基于單片機的搶答器設(shè)計說明

1、摘要本次課程設(shè)計制作的是智能搶答器。對于搶答器我們大家都很熟悉：是用于選手做搶答題目時用的，選手進行搶答，最先搶到題的選手回答問題。本實驗設(shè)計的智能搶答器由主體電路與擴展電路組成。優(yōu)先編碼電路、鎖存器、譯碼電路將參賽隊的輸入信號在顯示器上輸出；用控制電路和主持人開關(guān)啟動報警電路，以上兩部分組成主體電路。通過定時電路和譯碼電路將秒脈沖產(chǎn)生的信號在顯示器上輸出實現(xiàn)計時功能，構(gòu)成擴展電路。經(jīng)過布線、焊接、調(diào)試等工作后智能搶答器成形。AbstractThe course design is smart Responder. The Responder of us are familiar with:

2、use for players do Responder topic, players for the answer in the first to grab the title of players answer questions. Intelligent Responder of the experimental design is composed by the main circuit and the expansion of the circuit.The priority encoder circuit, a latch, the decoding circuit will be

3、 participating team of the input signal is output on the display; to start alarm circuit with the control circuit and a host switch, the above two-part main circuit. The second pulse signal generated by the timing circuit and a decoding circuit output on the display realize the chronograph function,

4、 constituting the expansion circuit. After wiring, welding, commissioning work smart Responder forming.1引言1.1設(shè)計目的對于搶答器我們大家都知道那是用于選手做搶答題時用的，選手進行搶答，搶到題的選手來回答問題。搶答器不僅考驗選手的反應(yīng)速度同時也要求選手具備足夠的知識面和一定的勇氣。選手們都站在同一個起跑線上，體現(xiàn)了公平公正的原則。本實驗設(shè)計的數(shù)字搶答器由主體電路與擴展電路組成。優(yōu)先編碼電路、鎖存器、譯碼電路將參賽隊的輸入信號在顯示器上輸出；用控制電路和主持人開關(guān)啟動報警電路，以上兩部分組成

5、主體電路。通過定時電路和譯碼電路將秒脈沖產(chǎn)生的信號在顯示器上輸出實現(xiàn)計時功能，構(gòu)成擴展電路。經(jīng)過布線、焊接、調(diào)試等工作后數(shù)字搶答器成形。更具有實用性。1.2設(shè)計要求搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應(yīng)的編號，并在數(shù)碼管上顯示，同時揚聲器發(fā)出報警聲響提示。選手搶答實行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。在知識比賽中，特別是做搶答題目的時候，在搶答過程中，為了知道哪一組或哪一位選手先答題，必須要設(shè)計一個系統(tǒng)來完成這個任務(wù)。如果在搶答中，靠視覺是很難判斷出哪組先答題。利用單片機系統(tǒng)來設(shè)計搶答器，使以上問題得以解決，即使兩組的搶答時間相差幾微秒，也可分辨出哪組優(yōu)先

6、答題。1.3設(shè)計方法用單片機來實現(xiàn)，它的制作比較簡單，與我們學(xué)的單片機原理聯(lián)系緊密，能將我們所學(xué)知識用于實際，對鞏固所學(xué)知識有重要意義，使總體方案易于實現(xiàn)。所以本方案用單片機來實現(xiàn)。2 總體設(shè)計方案2.1本數(shù)字搶答器的組成本搶答器的電路主要有四部分組成：數(shù)字搶答電路、時序控制電路、報警電路以與可預(yù)置時間的定時電路。其中數(shù)字搶答部分有一個74LS373鎖存器和LED數(shù)碼管顯示器組成，可以將八位搶答者的按鈕通過LED數(shù)碼管顯示器顯示出他們最先搶答者的序號。而時序控制電路的功能是當(dāng)參賽選手按動搶答器時，使揚聲器發(fā)聲，這時搶答電路和定時電路停止工作。而且設(shè)定的時間到達后若無人搶答，則報警電路工作。報警

