电子EDA技术（Multisim）刘训非课件项目7VIP

电子EDA技术（Multisim）

项目七基于Multisim10的单片机应用系统仿真与设计项目七基于Multisim10的单片机应用系统仿真与设计

任务7.1走马灯的设计教学目标（1）熟练掌握基于Multisim10仿真平台的单片机系统设计仿真调试方法（2）掌握单片机输入输出口的内部结构和编程技巧任务引入走马灯，又名马骑灯，是中国传统玩具之一，灯笼的一种，常见于元夕、元宵、中秋等节日。灯内点上蜡烛，烛产生的热力造成气流，令轮轴转动。轮轴上有剪纸，烛光将剪纸的影投射在屏上，图象便不断走动。 如今元宵灯会上五彩缤纷，形形色色的彩灯，都用上了现代电子技术的高科技手段，使得光影效果更加纷繁，更加让人留恋往返。 利用单片机设计一款简易的走马灯，要求：t0时间内8个发光二极管都亮；t1时间内D1熄灭，其它7个都亮……；t8时间内所有的发光二极管都熄灭；t9时间内D1亮，其它7个都不亮……；t15时间内D1~D7亮，D8不亮；t16时间内8个发光二极管都亮……。如此周而复始。任务分析一、系统硬件电路分析根据题目的要求，电路以8051单片机为核心，配上复位电路和晶振电路（由于Multisim10仿真内部可以设置时钟频率等参数，这两部分电路可以省略）。其P0口作为输出口，来控制8路LED的亮灭效果。由于P0口特殊的内部结构，在做输出口时需要接上拉电阻。

8051单片机的相关参数应设置为，内部ROM设为4KB，内部RAM设为128B，外部RAM和ROM地址空间为0B（不扩展），时钟频率设为12MHz。任务分析二、系统软件分析1．编程思路设项目功能中的t0~t15各时间段均为500ms，为了叙述方便，我们用t0~t15表示各个500ms时间段的起始时刻，由于P3口输出具有锁存功能，我们可以在ti时刻从P3口输出第i个500ms时间段点亮发光二极管的控制数据，然后延时500ms，到达ti+1时刻后再从P3口输出第i+1个500ms时间段的控制数据……，时间到达第16个500ms时刻，让i值为0，输出第0个500ms的控制数据。如此循环，就可以实现本例的输出显示。二、系统软件分析2．走马灯显示控制数据（如表7.1所示）表7.1走马灯显示控制数据相关知识一、8051单片机的I/O结构

MCS-51单片机的四个I/O口都是8位双向口，这些端口在结构和特性上是基本相同的，但又各具特点，以下分别介绍。

1.P0口

P0口既可作地址/数据总线使用，也可作通用I/O口使用。

2.P1口

P1口是一个有内部上拉电阻的准双向口，可用作通用I/O口使用。3.P2口

P2口既可作地址总线使用，也可作通用I/O口使用。

4.P3口

P3口是一个准双向口，也是一个多用途的端口。二、单片机应用系统设计仿真环境

1．单片机仿真界面的进入

单击元器件工具栏的按钮，弹出如图7.2所示的元器件库选择窗口。图7.2单片机元器件库选择窗口图7.3单片机仿真界面2.51系列单片机属性设置图7.451系列单片机参数设置对话框图7.551系列单片机参数设置对话框

任务实施一、硬件系统设计

根据项目的硬件系统分析，在单片机最小系统的基础上，在P0口上直接接上8只发光二极管控制电路，由于单片机复位时，P1口输出全为高电平，为使单片机复位时，输出执行机构无输出，发光二极管的控制接口电路仍采用低电平有效控制。本例的硬件电路如图7.7所示。图7.7走马灯硬件电路图

二、走马灯系统的汇编源程序（略）

三、软硬件联调与仿真分析

1.软硬件联调 软硬件联调是在硬件电路的基础上，编制软件程序，调试，修改，并不断反复的过程，直至系统符合设计要求。走马灯系统的调试结果，如图7.8所示。图7.8走马灯仿真电路2．仿真分析与说明单击运行按钮，并执行汇编程序编译，进行仿真分析，可观察仿真结果。图7.9单片机P0口信号波形

