1、安徽工贸学院毕 业 设 计（论 文）题 目： 单片机系统设计原理与应用院 （系）： 专 业： 班 级： 学生姓名： 导师姓名： 职称： 目 录第一章 抢答器的概述1.1 系统设计的功能1.2 抢答器需求分析1.3 抢答器的工作原理第二章 单片机的功能简介2.1 89 系列单片机的概述2.2 AT89S51 的功能2.2.1 TA89S51 特殊功能寄存器2.2.2 AT89S51 单片机的内部结构第三节 硬件电路的设计3.1 总电路原理3.2 时钟频率电路的设计3.3 复位电路的设计3.3.1 复位电路的可靠性设计3.3.2 人工复位3.4 显示电路的设计3.5 控制电路的实现3.6 发声3.
2、7 系统复位第四章 软件设计4.1 软件任务分析4.2 显示子程序的设计4.3 定时器 T0、T1 中断服务程序的设计4.4 抢答器处理程序的设计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20 世纪末电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。现代生活的人们越来越重视起了时间观念，可以说是时间和金钱划上了等号。对于那些对时间把握非常严格和准确的人或事来说，时间的不准确会带来非常大的麻烦，所以以数码管为显示器的时
3、钟比指针式的时钟表现出了很大的优势。数码管显示的时间简单明了而且读数快、时间准确显示到秒。而机械式的依赖于晶体震荡器，可能会导致误差。数字钟是采用数字电路实现对“时”、“分”、“秒”数字显示的计时装置。数字钟的精度、稳定度远远超过老式机械钟。在这次设计中，我们采用 LED 数码管显示时、分、秒，以 24小时计时方式，根据数码管动态显示原理来进行显示，用 12MHz 的晶振产生振荡脉冲，定时器计数。在此次设计中，电路具有显示时间的其本功能，还可以实现对时间的调整。数字钟是其小巧，价格低廉，走时精度高，使用方便，功能多，便于集成化而受广大消费的喜爱， 因此得到了广泛的使用。利用单片机原理可以设计很
4、多高科技产品，如抢答器，数字时钟，控制温度器等等。本文主要介绍利用单片机设计抢答器。第一章 抢答器的概述1.1 系统设计的功能1.基本功能：（1） 同时供 8 名选手比赛，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，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，优先抢答选手的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。（2）
5、参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，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 抢答器的需求分析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 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 抢答的工作过程图 2-4 抢答器电路表 2-1 74LS14
6、8 的功能真值表1、如果想调节抢答时间或答题时间,按“加一“键或“减一“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,如想加一秒按一下“加 1s“键,如果想减一秒按一下“减 1s“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 会跳到 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（预设20s 抢答时间） ，如有选手抢答，会有提示音，并会显示其号数并立刻进入回答倒计时（预设 20s 抢答时间） ，不进行抢答查询，所以只有第一个按抢答的选手有效。3、如倒计时期间，主持人想停止倒计时可以随时按“停
7、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、如果主持人未按“抢答开始“键，而有人按了抢答按键，犯规抢答，LED上不显示任何结果，直到按下“停止“ 键为止。1.4 抢答器的工作原理及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，同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向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。第二章 单片机