7、電路工作的條件是當(dāng)設(shè)定時間到達后或者有人搶答時，報警電路被輸入一個高電平，這時此電路工作。2.2數(shù)字搶答器主要功能搶答器原理：每個選手的座位前安裝一只搶答按鈕開關(guān)和一只信號燈。主持人的座位前安裝一只復(fù)原按鈕開關(guān)、一只蜂鳴器和一只搶答器工作狀態(tài)指示燈。每當(dāng)主持人口頭發(fā)出允許搶答的號令之后，哪個隊先按下座位上的按鈕開關(guān)，該座位的信號燈就先被點亮，同時封鎖其他按鈕開關(guān)的活動。并且熄滅主持人座位上的狀態(tài)指示燈和發(fā)出 3 聲類似于振鈴的提示聲，以“聲明”此次搶答動作已經(jīng)完成。在主持人確認(rèn)后，按下復(fù)原按鈕，狀態(tài)指示燈重新點亮，并且同時發(fā)出“笛笛”聲，為下一次的搶答作好準(zhǔn)備。電路中的蜂鳴器 FM 是一只帶有

8、助音腔的壓電瓷蜂鳴器，用于模擬發(fā)出報警聲的功率放大器和喇叭。在 FM 發(fā)聲的同時，燈 D6 也在發(fā)光。FM 可以看作是一個電容性負(fù)載，本身不能流過直流電流。發(fā)聲的原理是，作用在兩個電極極板的電位在發(fā)生變化時，瓷材料就發(fā)生彎曲，從而振動空氣發(fā)出聲音。FM和 4 只按鈕開關(guān)以與 4 只電阻都是在演示板的基礎(chǔ)上額外添加的。由于RB端口部具有上拉電阻，只要用軟件設(shè)置其有效，即可省略在4 只端口引腳上外接上拉電阻。參賽選手在設(shè)定的時間進行搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答的時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報警并禁止搶答，定時顯示

9、器上顯示0。搶答器可以利用硬件電子元器件實現(xiàn)，但電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)試?yán)щy，涉與到的外圍元件多，不便于安裝，實驗給實際操作帶來很大的麻煩。如果有選手在規(guī)定的時間以前完成問題，主持人通過按鍵開始按鈕來復(fù)位，開始新的問題作答，因為程序不是很大不需要擴展存儲空間，選手按鍵跳入相應(yīng)的子程序，回答倒記時。3 系統(tǒng)軟件設(shè)計3.1 主程序系3.1.1部分軟件設(shè)計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見圖3.1按鍵模塊系統(tǒng)初始化模塊非 法 搶 答 模 塊正確搶答模塊調(diào)整搶答時間調(diào)整回答時間圖3.1軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3.1.2鍵盤掃描程序流程圖本系統(tǒng)的鍵盤采用獨立式按鍵鍵盤程序流圖見圖3.2:開始初始化依次掃描行線將第一根列線置高有

10、信號嗎 Y返回對應(yīng)鍵盤延時一次圖3.2鍵盤掃描程序流程3.1.3搶答數(shù)碼顯示軟件程序設(shè)計LED數(shù)碼管采用靜態(tài)顯示，顯示器由9個共陽極數(shù)碼管組成。輸入只有兩個信號，它們是串行數(shù)據(jù)線DIN和移位信號CLK。9個串/并移位寄存器芯片74LS164首尾相連了九位共陽極七段數(shù)碼管，共陽極數(shù)碼管的8個發(fā)光二極管的陽極（二極管正端）連接在一起，通常，公共陽極接高電平（一般接電源），其他管腳接段驅(qū)動電路輸出端。數(shù)碼管顯示程序流程圖見圖3-3：返回關(guān)顯示數(shù)字是否顯示完初始化查表取段碼段碼送驅(qū)動顯示子程序入口位碼送譯碼器選通低位數(shù)碼管顯示緩沖區(qū)左移 Y圖3-3數(shù)碼顯示程序流程3.1.4程序代碼見附錄13.2 軟件