执行菜单MCU/MCU8051U1/MemeryView，观察特殊功能寄存器窗口SFR中的P0如图7.10所示，此时P0口的数据正是01H。从而进一步验证了系统软硬件设计的可靠性。图7.10单片机P0口信号波形拓展训练——51单片机外部存储器的扩展一、功能要求①实现51单片机的外部存储器（RAM）扩展功能。②编程实现外部存储器的读写操作（将数据写入RAM,再读出校验），并能进行读写指示。③能显示地址和数据，同时指示读写状态。二、创建电路

创建51单片机外部存储器RAM的扩展电路，如图7.11所示。RAM存储器选用HM1-65642-883（8K字节存储空间，在MultiMCU库中选用）。8052单片机的P0口和RAM的地址线连接（RAM用了低八位地址）、P1口和RAM的数据线连接、P2口部分信号线做控制用（控制RAM的读写操作）。图7.1151单片机外部存储器RAM的扩展电路三、编制汇编程序（略）四、仿真分析

单击运行按钮，执行编译，得外部存储器RAM的读写结果，如图7.11所示。双击逻辑分析仪图标XLA，则单片机地址信号和控制信号波形，如图7.12所示。五、仿真说明①从程序可看出，执行写操作时，片选信号和写控制信号均有效（读控制信号应无效）；执行读操作时，片选信号和读控制信号有效（写控制信号应无效）。②从控制信号的波形图（图7.12）可看出，读控制信号和写控制信号不能同时有效，也即在某一时刻不能同时进行读写操作。③程序中，只给出了部分存储单元的读写操作。有兴趣的读者，可在该程序的基础上，通过编程实现更多存储单元的读写操作。图7.12单片机地址信号和读写控制信号波形思考与练习：1、Multisim仿真环境中，51单片机应用电路的仿真与设计涉及到的元器件库有哪些，通常用到哪些元器件？2、简述在Multisim仿真环境中设计单片机应用电路的一般步骤。3、结合图7.11（51单片机外部存储器RAM的扩展电路），将十六进制数0000H~0FFFH存入存储器HM1-65642-883（8K字节存储空间）。注：存储器HM1-65642-883的十三位地址线（A0~A12）需全部用上第7章基于Multisim10的单片机应用系统仿真与设计

任务7.2交通管理系统设计教学目标（1）掌握基于Multisim10仿真平台的复杂单片机系统的仿真设计技巧（2）掌握单片机定时器/计数器模块的设计仿真方法任务引入交通管理系统设计要求①当东西方向亮绿灯时（表示允许东西向车辆直行或左转弯通过十字路口），南北方向亮红灯；反之，当南北方向亮绿灯时，东西方向应亮红灯。②设有“自动/手动”开关对信号灯进行控制，当开关位置在“自动”时，东西方向或南北方向红绿信号灯应能每隔一定时间交替显示，红绿信号灯显示时间相等，且显示时间能在20~60s范围内按10s间隔由人工设定。③在交替之前，从第5s开始东西方向和南北方向的黄灯亮，至交替时结束。④当开关位置在“手动”时，应能人工控制两个方向的红绿信号灯的交替显示（交替前黄灯熄灭）。由“手动”转入“自动”时，红信号灯或绿信号灯先转至何方向无要求。时间牌显示为“00”。⑤有“急停”和“急停恢复”功能。当开关选择“急停”时，东西和南北方向的所有信号灯均熄灭，且时间牌显示“00”；当开关选择“急停恢复”时，系统自动进入正常模式（工作在自动或手动状态）。任务分析一、系统硬件电路分析基于单片机的交通管理系统包括硬件电路和软件程序。硬件电路的核心是51系列单片机，配以输入输出电路。软件程序采用51汇编语言编写单片机程序。单片机控制的交通管理系统原理框图，如图7.13所示。图7.13单片机控制的交通管理系统原理框图（1）单片机控制器：选用8051单片机，输入端接收时间选择、手动/自动选择、手动输入等信号，经运算和处理后，输出信号经缓冲器驱动信号灯和时间牌。（2）自动/手动选择：选用单刀双掷开关，用来选择自动控制或手动控制。（3）时间选择：选用单刀五掷开关，当系统工作在自动控制模式时，通过该开关来选择信号灯的交替时间（在20~60s范围内按10s间隔选择）。（4）手动输入：先用单刀双掷开关，当系统工作在手动控制模式时，通过该开关实现信号灯的手动切换。（5）急停/急停恢复：选用单刀双掷开关，无论系统工作在自动模式还是手动模式下，通过该开关可实现系统的急停（交通信号灯全熄灭）或急停恢复功能。（6）缓冲器：增强单片机输出端口的带载能力。（7）信号指示：显示东西和南北方向的交通信号。（8）时间显示：当系统工作在自动控制模式时，显示信号灯的交替时间。任务分析二、系统软件分析1．交通管理系统主程序流程图（图略）程序要求在不急停的情况下，自动控制和手动控制可相互切换；当系统工作在自动控制或手动控制模式下时，急停功能均有效，且急停恢复以后，程序自动回到原来的工作模式当中。2．30s循环程序流程图

