基于单片机的八路智能抢答器系统设计毕业论文

1 贵州航天职业技术学院贵州航天职业技术学院 毕毕 业业 设设 计计 论论 文文 题 目 智能抢答器 姓 名 熊 钻 专 业 电子工程系 学 号 A093GZ042020173 指导老师 董 泽 芳 2 摘要 随着科学技术的发展和普及，各种各样的竞赛越来越多，其中抢答器的作 用也越来越重要。本文设计出以 AT89S51 单片机为核心的八路抢答器，采用了 数字显示器直接指示，自动锁存显示结果，并自动复位的设计思想,它能根据不同 的抢答输入信号，经过单片机的控制处理并产生不同的与输入信号相对应的输 出信号，最后通过 LED 数码管显示相应的路数，即使两组的抢答时间相差几微 秒，也可分辨出是哪组优先按下的按键，充分利用了单片机系统结构简单、功能 强大、可靠性好、实用性强的特点。 本设计是以抢答为出发点。考虑到依需设定限时回答的功能，利用 89S51 单 片机及外围接口实现的抢答系统，利用单片机的定时器/计数器定时和记数的原 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： 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 【关键词】抢答器 单片机 LED 数码显示管 定时器/计数器 扬声器。 贵州航天职业技术学院 2 目录 摘要摘要2 绪论绪论5 一、抢答器的概述抢答器的概述6 1.1 系统设计的功能系统设计的功能6 1.1.2 扩展功能扩展功能6 1.2 抢答器需求分析抢答器需求分析6 1.3 抢答器的硬件设计抢答器的硬件设计7 1.4 抢答器的工作过程抢答器的工作过程7 二、单片机的功能简介单片机的功能简介8 2.1 89 系列单片机的概述系列单片机的概述7 2.2 AT89S51 的功能的功能8 2.2.1 AT89S51 单片机的内部结构单片机的内部结构8 三、硬件电路的设计三、硬件电路的设计10 3.1 总电路原理总电路原理10 3.2 时钟频率电路的设计时钟频率电路的设计11 3.3 复位电路的设计复位电路的设计12 3.3.1 复位电路的可靠性设计复位电路的可靠性设计12 3.3.2 人工复位人工复位13 3.4 显示电路的设计显示电路的设计14 3.5 控制电路的实现控制电路的实现16 3.6 发声发声17 3.7 系统复位系统复位17 四、软件设计、软件设计19 4.1 软件任务分析软件任务分析19 4.2 显示子程序的设计显示子程序的设计20 4.3 定时器定时器 T0、T1 中断服务程序的设计中断服务程序的设计20 4.4 抢答器处理程序的设计抢答器处理程序的设计21 4.5 主程序及分析主程序及分析23 五、设计总结、设计总结31 参考文献参考文献32 致谢致谢33 4 绪论 数字技术是当前发展最快的学科之一，数字逻辑器件已从 60 年代的小规模 集成电路（SSI）发展到目前的中、大规模集成电路（MSI、LSI）及超大规模集 成电（VLSI） 。相应地，数字逻辑电路的设计方法在不断地演变和发展，由原来 的单一的硬件逻辑设计发展成三个分支，即硬件逻辑设计（中、小规模集成器件） 、软件逻辑设计（软件组装的 LSI 和 VSI，如微处理器、单片机等）及兼有二者 优点的专用集成电路（ASIC）设计。 目前数字电子技术已经广泛地应用于计算机，自动控制，电子测量仪表，电 视，雷达，通信等各个领域。例如在现代测量技术中，数字测量仪表不仅比模拟 测量仪表精度高，功能高，而且容易实现测量的自动化和智能化。随着集成技术 的发展，尤其是中，大规模和超大规模集成电路的发展，数字电子技术的应用范 围将会更广泛地渗透到国民经济的各个部门，并将产生越来越深刻的影响。随着 现代社会的电子科技的迅速发展，要求我们要理论联系实际，数字电子逻辑课程 设计的进行使我们有了这个非常关键的机会。 通过这种综合性训练，我们要达到以下的目的和要求： 1.结合课程中所学的理论知识，独立设计方案。达到学有所用的目的. 2.学会查阅相关手册与资料，通过查阅手册和文献资料，进一步熟悉常用电子 器件类型和特性，并掌握合理选用的原则，培养独立分析与解决问题的能力， 对于抢答器我们大家都知道那是用于选手做抢答题时用的，选手进行抢答，抢 到题的选手来回答问题。抢答器不仅考验选手的反应速度同时也要求选手具备 足够的知识面和一定的勇气。选手们都站在同一个起跑线上，体现了公平公正 的原则。 航天职业技术学院 2 第一章第一章 抢答器的概述抢答器的概述 1.11.1 系统设计的功能系统设计的功能 1.1.1 基本功能：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。 1.1.2 扩展功能：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）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。 6 第二章第二章单片机的功能简介单片机的功能简介 2.12.1 8989 系列单片机的概况系列单片机的概况 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、8051 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，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。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。 89C51 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。 