11、調(diào)試3.2.1編譯、連接項目，形成目標(biāo)文件把程序文件添加到項目文件中，并且程序文件已經(jīng)建立好存盤后，就可以進行編譯、連接，形成目標(biāo)文件。編譯、連接用Project菜單下的Built Target命令（或快捷鍵F7），見圖3.5和圖3.6所示：圖3-5 程序編譯圖3-6連接創(chuàng)建目標(biāo)文件編譯、連接時，如果程序有錯，則編譯不成功，并在下面的信息窗口給出相應(yīng)的出錯提示信息，以便用戶進行修改，修改后再編譯、連接，這個過程可能會重復(fù)多次。如果沒有錯誤，則編譯、連接成功，并且信息窗口給出提示信息。4 系統(tǒng)仿真測試系統(tǒng)硬件與系統(tǒng)軟件設(shè)計完成，經(jīng)硬件和軟件調(diào)試成功后，可以將系統(tǒng)軟件和硬件結(jié)合起來調(diào)試，這里采用P

12、roteus單片機仿真軟件進行仿真。完成電路原理圖設(shè)計后，將Keil軟件調(diào)試產(chǎn)生的HEX文件添加到Proteus軟件中，運行后，其仿真結(jié)果如下圖4.1、4.2、4.3：圖4.1系統(tǒng)仿真圖圖4.2系統(tǒng)仿真圖4.3系統(tǒng)仿真圖5 總結(jié)這次的課程設(shè)計收獲頗多。由于是自由選擇課題，在最初選擇課題的時候就遇到一點問題，參考了一些資料，最終確立了智能搶答器這個課題。課題選定之后，就注重搜集相關(guān)的資料，網(wǎng)上也下載了不少資料，對自己所要設(shè)計的智能搶答器有了初步的了解。我主要是負(fù)責(zé)軟件方面的設(shè)計，編程方面，自己的基礎(chǔ)不是很好，遇到了不少困難，借鑒了一些資料的相關(guān)程序，同時也回顧了單片機教科書上的容，鞏固了以前學(xué)習(xí)

13、的知識，這一點也是這次比較大的收獲。程序編完后，就開始了調(diào)試的過程，期間同樣不可避免的遇到了一些問題，很多低級的錯誤都不應(yīng)該，這點我尤其有體會，以后的編程中我會更加注意這個問題。最后就是用Proteus單片機仿真軟件進行仿真，這部分由于前面的調(diào)試和檢查，硬件和軟件部分都接近預(yù)想的效果，這就導(dǎo)致軟硬件綜合仿真很順利的完成。附錄1程序代碼 EQU20H;搶答開始標(biāo)志位RINGEQU22H;響鈴標(biāo)志位ORG 0000HAJMP MAINORG 0003HAJMP INT0SUBORG 000BHAJMP T0INTORG 0013HAJMP INT1SUBORG 001BHAJMP T1INTORG

14、 0040HMAIN:MOV R1,#30;初設(shè)搶答時間為30sMOV R2,#60;初設(shè)答題時間為60sMOV TMOD,#11H;設(shè)置未定時器/模式1MOV TH0,#0F0HMOV TL0,#0FFH;越高發(fā)聲頻率越高,越尖MOV TH1,#3CHMOV TL1,#0B0H;50ms為一次溢出中斷SETB EASETB ET0SETB ET1SETB EX0SETB EX1;允許四個中斷,T0/T1/INT0/INT1CLR OKCLR RINGSETB TR1SETB TR0;一開始就運行定時器,以開始顯示FFF.如果想重新計數(shù),重置TH1/TL1就可以了查詢程序：START:MOV

15、R5,#0BHMOV R4,#0BHMOV R3,#0BHACALL DISPLAY;未開始搶答時候顯示FFF P3.0,NEXTACALL DELAYP3.0,NEXT;去抖動,如果"開始鍵"按下就向下執(zhí)行,否者跳到非法搶答查詢ACALL BARK;按鍵發(fā)聲MOV A,R1MOV R6,A;送R1->R6,因為R1中保存了搶答時間SETB OK;搶答標(biāo)志位,用于COUNT只程序中判斷是否查詢搶答MOV R7,#01H ;讀搶答鍵數(shù)據(jù)信號標(biāo)志，這里表示只讀一次有用信號MOV R3,#0AH;搶答只顯示計時,滅號數(shù)AJMP COUNT;進入倒計時程序,"查詢有