30s循环交通灯显示示意图如图7.15所示。30s循环子程序流程图如图7.16所示。如图7.15所示，30s循环交通灯显示分四个阶段，说明如下：

Ⅰ阶段：东西红灯（南北绿灯）亮，时间为25s；

II阶段：东西红灯（南北绿灯）亮，且黄灯亮，时间为5s；

III阶段：东西绿灯（南北红灯）亮，时间为25s；

Ⅳ阶段：东西绿灯（南北红灯）亮，且黄灯亮，时间为5s。如图7.16所示，延时程序通过对1s子程序计数得到。时间显示模块首先要将十六进制数转换为十进制数，再送至P2口显示时间。其他程序（如20s循环程序、40s循环程序等）类似于30s循环程序。3．1s子程序

1s子程序由8051的TIMER0定时得到，其程序流程图如图7.17所示图7.1530s循环交通灯显示示意图图7.1630s循环子程序流程图图7.171s子程序流程图相关知识一、定时器/计数器的基本概念1．计数的概念2．计数器的容量3．定时的概念4．溢出的概念5．任意定时及计数的方法二、定时/计数器的工作原理

当定时/计数器设置为定时工作方式时，计数器对内部机器周期计数，每过一个机器周期，计数器增1，直至计满溢出。定时器的定时时间与系统的振荡频率紧密相关，因MCS-51单片机的一个机器周期由12个振荡脉冲组成，所以，计数频率fc=1/12fosc。如果单片机系统采用12MHz晶振，则计数周期为1µs，这是最短的定时周期，适当选择定时器的初值可获取各种定时时间。

当定时/计数器设置为计数工作方式时，计数器对来自输入引脚T0（P3.4）和T1（P3.5）的外部信号计数，外部脉冲的下降沿将触发计数。在每个机器周期的S5P2期间采样引脚输入电平，若前一个机器周期采样值为1，后一个机器周期采样值为0，则计数器加1。新的计数值是在检测到输入引脚电平发生1到0的负跳变后，于下一个机器周期的S3P1期间装入计数器中的，可见，检测一个由1到0的负跳变需要两个机器周期，所以，最高检测频率为振荡频率的1/24。计数器对外部输入信号的占空比没有特别的限制，但必须保证输入信号的高电平与低电平的持续时间在一个机器周期以上。三、定时/计数器的控制字1．定时器/计数器的方式寄存器TMODTMOD在特殊功能寄存器中，字节地址为89H，格式如图7.19所示。图7.19定时器/计数器的方式寄存器TMOD•GATE位：门控位。GATE＝1时，T0、T1是否计数要受到外部引脚输入电平的控制，INT0引脚控制T0，INT1引脚控制T1。可用于测量在INT0和INT1引脚出现的正脉冲的宽度。若GATE＝0，即不使能门控功能，定时计数器的运行不受外部输入引脚INT0、INT1的控制。•M1M0：四种工作方式的选择位。通过对M1M0的设置，可使定时器工作于4种工作方式之一。如表7.3所列。

•C/T位：计数器模式和定时器模式的选择位。C/T＝0，为定时器模式，内部计数器对晶振脉冲12分频后的脉冲计数，该脉冲周期等于机器周期，所以可以理解为对机器周期进行计数。从计数值可以求得计数的时间，所以称为定时器模式。C/T＝1，为计数器模式，计数器对外部输入引脚T0（P3.4）或T1（P3.5）的外部脉冲（负跳变）计数，允许的最高计数频率为晶振频率的1/24。表7.3工作方式选择表2．控制寄存器TCON