航天职业技术学院 2 外部定 时元件 复位 中断 电源 系统时钟 ROM CPU 定时/计数 器 串行 I/O 口 并行 I/O 口 RAM 2.2 AT89S51 单片机的内部结构单片机的内部结构 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、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/ 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、程序状态字寄存器 PSW，BCD 码运 算调整电路等组成。 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。 8 第三章硬件电路的设计 3.1 设计原理 本系统采用 AT89S52 单片机作为核心，控制系统的四个模块分别为：单片 机最小系统、显示模块、显示驱动模块、抢答开关模块。抢答器原理框图如图 3.1 所示。 图 3.1 抢答器原理框图 总体设计之后，然后进行单元电路设计。单元电路设计分为电源电路设计、 时钟和复位电路、键盘电路、显示报警电路等。 3.13.1 总电路原理总电路原理 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，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。 时 钟 电 路 单 片 机 复 位 电 路 驱 动 限 流 显 示 键 盘 航天职业技术学院 2 (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，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频率电路的设计 10 时钟电路是计算机的心脏，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。 C1 30pF C2 30pF Y1 12M X1 X2 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。 第三章硬件电路的设计 2 一般选用石英晶体振荡器。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 复位电路的设计复位电路的设计 3.3.1 复位电路的可靠性设计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. 12 图 3-3 上电复位电路 3.3.2 人工复位人工复位 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。 3.43.4 显示电路的设计显示电路的设计 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。 航天职业技术学院 2 3.4.1 显示模块在系统硬件中的安排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 14 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 MOV P2,#01H ；送位选码 MOV P0,A ；送字型码 ACALL DELAY ；调延时，去闪烁 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 贵州航天职业技术学院 扫描电路的实现 2 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。 3.5.13.5.1 按钮输入的硬件处理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，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程序从 0000H 地址开始执行。对各专用寄存器的复位 16 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 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 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，常用上电标志来区分， 如图 3-6 所示： 贵州航天职业技术学院 发声 2 图 3-6 系统复位策略图 第四章第四章 软件设计软件设计 4.1 软件任务分析软件任务分析 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 18 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） ，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的设计 显示子程序，及部分注解如下显示子程序，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,R3 MOVC A,A+DPTR MOV P2,#0feH MOV P0,A ACALL DELAY MOV DPTR,#DAT2 MOV A,R5 MOVC A,A+DPTR MOV P2,#0fdH MOV P0,A 贵州航天职业技术学院 软件设计 2 ACALL DELAY MOV A,R4 MOVC A,A+DPTR MOV P2,#0fbH MOV P0,A ACALL DELAY RET DAT1: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定时器定时器 T0、T1 中断服务程序的设计中断服务程序的设计 TOTO 溢出中断溢出中断( (响铃程序响铃程序) ) T0INT: MOV TH0,#0ECH MOV TL0,#0FFH JNB 