第一周：项目一-彩灯的设计与实现（一）

14、关于单片机的复位电路，描述正确的有（ ）
    A、51单片机一般是高电平复位的，如果RST引脚维持2个机器周期时间长的高电平，那么内部寄存器将会被置为初始值，使得系统顺序启动。

17、MCS-51单片机是8位的单片机。

18、MCS-51单片机有4个8位的并行IO口，1个全双工串行口、2个16位定时/计数器、2个外部中断。

19、当EA引脚接高电平时，用的是单片机内部的ROM，EA为低电平时，用的时外部的ROM，所以一般EA为高电平。

20、P0口可以作为通用的输入输出端口（即I/O）使用，如果你操作外部扩展的设备时，需要对外寻址，P0口就作为地址/数据复用总线使用。

21、P1是准双向I/O口，要正确地从引脚上读入外部信息，在作引脚读入前，必须先对该端口写入0.

22、这是一个典型的单片机控制LED灯的电路图，电源+极接发光二极管，经限流电阻连接到单片机的IO口P1.0，当P1.0=1时，led亮。

1、请设计用at89c51单片机的P3口控制8个LED灯的电路原理图，并简要说明如何控制LED灯的亮灭。 说明：用proteus设计，上传设计好的原理图文件

第二周：项目一-彩灯的设计与实现（二）

首先，计算表达式的值，逐个与其后的常量值相比较，当表达式的值与某个常量值相等时，比如表达式的值等于常量1，即执行其后的语句1，再执行语句1后面的break指令，当执行完break后，跳出switch，结束switch语句的执行。

24、下面关于函数的描述，正确的有（ ）
    A、在进行C51程序设计时，为了增强程序的可读性，使程序结构清晰，经常用到函数。
    B、所谓“函数”，是一段能够完成得特定任务得程序，其他函数可通过调用语句来执行这段程序。
    C、从有无返回值角度函数可以分为有返回值的函数和无返回值的函数；

25、下面关于函数的描述，正确的有（ ）
    A、一个典型的单片机程序都必须包含且只能包含一个主函数，即main函数。
    D、在主函数中调用其他的函数，其他的函数，也可以调用主函数

26、下列描述正确的有（ ）
    A、形参变量只有在函数被调用时才会分配内存，调用结束后，立刻释放内存，所以形参变量只有在函数内部有效，不能在函数外部使用。
    B、实参可以是常量、变量、表达式、函数等，但，在进行函数调用时，它们都必须有确定的值，以便把这些值传送给形参，所以应该提前用赋值、输入等办法使实参获得确定值。
    C、实参和形参在数量上、类型上、顺序上必须严格一致，否则会发生“类型不匹配”的错误。当然，如果能够进行自动类型转换，或者进行了强制类型转换，那么实参类型也可以不同于形参类型。
    D、函数调用中发生的数据传递是双向的，可以把实参的值传递给形参，也可以把形参的值反向地传递给实参。

1、请用keil c软件新建一个工程，编写第一个程序，控制8个LED灯（至少实现3种变化模式，模式不限）。 说明：系统原理图采用proteus设计的，用P3驱动8个LED灯（可用作业题1的原理图）。 说明：1. 完成功能后，上传程序代码。 2. 上传proteus设计的原理图文件

第三周：项目二-电子时钟的设计与实现（一）

8、关于数码管的动态显示，下列说法正确的有（ ）
    A、动态显示将所有位数码管的段选线并联在一起，由位选线控制某一时刻只有一位数码管工作
    B、由于动态显示数码管不是一直点亮，所以，动态显示的亮度比静态显示要差一些。
    C、动态显示数码管的亮度既与导通电流有关，也与点亮时间和间隔时间的比例有关。
    D、数码管的动态显示是利用数码管的余辉和人眼的视觉暂留作用，使人眼感觉不到LED灭的过程

9、7段数码管有两种不同的类型，叫做共阳极和共阴极。

10、语句sbit wei1=P26 ;的含义是：sbit 是定义特殊功能寄存器的位，即将wei1定义为P2的第0位。

1、用proteus，设计一个用at89c51的P1口，外接74ls373，驱动一位共阳极7段数码管的电路图。 说明：截图上传。

2、请用proteus设计，at89c51单片机的P0口和P3口分别驱动两位共阳极7段数码管，画出原理图，并编写程序，实现模拟60秒计时的功能。 说明：（1）上传proteus设计原理图文件 （2）上传程序源文件

3、请用proteus设计一个具有8位数码管的时钟电路（单片机的IO自定义，驱动芯片自行选择，数码管类型自行选择），并设计程序，实现模拟时钟的功能（时间的变化用程序延时模拟，不用很精确。） 说明：（1）上传用proteus设计的原理图 （2）上传程序源文件

第四周：项目二-电子时钟的设计与实现（二）

8、下列关于定时器的描述，正确的有（ ）
    B、定时计数器的核心是内部计数器，TO和T1各有一个内部计数器，这个计数器是16位的，因此由两个字节组成，分别叫做TH和TL
    D、单片机内部还有一套定时/计数器中断控制系统。主要作用是当内部计数器计数满了之后，就是TH和TL里面存放了16个1，组合起来就是65535，如果再+1，就变成65536，这个时候TH和TL中就变成了16个0了，同时产生一个溢出信号，此时，就向CPU申请一个中断处理信号。