特殊功能寄存器TCON用于控制定时器的操作及对定时器中断的控制，字节地址为88H，格式如图7.20所列。图7.20TCON寄存器•TF1——T1溢出中断请求标志，T1计数溢出后，TF1=1。•TR1——T1的运行控制位。软件使TR1=1，T1启动定时或计数；软件使TR1=0，T1停止定时或计数（GATE＝0）。（GATE＝1）要同时满足软件使TR1=1，外部中断INT1(——————)的引脚为高电平，T1才能启动。•TF0——T0溢出中断请求标志。T0计数溢出后，TF0=1。•TR0——T0的运行控制位。其功能同TR1。四、定时器/计数器的4种工作方式及应用由前面可知，TMOD中的M1M0有4种组合，从而构成了定时器/计数器的4种工作方式，这4种工作方式除了方式3以外，其他3种工作方式的基本原理都是一样的。下面分别介绍这4种工作方式的特点及工作情况。

1．工作方式0图7.21工作方式0逻辑结构2．工作方式1

图7.22是工作方式1的逻辑电路结构图。方式1和方式0的工作相同，唯一的差别是两者的计数位数不同，工作方式0的最大计数值为M=213=8192，工作方式1TH0和TL0组成一个16位计数器，最大计数值为M=216=65536。图7.22工作方式1逻辑结构3．工作方式2图7.23工作方式2逻辑结构4．工作方式3

图7.24是工作方式3的逻辑电路结构图。图7.24工作方式3逻辑结构任务实施一、硬件系统设计图7.25单片机控制的交通管理系统硬件电路图二、走马灯系统的汇编源程序（略）

三、软硬件联调与仿真分析

1.软硬件联调 软硬件联调是在硬件电路的基础上，编制软件程序，调试，修改，并不断反复的过程，直至系统符合设计要求。交通管理系统的调试结果，如图7.26所示。图7.26交通管理系统调试结果2．仿真分析

单击运行按钮，并执行汇编程序编译，进行仿真分析，可观察仿真结果。①按D键，将开关及J3切换至下触点（不急停），系统工作在自动或手动状态；②自动控制：按B键，将开关J1切换至上触点，系统在自动运行状态。输出信号灯交替显示（如图中U2和U3），交替前5s黄灯亮。时间牌显示时间，交替时间由开关S1选择确定（按A键，可选择交替时间为20s、30s、40s、50s或60s）③手动控制：按B键，将开关S2切换至下触点，系统在手动运行状态。此时信号灯的交替显示由开关J2的切换控制。黄灯熄灭，时间牌显示为“00”。④急停：按D键，将开关J3切换至上触点，系统工作在急停状态。所有交替信号灯均熄灭，同时时间牌显示“00”。再按D键，开关J3切换至下触点，可实现急停恢复功能，系统恢复至急停前的状态（自动或手动状态）。3．仿真说明①在急停、自动控制和手动控制三种功能中，急停的优先级最高，即系统无论是在自动状态还是手动状态，均能实现急停的功能。系统在不急停（J3在下触点）的情况下，自动控制和手动控制可任意切换。②因程序采用的是查询方式，当自动控制向手动控制切换时，要等一轮红绿灯交替结束后，才能看到手动控制的过程。若程序采用中断方式，可立即实现切换。有兴趣的读者可采用中断方式并观测系统的运行情况。③单片机控制方式的关键在于软件设计，利用程序控制红绿灯的切换和时间显示比较方便。如要求东西方向和南北方向时间不等、手动控制到自动控制切换时，东西方向或南北方向红灯先亮能任意选择（如选择东西方向红灯先亮）。④硬件电路设计时，在8051单片机的输出端口和现实部件之间增加缓冲器，以增强单片机输出口的驱动能力，否则不能显示输出结果。拓展训练——定时器/计数器应用的仿真分析一、功能要求

重复周期大于1ms的低频脉冲信号从引脚T0（P3.4）输入，当P3.4每发生一次负跳变时，P0.0输出一个500µs的同步负脉冲，同时由P0.1输出一个1ms的同步正脉冲,设时钟频率为6MHZ.利用定时器/计数器产生同步脉冲波形，如图7.27所示。图7.27利用定时器/计数器产生同步脉冲波形

