單片機原理與接口技術(shù)八路搶答器設(shè)計

PAGE班級：電子信息工程07-2班學(xué)號：07100637姓名：王曉萱同組人：吳杰、蔚金昌八路搶答器設(shè)計第1節(jié)引言當(dāng)今的社會競爭日益激烈，選拔人才，評選優(yōu)勝，知識競賽之類的活動愈加頻繁，那么也就必然離不開搶答器。而現(xiàn)在的搶答器有著數(shù)字化，智能化的方向發(fā)展，這就必然提高了搶答器的成本。鑒于現(xiàn)在小規(guī)模的知識競賽越來越多，操作簡單，經(jīng)濟實用的小型搶答器必將大有市場。本搶答器通過十分巧妙的設(shè)計僅用兩塊數(shù)字芯片便實現(xiàn)了數(shù)顯搶答的功能，與其他搶答器電路相比較有分辨時間極短、結(jié)構(gòu)清晰，成本低、制作方便等優(yōu)點，并且還有防作弊功能。因此，我們制作了這款簡易八路搶答器屏棄了成本高，體積大，而且操作復(fù)雜。我們采用了數(shù)字顯示器直接指示，自動鎖存顯示結(jié)果，并自動復(fù)位的設(shè)計思想，因而本搶答器具有顯示直觀，不需要人干預(yù)的特點。而且在顯示時搶答器會發(fā)出叮咚聲使效果更為生動。工廠、學(xué)校和電視臺等單位常舉辦各種智力競賽,搶答記分器是必要設(shè)備。1.1八路搶答器的概述本人設(shè)計的八路數(shù)顯搶答器具有電路簡單、操作方便、靈敏可靠等優(yōu)點，經(jīng)使用效果良好的搶答器，它由8個發(fā)射器和1個接收器組成，可用于8組或8組以下的智力競賽中。比賽前，將參賽組從0至7編號，每組發(fā)給對應(yīng)的一個發(fā)射器。將接收器放于各組中央或前方。主持人按一下啟動鍵后，搶答開始。此后，哪一組最先按下發(fā)射器上的搶答鍵，接收器就立即顯示該組的組號并鎖定，同時發(fā)出3次清脆的“叮咚”聲。以后，按下任何一路搶答鍵均不起反映。只有主持人再次按動啟動鍵后，才能進(jìn)行下一次搶答該電路由直流穩(wěn)壓電源、搶答器、倒計時報警與電子計分四部分組成。1.2本設(shè)計任務(wù)及要求任務(wù)要求：根據(jù)現(xiàn)有的XL400實驗板的電路與原理設(shè)計搶答器電路圖，電路要求有4位LED數(shù)碼管和8個輸入按鍵和一個小喇叭。4位數(shù)碼管輸出顯示信息，喇叭輸出聲音提示信息，8個按鍵作為選手的搶答控制或其它復(fù)用控制。1.3系統(tǒng)主要功能(1)系統(tǒng)運行初始狀態(tài)是顯示你的最后3位學(xué)號（2V)按主持人按鍵，響鈴提示進(jìn)入顯示搶答題30秒倒計時。A．30秒期間選手選題，顯示選手號和進(jìn)入60s答題倒計時，0s響鈴結(jié)束，顯示開始狀態(tài)的學(xué)號。B．30秒期間選手不選題，則0s響鈴結(jié)束，顯示開始狀態(tài)的學(xué)號。第2節(jié)系統(tǒng)硬件設(shè)計2.1芯片的選擇本設(shè)計使用到的元器件包括：AT89C51芯片、數(shù)碼LED顯示器、七段LED數(shù)碼管的譯碼。其中AT89C51是系統(tǒng)的核心，它主要負(fù)責(zé)控制各個部分的協(xié)調(diào)工作。在其外圍接上復(fù)位電路，上拉電阻，數(shù)碼管，按鈕以及振蕩器。P1.7為開始停止鍵，p1.0-p1.7為八路搶答輸入數(shù)碼管段選P0口，位選P2口，蜂鳴器輸出為P3.3口。2.2工作原理基于這個設(shè)計的上述要求，根據(jù)功能要求，須設(shè)計有搶答電路、譯碼顯示電路、主持人控制電路、定時電路、報警電路，各個電路都有其自己的功能。通過復(fù)位按鍵FW，電路進(jìn)入就緒狀態(tài)，等待搶答。然后再由主持人發(fā)布搶答命令（按下P1.7按鍵）同時發(fā)光二極管隨即變亮，當(dāng)看到二極管亮，進(jìn)入倒計時狀態(tài)和搶答狀態(tài)。在電路中“1-8”為8路搶答器的8個按鍵，如果有人按下按鍵，程序就會判斷是誰先按下的，然后從P2口輸出搶答者號碼的七段碼值，經(jīng)GAL16V8驅(qū)動，送到碼管顯示，并封鎖鍵盤，保持剛才按鍵按下時刻的時間，禁止其他人按鍵的輸入，從而實現(xiàn)了搶答的功能。如果在設(shè)定的時間中沒有一個人按下按鍵，一到時間，則產(chǎn)生報警信號已經(jīng)超時，不可以搶答。當(dāng)要進(jìn)行下一次的搶答時，由主持人先按一下復(fù)位按鍵P1.7，電路復(fù)位，進(jìn)入下一次搶答的就緒狀態(tài)。AT89C51的管腳圖如下示：2.3系統(tǒng)的硬件構(gòu)成及功能2.3.1搶答器的電路框圖