1、请写出定时器1工作在方式1，中断模式，定时20ms的初始化程序。 说明：仅仅写出初始化程序即可

2、 请用proteus按照上图设计两位共阳极数码管驱动电路（单片机IO可自行定义），并设计程序，实现0——99秒循环计时的功能。 说明：（1）上传用proteus设计的原理图 （2）提交源程序

3、 请用proteus按照上图设计8位共阴极数码管驱动电路（驱动芯片及单片机的IO口可自行修改），并设计程序，实现12小时循环计时的功能（用定时器实现）。 说明：（1）上传用proteus设计的原理图 （2）上传源程序

第五周：项目二-电子时钟的设计与实现（三）

8、下列关于键盘的软件消抖，描述正确的有（ ）
    A、软件削抖的基本原理是当第一次检测到有键按下时，根据键抖动时间的统计规律先采用软件延时的方法延时一段时间（一般可取10ms），然后再确认键是否仍保持闭合状态，如仍保持闭合状态则键真正被按下，此时可读取键值，否则可视为干扰，对其不予理睬。
    B、采用软件削抖方法可省去硬件削抖电路，但键盘的工作速度将被降低
    C、软件消抖在判断按键是否按下时，是二次读取键盘状态，有一个确认的过程。

16、外部中断的扩展方法有：硬件请求和软件查询结合的方法，这种方法的思路包含（ ）两个部分
    A、把各个外部中断请求源通过逻辑电路，如与非门，再连接到单片机外部中断引脚

17、按键的硬件消抖方法，消抖效果较差，所以，很少用

18、一般，键盘只能工作于循环扫描方式。

19、所谓中断就是，暂停CPU正在处理的功能，转去做另外一件事，这件事做完之后，并不要求一定要再回去执行CPU之前暂停的功能。

20、中断首先需要有中断源申请中断，51单片机共有3个中断源。

21、如果某中断源被设置成允许（包括总允许和中断允许）中断，当这个中断源申请中断时，CPU会马上响应，并去处理这个中断。

22、CPU进入中断处理，转到中断入口去执行程序，中断程序执行完了，马上返回到主程序被打断的地方，继续执行主程序。

23、所谓中断返回，就是将之前断点的地址重新装入PC中，控制程序返回主程序断点处。

24、bit flag；指令是定义位变量，改变量占用RAM中可位寻址的位空间。

第六周：项目三-温度测控系统的设计与实现（一）

15、关于DS18B20内部温度传感器，描述正确的有（ ）
    B、如果采集到的温度是正数，若要计算出实际的温度值，必须将读取到的LS和MS字节的数据进行整合，然后乘以0.0625
    C、如果采集的温度是负的温度，采集值是以补码的形式表示的，因此将MS和LS字节数据进行整合，再乘以0.0625就得到了负的温度值。
    D、其温度转换的精度是由传感器自身决定的，不能进行设置。

17、下列关于DS18B20的初始化时序，描述正确的有（ ）
    A、初始化时序开始总线为低电平，然后为高电平，接着又是低电平。
    C、首先，作为主机的单片机发出一个480至960微秒的低电平脉冲，然后释放总线变为高电平，等待15—60微秒，并在随后的480微秒时间内对总线进行检测，如果总线为低电平出现，则说明总线上有器件已做出应答。若一直都是高电平，说明总线上无器件应答。
    D、作为从器件的DS18B20在一上电后就一直在检测总线上是否有480至960微秒的低电平出现，如果有，在总线转为高电平后等待15至60微秒后将总线电平拉低，并保持60至240微秒，也就是做出响应脉冲，告诉主机本器件已做好准备。如果18B20没有检测到就一直在检测，等待主机召唤。

18、对DS18B20的写操作时序，下列描述正确的有（ ）
    B、写周期一开始，是单片机先把总线拉低1微秒表示写周期的开始。
    C、若主机想写0，则在写周期开始后，继续拉低电平最少60微秒，直至写周期结束，然后释放总线为高电平。
    D、若主机想写1，则在写周期开始后，将总线释放为高电平，一直到写周期结束。

19、对DS18B20的读时序，下列描述正确的有（ ）
    A、读时序是单片机把单总线拉低之后，在1微秒之后释放单总线为高电平，以让DS18B20把数据传输到单总线上。
    B、当DS18B20在检测到总线被拉低1微秒后，便开始送出数据，若是要送出0就把总线拉为低电平直到读周期结束。
    C、当DS18B20在检测到总线被拉低1微秒后，便开始送出数据，若要送出1则释放总线为高电平

20、下列关于LCD1602的描述，正确的有（ ）
    A、它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块，它有若干个5乘7或者5乘11点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。

23、多1602的初始化设置，由于指令很多，为保证每个指令都正确、可靠设置完成，可以怎么做？（ ）

24、DS18B20单总线通信是分时完成的，它有严格的时隙间隔。

25、对DS18B20的每次读写前，必须进行复位初始化

26、复位时，单片机将数据线下拉 500微秒，然后释放，DS18B20在 收到复位信号后，等待 16微秒至60微秒左右，然后发出 60微秒至240微秒的低脉冲。单片机收到这个信号后表示复位成功。