8、的功能简介2.1 89 系列单片机的概况MCS-51 单片机是美国 INTE 公司于 1980 年推出的产品，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 的 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 内核系列兼容的单片机仍是应用的主流产品（比如目前流行的 89S51、已经停产的 89C51 等），各高校及专业学校的培训教材仍与 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 是早期的最
9、典型的代表作，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 位单片机的标准。其他的公司的 51 单片机产品都是和 MCS-51 内核兼容的产品而以。同样的一段程序，在各个单片机厂家的硬件上运行的结果都是一样的，如 ATMEL 的 89C51（已经停产）、89S51， PHILIPS（菲利浦），和 WINBOND（华邦）等，我们常说的已经停产的 89C51 指的是 ATMEL 公司的 AT 89C51 单片机，同时是在原基础上增强了许多特性，如时钟，更优秀的是由 Flash（程序存储器的内容至少可以改写 1000 次）存储器
10、取带了原来的 ROM（一次性写入）， AT89C51 的性能相对于 8051 已经算是非常优越的了。不过在市场化方面，89C51 受到了 PIC 单片机阵营的挑战，89C51 最致命的缺陷在于不支持 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 的传奇。89S51 就是在这样的背景下取代 89C51 的，现在，89S51 目前已经成为了实际应用市场上新的宠儿，作为市场占有率第一的 Atmel 目前公司已经停产 AT89C51，将用 AT89S51 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
11、争力。89SXX 可以像下兼容 89CXX 等 51 系列芯片。市场上见到的 89C51 实际都是 Atmel 前期生产的巨量库存而以。如果市场需要，Atmel 当然也可以再恢复生产 AT89C51。 AT89S51/LS51 单片机是低功耗的、具有 4KB 在线课编程 Flash 存储器的单片机。它与通用 80C51 系列单片机的指令系统和引脚兼容。片内的 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的微控制器。2.2 AT89S51 的功能 2.2.1 AT89S51
12、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 80HFFH 中，即在 RAM 地址中。这些寄存器的名称和地址见表 2-2。表 2-1 器件选型方案的详细清单器件名称 规格型号 数量微处理器 AT89S51 1电阻 3WTT10K 8电容 30PF 3晶振 12MHZ 1按钮 - 11反相器 - 37段数码管 7SEG-MPX4CC 4 扬声器 - 1虽然特殊功能寄存器地址在 80HFFH 之中，但在 80HFFH 的地址单元中，不是所
13、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这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表 2-2 AT89S51 特殊功能寄存器列表符 号 地 址 注 释*ACC E0H 累加器*B F0H 乘法寄存器*PSW D0H 程序状态字SP 81H 堆栈指针DPL 82H 数据存储器指针低 8 位DPH 83H 数据存储器指针高 8 位*IE A8H 中断允许控制器*IP D8H 中断优先控制器*P0 80H 端口 0*P1 90H 端口 1*P2 A0H 端口 2*P3
14、B0H 端口 3PCON 87H 电源控制及波特率选择*SCON 98H 串行口控制器SBUF 99H 串行数据缓冲器*TCON 88H 定时器控制TMOD 89H 定时器方式选择TL0 8AH 定时器 0 低 8 位TL1 8BH 定时器 1 低 8 位TH0 8CH 定时器 0 低 8 位TH1 8DH 定时器 1 高 8 位注：带*号的特殊功能寄存器都是可以位寻址的寄存器2.2.2 AT89S51 单片机的内部结构AT89S51 单片机内部由 CPU、4KB 的 FPEROM ，128B 的 RAM，两个 16 位的定时/计数器 T0 和 T1，4 个 8 位的 I/O 端 P0、P1、
