基于单片机(mcs51)的无线抢答器大学毕设论文

基于MCS51的无线抢答器设计PAGEPAGE2本科毕业设计（论文）题目学生姓名专业班级学号院（系）计算机与通信工程学院指导教师(职称)完成时间基于MCS51的无线抢答器设计郑州轻工业学院毕业设计（论文）任务书题目基于MCS51的无线抢答器设计专业通信工程学号姓名主要内容：1、了解AT89C2051芯片结构和使用；2、.掌握PT2262/PT2272编解码芯片的设计方法；3、掌握无线发射接受芯片F05A/J05B的设计方法；4、基本电路的设计。基本要求：掌握AT89C2051、PT2262/PT2272、F05A/J05B等主要芯片的功能和参数；掌握Protel99SE和WAVE6000等软件的使用方法；能够运用所学知识进行基本电路的设计。主要参考资料等：1、原始资料:[1]张毅刚,《新编MCS51单片机应用设计（第二版）》,哈尔滨工业大学出版社。[2]唐俊翟,《单片机原理与应用》，冶金工业出版社。[3]张义和，《例说8051》，人民邮电出版社。[4]黄智伟，《无线数字收发电路设计》，电子工业出版社。2、技术条件:硬件配备：计算机一台，软件配置：WAVE6000G软件,Protel99SE软件完成期限：20年月日指导教师签章：专业负责人签章：年月日目录TOC\h\z\t"1,1,11,2,111,3,01,1,02,1"摘要 IABSTRACT II1绪论 11.1单片机控制系统概述 11.2单片机控制系统的优势 328路无线抢答器系统设计 42.1系统组成 42.1.1发射单元 42.1.2接收单元 72.2编解码芯片PT2262/PT2272 82.2.1编码器PT2262 82.2.2解码器PT2272 102.2.3PT2262/PT2272工作原理 122.3无线发射接收模块 142.3.1射频发射模块F05P 142.3.2射频接受模块J04V 162.4单片机AT89C2051 182.4.1AT89C2051 182.4.2AT89C2051的开发与应用 192.574LS595 202.5.1器件特性 202.5.2引脚功能 202.5.3工作原理 212.6LED数码管 212.7硬件电路 232.7.1硬件设计 232.7.2烧写程序 242.7.3硬件电路调试 273程序设计 293.1程序流程图 293.2程序清单 30结论 34致谢 35参考文献 36基于MCS51的无线抢答器设计基于MCS51的无线抢答器设计摘要本文介绍的是8路无线抢答器。系统由发射端和接收端组成，发射端由按键、编码器和发射芯片组成，系统共有8个输入通道。接收端由接收芯片、解码器、主控芯片、显示电路组成。抢答信号由编码芯片PT2262编码后经射频发射芯片F05P发出，经接收端的接收芯片J04V接收后，由Pt2272解码后输入主控芯片AT89C2051，抢答结果由显示电路经LED数码管显示出来。抢答按钮与显示主机无线连接,无须布线,移动灵活,是一种成本低、体积小、可靠性高的无线能抢答器，能够在各种场合灵活使用。关键词：抢答器/无线/单片机DesignofGrabbingforReplyingtheResultWireless

MachineBasedOnMCS-51ABSTRACTThisarticledescribestheGrabbingforReplyingWirelessmachinewith8channels.Thissystemhastwoparts:oneistransmissionunit,theotherisreceivalunit.Keystroke,encoderandtransmissionchipconstitutethetransmissionunit.Thesystemhas8inputchannels.Receivalchip,decoder,maincontrolchipanddisplaycircuitconstitutethereceivalunit.ThesignaliscodedbythecodechipPT2262,andthenitistransmittedbyRFtransmissionchipF05P.ThereceivalchipJ04Vreceivesthesignal,andthenthedecodingchipPT2272decodesitandsendsittotheAT89C2051.Atlast,theresultwilldisplayontheLEDbydisplaycircuit.Thegrabbingbuttonandthedisplaycontrolmachineconnectwithwirelesstechnology.Thesystemdoesnotneedanywire,andthegrabbingbuttoncouldbemovedtoanywhereinacertainlydistance.Thissystemhaslowcostandpower;itcouldbeusedineachkindofsituationfreely.Keywords:Vieforanswering/Wireless/MCU1绪论1.1单片机控制系统概述单片机,也被称为微控制器（Microcontroller）,是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：微处理器（CPU）、存储器（RAM，ROM，）、和各种输入、输出接口（定时器/计数器，并行I/O口，串行口，A/D转换器以及脉冲调制器PWM等）。