二、设计分析①先将定时器T0设为方式2（计数器功能），初值为0FFH。T0一旦有外部负跳变，计数器即计满溢出，TF0置“1”；经程序查询TF0后，改变定时器T0为方式2（定时器功能），定时时间为500µs（定时初值为06H），并且P0.0输出“0”，P0.1输出为“1”。T0第一次定时溢出后，P0.0恢复为“1”，T0第二次溢出后，P0.1恢复为“0”，T0重复外部计数②定时器T0（500µs）的初值计算。当T0作定时器用时，计数脉冲来自单片机内部，即每个机器周期产生一个计数脉冲，也即每个机器周期计数器加“1”。由于一个机器周期等于12个振荡器的脉冲周期，因此计数频率为振荡频率的1/12。单片机时钟频率为6MHZ，则计数频率为0.5MHZ(周期为2µs)。要产生500µs定时溢出，则需要计数250次。则计数初值为28—250=6。三、创建电路

创建定时器/计数器产生同步脉冲电路，如图7.28所示。将8051单片机的时钟频率设置为6MHZ。图7.28定时器/计数器产生同步脉冲电路四、编制汇编程序（略）五、仿真分析

单击运行按钮，执行编译，得定时器/计数器产生同步脉冲电路的仿真结果，如图7.29所示。图7.29定时器/计数器产生同步脉冲电路的仿真结果思考与练习：1、结合任务7.2（基于51单片机的交通管理系统设计）硬件电路和软件程序，增加对交通管理系统的更高的要求。（1）东西方向和南北方向的信号灯显示时间不等。（2）将直行和转弯分开，即在信号灯的显示流程中增加转弯控制。2、简述在Multisim仿真环境中设计单片机定时中断的一般步骤。第7章基于Multisim10的单片机应用系统仿真与设计

任务7.3多路抢答器设计教学目标（1）掌握Multisim10仿真平台下层次化模块的创建方法（2）掌握单片机外部中断、A/D转换、D/A转换的设计与仿真方法任务引入多路抢答器设计要求①设计一个智力竞赛抢答器，可同时供8名选手或8个代表队参加比赛，他们的编号分别是1、2、3、4、5、6、7、8，各用一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相对应，分别是S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8。②给节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零（编号显示数码管灭灯）和抢答开始。③抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，编号立即锁存，并在LED数码管上显示出选手的编号，同时蜂鸣器给出音响提示。此外，要封锁输入电路，禁止其他选手抢答。优先抢答选手的编号一直保持到主持人系统清零为止。任务分析一、51单片机控制的多路抢答器工作原理用51单片机设计多路抢答器包括硬件电路设计和软件程序设计。硬件电路的核心是51系统单片机，配以输入输出电路。软件程序采用51汇编语言编写单片机程序。51单片机控制的多路抢答器原理框图，如图7.30所示。图7.3051单片机控制的多路抢答器原理框图如图7.30所示，系统框图各部分功能说明如下：（1）单片机控制器：选用8051单片机，输入端接收抢答输入（共8路）和解除输入信号，经运算和处理后，输出信号有抢答指示、解除指示和启动指示；另外，输出信号经缓冲器驱动数码管显示抢答通道号。（2）抢答输入和解除输入：选用单刀双掷开关，用来实现参赛选手的抢答和主持人的解除。（3）抢答指示：抢答指示共8路，分别指示8个参赛选手的抢答输入。（4）启动指示和解除指示：用来指示启动后的状态和抢答器解除后的状态。抢答器在启动后开始抢答，解除封锁后允许继续抢答。（5）抢答显示：用数码管显示参赛选手的编号。（6）缓冲器：增强单片机输出端口的带载能力。（7）语言报警电路：当有抢答输入时，语音报警电路发出一定频率的声音，起到提示的作用。当解除信号输入时，语音报警电路停止工作。二、系统软件分析1．多路抢答器主程序流程图。多路抢答器主程序流程图，如图7.31所示图7.31多路抢答器主程序流程图

如图7.31所示，仿真开始后，主程序处于踏步等待状态。当有抢答输入时，外部中断INT1产生中断请求，程序经跳转指令进入INT1中断服务程序，响应中断请求，结束后再返回主程序；当有解除输入时，外部中断INT0产生中断请求，程序经跳转指令进入INT0中断服务程序，响应中断请求，结束后也返回主程序。2．INT1中断服务程序（抢答输入程序）流程图