15、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、输入/外部定时元件复位中断电源系统时钟ROMCPU定时/计数器串行 I/O口并行 I/O口RAM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，在规定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部件 ALU、累加器 ACC、暂存器、程序
16、状态字寄存器 PSW，BCD 码运算调整电路等组成。图 2-3 AT89S51 单片机的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的功能 3。其内部结构如图 2-3 所示。第三章 硬件电路的设计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
17、，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) 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，就可以增强 256 字节 RAM.如果有大批数据需要处理，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
18、，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。P2.4 为开始抢答 9，P2.5 为加分，P2.6 为减分，P1.0-P1.7 为六八抢答输入，数码管段选 P0 口，位选 P2 口低 3 位，蜂鸣器输出为 P2.7 口。3.2 时钟频率电路的设计时钟电路是
19、计算机的心脏，它控制着计算机的工作节奏。MCS-51 单片机允许的时钟频率是因型号而异的。晶振的选择：6MHz 的晶振，其机器周期是 2us。12MHz 的晶振，其机器周期是 1us, 也就是说在执行同一条指令时用 6MHz的晶振所用的时间是 12MHz 晶振的两倍。为了提高整个系统的性能我选择了12MHz 的晶振。振荡方式的选择：内部振荡方式，MCS-51 内部都有一个反相放大器，XTAL1、XTAL2 分别为反相放大器输入和输出端，外接定时反馈元件以后就组成振荡器，产生时钟送至单片机内部的各个部件。这样就构成了内部振荡方式外部振荡方式是把已有的时钟信号引入单片机内。这种方式适合用来使单片机
20、的时钟与外部信号一致。在我的这个设计中没有也无需与外部时钟信号一致，所以我选择了内部振荡方式，由于单片机内部有一个高增益反相放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。晶振我选择了 12MHz，相对于 6MHz 的晶振，整个系统的运行速度更快了。电容器 C1、C2 起稳定振荡频率、快速起振的作用，电容值我选择了 30pF。内部振荡方式所得的时钟信号稳定性高。C130pF2YMX图 3-2 时钟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生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。一般选用石英晶体振荡器
21、。此电路在加电大约延迟 10ms 后振荡器起振,在XTAL2 引脚产生幅度为 3V 左右的正弦波时钟信号,其振荡频率主要由石英晶振的频率确定。电路中两个电容 C1,C2 的作用有两个:一是帮助振荡器起振;二是对振荡器的频率进行微调。C1,C2 的典型值为 30PF。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 fosc=12MHz,则时钟周期为 1/12s。3.3 复位电路的设计3.3.1 复位电路的可靠性设计计算机在启动运行是都需要复位，使中央处理器 CPU 和系
22、统中的其它部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。MCS-51 的复位输入引脚 RST 为 MCS-51 提供了初始化的手段，可以使程序从指定处开始执行，在MCS-51 的时钟电路工作后，只要 RST 引脚上出现超过两个机器周期以上的高电平时，即可产生复位的操作。只要 RST 保持高电平，则 MCS-51 循环复位。只有当 RST 由高电平变低电平以后，MCS-51 才从 0000H 地址开始执行程序。本系统采用按键复位方式的复位电路。MCS-51 单片机有一个复位引脚 RST，它是施密特触发输入，当振荡器起振后，该引脚上出现 2 个机器周期（即 24 个时钟周期）以上的高电平。使