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上[1]。图1.1单片机结构框图单片机硬件系统由以下几部分组成：（1）运算器：计算机的运算部件，实现算术和逻辑运算。（2）控制器：计算机的指挥控制部件，使各部分能自动协调工作。运算器和控制器是计算机的核心部分，常把它合在一起称为中央处理器，简称CPU。（3）存储器：计算机的记忆部分。又分为内存储器和外存储器。（4）输入设备：用于将程序和数据输入到计算机中。（5）输出设备:把数据计算或加工的结果，以用户需要的形式加工或保存。单片机由于体积小、质量轻、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化、使用方便、抗干扰能力强和成本低等优点比专用处理器最适合应用于嵌入式系统，因此现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。它已经渗透到我们生活的各个领域，单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴：1.在智能仪器仪表上的应用：单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。2.在工业控制中的应用：用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。3.在家用电器中的应用：可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。4.在计算机网络和通信领域中的应用：现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。5.单片机在医用设备领域中的应用：单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。单片机的发展大致分为三个阶段[2]：（1）、1976-1978：初级阶段。以MCS-48为代表。具有8位CPU，并行I/O端口，8位时序同步计数器，寻址范围不大于4KB，但是没有串行口。（2）、1978-1982：高性能阶段，具有串行I/O端口，多种中断处理系统，16位时序同步计数器，RAM/ROM容量加大，寻址范围可达64KB，有的芯片还有A/D转换端口。（3）、1982-至今：8位单片机处理器改良型及32位单片机处理器阶段。1.2单片机控制系统的优势单片控制的系统，相对于传统数字电路，其系统结构更简单，以单片机为核心的电路系统相对于纯数字电路系统具有很大的优势，单片机的逻辑功能强大，通过编程可容易实现复杂的功能，而纯数字电路在实现较复杂的功能时，由于单个芯片的功能有限，导致电路结构复杂，硬件规模庞大。以单片机为核心的电路系统在不改变硬件电路的条件下，通过修改程序可实现电路功能的改变，纯数字电路系统在改变电路功能时，必须对硬件电路作出修改。因此单片机系统的通用性和可维护性都更强。由于单片机的逻辑功能已十分强大，而且外围芯片和接口电路的发展使得单片机为核心的系统在设计开发时变得简单而且快捷，数字逻辑芯片的功能有限，在开发纯数字电路时需要有负载的逻辑运算，开发过程较为繁琐。传统的机械控制方式，功能单一，结构简单，而且故障频繁，效率低下，而使用单片机做为核心部件进行控制，通过编程，可实现多种功能的高效率控制，而且可以很容易的实现控制的智能化和全自动化，可以达到很高的性价比。28路无线抢答器系统设计2.1系统组成本设计的设计方案：利用编/解码芯片及发射、接收电路与单片机构成的主机电路来无线接收八路抢答信号，并识别最先按下按钮组的组号。本系统的设计思路是采用编/解码芯片（PT2262/PT2272）和发送、接收电路（F05A/J05B）将抢答信号送给单片机（AT89C2051），通过单片机对信号进行处理，并将抢答到的组号发送显示部分（LED显示），由LED显示出抢答结果。图2.1系统的信息流程2.1.1发射单元发射单元由五部分组成：电源、抢答按钮、编码器、发射器、天线。主要是对信号进行采集时期转换成可用信号并将其发送出去。具体框图如下：图2.2发射端框图发射单元各部分功能如下：电源：像其它各部分供电。抢答按钮：为抢答者提供抢答输入。编码器：完成对抢答信号独立地址的编码，在接收到开关信号后能准确及时发出信息。发射器：完成对传输过来的驱动信号进行大功率的电/磁转换，并用一定的频率将其发射出去。天线：使发射器发射的信号能更好的发射出去。