如图7.32所示，在INT1中断服务程序中，通过查询的方式判断抢答通道号，同时封锁其他抢答输入（解锁在INT0中断服务程序中）图7.32INT1中断服务程序流程图3．INT0中断服务程序（解除输入程序）流程图

INT0中断服务程序流程图如图7.33所示。图7.33INT0中断服务程序流程图相关知识一、单片机的中断知识1．中断请求源

MCS-51提供5个中断请求源，其中两个为外部中断请求源即INT0(P3.2)、INT1(P3.3),两个片内定时器/计数器T0和T1的溢出中断请求源TF0（TCON.5）、TF1(TCON.7),一个串行口发送与接收中断请求源TI（SCON.1）或RI（SCON.0）。这些中断请求源分别由TCON与SCON的相应位锁存。这时我们不能不提一下定时器/计数器控制寄存器TCON，TCON是定时器/计数器0和1（T0，T1）的控制寄存器，它同时也用来锁存T0，T1的溢出中断请求源和外部中断请求源。如图7.34所示：图7.34TCON寄存器•IT0——外部中断0触发方式控制位。IT0=0，INT0（P3.2）为低电平触发方式；IT0=1，INT0P3.2）为负跳变触发方式；•IE0——外部中断0标志位。IE0=1，外部中断0向CPU请求中断。•IT1——外部中断1触发方式控制位。•IE1——外部中断1标志位。•TF0——T0中断溢出标志位。T0溢出硬件置1，响应中断后硬件清0（在查询方式下软件清0）•TF1——T1中断溢出标志位，功能同TF0。•TR0——T0的起停控制位。•TR1——T1的起停控制位。2．中断源的自然优先级与中断服务程序入口地址

MCS-51单片机有5个独立的中断源，它们可以利用专用寄存器IP设置不同的优先级。若都被设置成同一优先级，5个中断源的自然优先级由硬件形成，排列如图7.35所列。图7.35中断自然优先级排序

对于MCS-51的5个独立中断源，应有相应的中断服务程序，这些程序应有固定的存放位置。好比5扇门的锁需要5把钥匙打开一样，搞错了就不可能打开对应的门。5个独立中断源所对应的矢量地址如图7.36所列。图7.36中断源的入口地址3．中断控制（1）中断允许寄存器在8051单片机中断系统中，中断的允许或禁止是由8位中断允许寄存器IE来控制的。中断允许寄存器IE（SFR地址：0A8H）各位的定义和功能如图7.37所示。图7.37中断允许寄存器IE•EA：总允许位（一级控制）。EA=0时：禁止一切中断；EA=1时：中断开放。•ES：串行口中断允许位（二级控制）。ES=1：允许RI、TI引发中断，否则禁止串口中断。•ET1、ET0：定时器T1、T0允许位，ET1=1或ET0=1允许TF1或TF0引发中断，否则禁止相应的定时器中断。•EX1、EX0：外部中断1/外部中断0，允许位EX1=1或EX0=1允许相应的外部中断，否则禁止相应的外部中断。2）中断的优先级控制寄存器

中断优先级寄存器IP（SFR地址：0B8H）各位的定义和功能如图7.38所示。图7.38中断优先级寄存器IP•PS：串行口中断优先级设定位。•PT1、PT0：定时器T1、T0中断优先级设定位。•PX1、PX0：外部中断1、外部中断0的中断优先级设定位。二、Multisim10平台下利用层次原理图来创建仿真元件

在利用Multisim10来仿真复杂的电路图时，有两种情况我们需要利用层次化原理图的方式来进行处理。第一种情况是库里面没有原理图中的元件，若使用Ultiboard10来创建仿真原型会比较麻烦，最快捷的方式就是利用库中原有的元件来创建层次化原理图，来配合仿真。第二种情况是电路图比较复杂，为了简化原理图，可以使用层次化原理图的方式，将部分模块打包，以集成块的形式出现在原理图中，同时也方便下次调用。