16、效搶答的程序"在COUNT里面NEXT:JNB P1.0,FALSE1JNB P1.1,FALSE2JNB P1.2,FALSE3JNB P1.3,FALSE4JNB P1.4,FALSE5JNB P1.5,FALSE6JNB P1.6,FALSE7JNB P1.7,FALSE8AJMP START非法搶答處理：FALSE1:MOV R3,#01HAJMP ERRORFALSE2:MOV R3,#02HAJMP ERRORFALSE3:MOV R3,#03HAJMP ERRORFALSE4:MOV R3,#04HAJMP ERRORFALSE5:MOV R3,#05HAJMP ERR

17、ORFALSE6:MOV R3,#06HAJMP ERRORFALSE7:MOV R3,#07HAJMP ERRORFALSE8:MOV R3,#08HAJMP ERROR搶答時間調(diào)整程序：INT0SUB:MOV A,R1MOV B,#0AHDIV ABMOV R5,AMOV R4,BMOV R3,#0AHACALL DISPLAY;先在兩個時間LED上顯示R1JNB P3.4,INC0;P3.4為+1s鍵,如按下跳到INCOJNB P3.5,DEC0;P3.5為-1s鍵,如按下跳到DECOJNB P3.1,BACK0;P3.1為確定鍵,如按下跳到BACKOAJMP INT0SUBINC0:M

18、OV A,R1CJNE A,#63H,ADD0;如果不是99,R2加1,如果加到99,R1就置0，重新加起。MOV R1,#00HACALL DELAY1AJMP INT0SUBADD0:INC R1ACALL DELAY1AJMP INT0SUBDEC0:MOV A,R1JZ SETR1;如果R1為0, R1就置99，DEC R1ACALL DELAY1AJMP INT0SUBSETR1:MOV R1,#63HACALLDELAY1AJMP INT0SUBBACK0:RETI 回答時間調(diào)整程序：INT1SUB:MOV A,R2MOV B,#0AHDIV ABMOV R5,AMOV R4,BM

19、OV R3,#0AHACALL DISPLAYJNB P3.4,INC1JNB P3.5,DEC1JNB P3.1,BACK1AJMP INT1SUBINC1:MOV A,R2CJNE A,#63H,ADD1MOV R2,#00HACALL DELAY1AJMP INT1SUBADD1:INC R2ACALL DELAY1AJMP INT1SUBDEC1:MOV A,R2JZ SETR2DEC R2ACALL DELAY1AJMP INT1SUBSETR2:MOV R2,#63HACALLDELAY1AJMP INT1SUBBACK1:RETI 倒計時程序(搶答倒計時和回答倒計時都跳到改程序)

20、 ：REPEAT:MOV A,R2 ;使用錦囊時重新計時MOV R6,ACLR RING COUNT:MOV R0,#00H;重置定時器中斷次數(shù)MOV TH1,#3CHMOV TL1,#0B0H;重置定時器RECOUNT:MOV A,R6;R6保存了倒計時的時間,之前先將搶答時間或回答時間給R6MOVB,#0AHDIV AB;除十分出個位/十位MOV 30H,A;十位存于(30H)MOV 31H,B;個位存于(31H)MOV R5,30H;取十位MOV R4,31H;取個位MOV A,R6SUBB A,#07HJNC LARGER;大于5s跳到LARGER,小于等于5s會提醒MOV A,R0C