27、复位初始化后，如果不对DS18B20进行设置，可以不需要发送ROM指令。

28、DS18B20的温度转换的结果，正温度值和负温度值都以二字节补码形式存放在高速暂存存储器的第0和第1个字节。

29、单片机向18B20写操作指令时，每个指令码字节在写的时候都是高字节先写。

30、单片机需要从18B20中的高速暂存存储器将温度转换结果读取出来，由于高速暂存存储器中一共9个字节的数据，所以每次需要把9个字节的数据全部读取出来，再继续温度的计算。

31、LCD1602的写时序，包括写指令和写数据。通过RS和RW端口配合使能端E进行控制。RS = 1时对数据进行操作；RS = 0时对指令进行操作。

32、LCD1602的写时序，包括写指令和写数据。通过RS和RW端口配合使能端E进行控制。 RW = 0 为读操作；RW=1 为写操作。

第七周：项目三-温度测控系统的设计与实现（二）

6、IIC总线上的从设备一般不主动通信，所有的通信都是主设备发起的。

7、IIC总线上数据的传输必须以一个起始信号作为开始条件，以一个结束信号作为传输的停止条件。

8、如果IIC总线的两根线都是高电平，则总线为空闲状态，可以进行数据传输了。

9、IIC总线在起始条件产生后，建立通信的主从设备可以通信，此时，总线上的其他器件也可以访问总线。

10、IIC总线进行数据传送操作时，在SCL呈现高电平期间，SDA上的电平必须保持稳定。只有在SCL为低电平期间，才允许SDA上的电平改变状态。

第十周：项目五-基于PC的物体姿态远程测控系统的设计与实现

18、关于异步通信，下列说法正确的有（ ）
    A、异步通信是指通信的发送与接收设备使用各自的时钟控制数据的发送和接收过程
    B、异步通信为了使双方的收发达到协调，要求发送和接收设备的时钟节拍尽可能的一致

11、若要向AT24C02存入一个长整型数据，需要（ ）
    A、把长整型数据拆成两个整型数据，再进行两次双字节数据存储操作。
    B、把长整型数据拆成四个无符号字符型数据，再进行4次单字节数据存储操作。

48、关于数码管的动态显示，下列说法正确的有（ ）
    A、动态显示将所有位数码管的段选线并联在一起，由位选线控制某一时刻只有一位数码管工作
    B、由于动态显示数码管不是一直点亮，所以，动态显示的亮度比静态显示要差一些。
    C、动态显示数码管的亮度既与导通电流有关，也与点亮时间和间隔时间的比例有关。
    D、数码管的动态显示是利用数码管的余辉和人眼的视觉暂留作用，使人眼感觉不到LED灭的过程

50、关于单片机的复位电路，描述正确的有（ ）
    A、51单片机一般是高电平复位的，如果RST引脚维持2个机器周期时间长的高电平，那么内部寄存器将会被置为初始值，使得系统顺序启动。

51、下列描述正确的有（ ）
    A、A/D芯片上采集的信号就是需要的量化信号，由于是数字信号，非常精确，单片机直接读取，进行计算即可。
    B、在A/D芯片的模拟输入信号上会叠加周期或者非周期的干扰信号，并会被附加到量化值中，给信号带来一定的误差。
    C、考虑到数据采集的实时性和可靠性，除了硬件上必要的抗干扰措施外，有时还需要对采集的数据进行软处理，就是通过程序去处理，以尽量减小干扰信号对数据测量的影响
    D、需要对采集的数据进行软处理，以尽量减小干扰信号的影响，这一过程称为数据采集滤波。

52、下列关于电阻应变效应，描述正确的有（ ）
    A、电阻应变效应指的是导体或半导体材料在外力作用下产生机械形变时，其电阻值也相应变化的物理现象。
    B、金属导体电阻的大小和导体的长度成正比，导体的面积成反比，因此，当导体受力拉长时，电阻会增加，压缩时电阻会减小。
    C、金属导体电阻的大小和导体的长度成正比，导体的面积成反比，因此，当导体受力拉长时，电阻会减小，压缩时电阻会增加。

53、多1602的初始化设置，由于指令很多，为保证每个指令都正确、可靠设置完成，可以怎么做？（ ）

54、关于DS18B20内部温度传感器，描述正确的有（ ）
    B、如果采集到的温度是正数，若要计算出实际的温度值，必须将读取到的LS和MS字节的数据进行整合，然后乘以0.0625
    C、如果采集的温度是负的温度，采集值是以补码的形式表示的，因此将MS和LS字节数据进行整合，再乘以0.0625就得到了负的温度值。
    D、其温度转换的精度是由传感器自身决定的，不能进行设置。

55、外部中断的扩展方法有：硬件请求和软件查询结合的方法，这种方法的思路包含（ ）两个部分
    A、把各个外部中断请求源通过逻辑电路，如与非门，再连接到单片机外部中断引脚