当抢答者按下抢答器按钮时，使对应PT2262地址编码就产生一个对应的地址码，同时PT2262向发射器发出一个编码，经发射器发射出去。图2.3发射单元原理图2.1.2接收单元接受单元由八部分组成：电源、天线、接收器、解码器、晶体振荡器、单片机（AT89C2051）、移位寄存器（74LS595）、LED显示器。接收发射部分发射过来的信息，进行对应地址解码，并输出解码信号送给单片机处理，单片机对信号进行处理，辨认出抢答结果，并通过LED显示。具体框图如图2.4。图2.4接收单元框图接收单元各部分功能如下：电源：向各部分供电。天线：是接收器对信号进行有效接收。接收器：完整的接收发射端发来的编码信号，经整形好送入解码器解码。解码器：完成对传入信号的识别、对应地址编码后将数据信息发送给单片机处理系统。晶体振荡器：为单片机提供同步时钟信号。单片机（AT89C2051）：对解码器送来的信号进行处理，辨认出抢答结果，并将结果送给寄存器。移位寄存器（74LS595）：对单片机送来的数据进行串入并出的转换，并将数据送入LED显示器。LED显示器：完成信号的显示。接收器接收发送端发过来的信号，由PT2272进行对应地址解码，和PT2262对应地址的PT2272输出解码信号，解码信号送往AT89C51对信号进行处理，然后将抢答器结果送到寄存器驱动LED显示。图2.5接受端原理图2.2编解码芯片PT2262/PT22722.2.1编码器PT2262PT2262/PT2272是台湾普城公司生产的一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路，PT2262/PT2272最多可有12位(A0-A11)三态地址端管脚(悬空,接高电平,接低电平)，任意组合可提供531441地址码,PT2262最多可有6位(D0-D5)数据端管脚,设定的地址码和数据码从17脚串行输出，可用于无线遥控发射电路。编码芯片PT2262发出的编码信号由：地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平，如果发送端一直按住按键，编码芯片也会连续发射。当发射机没有按键按下时，PT2262不接通电源，其17脚为低电平，所以315MHz的高频发射电路不工作，当有按键按下时，PT2262得电工作，其第17脚输出经调制的串行数据信号，当17脚为高电平期间315MHz的高频发射电路起振并发射等幅高频信号，当17脚为低平期间315MHz的高频发射电路停止振荡，所以高频发射电路完全收控于PT2262的17脚输出的数字信号，从而对高频电路完成幅度键控（ASK调制）相当于调制度为100％的调幅。图2.6PT2262外形图及管脚图表2.1PT名称管脚说明A0-A111-8，10-13地址管脚，用于进行地址编码，可置为“0”“1”“F”D0-D57-8，10-13数据输入端，有一个为“1”即有编码输出，内部下拉Vcc18电源正端(+)Vss9电源负端(-)TE14编码启动，发射有效，用于多数据发射，低电平有效OSC1/OSC216/17振荡电阻输入/输出端，它们所接电阻决定振荡频率Dout17编码输出端（正常时为低电平）（注:在具体的应用中，外接振荡电阻可根据需要进行适当的调节，阻值越大振荡频率越慢，编码的宽度越大，发码一帧的时间越长）表2.2PT2262的极限参数（Ts=25参数符号参数范围单位电源电压VCC2-15V输入电压Vi-0.3-VCC+0.3V输出电压Vo-0.3-VCC+0.3V最大功率（VCC=12V）Pa300mW工作温度Topt-20-+70OC贮存温度Tstg-40-+125OC表2.3PT2262的电气参数参数符号测试条件最小值典型值最大值单位电源参数VCC212V电源电流ICCVCC=12V，振荡器停振A0-A11开路0.020.3uADout输出驱动电流IOHVCC=5V，VOH=3V-3mAVCC=8V，VOH=4V-6mAVCC=12V，VOH=6V-10mADout输出陷电流IOLVCC=5V，VOH=3V2mAVCC=8V，VOH=4V5mAVCC=12V，VOH=6V9mAPT2262采用CMOS工艺制造，功耗低，外部元器件少，使用RC振荡电阻决定工作频率，具有很宽的工作电压范围：2.6-15V，数据编码可达6位，地址码最多可达531441种。因此PT2262广泛应用于车辆防盗系统、家庭防盗系统、遥控玩具及其他电器遥控。2.2.2解码器PT2272PT2272是与PT2262配对的解码器，采用18引脚双列直插式封装。图2.7PT2272表2.4PT2272引脚说明名称管脚说明A0-A111-8，10-13地址管脚，用于地址编码，可置0、1.悬空，必须与PT2262一致，否则不解码。D0-D57-8，10-13数据管脚，只有在地址码与PT2262一致时，它才能输出与PT2262数据端对应的高电平，否则输出为低电平，锁存型只有在接收到下一数据时才能转换。VCC18电源正端（+）VSS9电源负端（-）DIN14数据信号输入端，来自接收模块输出端。OSC1/OSC216/15振荡电阻输入输出端，所接电阻决定振荡频率。