23、器件复位，只要 RST 保持高电平，MCS-51 保持复位状态。此时ALE、/PSEN、P0、P1、P2、P3 口都输出高电平。RST 变为低电平后，退出复位，CPU 从初始状态开始工作。复位以后内部寄存器的初始状态为（SP=07，P0、P1、P2、P3 为 0FFH 外，其它寄存器都为 0。在 RST 复位端接一个电容至 VccHE 一个电阻至 Vss，就能实现上电自动复位，对于 CMOS 单片机只要接一个电容至 Vcc 即可。如图，在加电瞬间，电容通过电阻充电，就在RST 端出现一定时间的高电平，只要高电平时间足够长，就可以使 MCS-51 有效地复位。RST 端在加电时应保持的高电平时间
24、包括 Vcc 的上升时间和振荡器起振时间，Vcc 上升时间若为 10ms，振荡器起振时间和频率有关。10MHz 时间约为 1ms，1MHz 时约为 10ms，所以一般为了可靠地复位，RST 在上电时应保持20ms 以上的高电平。图 2.5 中，RC 时间常数越大，上电时 RST 端保持高电平的时间越长。当振荡频率为 12MHZ 时，典型值为 C=10uF,R=8.2k. 图 3-3 上电复位电路3.3.2 人工复位除上电自动复位以外，常常需要人工复位，将一个按钮开关并联于上电自动复位电路，按一下开关就 RST 端出现一段时间的高电平，即使器件复位。如图所示图 3-4 上电和开关复位而我们在这次
25、的毕业设计中运用的人工复位电路. 其中电平复位是通过 RST 端经电阻和电源 Vcc 接通而实现的，按键手动电平复位电路如图。当时钟频率选用 12MHz 时，C 选取10uF，R 选择 1000 欧。3.4 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。3.4.1 显示模块在系统硬件中的安排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，显示设备商都应该有一定的反应。这说明，显示模块与操作有关，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
26、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来驱动，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显示模块。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，其他各处均不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
27、内容（或指针） 。由于一处调用显示模块，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）安排在时钟中断子程序中时，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。这里将显示功能集中到一起，作为一个功能模块，就要求它的功能全面，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，只要给出一个简单的信息（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。如果编写这样一个集中显示模块有困难，也可
28、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示申请时，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。例如后台程序需要调用显示，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，这样就出现了显示错误。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。在这里我们使用的是七段数码管显示，通常在显示
29、 6上我们采用的方法一般包括两种：一种是静态显示，一种是动态显示。其中静态显示的特点是显示稳定不闪烁，程序编写简单，但占用端口资源多；动态显示的特点是显示稳定性没静态好，程序编写复杂，但是相对静态显示而言占用端口资源少。在本设计中根据实际情况采用的是动态显示方法。并通过查表法，将其在数码管上显示出来，其中 P0 口为字型码输入端，P2口低 3 位为字选段输入端。在这里我们通过查表将字型码送给 7 段数码管显示的数字，数码管显示原理如下： MOV A,R5 MOVC A,A+DPTR ；查字型码MOV P2,#01H ；送位选码MOV P0,A ；送字型码ACALL DELAY ；调延时，去闪烁