62、关于异步通信，下列说法正确的有（ ）
    A、异步通信是指通信的发送与接收设备使用各自的时钟控制数据的发送和接收过程
    B、异步通信为了使双方的收发达到协调，要求发送和接收设备的时钟节拍尽可能的一致

64、列关于键盘的软件消抖，描述正确的有（ ）
    A、软件削抖的基本原理是当第一次检测到有键按下时，根据键抖动时间的统计规律先采用软件延时的方法延时一段时间（一般可取10ms），然后再确认键是否仍保持闭合状态，如仍保持闭合状态则键真正被按下，此时可读取键值，否则可视为干扰，对其不予理睬。
    B、采用软件削抖方法可省去硬件削抖电路，但键盘的工作速度将被降低
    C、软件消抖在判断按键是否按下时，是二次读取键盘状态，有一个确认的过程。

66、P1是准双向I/O口，要正确地从引脚上读入外部信息，在作引脚读入前，必须先对该端口写入0.

67、P0口可以作为通用的输入输出端口（即I/O）使用，如果你操作外部扩展的设备时，需要对外寻址，P0口就作为地址/数据复用总线使用。

68、当EA引脚接高电平时，用的是单片机内部的ROM，EA为低电平时，用的时外部的ROM，所以一般EA为高电平。

69、MCS-51单片机有4个8位的并行IO口，1个全双工串行口、2个16位定时/计数器、2个外部中断。

70、如果某中断源被设置成允许（包括总允许和中断允许）中断，当这个中断源申请中断时，CPU会马上响应，并去处理这个中断。

71、中断首先需要有中断源申请中断，51单片机共有3个中断源。

72、所谓中断就是，暂停CPU正在处理的功能，转去做另外一件事，这件事做完之后，并不要求一定要再回去执行CPU之前暂停的功能。

73、一般，键盘只能工作于循环扫描方式。

74、按键的硬件消抖方法，消抖效果较差，所以，很少用

75、语句sbit wei1=P26 ;的含义是：sbit 是定义特殊功能寄存器的位，即将wei1定义为P2的第0位。

76、语句sbit wei1=P26 ;的含义是：sbit 是定义特殊功能寄存器的位，即将wei1定义为P2的第0位。

77、DS18B20的温度转换的结果，正温度值和负温度值都以二字节补码形式存放在高速暂存存储器的第0和第1个字节。

78、复位初始化后，如果不对DS18B20进行设置，可以不需要发送ROM指令。

79、复位时，单片机将数据线下拉 500微秒，然后释放，DS18B20在 收到复位信号后，等待 16微秒至60微秒左右，然后发出 60微秒至240微秒的低脉冲。单片机收到这个信号后表示复位成功。

80、DS18B20单总线通信是分时完成的，它有严格的时隙间隔。

82、bit flag；指令是定义位变量，改变量占用RAM中可位寻址的位空间。

83、所谓中断返回，就是将之前断点的地址重新装入PC中，控制程序返回主程序断点处。

84、由于HX711是串行数据总线型A/D转换器，通过串行方式进行数据的传输的，所以数据有两根线。

85、IIC总线进行数据传送操作时，在SCL呈现高电平期间，SDA上的电平必须保持稳定。只有在SCL为低电平期间，才允许SDA上的电平改变状态。

86、如果IIC总线的两根线都是高电平，则总线为空闲状态，可以进行数据传输了。

87、IIC总线上数据的传输必须以一个起始信号作为开始条件，以一个结束信号作为传输的停止条件。

88、LCD1602的写时序，包括写指令和写数据。通过RS和RW端口配合使能端E进行控制。 RW = 0 为读操作；RW=1 为写操作。

89、LCD1602的写时序，包括写指令和写数据。通过RS和RW端口配合使能端E进行控制。RS = 1时对数据进行操作；RS = 0时对指令进行操作。

90、单片机需要从18B20中的高速暂存存储器将温度转换结果读取出来，由于高速暂存存储器中一共9个字节的数据，所以每次需要把9个字节的数据全部读取出来，再继续温度的计算。

摘要：采用单片机AT89C51作为本设计的核心元件。利用7段共阳LED作为显示器件。在此设计中共接入了6个7段共阳LED显示器，和4个8段共阳LED显示器，其中6个用于记录AB队的分数，每队3个LED显示器显示范围可达到0~999分，足够满足赛程需要，另外4个LED显示器则用来记录赛程时间，其中2个用于显示分钟，2个用于显示秒钟。赛程计时采用倒计时方式。即比赛前将时间设置好，比赛开始时启动计时，直至计时到零为止。计时范围可达到0~99分钟，也完全满足实际赛程的需要。

其次，为了配合计时器和计分器校正调整时间和比分，我特定在本设计中设立了11个按键，其中3个用于设置，交换场地，启动和暂停等功能，另外8个用于调整比赛的比分。采用单片机控制使这个系统按键操作使用简洁，LED显示，安装方便。解决了篮球比赛计数器的安装问题，节约了线材，适合在各种规模的体育场馆使用，完全可以代替传统的用钟表进行计时的方法，当然稍加改动也可以用于其他球类比赛，是体育器材向智能化发展的一个实例。