VT17解码有效输出端（常低），解码有效时变成高电平（瞬态）。表2.5PT2272的极限参数（Ta=25OC）参数符号参数范围单位电源电压VCC3-15V输入电压Vi-0.3-VCC+0.3V输出电压Vo-0.3-VCC+0.3V最大功耗Pa300mV工作温度Topt-20-+70OC贮存温度Tstg-40-+125OCPT2272解码芯片有不同的后缀，表示不同的功能，有L4/M4/L6/M6之分，其中L表示锁存输出，数据只要成功接收就能一直保持对应的电平状态，直到下次遥控数据发生变化时改变。M表示非锁存输出，数据脚输出的电平是瞬时的而且和发射端是否发射相对应，可以用于类似点动的控制。后缀的6和4表示有几路并行的控制通道，当采用4路并行数据时（PT2272-M4)，对应的地址编码应该是8位，如果采用6路的并行数据时(PT2272-M6)，对应的地址编码应该是6位。PT2262/2272芯片的地址编码设定和修改：在通常使用中，我们一般采用8位地址码和4位数据码，这时编码电路PT2262和解码PT2272的第1～8脚为地址设定脚，有三种状态可供选择：悬空、接正电源、接地三种状态，3的8次方为6561，所以地址编码不重复度为6561组，只有发射端PT2262和接收端PT2272的地址编码完全相同，才能配对使用，遥控模块的生产厂家为了便于生产管理，出厂时遥控模块的PT2262和PT2272的八位地址编码端全部悬空，这样用户可以很方便选择各种编码状态，用户如果想改变地址编码，只要将PT2262和PT2272的1～8脚设置相同即可，例如将发射机的PT2262的第1脚接地第5脚接正电源，其它引脚悬空，那么接收机的PT2272只要也第1脚接地第5脚接正电源，其它引脚悬空就能实现配对接收。当两者地址编码完全一致时，接收机对应的D1～D4端输出约4V互锁高电平控制信号，同时VT端也输出解码有效高电平信号。用户可将这些信号加一级放大，便可驱动继电器、功率三极管等进行负载遥控开关操纵。2.2.3PT2262/PT2272工作原理PT2262地址输入有“1”、“0”和“开路”三态，数据输入有“1”和当PT2262将数据连同地址有17脚串行发送，经双线传输到PT2272的14脚。当解码器的地址与编码器的地址相同是，解码器将接收到发送来的数据，并将数据输出端锁存，同时在VT端输出一个脉冲信号。图2.8PT2262编码时序图图2.9PTDout输出的编码信号是调制在38KHZ载波上的，OSC1、OSC2外接的电阻决定载频频率，一般电阻在430K470K之间选择即可。下图是红外发射接收的典型电路原理图，为正确解调出调制的编码信号，接收端需加一级前置放大级，保证输入PT2272的信号幅度足够大。PT2272各输出通过各种接口即可控制相应的负载。图2.10PT2262-IR和PT2272红外发射和接收典型电路下图是PT2262构成的6路发射电路，图中Vcc通过按键接通后芯片供电，这样静态时PT2262-IR不耗电，特别适合供电的场合。如果使用电源电压较低（如3V），二极管应选低压差的型号（如IN60等）。图2.11PT2.3无线发射接收模块2.3.1射频发射模块F05P引脚功能：1、正电源：+3V-12V2、地3、数据信号输入（平时为低电平）4、外接天线。图2.12F表2.6F发射频率：315MHz433MHz工作电流：DC+3V-12V发射电流：2-10mA发射功率：10mW传输速率：<10Kbps频率稳定度：10-5调制方式：ASK外形尺寸：9*21*5mm（宽*长*厚）工作温度：-40OC-+60OCF05P体积小，发射功耗低无数据时发射电流为零具有较宽的工作电压范围。F05P采用SMT工艺，树脂封装，小体积，声表稳频，内部具有一级调制电路及限流电阻，适合短距离无线遥控报警及单片机无线数据传输。F05P具有较宽的工作电压范围及低功耗特性，ASK方式调制。F05P不能任意调整发射电流，单片机的数据可直接通过串口进入F05P的数据输入端。F05P在无数据输入时单片机必须为低电平状态（对应的接收电路J04V、J04T为第2脚）；F05P+在无数据输入时单片机必须为高电平状态（对应的接收电路J04V、J04T为第3脚）。F05P需要输入数据才能发射，数据信号停止，发射电流为零。F05P对0.1-1ms的数据脉冲发射效果较理想，过宽过窄的脉冲会引起调制效率下降，过调制或调制不足使收发距离变近。F05P对直流电平及模拟信号不能发射。如在数据位前加一些乱码可以抑制接收机的零电平燥声干扰。若采用通用编码器2262，发射效果比单片机好，因为2262的数据无论怎么变但脉宽是不变的，即使出现一点突发性的外界干扰，解码器的宽容性也会解码输出高电平。而单片机则会出现数据错误。所以单片机必须要工作在可靠的收发区域才能保证较低的误码率。F05P有4个功能引脚，因为体积小，功耗底无天线只能满足短距离使用，而天线对距离起着很大的作用，天线能否匹配也是很关键，匹配良好的天线能增加几倍的距离，匹配不好的天线效果很差甚至会引起频率漂移。天线的长度应取发射频率的1/4波长，可以用一根直径0.5-1毫米，长度（433M）18厘米；（315M）24厘米的漆包线代替。