線密度高，由于工藝原因造成引線之間短路。開路常常是由于印制板的金屬孔質(zhì)量不好或接插件接觸不良引起的。 </p><p><b>　?。?）元器件失效</b></p><p>　　元器

100、件失效的原因有兩方面：一是器件本身已損壞或性能差，諸如電阻電容的型號、參數(shù)不正確，集成電路已損壞，器件的速度、功耗等技術(shù)參數(shù)等不符合要求等；二是由于組裝錯誤造成元器件失效，如電容、二極管、三極管的極性錯誤和集成塊安裝的方向錯誤等。</p><p><b>　?。?）可靠性差</b></p><p>　　系統(tǒng)不可靠的因數(shù)很多，如金屬孔、接插件接觸不良會造成系統(tǒng)時好時壞，

101、</p><p>　　禁不起振動。內(nèi)部和外部的干擾、電源紋波系數(shù)過大、器件負(fù)載過大等會造成邏輯電平不穩(wěn)定。另外，走線和布局的不合理等也會引起系統(tǒng)故障。</p><p><b>　　電源故障</b></p><p>　　若存在電源故障，則加電后將造成器件的損壞，因此電源必須單獨調(diào)試好以后才加到系統(tǒng)的各個部件。電源的故障包括：電源值不符合設(shè)計要求，

102、電源引出線和插座不對應(yīng)，各檔電源之間短路，變壓器功率不足，內(nèi)阻大，負(fù)載能力差等。</p><p>　　4.1.2 元器件的檢測</p><p>　　1、電阻的測量：電阻是采用色環(huán)法標(biāo)注的，是用萬用表測量個電阻的阻值，查看與標(biāo)注是否一致、所使用電阻的功率是否達到電路的要求及誤差是不是符合標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　2、數(shù)碼管的測量：常用的數(shù)碼管有共陰和共陽之分，兩者外

103、形相似，可使用萬用表進行判別和檢測，將萬用表的陽表筆接觸數(shù)碼管的3腳或7腳，在用另一個表筆接觸數(shù)碼管的另外8個管腳，如果數(shù)碼管有顯示，則說明此數(shù)碼管是共陽，反之用萬用表的陰表筆接觸3腳或7腳，來判斷為共陰數(shù)碼管，并檢測好壞。</p><p>　　3、電容的測量：對于電解電容的測量，我們一般都是使用萬用表的電阻檔對其進行漏電阻的測量，如果漏電阻的阻值達到100k左右我們就認(rèn)為該電解電容合格。對于瓷片電容，一般使用萬

104、用的R*10k檔對其測量。如果測出的電阻是接近無窮大就認(rèn)為該瓷片電容合格。</p><p><b>　　4、二極管檢測</b></p><p>　　將萬用表撥至 Rx100Ω或Rx1KΩ檔，當(dāng)所測的電阻值較小時，所測的是正向電阻，即圖黑表筆接的是二極管的正極、紅筆接的是負(fù)極；反之，若測得的阻值較大，則是反向電阻，黑表筆接的是負(fù)極、紅筆接的是正極。</p>

105、<p>　　檢查好元器件和線路板即可進行電路的安裝了。在安裝過程中要按照信號的流程進行安裝，這樣可以避免安裝錯誤，而且要注意集成電路的方向，不可倒插，管腳也不能彎曲。</p><p>　　4.2 實物的調(diào)試 </p><p>　　4.2.1 調(diào)試過程</p><p>　　焊接完畢后，需要在接通電源前，先用萬用表仔細(xì)檢查各管腳間是否有短路，虛焊、漏焊現(xiàn)象。

106、在檢查無誤后，我接通電源用手觸摸橋碓,看看是否發(fā)熱,然后用萬用表測試其兩端的電壓是否在5V左右。如果發(fā)熱或者電壓為零則說明電路中有短路的現(xiàn)象，要立刻切斷電源，再做仔細(xì)的檢查，改正后再進行同樣的測試，直到正常為止。再測試各個芯片的電壓是否正常。 </p><p>　　以上檢查完后后,再進行調(diào)試。首先按下復(fù)位鍵S1，用萬用表測試單片機芯片的第六引腳是否有高電平輸出，有的話說明電路連接正確；再測試第一腳是否是低電平，不

107、是的話說明電路連接有問題，要切斷電源檢查。如果沒有的就再按下?lián)尨鸢粹oS1，用萬用表測試但片機第一腳是不是有高電平，數(shù)碼管的顯示數(shù)字是否為“1”。不是的話再仔細(xì)地檢查電路中的連接。是的話就依次按下S2、S3、S4，觀察數(shù)碼管的顯示是否有變化，沒有變化說明電路中89C2051起到了閉鎖的作用。再看看蜂鳴器是否響。再按下S2，進行與S1相同的操作。同理按下S3、S4、S5、S6、S7、S8進行檢查。</p><p>　

108、　4.3 設(shè)計中可能遇到的問題及解決方法</p><p>　　1、我們設(shè)計的作品主要是用51系列集成芯片和單片機編碼器來完成的，在焊接的過程中由于芯片的引腳過多，布線工作不是很方便。有時候還因為某一跟線沒有焊牢，造成電路的不穩(wěn)定，這些都是有待改進的。我們的想法是根據(jù)單片機原理及相關(guān)知識對我們的設(shè)計進行一些改進。</p><p>　　2、選手號碼的顯示問題：在設(shè)計過程中，我們發(fā)現(xiàn)按下?lián)尨鸢粹o