体育比赛计时计分系统是对体育比赛过程中所产生的时间,比分等数据进行快速采集记录，加工处理，传递利用的信息系统。根据不同运动项目的不同比赛规则要求，体育比赛的计时计分系统包括测量类，评分类，命中类，制胜类,得分类等多种类型。

篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统。篮球比赛的计时计分系统由计时器，计分器等多种电子设备组成，同时，根据目前高水平篮球比赛要求，完善的篮球比赛计时计分系统设备应能够与现场成绩处理，现场大屏幕，电视转播车等多种设备相联，以便实现高比赛现场感，表演娱乐观众等功能目标。

由于单片机的集成度高，功能强，通用性好，特别是它具有体积小，重量轻，能耗低，价格便宜，可靠性高，抗干扰能力强和使用方便等独特的优点，使单片机迅速得到了推广应用，目前已经成为测量控制应用系统中的优选机种和新电子产品的关键部位。世界各大电气厂家，测控技术企业，机电行业，竞相把单片机应用于产品更新，作为实现数字化，智能化的核心部件。篮球计时计分器就是以单片机为核心的计时计分系统，由计时器，计分器，综合控制器和24秒控制器等组成。

本系统是采用单片机AT89C51作为本设计的核心元件。利用LED作为显示器件。在此设计中共接入了10个LED显示器，其中6个用于记录AB队的分数，每队3个LED显示器显示范围可达到0~999分，足够满足赛程需要，另外4个LED显示器则用来记录赛程时间，其中2个用于显示分钟，2个用于显示秒钟。赛程计时采用倒计时方式。即比赛前将时间设置好，比赛开始时启动计时，直至计时到零为止。计时范围可达到0~99分钟，也完全满足实际赛程的需要。

其次，为了配合计时器和计分器校正调整时间和比分，我特定在本设计中设立了11个按键，其中8个用于设置，交换场地，启动和暂停等功能。

1.3 设计任务和要求

任务： 设计一个用于赛场的篮球计时计分器。

要求： 1、能记录整个赛程的比赛时间，并能修改比赛时间。

2、能随时刷新甲、乙两队在整个过程中的比分。

3、中场交换比赛场地时，能交换甲、乙两队比分的位置。

4、比赛结束时，能发出报警声。

5、自带+5V、+12V直流稳压电源。

本系统采用单片机AT89C51作为本设计的核心元件。利用7段共阳LED作为显示器件。在此设计中共接入了10个7段共阳LED显示器，其中6个用于记录AB队的分数，每队3个LED显示器显示范围可达到0~999分，足够满足赛程需要，另外4个LED显示器则用来记录赛程时间，其中2个用于显示分钟，2个用于显示秒钟。赛程计时采用到计时方式。即比赛前将时间设置好，比赛开始时启动计时，直至计时到零为止。计时范围可达到0~999分钟，也完全满足实际赛程的需要。

其次，为了配合计时器和计分器校正调整时间和比分，我特定在本设计中设立了11个按键，其中3个用于设置，交换场地，启动和暂停等功能，另外8个用于调整比赛的比分。AT89C51单片机是智能控制器的核心，控制整个系统电路的工作： 74LS164将单片机输出的串行输入信号转换为并行信号输出并驱动LED；显示器显示比赛的时间，和两个队伍的分数等信息；键盘用于发出控制命令；报警电路会在24秒进攻时间结束或单节比赛结束时给出声光报警信号。

1）单片机控制电路，以AT89C51为控制核心

2）键盘电路，采用软件延迟去抖动电路设计，输入接口采用串行方式，这样可减少占用CPU的接口，减少了硬件的成本同时也增强了系统的扩展性。

3）显示电路，采用静态显示方式，采用串行输入并行输出的74LS164集成电路，该电路驱动能力较强，可直接驱动LED显示器，减少了显示电路与单片机之间的连接线。

4）设计了复位电路。智能控制器中设有复位电路，这是单片机开始工作都要进行的操作。

2.2 系统的硬件构成：

此篮球比赛计时计分系统是一个时间计算系统，由相应的键盘控制电路、LED显示器、声光报警、电源等电路组成。可以通过人员的简单调控，数据经过处理，输出比赛时间，比分并推动显示电路显示数值。基于单片机系统的篮球赛计时计分器的系统构成图如下图所示：

3.1 键盘模块的设计

本设计要求有调时调分等功能，因此键盘设计是必须的。非编码式键盘中，每个按键的作用只是使相应接点接通或断开，每个按键的键码并非由硬电路产生，而是由相应扫描处理程序对它扫描形成的。因此非编码键盘硬件电路极为简单，在微型计算机中得到了广泛的应用。

本设计采用独立式非编码键盘，每个按键都是彼此独立的，均需占用CPU的一条I/O输入数据线，其中控制比分调节的8个按键分别与P1.0～P1.7相连，控制交换场地，和开始/暂停的3个按键与CPU的P3.0～P3.2口相连，若没有按键按下时，CPU从P1口读得的引脚电平均为'0'（+5V）；若某一按键被按下，则该键所对应的端口线变为低电平。单片机定时对P1口进行程序查询，即可发现键盘上是否有键按下以及哪个键被按下。