但天线必须拉直，指向无所谓。短于1/4波长或弯曲的天线效果会很差。F05P应垂直安装在印板边部，应离开周围器件5mm以上，以免受分布参数影晌而停振。FO5P发射距离与输入信号，发射电压，电池容量，发射天线及发射环境有关。在障碍区由于折射反射会形成一些死区及不稳定区域，不同的收发环境会有不同的收发距离，F05P最佳有效工作距离为100M左右。F05P对应接收电路根据需求可选用J05VJ04VJ04TJ04P34003100等同频率接收模块配套。315MHz螺旋天线制作：使用直径0.5mm（连皮0.8mm）长度36cm的导线，在直径5mm的圆管上密绕完退出为空芯。长度约1.8cm。433MHz螺旋天线制作：使用直径0.5mm（连皮0.8mm）长度28cm的导线，在直径5mm的圆管上密绕完退出为空芯。长度约1.4cm。图2.13F2.3.2射频接受模块J04V引脚功能：1、外接天线2、数据输出端3、数据反向输出端4、测试端（悬空）5、地6、正电源（DC+3V）图2.14J04V外形图及其引脚表2.7J04V性能参数工作频率：315MHz433MHz工作电压：DC3V（2.6-3.6V）工作电流：0.15-0.3mA（DC3V）调制带宽：10K输出电平：TTL电平接收灵敏度：5uV调制方式：ASK电路结构：超再生外形尺寸：10*23*5（宽*长*厚）工作温度：-40OC-+60OCJ04V为小体积,特低功耗(0.15mA)超再生接收模块，无输出噪声干扰，接收灵敏度高。J04V工作频率为315MHz及433MHz，可以定做300--470MHz之间与声表面波谐振器对应的频率。为方便后级电路的电平接口J04V、具有数据反相输出端，无数据时2脚输出为零电平，3脚为高电平,可输出2mA的驱动电流。若驱动低阻抗负载会引起J04V工作电压的不稳定。J04V工作电压范围：2.63.6V；2.6V时工作电流在0.15mA；3V时约0.2mA；3.5V时约在0.3mA。J04V适合电池或线性电源，可采用3.7K-4.7K电阻从5V取得3--3.5V，再加220UF电解电容滤波，电解电容的接地点必须靠近J04V的地，J04V输出能力可驱动一支发光二极管。如果从6V以上的电压用电阻降压会引起工作电压的不稳定。也可以从220V用电容降压整流滤波后用7805取得5V再用3.7K-4.7K电阻降压滤波取得3.3V。不适合用稳压管串联分压。接收模块的电源直接影响到接收电路的稳定性，也是接收电路的主要干扰源，J04V不适合开关电源也不适合用实验室大整流电源做试验。J04V不适合与发射用同一电源做试验。J04V内部具有放大整形电路，只适合数据信号的接收而不适合模拟信号。J04V应按装在印板边部并离开周围器件5mm以上，要垂直于线路板，否则会引起频率偏移。如果器件较多还必须注意地线布局合理，如果有晶振或其他信号源必须远离J04V，否则会引起很多无法排除的干扰致使接收电路无法正常工作。J04V可外接天线提高接收灵敏度，天线长度不限。图2.15J04V和PT2272组成的典型电路2.4单片机AT89C20512.4.1AT89C2051简介AT89C2051于1995年出现在中国市场，其特点是采用Flash存储技术，降低了制造成本，其软硬件于MCS-51完全兼容，可以很快被中国广大用户接收，其程序的电可擦写特性，使得开发与试验比较容易。AT89C2051是一个低电压、高性能的CMOS8位单片机，片内含2Kbytes的可反复擦写的只读Flash程序存储器和128bytes的RAM，其间采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，具有很高的性价比。AT89C2051功能十分强大，但它只有20个引脚，15个双向I/O端口，其中P1是一个完整的8位双向I/O口。AT89C2051具有两个外中断源、两个16位可编程定时计数器，两个全双向串行通信口，一个模拟比较放大器。同时AT89C2051的时钟频率可以为0，即具备可用软件设置的睡眠省电功能，系统地唤醒方式有RAM、定时/计数器、串行口和外中断口，系统唤醒后即进入继续工作状态。省电模式中，片内RAM将被冻结，时钟停止震荡，所有功能停止工作，直到系统被硬件复位方可继续进行。AT89C2051兼容MCS-51指令系统，2K可反复擦写（>1000次）的FlashROM；15个双向I/O口；6个中断源；低功耗睡眠功能；可编程UARL通道；2.7V-6V的宽工作电压范围；两个16位可编程定时/计数器；时钟频率0-24MHz；软件设置睡眠和唤醒功能；两个外部中断源；128*8bit内部RAM；两个双向串行通信口；两级加密位；内置一个模拟比较放大器。AT89C2051继承了8031最重要的引脚，其引脚图如下：图2.162051引脚P1口为准双向端口，P3.0-P3.6为双向端口，并且保留全部P3的第二功能，如P3.0与P3.1的串行通信功能，P3.2与P3.3的中断功能，P3.4与P3.5的定时器输入功能。在引脚驱动能力上，它具有很强的下拉能力，P1/P3的下拉能力可达到20mA。