智能竞赛抢答器设计 - 图文(4)

2019-06-17 16:02

?电源关闭标识。

?全新的加密算法,这使得对于AT89C52的解密变为不可能,程序的保密性大大加强,这样就可以有效的保护知识产权不被侵犯。

?兼容性方面:向下完全兼容51全部字系列产品。比如8051、AT89C51等早期MCS-51产品。

3.1.5 单片机的发展

早期的单片机都是4位或8位的。其中最成功的是INTEL的8031,因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高,开始出现了16位单片机,但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大发展,单片机技术得到了巨大的提高。随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用,32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位,并且进入主流市场。而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高,处理能力比起80年代提高了数百倍。目前,高端的32位单片机主频已经超过300MHz,性能直追90年代中期的专用处理器,而普通的型号出厂价格跌落至1美元,最高端的型号也只有10美元。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用,大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。

3.1.6 单片机的应用

目前单片机渗透到我们生活的各个领域,几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置,飞机上各种仪表的控制,计算机的网络通讯与数据传输,工业自动化过程的实时控制和数据处理,广泛使用的各种智能IC卡,民用豪华轿车的安全保障系统,录象机、摄象机、全自动洗衣机的控制,以及程控玩具、电子宠物等等,这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。因此,单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。 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

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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。

3.1.7 AT89C52系列单片机

ATMEL公司的AT89C52单片机,是增强型RISC内载Flash的单片机,芯片上的Flash存储器附在用户的产品中,可随时编程,再编程,使用户的产品设计容易,更新换代方便。AT89C52单片机采用增强的RISC结构,使其具有高速处理能力,在一个时钟周期内可执行复杂的指令,每MHz可实现1MIPS的处理能力。AT89C52单片机工作电压为2.7~6.0V,可以实现耗电最优化。AT89C52的单片机广泛应用于

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计算机外部设备,工业实时控制,仪器仪表,通讯设备,家用电器,宇航设备等各个领域。

由于单片机的种类很多,在选择单片机时要依据实际设计要求选择合适的单片机。例如当设计仅仅需要一个单片机定时器那么选择89C1051或89C2051即可,而不选择AT89C52,因为后者的价格较高一些。当然若程序和数据区的要求较高那么选择的单片机还要满足程序空间的要求。

3.1.8 存储器配置

片内外统一编址的8KB程序存储器,及256B的片内数据存储器,包括低128B的内部RAM地址00H~7FH和高128B的特殊功能寄存器地址空间,64KB的外部数据存储器或扩展I/O接口地址空间0000H~FFFFH。RAM共有256个单元,按功能分为两部分低128单元(单元地址00H~7FH)和高128单元(单元地址80H~FFH)。其中高128单元是供给专用寄存器使用,因这些寄存器的功能已作为专门规定故此称之为特殊功能寄存器SFR—11个SFR有位寻址作用,而且要说明低128单元是单片机的真正RAM存储器。

128单元是单片机的真正RAM存储器,按其用途划分为三个区域: ? 通用寄存器区

通用寄存器为CPU提供了就近数据存储的便利,有利于提高单片机的运算速度。此外,使用通用存储器还能提高程序编制的灵活性,因此在单片机的应用编程中应充分利用这些寄存器,以简化程序设计,提高程序运行速度。 ? 位寻址区

内部RAM的20H~2FH单元,即可作为一般RAM单元使用,进行字节操作,也可以对单元中每一位进行位操作,因此把该区称之为位寻址区。 ? 工作寄存区 用以存储用户数据。

3.2显示电路设计

1.LED结构与原理

常用的LED显示器共有7段、8段和“米”字段三种显示形式,8段比7段多了一个小数点dp段,如图3.2(a)所示。这种显示器有共阳极和共阴极两种结构,如图

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3.2 (b)和3.2(c)所示。共阴极LED显示器所有发光二极管的阴极连在一起,通常此共阴极接地。当某个发光二极管的阳极为高电平时,发光二极管点亮,相应的段显示。同样,共阳极LED显示器的发光二极管所有阳极连接在一起,通常此共阳极接正电压,当某个发光二极管的阴极接低电平时,发光二极管被点亮,相应的段显示。由此可以看出,二者原理不同但功能相同。

图3.2 LED显示原理图

其中图3.2(b)为共阴极结构。即把8个发光二极管阴极连在一起。这时如果需要点亮a ~g中的任何一盏灯,则只需要在相应端输入高电平即可;输入低电平则截止。比如我们现在要显示数字“3”,则只要在对应的a、b、c、d、g段送入高电平,在其他端送入低电平即可,点亮为“3”。图3.2(c)为共阳极结构。其显示端输入低电平有效,高电平截止。

本设计采用共阴极数码显示管做显示电路,由于采用的是共阴的数码显示管,所以只要数码管的a、b、c、d、e、f、g、h引脚为高电平,那么其对应的二极管就会发光,使数码显示管显示0~9的编码见表3.3。

表3.3 共阴极数码显示管字型代码

0 1 2 3 4

共阴极代码

3FH 06H 5BH 4FH 66H

字型 5 6 7 8 9

共阴极代码

6DH 7DH 07H 7FH 6FH

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2.LED显示器显示方式

点亮LED显示器有两种方式:一是静态显示;二是动态显示。所谓静态显示,就是当显示器显示某一个字符时,相应的发光二极管恒定地导通或截止。如图3.3所示为4位静态LED显示器电路。

图3.3 位静态LED显示器电路

所谓动态显示就是一位一位地轮流点亮各位显示器(扫描),对于显示器每一位而言,每隔一段时间点亮一次。在同一时刻只有一位先后四起在工作(点亮),利用人眼的视觉暂留效应和发光二极管熄灭时的余辉效应,看到的却是多个字符 “同时”显示。显示器亮度既与点亮时的导通电流有关,也与点亮时间和间隔时间的比例有关。调整电流和时间参数,可实现亮度较高较稳定的显示。动态显示器的优点是节省硬件资源,成本较低。但在控制系统运行过程中,要保证先后四起正常显示,CPU必需每隔一段时间执行一次显示子程序,占用CPU的大量时间,降低了CPU的工作效率,同时显示亮度较静态显示器低。

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