30、在七段数码管显示中可分为共阳极和共阴极两种类型极。以共阴为例，要想 a 段亮，向 a 段送 1 就是，返之送 0，共阳刚好相反。3.5 扫描电路的实现键盘是人与微机系统打交道的主要设备。关于键盘硬件电路的设计方法也可以在文献和书籍中找到，配合各种不同的硬件电路，这些书籍中一般也提供了相应的键盘扫描程序。站在系统监控软件设计的立场上来看，仅仅完成键盘扫描，读取当前时刻的键盘状态是不够的，还有不少问题需要妥善解决，否则，人们在操作键盘就容易引起误操作和操作失控现象。在单片机应用中键盘用得最多的形式是独立键盘及矩阵键盘。它们各有自己的特点，其中独立键盘硬件电路简单，而且在程序设计上也不复杂，一般用在
31、对硬件电路要求不高的简单电路中；矩阵键盘与独立键盘有很大区别，首先在硬件电路上它要比独立键盘复杂得多，而且在程序算法上比它要烦琐，但它在节省端口资源上有优势得多，因此它更适合于多按键电路。其次就是消除在按键过程中产生的“毛刺”现象。这里采用最常用的方法，即延时重复扫描法，延时法的原理为：因为“毛刺”脉冲一般持续时间短，约为几ms，而我们按键的时间一般远远大于这个时间,所以当单片机检测到有按键动静后再延时一段时间(这里我们取 10ms)后再判断此电平是否保持原状态,如果是则为有效按键，否则无效。3.5.1 按钮输入的硬件处理按钮的触点在闭合和断开时均会产生抖动，这是触点的逻辑电平是不稳定的，如不
32、妥善处理，将会引起按键命令的错误执行或重复执行。现在一般均用软件延时的方法来避开抖动阶段，这一延时过程一般大于 5ms，例如取 10-20ms。如果监控程序中的读键操作安排在主程序（后台程序）或键盘中断（外部中断）子程序中，则该延时子程序便可直接插入读键过程中。如果读键过程安排在定时中断子程序中，就可省去专门的延时子程序，利用两次定时中断的时间间隔来完成抖动处理。3.6 发声我们知道，声音的频谱范围约在几十到几千赫兹 7，若能利用程序来控制单片机某个口线的“高”电平或低电平，则在该口线上就能产生一定频率的矩形波，接上喇叭就能发出一定频率的声音，若再利用延时程序控制“高” “低”电平的持续时间，
33、就能改变输出频率，从而改变音调，使喇叭发出不同的声音。3.7 系统复位使 CPU 进入初始状态，从 0000H 地址开始执行程序的过程叫系统复位。从实现系统复位的方法来看，系统复位可分为硬件复位和软件复位。硬件复位必须通过 CPU 外部的硬件电路给 CPU 的 RESET 端加上足够时间的高电位才能实现。上电复位，人工按钮复位和硬件看门狗复位均为硬件复位。硬件复位后，各专用寄存器的状态均被初始化，且对片内通用寄存器的内容没有影响。但是，硬件复位还能自动清除中断激活标志，使中断系统能够正常工作，这样一个事实却容易为不少编码人员所忽视。软件复位就是用一系列指令来模拟硬件复位功能，最后通过转移指令使
34、程序从 0000H 地址开始执行。对各专用寄存器的复位操作是容易的，也没有必要完全模拟，可根据实际需要去主程序初始化过程中复位关中断，设定堆栈上电标志冷启自检全面初始化热启动恢复被破坏的信息部分初始化建立上电标志开始运转完成。而对中断激活标志的清除工作常被遗忘，因为它没有明确的位地址可供编程。有的编程人员用 020000（LJMP 0000H）作为软件陷阱，认为直接转向0000H 地址就完成了软件复位，就是这类错误的典型代表。软件复位是使用软件陷阱和软件看门狗后必须进行的工作，这时程序出错完全有可能发生在中断子程序中，中断激活标志已置位，它将阻止同级中断响应。由于软件看门是高级中断，它将阻止说
35、要中断响应，由此可见清除中断激活标志的重要性。在所有的指令中，只有 RETI 指令能够清除中断激活标志。前文各处提案到的出错处理程序 ERR 主要完成这一功能，其他的善后工作交由复位后的系统去完成。有复位时系统的历史状况，可将复位分为“冷启动”和“热启动” 。 “冷启动”时，系统的状态全部无效，进行彻底的初始化操作；而“热启动”时，对系统的当前状态进行修复和有选择的初始化。系统初次上电投入运行时，必须是“冷启动” ，以后由抗干扰措施引起的复位操作一般均为“热启动”初次上电投入运行时，必须是“冷启动” ，以后由抗干扰措施引起的复位操作一般均为“热启动” 。为了使系统能正确决定采用何种启动方式，常