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: RETI T1 溢出中断(计时程序)： T1INT: MOV TH1,#3CH MOV TL1,#0B0H INC R0 RETI END 4.4 抢答器处理程序的设计抢答器处理程序的设计 抢答器处理程序抢答器处理程序： TRUE1: ACALL BARK;按键发声 MOV A,R2 20 MOV R6,A;抢答时间 R2 送 R6 MOV R3,#01H CLR OK;因为答题的计时不再查询抢答,所以就锁了抢答 AJMP COUNT TRUE2:ACALL BARK; MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#02H CLR OK AJMP COUNT TRUE3:ACALL BARK; MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#03H CLR OK AJMP COUNT TRUE4:ACALL BARK; MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#04H CLR OK AJMP COUNT TRUE5: ACALL BARK; MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#05H CLR OK AJMP COUNT TRUE6: ACALL BARK; MOV A,R2 贵州航天职业技术学院 软件设计 2 MOV R6,A MOV R3,#06H CLR OK AJMP COUNT TRUE7: ACALL BARK; MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#07H CLR OK AJMP COUNT TRUE8: ACALL BARK; MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#08H CLR OK AJMP COUNT 4.5 程序及分析程序及分析 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 0000H AJMP MAIN ORG 0003H AJMP INT0SUB ORG 000BH AJMP T0INT ORG 0013H 22 AJMP INT1SUB ORG 001BH AJMP T1INT ORG 0040H MAIN: MOV R1,#30 ;初设抢答时间为 30s MOV R2,#60 ;初设答题时间为 60s MOV TMOD,#11H ;设置未定时器/模式 1 MOV TH0,#0F0H MOV TL0,#0FFH ;越高发声频率越高,越尖 MOV TH1,#3CH MOV TL1,#0B0H ; 50ms 为一次溢出中断 SETB EA SETB ET0 SETB ET1 SETB EX0 SETB EX1 ;允许四个中断,T0/T1/INT0/INT1 CLR OK CLR RING SETB TR1 SETB 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 查询程序查询程序 START: MOV R5,#0BH MOV R4,#0BH MOV R3,#0BH ACALL DISPLAY ;未开始抢答时候显示 FFF JB P3.0,NEXT ACALL DELAY JB 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,R1 MOV 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,FALSE1 JNB P1.1,FALSE2 JNB P1.2,FALSE3 JNB P1.3,FALSE4 贵州航天职业技术学院 程序分析 2 JNB P1.4,FALSE5 JNB P1.5,FALSE6 JNB P1.6,TZ1 JNB P1.7,TZ2 AJMP START TZ1: JMP FALSE7 TZ2: JMP FALSE8 非法抢答处理程序非法抢答处理程序 FALSE1: ACALL BARK ;按键发声 MOV R3,#01H AJMP ERROR FALSE2: ACALL BARK MOV R3,#02H AJMP ERROR FALSE3: ACALL BARK MOV R3,#03H AJMP ERROR FALSE4: ACALL BARK MOV R3,#04H AJMP ERROR FALSE5: ACALL BARK MOV R3,#05H AJMP ERROR FALSE6: ACALL BARK MOV R3,#06H AJMP ERROR FALSE7: ACALL BARK MOV R3,#07H AJMP ERROR FALSE8: ACALL BARK MOV R3,#08H AJMP ERROR INT0(抢答时间抢答时间 R1 调整程序调整程序) INT0SUB : MOV A,R1 MOV B,#0AH DIV A,B MOV R5,A MOV R4,B MOV R3,#0AH ACALL DISPLAY ;先在两个时间 LED 上显示 R1 JNB P3.4,INC0 ;P3.4 为+1s 键,如按下跳到 INCO 24 JNB P3.5,DEC0 ;P3.5 为-1s 键,如按下跳到 DECO JNB P3.1,BACK0 ;P3.1 为确定键,如按下跳到 BACKO AJMP INT0SUB INC0: MOV A,R1 CJNE 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,#00H ACALL DELAY1 AJMP INT0SUB ADD0: INC R1 ACALL DELAY1 AJMP INT0SUB DEC0: MOV A,R1 JZ SETR1 ;如果 R1 为 0, R1 就置 99， DEC R1 ACALL DELAY1 AJMP INT0SUB SETR1: MOV R1,#63H ACALL DELAY1 AJMP INT0SUB BACK0: RETI ;=INT1(回答时间 R2 调整程序)= INT1SUB:MOV A,R2 MOV B,#0AH DIV AB MOV R5,A MOV R4,B MOV R3,#0AH ACALL DISPLAY JNB P3.4,INC1 JNB P3.5,DEC1 JNB P3.1,BACK1 AJMP INT1SUB INC1: MOV A,R2 CJNE A,#63H,ADD1 MOV R2,#00H ACALL DELAY1 AJMP INT1SUB ADD1: INC R2 ACALL DELAY1 AJMP INT1SUB DEC1: MOV A,R2 JZ SETR2 DEC R2 贵州航天职业技术学院 程序分析 2 ACALL DELAY1 AJMP INT1SUB SETR2: MOV R2,#63H ACALL DELAY1 AJMP INT1SUB BACK1: 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,#3CH MOV 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 时间给 R6 MOV B,#0AH DIV AB;除十分出个位/十位 MOV 30H,A;十位存于(30H) MOV 31H,B;个位存于(31H) MOV R5,30H;取十位 MOV R4,31H;取个位 MOV A,R6 SUBB A,#07H JNC LARGER;大于 5s 跳到 LARGER,小于等于 5s 会提醒 MOV A,R0 CJNE A,#0AH,FULL;1s 中 0.5s 向下运行 CLR RING AJMP CHECK FULL: CJNE A,#14H,CHECK;下面是 1s 的情况,响并显示号数并清 R0, 重新计 SETB RING MOV A,R6 JZ QUIT;计时完毕 MOV R0,#00H DEC R6;一秒标志减 1 AJMP CHECK LARGER: MOV A,R0 CJNE A,#14H,CHECK;如果 1s 向下运行,否者跳到查“停/显示“ DEC R6;计时一秒 R6 自动减 1 MOV R0,#00H CHECK: JNB P3.1,QUIT;如按下停止键退出 ACALL DISPLAY JB OK,ACCOUT;如果是抢答倒计时,如是则查询抢答,否者跳过查询继 续倒数(这里起到锁抢答作用) AJMP RECOUNT ACCOUT:JNB P1.0,TRUE1 JNB P1.1,TRUE2 26 JNB P1.2,TRUE3 JNB P1.3,TRUE4 JNB P1.4,TRUE5 JNB P1.5,TRUE6 JNB P1.6,TZ3 JNB P1.7,TZ4 AJMP RECOUNT TZ3:JMP TRUE7 TZ4:JMP TRUE8 QUIT: CLR OK;如果按下了“停止键“执行的程序 CLR RING AJMP START ;=正常抢答处理程序= TRUE1: ACALL BARK;按键发声 MOV A,R2 MOV R6,A;抢答时间 R2 送 R6 MOV R3,#01H CLR OK;因为答题的计时不再查询抢答,所以就锁了抢答 AJMP COUNT TRUE2:ACALL BARK; MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#02H CLR OK AJMP COUNT TRUE3:ACALL BARK; MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#03H CLR OK AJMP COUNT TRUE4:ACALL BARK; MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#04H CLR OK AJMP COUNT TRUE5: ACALL BARK; MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#05H CLR OK AJMP COUNT TRUE6: ACALL BARK; 贵州航天职业技术学院 程序分析 2 MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#06H CLR OK AJMP COUNT TRUE7: ACALL BARK; MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#07H CLR OK AJMP COUNT TRUE8: ACALL BARK; MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#08H CLR OK AJMP COUNT ;=犯规抢答程序= ERROR: MOV R0,#00H MOV TH1,#3CH MOV TL1,#0B0H MOV 34H,R3;犯规号数暂存与(34H) HERE: MOV A,R0 CJNE A,#0AH,FLASH;0.5s 向下运行-灭并停响 CLR RING MOV R3,#0AH MOV R4,#0AH MOV R5,#0AH;三灯全灭 AJMP CHECK1 FLASH: CJNE A,#14H,CHECK1;下面是 1s 的情况,响并显示号数并清 R0, 重新计 SETB RING MOV R0,#00H MOV R3,34H;取回号数 MOV R5,#0BH MOV R4