11个控制按键的定义如下：

控制按键的设计如下图所示：

LED是发光二极管的简称，LED数码管结构简单，价格便宜。在单片机显示中通常使用的都是LED数码管。89C51单片机对LED数码管的显示可以分为静态和动态两种。静态显示的特点是各LED管能稳定地同时显示各自字型；动态显示是指各LED轮流地一遍一遍的显示各自字符，人们因视觉器官惰性而看到的是各LED似乎是在同时显示不同的字型[1]。

静态显示：所谓的静态显示，是由单片机一次输出显示后，就能保持，直到下次送新的显示模型为止。这种显示占用机时少，显示可靠；缺点是使用元件多，且线路比较复杂，因而成本比较高。但是随着大规模集成电路的发展，目前已经研制出具有多种功能的显示器件。例如：锁存器，译码器、驱动器、显示器四位一体的显示器件，用起来比较方便。当显示位数较少时，采用这种显示方式是合适的。这种显示方式的每一个七段显示器需要一个8位输出口控制。

动态显示：所谓的动态显示，就是单片机定时地对显示器件扫描。在这种方法中，显示器件分时工作，每次只能有一个器件显示，但由于认得视觉暂留现象，所以仍感觉到所有的器件都在'同时'显示。这种显示方法的优点是使用硬件少，因而价格低；但占用机时多，只要单片机不执行显示程序就立刻停止显示。动态显示的亮度与导通电流有关，与点亮时间和间隔的比例有关。许多单片机的开发系统及仿真器上的6位显示器即采用这类显示方法[2]。

3.2.2 74LS164芯片简介 74LS164是8位移位寄存器（串行输入，并行输出），它的作用是将串行信号转换为并行信号。当清除端（CLEAR）为低电平时，输出端（QA－QH）为低电平。 串行数据输入端（A，B）可控制数据。当 A、B 任意一个为低电平，则禁止新数据输入，在时钟端（CLOCK）脉冲上升沿作用下 Q0 为低电平[3]。当 A、B 有一个为高电平，则另一个就允许输入数据，并在 CLOCK 上升沿作用下决定 Q0 的状态。

表1： 164为8位移位寄存器,其主要电特性的典型值如下：

74LS164的引脚图和逻辑图如下所示：

表2： 74HC164引出端符号及功能

注：H－高电平，L－低电平，X－任意电平，↑－低到高电平跳变， QA0,QB0,QH0 －规定的稳态条件建立前的电平，QAn, QGn －时钟最近的↑前的电平[6]。

为了保证显示的可靠性，本单片机控制系统采用静态显示。本设计采用的是通过连接74LS164移位寄存器实现LED的静态显示，这样可以使CPU将数据送来后就由74LS164控制，减少了CPU的工作。采用的数码显示管是采用共阳极的接法，电源电压为5V。AT89C51单片机串行口方式为移位寄存器方式[7]，外接10片74LS164作为LED显示器的静态接口，把AT89C51的P0口和P2口作为数据输出线，P0.1和P2.4作为移位时钟脉冲。

下图示出了AT89C51通过74LS164对十个共阳LED的接口电路。图中，Q0～Q7口和所有LED的a，b，c，d，e，f，g，SP引线相连，用于字型显示，其余引脚用于接通数据和电源等。此显示部分有两个功能，分别是显示时间和显示两队的比分。显示时间用四个LED，两个为分钟位，其余两个为秒钟位；采用十进制，最高显示99.59，精确到小数点后两位；显示两队比分用六个LED，采用十进制，最高分为999分。

个74LS164移位寄存器按照比分和时间的不同用途一共分为两组，P0.0口为比分数据输出口，为74LS164提供显示数据，P0.1口为移位寄存器时钟输入，P0.2为比分同步清除输入端[8]；P0.3为时间数据输出口，为74LS164提供显示时间数据，P0.4口也为移位寄存器时钟输入，P0.2为时间同步清除输入端。

在这个静态显示电路中，数据的输入和保存是通过74LS164的寄存器和锁存器实现的，这样LED就可以实现一遍一遍的显示，能将新的数据显示而替换上一级的数据。

74LS164为TTL单向8位移位寄存器，可实现串行输入，并行输出。其中A、B（第1、2脚）为串行数据输入端，2个引脚按逻辑与运算规律输入信号，共一个输入信号时可并接。CLK（第8脚）为时钟输入端，可连接到串行口的TXD端。每一个时钟信号的上升沿加到CLK端时，移位寄存器移一位，8个时钟脉冲过后，8位二进制数全部移入74LS164中。CLR（第9脚）为复位端，当R=0时，移位寄存器各位复0，只有当R=1时，时钟脉冲才起作用。QA…QH（第3-6和10-13引脚）并行输出端分别接LED显示器的hg….a各段对应的引脚上。在给出了8个脉冲后，最先进入74LS164的第一个数据到达了最高位，再来一个脉冲，第一个脉冲就会从最高位移出。4片7LS164首尾相串，而时钟端则接在一起，这样，当输入8个脉冲时，从单片机P3.0端输出的数据就进入到了第一片74LS164中了，而当第二个8个脉冲到来后，这个数据就进入了第二片74LS164，而新的数据则进入了第一片74LS164，这样，当第4个8个脉冲完成后，首次送出的数据被送到了最左面的164中，其他数据依次出现在第一,二,三,四片74LS164单片机中[9]。显示电路图如下：