相比之下，89C51与87C51最大可达15mA，但限定9脚电流之和小于71mA，这样引脚的平均电流只有9mA。他的驱动能力的增强，使得它可以直接驱动LED数码管。为增加对模拟量的输入，2051在内部构造了一个模拟信号比较器，其输入端连到P1.0和P1.1口，比较结果存入P3.6对应寄存器（P3.6在2051外部无引脚）。对于一些不太复杂的控制电路我们就可增加少量元件来实现。AT89C2051具有很宽的工作电源电压，为2.7V-3.6V，当工作在3V时，电流相当于6V工作时的1/4。工作于12MHz时，动态电流为5.5mA，空闲态为1mA，掉电态仅为20mA。这样小的功耗很适合于电池供电的小型控制系统。AT89C2051片内有2Kbytes的Flash程序存储器，128字节的片内RAM，与8031内部相似。由于2051内部设置全静态工作，所以允许工作时的时钟为0-24MHz，也就是说，允许在低速工作时不破坏RAM内容。相比之下，一般的8031对最低工作时钟限制为3.5MHz，因为其内部RAM是动态刷新的。2051不允许构造外部总线来扩展程序/数据存储器，所以它也不需要ALEPSEN、RD、WR一类的引脚。AT89C2051在内部I/O控制上继承了MCS-51的特性，5路2级优先中断，串行口，2路定时器/计数器。AT89C2051设计有两个程序保密位，保密位1被编程之后，程序存储器不能再被编程除非作一次擦写，保密位2被编程之后，程序不被读出。2.4.2AT89C2051的开发与应用AT89C2051常采用下面两种方法开发应用系统：1、由于它内部程序存储器为Flash，所以修改它内部的程序十分快捷方便，只要配备一个可以AT89C2051的编程器即可。调试人员可以采用程序编辑-编译-固化-插到电路板中试验这样反复循环的方法，对于熟练MCS-51的程序员来说，这样的调试方法并不十分困难。2、将普通的8031仿真器的插头中P1.0-P3.6引出来仿真205T,这种方法可以运用单步、断点的调试方法，但是仿真不够真实。AT89C2051具有很高的性价比，体现在：（1）、与8031系统比较：如果需要构造一个8031的最小系统的话，除了CPU之外，至少需要一片27C64，而系统的有效引脚和AT89C2051基本相同。从元器件的成本，电路板的面积和加密性来看，使用AT89C2051都是合算的。（2）、与PIC单片机比较：AT89C2051的价格高于PIC的OTP型号，但大大低于PIC的EPROM型，AT89C2051片内不含WatchDog，这是其不足之处，但AT89C2051中断系统、堆栈结构、串行通信、定时器/计数器等都大大强于PIC系统。由于PIC芯片中无标准串口，所以在单片机的联网应用上，PIC不太合适。与PIC相比AT89C2051更适合较复杂的应用场合，适合一些软件需要多次修改的应用。就目前中国市场的情况来看，AT89C2051有很大的市场。其原因有下列4点：（1）、AT89C2051采用的是MCS-51的核心，十分容易为广大用户所接受；（2）、AT89C2051内部基本保持了8031的硬件I/O功能；（3）、AT89C2051采用Flash存储器技术，可重复擦写1000次以上，容易解决调试问题。（4）、AT89C2051适合于家用电器控制，分布式测控网络，I/O量不是很大的应用系统。2.574LS5952.5.1器件特性74LS595是一个8位串行输入并行输出并带有锁存功能的非常实用的移位寄存器。可实现串行输入，8位并行输出。存储状态寄存器有三种寄存器，它的并行口有三态输出，即：高电平、低电平、高阻抗。74LS595输出寄存器可以直接清除，具有20MHz的移位频率。74LS595采用低电压TTL电路。74LS595移位寄存器和存储器是分别的时钟。数据在SCHcp的上升沿输入，在STcp的上升沿进入存储寄存器中去。如果两个时钟连在一起，则移位寄存器总是比存储寄存器早一个脉冲。移位寄存器有一个串行移位输入（SER），一个串行输出（QH’）,和一个异步的低电平复位；存储寄存器有一个并行8位的，具备三态的总线输出，当使能端为低电平存储器的数据输出到总线。2.5.2引脚功能图2.1774LS595引脚图QA-QH：锁存寄存器数据并行输出；QH'：移位寄存器数据串行输出；SRCLR：主复位，低电平时有效；SRCK：移位脉冲输入端；RCK：锁存时钟输入；G：并口控制端，低电平时锁存寄存器的数据在并口上实时表现出来，高电平时并口出现高阻抗（通常接地）。SER：移位寄存器数据串行输入。2.5.3工作原理在移位时钟SRCLR上升沿狮队SER串口输入的数据进行取样，数据保存在移位寄存器。在锁存时钟RCLK上升沿时对移位寄存器的数据传送到锁存寄存器。连续的输入移位时钟时，数据就不断地向高位移动，并从QH’端口移出去。锁存寄存器的数据总是实时的在并口上表现出来。MCS-51单片机的串口工作在方式0时，TXD引脚输出移位脉冲，接74LS595的SRCLR引脚，MCS-51单片机的RXD引脚输出数据，接74LS595的SER引脚。