36、用上电标志来区分，如图 3-6 所示。图 3-6 系统复位策略图第四章 软件设计4.1 软件任务分析软件任务分析和硬件电路设计结合进行，哪些功能由硬件完成，哪些任务由软件完成，在硬件电路设计基本定型后，也就基本上决定下来了。软件任务分析环节是为软件设计做一个总体规划。从软件的功能来看可分为两大类：一类是执行软件，它能完成各种实质性的功能，如测量，计算，显示，打印 8，输出控制和通信等，另一类是监控软件，它是专门用来协调各执行模块和操作者的关系，在系统软件中充当组织调度角色的软件。这两类软件的设计方法各有特色，执行软件的设计偏重算法效率，与硬件关系密切，千变万化。软件任务分析时，应将各执行模块一
37、一列出，并为每一个执行模块进行功能定义和接口定义（输入输出定义） 。在各执行模块进行定义时，将要牵扯到的数据结构和数据类型问题也一并规划好。各执行模块规划好后，就可以监控程序了。首先根据系统功能和键盘设置选择一种最适合的监控程序结构。相对来讲，执行模块任务明确单纯，比较容易编程，而监控程序较易出问题。这如同当一名操作工人比较容易，而当一个厂长就比较难了。软件任务分析的另一个内容是如何安排监控软件和各执行模块。整个系统软件可分为后台程序（背景程序）和前台程序。后台程序指主程序及其调用的子程序，这类程序对实时性要求不是太高，延误几十 ms 甚至几百 ms 也没关系，故通常将监控程序（键盘解释程序）
38、 ，显示程序和打印程序等与操作者打交道的程序放在后台程序中执行；而前台程序安排一些实时性要求较高的内容，如定时系 统和外部中断（如掉电中断） 。也可以将全部程序均安排在前台，后台程序为“使系统进入睡眠状态” ，以利于系统节电和抗干扰。4.2 显示子程序的设计显示子程序，及部分注解如下：DISPLAY:MOV DPTR,#DAT1;查表显示程序,利用 P0 口做段选码口输出/P2 低三位做位选码输出,MOV A,R3MOVC A,A+DPTRMOV P2,#0feHMOV P0,AACALL DELAYMOV DPTR,#DAT2MOV A,R5MOVC A,A+DPTRMOV P2,#0fdH
39、MOV P0,AACALL DELAYMOV A,R4MOVC A,A+DPTRMOV P2,#0fbHMOV P0,AACALL DELAYRETDAT1:DB 00h,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,71H ;“灭“,“1“,“2“,“3“,“4“,“5“,“6“,“7“,“8“,“9“,“灭“,“F“DAT2:DB 3fh,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,71H第一个为零,其他与上相同,因为十位如果为零显示熄灭4.3 定时器 T0、T1 中断服务程序的设计=TO 溢出中断(响铃程序)=T0IN
40、T: MOV TH0,#0ECHMOV TL0,#0FFHJNB RING,OUT;CPL P3.6;RING 标志位为 1 时候 P3.6 口不断取反使喇叭发出一定频率的声音OUT: RETIT1 溢出中断(计时程序)：T1INT: MOV TH1,#3CHMOV TL1,#0B0HINC R0RETIEND4.4 抢答器处理程序的设计抢答器处理程序：TRUE1: ACALL BARK;按键发声MOV A,R2MOV R6,A;抢答时间 R2 送 R6MOV R3,#01HCLR OK;因为答题的计时不再查询抢答,所以就锁了抢答AJMP COUNTTRUE2:ACALL BARK;MOV A
41、,R2MOV R6,AMOV R3,#02HCLR OKAJMP COUNTTRUE3:ACALL BARK;MOV A,R2MOV R6,AMOV R3,#03HCLR OKAJMP COUNTTRUE4:ACALL BARK;MOV A,R2MOV R6,AMOV R3,#04HCLR OKAJMP COUNTTRUE5: ACALL BARK;MOV A,R2MOV R6,AMOV R3,#05HCLR OKAJMP COUNTTRUE6: ACALL BARK;MOV A,R2MOV R6,AMOV R3,#06HCLR OKAJMP COUNTTRUE7: ACALL BARK;MO
42、V A,R2MOV R6,AMOV R3,#07HCLR OKAJMP COUNTTRUE8: ACALL BARK;MOV A,R2MOV R6,AMOV R3,#08HCLR OKAJMP COUNT4.5 程序及分析单片机控制 8 路抢答器程序OK EQU 20H;抢答开始标志位RING EQU 22H;响铃标志位ORG 0000HAJMP MAINORG 0003HAJMP INT0SUBORG 000BHAJMP T0INTORG 0013HAJMP INT1SUBORG 001BHAJMP T1INTORG 0040HMAIN: MOV R1,#30;初设抢答时间为 30sMOV