3.3 声光报警及指示电路

本系统设计了报警电路,设定单节比赛的时间值，系统计时的过程中，一旦发现到达设定的时间，即当整节比赛结束时，便启动自身报警电路[10]。单片机便将P3.6管脚由低电平变为高电平，如果报警开关处于闭合状态，则三极管导通，蜂鸣器发出报警信号。声光警报电路原理图如下所示：

3.4 单片机控制设计

3.4.1 单片机系统I/O口分配 系统的I/O口分配如下:TXAL1，TXAL2 为单片机外接时钟振荡电路，石英晶体起振后在XTAL2上输出一个3V左右的正弦波，以便使AT89C51片内的OSC电路按石英晶振相同的频率自激振荡[11]。

P1.0口至P1.7口为键盘输入口,这8个按键用来调整A，B两队的比分，在比赛中出现计分错误的情况时方便快速的修改比分。P3.0口至P3.2口外接了另外三个按键，他们的作用分别是：开始/暂停，交换场地，设定时间。

P0.0口至P0.2口连接4个LED数码管用来显示比赛时间，P2.0口至P2.4口连接了6个LED数码管显示A，B两只队伍的比分。

P3.6口接报警电路。

单片机（Microcontroller，又称微处理器）是在一块硅片上集成了各种部件的微型机[12]，这些部件包括中央处理器CPU、数据存储器RAM、程序存储器ROM、定时器/计数器和多种I/O接口电路。AT89C51是MCS51系列单片机的一个产品。MCS51系列单片机是Intel公司推出的通用型单片机，其结构特点如下：

（2）片内震荡及时钟电路；

（4）外部存储器寻址范围ROM、RAM各64K；

（5）2个16位的定时器/计数器；

（6）5个中断源，2个中断优先级；

（7）全双工串行接口。

AT89C51单片机系列指的是MCS51系列和其他公司的8051衍生产品。这些衍生品是在基本型基础上增强了各种功能的产品，如高级语言型、flash 型、EEPROM型、A/D型、DMA型、多并行口型等，这些产品给8位单片机注入了新的活力[13]，给它的开发应用开拓了更广泛的前景[14]。

·4K字节可编程闪烁存储器

·两个16位定时器/计数器

·5个中断源·可编程串行通道

·低功耗的闲置和掉电模式

·片内振荡器和时钟电路

Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案[16]。

P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为低八位地址接收。

P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写'1'时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址'1'时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容[17]。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入'1'后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故. P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：

P3.4 T0（记时器0外部输入）

P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）

P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。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。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。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。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效[18]。

/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2：来自反向振荡器的输出。

3.4.3 单片机外接时钟产生电路 定时控制部件起着控制器的作用，由定时控制逻辑，指令寄存器，和振荡器OSC等电路组成。OSC是控制器的心脏，能为控制器提供时钟脉冲，引脚ATXL1为反向放大管的输入端，XTAL2为输出端，在XTAL1和XTAL2上外接定时反馈回路，OSC就能自激振荡。单片机片内电路OSC与片外器件就构成一个时钟产生电路，CPU的所有操作均在时钟脉冲同步下进行。片内振荡器的振荡频率非常接近晶振频率，一般多在1.2MHz～12MHz之间选取。C1、C2是反馈电容，其值在5pF～30pF之间选取，典型值为30Pf[19]。本电路选用的电容为30pF，晶振频率为12MHz[20]。

XTAL1和XTAL2：这两个端子是片内振荡电路的输入线，用来外接石英晶体和微调电容。在石英晶体的两个管脚加交变电场时，它将会产生一定频率的机械变形，而这种机械振动又会产生交变电场，上述物理现象称为压电效应。一般情况下，无论是机械振动的振幅，还是交变电场的振幅都非常小。但是，当交变电场的频率为某一特定值时，振幅骤然增大，产生共振，称之为压电振荡[21]。这一特定频率就是石英晶体的固有频率，也称谐振频率。即用来连接AT89C51片内OSC的定时反馈回路，如上图所示。石英晶振起振后要能在XTAL2线上输出一个3V左右的正弦波，以便使MCS-51片内的OSC电路按石英晶振相同频率自激振荡。通常，OSC的输出时钟频率fOSC为0.5MHz-16MHz，典型值为12MHz或者11.0592MHz。电容C1和C2可以帮助起振，典型值为30pF，调节它们可以达到微调fOSC的目的。

3.4.4 单片机外接复位电路 单片机在开机时都需要复位，以便中央处理器CPU以及其他功能部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。单片机的复位后是靠外部电路实现的，在时钟电路工作后，只要在单片机的RST引脚上出现24个时钟振荡脉冲（2个机器周期）以上的高电平，单片机便可实现初始化状态复位。MCS-51单片机的RST引脚是复位信号的输入端。例如：若MCS-51单片机时钟频率为12MHz，则复位脉冲宽度至少应该为2μs[10]下图为单片机复位电路[22]。

