北华航天工业学院毕业论文
程序指令
AT89C51单片机的时序单位有四个，分别是节拍、状态、机器周期和指令周期。 节拍与状态：
我们把振荡脉冲的周期定义为节拍(P)，振荡脉冲经过两个分频后即得到整个单片机工作系统的时钟信号，把时钟信号的周期定义为状态(S)，这样一个状态就有两个节拍，前半个周期相应的节拍我们定义为P1，后半周期对应的节拍定义为P2。
机器周期：
AT89C51有固定的机器周期，规定一个机器周期有6个状态，分别表示为S1-S6，而一个状态包含两个节拍，那么一个机器周期就有12个节拍，即一个机器周期包含12个振荡脉冲，即机器周期就是振荡脉冲的12分频，如果使用12MHZ的时钟频率，一个机器周期就是1us。
2.2.2 AT89C51单片机结构说明
AT89C51单片机的管脚图如图2-1所示：
图2-1 AT89S51单片机管脚图
? VCC：电源端。 ? GND：接地端。
? P0口：P0口是一组8位漏极开路双向I/O口，在访问外部存储器时用作8位低地址线和数据总线。
? P1口： P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，向P1口写入“1”时，P1口被内部电路上拉为高电平，可用作输入口。当作为输出口时，被外部拉低的P1口会因为内部上拉电阻的存在而输出电流。
? P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，当P2口被写“1”时，其管脚被内部电路上拉为高电平，可作输入口。当作为输出口时，被外部拉
5
北华航天工业学院毕业论文
低的P2口会因为内部上拉电阻的存在而输出电流。在访问外部程序存储器和外部数据存储器时，P2口可作为地址总线的高八位地址线。
◆ P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，当P3口写入“1”后，它们被内部电路上拉为高电平，并用作输入口。当作为输出口时，被外部拉低的P3口会因为内部上拉电阻的存在而输出电流。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示： P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口）
P3.2 /INT0（外部中断0）
P3.3 /INT1（外部中断1） P3.4 T0（记时器0外部输入） P3.5 T1（记时器1外部输入） P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）
P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）
? RST：复位信号输入端。当振荡器工作时，RET引脚出现两个机器周期以上的高电平将使单片机复位。
? ALE/PROG：ALE是地址锁存允许信号。它的作用是把CPU从P0口分时输出的低8位地址锁存在锁存器中。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6，可用作外部时钟或定时。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。如果CPU在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
? /PSEN：读片外程序存储器选通信号输出端。当执行外部程序存储器数据时，/PSEN将产生负脉冲作为外部程序存储器的读选通信号。在访问外部数据存储器和内部程序存储器时，/PSEN无效。
?
/EA/VPP：读片内与片外程序存储器的选择端。当/EA为高电平时，低
4KB的地址为片内程序存储器单元，高于4KB以上的地址为片外程序存储器单元；当/EA为低电平时，则只能读片外程序存储器。
? XTAL1：片内振荡电路反向放大器的输入端，采用外部时钟时该引脚接地。
XTAL2：片内振荡电路反向放大器的输出端，采用外部时钟时该引脚为振荡信号的输入端。
2.3 硬件的构成及功能
6
北华航天工业学院毕业论文
本节主要介绍了抢答器的硬件部分的设计，硬件部分的设计是比不可少的，也是此次设计的核心。
2.3.1 抢答器的硬件图
根据所要实现的功能，我们先大概将抢答器的硬件分为这几部分：CPU、声音电路、显示电路、定时电路、开始结束键输入和抢答按键输入。图如图2-2所示。
图2-2 抢答器硬件图
2.3.2 时钟频率控制电路
单片机必须在时钟的驱动下才能工作。AT89C51中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。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。时钟频率控制电路如图2-3所示。
图2-3 外部振荡电路
7
北华航天工业学院毕业论文
内部时钟振荡器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选用30PF大小，其作用有两个：一是帮助振荡器起振；二是对振荡器的频率进行微调。
单片机在工作时，由内部振荡器产生或由外部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。时钟频率选为12MHz。
2.3.3 复位电路的设计
在抢答器中复位是为定时做铺垫的，在抢答之前要复位，抢答完毕要复位，按了复位键之后LED显示F。单片机的复位引脚RST出现2个机器周期以上的高电平时即可实现复位，复位后单片机的各状态都恢复到初始化状态，其电路图如图2-4所示。
图2-4 复位电路
图中复位电路由按键和电解电容C3、电阻R1构成的按键及上电复位电路。由于单片机是高电平复位，所以当按键按下时，单片机的9脚RESET管脚处于高电平，此时单片机处于复位状态。当上电后由于电容缓慢充电，单片机的9脚电压逐步由高向低转化，经过一段时间后，单片机的9脚处于稳定的低电平状态，此时单片机上电复位完毕，系统程序从0000H开始执行。
在此设计中使用了硬件复位和软件复位两种。硬件复位可将寄存器及存储器的值都恢复到初始值。而在设计中，倒计时时间存在记忆功能，因此还设计了软复位功能。软复位实际上就是当程序执行完毕后，讲程序指针通过一条跳转指令让它跳转到该段程序的起始地址。
8