21、JNE A,#0AH,FULL;1s中0.5s向下運行CLR RINGAJMP CHECKFULL:CJNE A,#14H,CHECK;下面是1s的情況,響并顯示號數(shù)并清R0,重新計SETB RINGMOV A,R6JZ QUIT;計時完畢MOV R0,#00HDEC R6;一秒標(biāo)志減1AJMP CHECKLARGER:MOV A,R0CJNE A,#14H,CHECK;如果1s向下運行,否者跳到查"停/顯示"DEC R6;計時一秒R6自動減1MOV R0,#00HCHECK:JNB P3.1,QUIT;如按下停止鍵退出JNB OK,CHECKK ;只在回答倒計時才有效AJ

22、MP NEXTTCHECKK:JNB P3.0,REPEAT ;判斷是否使用錦囊NEXTT:ACALL DISPLAYOK,ACCOUT;如果是搶答倒計時,如是則查詢搶答,否者跳過查詢繼續(xù)倒數(shù)(這里起到鎖搶答作用)AJMP RECOUNTACCOUT:MOV A,36HJNB ACC.0,TRUE1JNB ACC.1,TRUE2JNB ACC.2,TRUE3JNB ACC.3,TRUE4JNB ACC.4,TRUE5JNB ACC.5,TRUE6JNB ACC.6,TZ1JNB ACC.7,TZ2AJMP RECOUNTTZ1:JMP TRUE7TZ2:JMP TRUE8 QUIT:CLR O

23、K;如果按下了"停止鍵"執(zhí)行的程序CLR RINGAJMP START正常搶答處理程序：TRUE1:ACALL BARKMOV A,R2MOV R6,A;搶答時間R2送R6MOV R3,#01HCLROK;因為答題的計時不再查詢搶答,所以就鎖了搶答AJMP COUNTTRUE2:ACALL BARKMOV A,R2MOVR6,AMOVR3,#02HCLR OKAJMP COUNTTRUE3:ACALL BARKMOVA,R2MOV R6,AMOV R3,#03HCLROKAJMP COUNTTRUE4:ACALL BARKMOVA,R2MOV R6,AMOVR3,#04HC

24、LROKAJMP COUNTTRUE5:ACALL BARK MOV A,R2MOV R6,AMOV R3,#05HCLR OKAJMP COUNTTRUE6: ACALL BARK MOV A,R2MOVR6,AMOV R3,#06HCLR OKAJMP COUNTTRUE7:ACALL BARK MOVA,R2MOV R6,AMOV R3,#07HCLR OKAJMP COUNTTRUE8:ACALL BARK MOV A,R2MOV R6,AMOV R3,#08HCLR OKAJMP COUNT犯規(guī)搶答程序：ERROR:MOV R0,#00HMOVTH1,#3CHMOV TL1,#0B0

25、HMOV 34H,R3;犯規(guī)號數(shù)暫存與(34H)HERE:MOV A,R0CJNE A,#06H,FLASH;0.3s向下運行->滅并停響CLR RING MOV R3,#0AHMOV R4,#0AHMOV R5,#0AH;三燈全滅AJMP CHECK1FLASH:CJNE A,#0CH,CHECK1;下面是0.8s的情況,響并顯示號數(shù)并清R0,重新計SETB RINGMOV R0,#00HMOV R3,34H;取回號數(shù)MOV R5,#0BHMOV R4,#0BH;顯示FF和號數(shù)AJMPCHECK1CHECK1:JNB P3.1,QUIT1ACALL DISPLAYAJMP HEREQU

26、IT1:CLR RINGCLR OKAJMP START顯示程序：DISPLAY:MOVDPTR,#DAT1;查表顯示程序,利用P0口做段選碼口輸出/P2低三位做位選碼輸出,MOVA,R3MOVC A,A+DPTRMOV P2,#0feHMOV P0,AACALL DELAY2MOVDPTR,#DAT2MOV A,R5MOVC A,A+DPTRMOV P2,#0fdHMOVP0,AACALL DELAY2MOV A,R4MOVC A,A+DPTRMOV P2,#0fbHMOVP0,AACALL DELAY2RETDAT1:DB00h,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,71H; "滅","1","2","3","4","5","6","7","8","9","滅","F"DAT2:DB3fh,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,71H ;