3.5 稳压电源的设计

3.5.1 稳压电源的组成 直流稳压电源主要由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成，原理框图如图16所示，电网供给的交流电压Ui1为220V、50Hz，经电源变压器降压后，得到符合电路需要的交流电压Ui2，然后由整流电路变换方向不变，大小随时间变化的脉动直流电压Ui3；再用滤波器滤去其交流分量，就可得到比较平直的直流电压Uo，为了能得到稳定的输出直流电压，本设计还使用稳压电路，以保证输出电压更加稳定[15]。

图10 直流稳压电源原理框图

3.5.2 三端固定集成稳压器简介 三端固定集成稳压器包含7800和7900两大系列，7800系列是三端固定正输出稳压器，7900系列是三端固定负输出稳压器。它们的最大特点是稳压性能良好，外围元件简单，安装调试方便，价格低廉，现已成为集成稳压器的主流产品。7800系列属于正压输出，即输出端对公共端的电压为正。UI为输入端，UO为输出端，GND是公共端（地）。三者的电位分布如下：UI＞UO＞UGND(0V)。最小输入—输出电压差为2V，为可靠起见，一般应选4～6V。最高输入电压为35V。

7900系列属于负电压输出，输出端对公共端呈负电压。7900与7800的外形相同，但管脚排列顺序不同，2为输出端，3位输入端。7900的电位分布为：UGND(0V)＞-UO＞-UI。对三端固定输出集成稳压器，其输入电压的选取原则：

只要把正输入电压加到CW7800的输入端,CW7800的公共端接地,其输出端便能输出芯片标称正电压值U0。实际应用电路中，芯片输入端、输出端除分别接大容量滤波电容外，通常在芯片引出脚跟部接小电容（0.01 u~10uF）Ci及Co到地。Ci用于抑制芯片自激振荡。当输入线较长时，抵消其电感效应以防止产生自激振荡。Co用于变窄芯片的高频宽带，减小高频噪声。Ci与Co的具体取值随芯片输出电压高低及应用电路的方式不同而不同。一般来说使用集成稳压器都需防止芯片自激及减小高频噪声。图11为CW7800的接线图[23]。

CW7900的输入端加上负输入电压Ui，芯片的公共端接地，在输出端得到标称的负电压Uo。电容Ci用来抑制输入电压Ui中的纹波和防止芯片自激振荡，Co用来抑制输出噪声。接线图与7800相同。CW7805、CW7809、CW7815、CW7812、CW7912、CW7915集成稳压器的主要参数:

该系统需要+5V和+12V两个电源，如图1所示为输出±5V，±12V的直流电压，它由电源变压器T1，桥式整流电路以及滤波电容、防止自激电容和固定三端稳压器(CW7805、CW7812等)等组成。220V交流电通过电源变压器变换成交流低压，再经过桥式整流电路和滤波电容的整流和滤波，在固定式三端稳压器CW7805的IN和GND两端形成一个并不十分稳定的直流电压。此直流电压经过CW7812和CW7805的稳压和C3和C5的滤波便在稳压电源的输出端产生了精度高、稳定度好的输出直流电压[25]。电源电路原理图如下所示：

系统硬件图如下图所示：

本设计中采用的处理器是AT89C51单片机，由此可采用面MCS-51的程序设计语言，包括ASM51汇编语言和C51高级语言，这两种语言各有特点。汇编语言更接近机器语言，常用来编制与系统硬件相关的程序，如访问I/O端口、中断处理程序、实时控制程序、实时通信程序等；而数学运算程序则适合用C51高级语言编写，因为用高级语言编写运算程序可提高编程效率和应用程序的可靠性[26]。

考虑到汇编语言的以下特点，在智能测控装置的基本功能软件开发中，程序主要采用ASM51汇编语言编写：

（1）汇编语言是最基本的程序设计语言。迄今为止，汇编语言仍然是计算机系统底层软件（例如汇编程序、PC机的BIOS等）设计的基本语言；

（2）能充分利用机器的硬件功能与结构特点。汇编语言与机器语言密切相关，因此能透彻地反映计算机硬件的功能与特点。程序员可充分利用机器硬件系统的许多特性（如寄存器、标志位以及一些特殊指令等）。这样能充分发挥程序设计的技巧；

（3）用汇编语言编写的程序比起用高级语言编写程序具有更高的系统性能。汇编语言程序具有执行速度快和节省存储空间的特点，它可以精确地描述算法，把计算过程和控制过程刻画得更具体；

（4）实时性能好。用汇编语言编制的程序可以对各种接口芯片及I/O端口直接进行控制，实时性能好。对于一些应用领域（例如工业监控系统等）汇编语言是不可缺少的，一般高级语言不适合这种应用，因为一般高级语言不能充分地利用计算机硬件所提供的诸如中断等方面的功能[22]。

主程序功能：完成系统初始化操作，判断时间是否超限，如果超限则转报警处理，如果未超限则读入控制按钮的状态，并根据输入状态，散转执行相应的功能子程序。

全部程序主要由主程序，时间中断程序，鸣音子程序，时间显示程序，比分显示程序，调时时间显示程序，交换场地程序组成。