可选一I/O口接RCLK，用于控制显示。2.6LED数码管图2.18数码管及其引脚图LED即LightEmittingDiode，发光二极管的英文缩写。它是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏。LED的发光颜色和发光效率和制作LED的材料和工艺有关，目前广泛使用的有红、绿、蓝三种。由于LED工作电压低（仅1.5-3V），能主动发光且具有一定亮度，亮度又能用电压或电流调节，本身又耐冲击、抗震动、寿命长（10万小时），所以大型显示设备中，目前尚无其它的显示方式与LED显示方式匹敌。把红色和绿色的LED放在一起作为一个像素制作的显示屏称为双基色屏或伪彩色屏；把红、绿、蓝三种LED放在一起作为一个像素的显示屏叫作三基色屏或全彩屏。制作室内LED屏的像素尺寸一般是2-10mm，常常采用把几种能产生不同基色的LED管芯封装成一体，室外LED屏的像素尺寸多为12-26mm，每个像素有若干个各种单色LED组成，常见的成品称像素筒或像素块。LED显示屏如果想要显示图像，则需要构成像素的每个LED的发光亮度都必须能调节，其调节的精细程度就是显示屏的灰度等级。灰度等级越高，显示的图像就越细腻，色彩也越丰富，相应的显示控制系统也越复杂。在当前技术水平下，256级灰度的图像，颜色过渡已十分柔和，图像还原效果比较令人满意。LED电子显示屏是由几万至几十万个半导体发光二极管像素点均匀排列组成。利用不同的材料可以制作不同色彩的LED像素点。目前用最广的是红色、绿色、黄色。而蓝色和纯绿色LED的开发已经达到了实用阶段。LED显示屏可以显示变化的数字、文字、图形、图像；不仅可以用于室内环境还可以用于室外环境，具有投影仪、电视墙、液晶显示屏无法比拟的优点。LED之所以受到广泛重视而得到迅速发展，是与它本身所具有的优点是分不开的。这些优点概括起来就是：亮度高、工作电压低、功率小、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳定。LED的发展前景极为广阔，目前正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高的发光密度、更高的发光均匀性，可靠性、全色化方向发展。2.7硬件电路2.7.1硬件设计8路抢答信号分别输入AT89C2051的P1口的8个引脚，因此可以通过判断P1口的8个引脚中哪一个引脚首先得到抢答信号，判断出是哪一个信号抢答成功抢答按键在按下时会因为其机械特性和电器特性会发生抖动，造成在很短时间内，输入信号的电平发生多次跳变，为了避免在消抖的延时等待过程中，P1口的输入信号因为有新的抢答按键按下而发生了新的变化而造成了错误的判断，因此系统中未采用较为简单的软件消抖，而采用了较为复杂的硬件消抖[3]，确保抢答器能在第一时间识别第一个抢答信号。硬件防抖中当电阻为10K，电容为3.3µF时,硬件消抖的延时时间约为10ms，可满足对按键机械特性的要求。在抢答的过程中有可能发生两路或者多路同时抢到的情况，此时系统则根据PT2262芯片地址编码的情况，默认为地位较高的一路具有较高的优先级。图2.19系统硬件防都电路图LED数码管的显示采用静态显示的方式，AT89C2051的串口工作在方式0，P3.1TXD引脚输出时钟信号，P3.0RXD引脚输出数据信号，将所要显示数字的显示代码串行发出，经具有锁存功能的移位寄存器74LS595后，8位显示代码经74LS595的Q1-Q7脚并行输出，点亮LED数码管显示出结果。系统将抢答结果显示，并延时约16秒，然后系统将自动跳回初始状态，等待下一次抢答。系统的设计实现了全自动化运行，在整个运行过程无需人为干涉，即可完成所有功能，并自动转入下次操作。为便于电路调试，系统采用万用板焊接电路。单片机AT89C2051由于要多次烧写程序调试，因此使用插座，在调试电路时可将芯片插在插座上，若需修改程序，可很容易将芯片取下，重新烧写程序。电容、电阻和按键等元件可直接焊接在电路板上。PT2262、PT2272、74LS595和LED数码管等元件可直接焊在电路板上，不必采用插座的方式焊接，但焊接时应注意控制温度，避免温度过高对对芯片造成损害。PT2262和PT2272的地址和数据引脚中有大量是连在一起接地的，可是用焊锡将这些引脚直接相连后再和接地端相连，相邻引脚之间不必再用导线相连。导线和焊点在焊接时无绝缘皮的裸露金属部分长度适中，不应过长，避免和旁边焊点的金属部分碰在一块发生短路。每个发射单元单独使用小块电路板进行焊接制作。F05P在12V电压时发射效果最好，PT2262具有2-15V的宽工作电压，因此发射单元可采用12V电压供电，在使用距离较近的时候也可采用功耗更低的5V电压供电，必要时也可采用电池组供电。F05P在焊接时应垂直安装在电路板边部，应离开周围器件5mm以上，以免受分布参数影响而停振。接受单元和处理显示部分可放在一块大的电路板上，但每个接受单元之间应有足够大距离，以避免发生相互干扰。每个接受单元的地线单独引出后再实现和系统的共地。为保证接受单元能够稳定工作，采用5V电源供电。