43、R2,#60;初设答题时间为 60sMOV TMOD,#11H;设置未定时器/模式 1MOV TH0,#0F0HMOV TL0,#0FFH;越高发声频率越高,越尖MOV TH1,#3CHMOV TL1,#0B0H;50ms 为一次溢出中断SETB EASETB ET0SETB ET1SETB EX0SETB EX1;允许四个中断,T0/T1/INT0/INT1CLR OKCLR RINGSETB TR1SETB TR0;一开始就运行定时器,以开始显示 FFF.如果想重新计数,重置 TH1/TL1 就可以了;=查询程序 =START: MOV R5,#0BHMOV R4,#0BHMOV R3,#
44、0BHACALL DISPLAY;未开始抢答时候显示 FFFJB P3.0,NEXT;dddddddACALL DELAYJB P3.0,NEXT;去抖动,如果“开始键“按下就向下执行,否者跳到非法抢答查询ACALL BARK;按键发声MOV A,R1MOV R6,A;送 R1-R6,因为 R1 中保存了抢答时间SETB OK;抢答标志位,用于 COUNT 只程序中判断是否查询抢答MOV R3,#0AH;抢答只显示计时, 灭号数AJMP COUNT;进入倒计时程序,“查询有效抢答的程序“在 COUNT 里面NEXT: JNB P1.0,FALSE1JNB P1.1,FALSE2JNB P1.2
45、,FALSE3JNB P1.3,FALSE4JNB P1.4,FALSE5JNB P1.5,FALSE6JNB P1.6,TZ1JNB P1.7,TZ2AJMP STARTTZ1:JMP FALSE7TZ2:JMP FALSE8;=非法抢答处理程序 =FALSE1: ACALL BARK;按键发声MOV R3,#01HAJMP ERRORFALSE2: ACALL BARKMOV R3,#02HAJMP ERRORFALSE3: ACALL BARKMOV R3,#03HAJMP ERRORFALSE4: ACALL BARKMOV R3,#04HAJMP ERRORFALSE5: ACALL
46、 BARKMOV R3,#05HAJMP ERRORFALSE6: ACALL BARKMOV R3,#06HAJMP ERRORFALSE7: ACALL BARKMOV R3,#07HAJMP ERRORFALSE8: ACALL BARKMOV R3,#08HAJMP ERROR;=INT0(抢答时间 R1 调整程序)=INT0SUB:MOV A,R1MOV B,#0AHDIV ABMOV R5,AMOV R4,BMOV R3,#0AHACALL DISPLAY;先在两个时间 LED 上显示 R1JNB P3.4,INC0;P3.4 为+1s 键,如按下跳到 INCOJNB P3.5,D
47、EC0;P3.5 为-1s 键,如按下跳到 DECOJNB P3.1,BACK0;P3.1 为确定键,如按下跳到 BACKOAJMP INT0SUBINC0: MOV A,R1CJNE A,#63H,ADD0;如果不是 99,R2 加 1,如果加到 99,R1 就置 0，重新加起。MOV R1,#00HACALL DELAY1AJMP INT0SUBADD0: INC R1ACALL DELAY1AJMP INT0SUBDEC0: MOV A,R1JZ SETR1;如果 R1 为 0, R1 就置 99，DEC R1ACALL DELAY1AJMP INT0SUBSETR1: MOV R1,#
48、63HACALL DELAY1AJMP INT0SUBBACK0: RETI ;=INT1(回答时间 R2 调整程序)=INT1SUB:MOV A,R2MOV B,#0AHDIV ABMOV R5,AMOV R4,BMOV R3,#0AHACALL DISPLAYJNB P3.4,INC1JNB P3.5,DEC1JNB P3.1,BACK1AJMP INT1SUBINC1: MOV A,R2CJNE A,#63H,ADD1MOV R2,#00HACALL DELAY1AJMP INT1SUBADD1: INC R2ACALL DELAY1AJMP INT1SUBDEC1: MOV A,R2JZ SETR2DEC R2ACALL DELAY1AJMP INT1SUBSETR2: MOV R2,#63HACALL DELAY1AJMP INT1SUBBACK1: RETI ;=倒计时程序(抢答倒计时和回答倒计时都跳到改程序 )=COUNT: MOV R0,#00H;重置定时器中断次数MOV TH1,#3CHMOV TL1,#0B0H;重置定时器RECOUNT:MOV A,R6;R6 保存了倒计时的时间,之前先将抢答时间或回答时