下面以创建4输入缓冲器为例，介绍层次化原理图的创建过程。①创建原理图设计界面，如图7.39所示；图7.39原理图设计文件②执行Place/NewHierarchicalBlock，建立层次化原理图，输入层次化模块的名称为buffer4，输入输出引脚数目各为4，如图7.40所示；图7.40层次化模块属性设置③点击OK确认后，在电路窗口即产生了buffer4层次化模块的雏形，与此同时在设计管理器中，可以看到原理图文件board产生了buffer4的层次化电路分支，如图7.41所示；图7.41buffer4的层次化模块④双击设计窗口（DesignToolbox）中的buffer4进入层次原理图，修改输入输出引脚名称，并调用相关元件创建层次化原理图，建立输入与输出关系，如图7.42所示；图7.42层次化原理图内部结构⑤修改和创建后，原理图中元件即变化为如图7.43所示；图7.43修改调整后的层次化模块⑥若需要调整新建元件的轮廓，可以右键单击元件，选择EditSymbol/TitleBlock，进入SymbolEditor界面对元件进行调整，如图7.45所示。图7.45符号编辑界面任务实施一、硬件系统设计单片机控制的多路抢答器硬件电路，如图7.46所示。电路以8051单片机为核心，其P1口和P3口作为输入端口，接收开关输入信号。P0口和P2口作为输出端口，P0口输出控制抢答指示灯（X1~X8）；P2口的高位分别控制语言报警电路、解除指示灯X9和启动指示灯X10，P2口低四位输出接8421LED数码管（U11）。在单片机输出端口和显示部件之间要加缓冲器，以增加输出端口的驱动能力。图7.46单片机控制的多路抢答器硬件电路

电路设计时，抢答输入（共8路）和解除输入均采用中断方式，而8051单片机提供的外部中断信号只有两个，即INT0和INT1。在外部中断不够用的情况下，采用中断扩展的方式，可有效的解决这个问题。将8路抢答信号经扩展后接入INT1，解除输入直接接入INT0。外部中断INT1扩展电路，如图7.47所示。

8051单片机的相关参数应设置为，内部ROM设为4KB，内部RAM设为128B，外部RAM和ROM地址空间为0B（不扩展），时钟频率设为12MHz。

如图7.47所示，IO1~IO8分别接8路抢答器开关J1~J8，J1~J8中只要有一路有抢答输入，则电路的输出端INT1会产生中断请求信号（产生下降沿），同时J1~J8接入单片机的P1口（P1.0~P1.7）。这样在软件设计时，在INT1中断服务程序中，再查询P1口的状态，以确定抢答通道号。图7.47外部中断INT1扩展电路二、走马灯系统的汇编源程序（略）

三、软硬件联调与仿真分析

1.软硬件联调 软硬件联调是在硬件电路的基础上，编制软件程序，调试，修改，并不断反复的过程，直至系统符合设计要求。多路抢答器的调试结果，如图7.48所示。图7.48多路抢答器调试结果2．仿真分析

单击运行按钮，并执行汇编程序编译，进行仿真分析，可观察仿真结果。 ①多路抢答输入功能，图7.48电路中共有8个输入开关（S1~S8）分别对应8个参赛选手，当抢答开始时，选手可通过键盘按键（A~H）输入抢答信号。一旦有选手抢答输入，其他参赛选手抢答无效。 ②抢答指示功能，抢答指示通过8个指示灯（X1~X8）分别指示8个参赛选手的编号。如3号参赛选手首先抢答，此时指示灯X3亮。 ③数码显示功能，电路中通过LED数码管显示对应的参赛选手编号。如3号参赛选手首先抢答，此时数码管显示字符“3”。 ④语音报警功能，当有参赛选手的抢答输入时，语音报警电路的驱动有效，固体音调发声器SONALERT驱动蜂鸣器而发出声音。 ⑤主持人信号解除功能，信号解除通过开关S9实现。当按下开关S9时，指示灯熄灭，蜂鸣器停止发声，同时数码管显示“0”。信号解除是为下一次抢答做准备。 ⑥解除指示功能，当解除开关合上后，解除指示灯S9亮，表示允许继续抢答。 ⑦启动指示功能，仿真开始后，多路抢答器处于运行状态，则启动指示灯X10亮。3．仿真说明①用单片机设计多路抢答器时，抢答开关S1~S8及解除开关S9均选常态开关。因硬件电路较简单，若用瞬态开关，开关合上后马上弹开，抢答程序（INT1中断服务程序）来不及响应，会导致抢答无效。当抢答开关合上后，应通过键盘按键使其弹开，以便等主持