对于J04V，则采用4.7K电阻从5V取得3.2V再加220UF电解电容滤波给J04V供电，虽然J04V具有较宽的工作电压范围（2.6-3.6V）但电压在3-3.2V时才具有最佳的经受灵敏度。J04V和PT2272都是低功耗低电压器件当然也可以直接采用二节1.5V电池供电，但电压过低时，单片机工作会出现不稳定的情况。J04V应按装在印板边部并离开周围器件5mm以上，要垂直焊在线路板上，否则会引起频率偏移。220UF电解电容要靠近J04V的地。如果采用电池供电，电源线要尽可能短。2.7.2烧写程序使用Easy51ProV2.0软件向单片机芯片AT89C2051中烧写程序启动程序，程序初始界面如下：图2.20程序初始界面将芯片插到烧写器的2051的插座上，有缺口的一端朝外，然后烧写软件的器件下拉列表中选择AT89C2051，然后点击检测器件，可见下图界面，表示烧写器已识别芯片，可以烧写图2.21检测器件界面点击查处器件，将器件中原有的程序擦除，否则会产生错误，然后点击打开文件，将经过程序编译器编译形成的二进制文件读入烧写程序的缓存器中，点击写器件，即可将程序烧写到AT89C2051芯片中，如图表示烧写成功，最后应点击校验数据，检查芯片中的程序是否发生错误。图2.22烧写成功界面图2.23校验正确界面2.7.3硬件电路调试电路焊好再加电前应使用万用表先进行测量，检查有无短路，虚焊、漏焊的情况。电路的电源线和接地线之间应具有很大的电阻，如果出现导通的情况，则说明电路中出现了短路的情况；如果电路中应是连通的两点之间电阻无穷大，则应检查连接的导线中间是否断了，电路之间有无虚焊的焊点。电路上电前的检查应十分全面，避免电路中出现故障，导致上电时烧毁元件。由于无线接收和发射元件的特性，电路在测试时发射单元和接收单元之间的距离应超过一米，避免因距离过近而产生不必要的干扰。如果电路无法正常工作，可分别对电路的各个单元进行测试，以分析故障原因，解决故障。调试完成后系统可正常工作，如下图图2.23系统初始状态图2.24显示强大结果系统将显示结果延时16秒后将自动回到初始状态，等待下次抢答。3程序设计3.1程序流程图图3.1程序流程图3.2程序清单ORG0000HLJMPMAINORG0030HMAIN: MOVSCON,#00HINIT: MOVP1,#00HMOVA,#0FDHLCALLDISPMOVR7,P1MOVA,R7CJNEA,#00H,STARTLJMPINITSTART: SUBBA,#128JNCL8CLRCMOVA,R7SUBBA,#64JNCL7CLRCMOVA,R7SUBBA,#32JNCL6CLRCMOVA,R7SUBBA,#16JNCL5CLRCMOVA,R7SUBBA,#8JNCL4CLRCMOVA,R7SUBBA,#4JNCL3CLRCMOVA,R7SUBBA,#2JNCL2LJMPL1L1: MOVA,#9FHLCALLDISPLCALLDEL10MOVA,#0FDHLCALLDISPLJMPINITL2: MOVA,#25HLCALLDISPLCALLDEL10MOVA,#0FDHLCALLDISPLJMPINITL3: MOVA,#0DHLCALLDISPLCALLDEL10MOVA,#0FDHLCALLDISPLJMPINITL4: MOVA,#99HLCALLDISPLCALLDEL10MOVA,#0FDHLCALLDISPLJMPINITL5: MOVA,#49HLCALLDISPLCALLDEL10MOVA,#0FDHLCALLDISPLJMPINITL6: MOVA,#41HLCALLDISPLCALLDEL10MOVA,#0FDHLCALLDISPLJMPINITL7: MOVA,#01FHLCALLDISPLCALLDEL10MOVA,#0FDHLCALLDISPLJMPINITL8: MOVA,#1HLCALLDISPLCALLDEL10MOVA,#0FDHLCALLDISPLJMPINITDISP: MOVSBUF,AJNBTI,$CLRTISETBP3.7CLRP3.7RETDEL10: MOVR1,#0BFH;20SD3: MOVR2,#0FFHD2: MOVR3,#070HD1: NOPDJNZR3,D1DJNZR2,D2DJNZR1,D3RETEND结论单片机由于其高可靠性和高性价比被广泛应用于各种电子系统中，由于单片机的可编程性，使得使用单片机的电子系统用较为简单的电路即可实现较为复杂的功能，克服了纯数字逻辑电路系统结构复杂的缺点。单片机编程常用C语言和汇编语言两种。利用汇编语言编写的程序执行效率高，速度快，但汇编语言较为复杂，实现复杂的功能时编程会比较困难。利用C语言编程则相对简单，但其执行效率、执行速度没有汇编语言高。在该系统的设计过程中，由于功能较为简单因此使用汇编语言进行编程。系统各单元在开发过程中使用成熟模块，既简化了开发过程，同时也大大提高了系统的可靠性。AT89C2051内部的程序存储器为Flash存储器，可实现多次擦写，在计算机上完成硬件仿真后采用烧写-插到电路板中试验的方法进一步进行电路