如圖11.1所示為電路框圖。其工作原理為：接通電源后，主持人將開關(guān)撥到“清除”狀態(tài)，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，編號顯示器滅燈，定時器顯示設(shè)定時間；主持人將開關(guān)置，“開始”狀態(tài)，宣布“開始”搶答器工作。定時器倒計時，揚聲器給出聲響提示。選手在定時時間內(nèi)搶答時，搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號鎖存、編號顯示、揚聲器提示。當(dāng)一輪搶答之后，定時器停止、禁止二次搶答、定時器顯示剩余時間。如果再次搶答必須由主持人再次操作"開始、停止"2.3系統(tǒng)的硬件構(gòu)成及功能2.3.1搶答器的電路框圖

如圖11.1所示為電路框圖。其工作原理為：接通電源后，主持人將開關(guān)撥到“清除”狀態(tài)，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，編號顯示器滅燈，定時器顯示設(shè)定時間；主持人將開關(guān)置，“開始”狀態(tài)，宣布“開始”搶答器工作。定時器倒計時，揚聲器給出聲響提示。選手在定時時間內(nèi)搶答時，搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號鎖存、編號顯示、揚聲器提示。當(dāng)一輪搶答之后，定時器停止、禁止二次搶答、定時器顯示剩余時間。如果再次搶答必須由主持人再次操作“開始、停止”狀態(tài)開關(guān)。圖11.1搶答器框圖圖11.2搶答電路的接口電路2.3.2單元電路設(shè)計(1)搶答器電路

參考電路如圖11.2所示。該電路完成兩個功能：一是分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號，同時譯碼顯示電路顯示編號；二是禁止其他選手按鍵操作無效。如有再次搶答需由主持人將S開關(guān)重新置,“清除”然后再進(jìn)行下一次搶答。(2)時序控制電路設(shè)計時序控制電路是搶答器設(shè)計的關(guān)鍵，它要完成以下功能：

a.主持人將控制開關(guān)撥到"開始"位置時，揚聲器發(fā)聲，搶答電路和定時電路進(jìn)人正常搶答工作狀態(tài)。

b.當(dāng)參賽選手按動搶答鍵時，揚聲器發(fā)聲，搶答電路和定時電路停止工作。(3)復(fù)位電路的設(shè)計外部中斷和內(nèi)部中斷并存，單片機硬件復(fù)位端，只要持續(xù)4個機器周期的高電平即可實現(xiàn)復(fù)位，硬件復(fù)位后的各狀態(tài)可知寄存器以及存儲器的值都恢復(fù)到了初始值，因為本設(shè)計中功能中有倒計時時間的記憶功能，所以不能對單片機進(jìn)行硬件復(fù)位，只能用軟件復(fù)位，軟件復(fù)位實際上就是當(dāng)程序執(zhí)行完之后，將程序通過一條跳轉(zhuǎn)指令讓它完成復(fù)位。復(fù)位電路如下圖示：2.3.3外部震蕩電路外部震蕩電路單片機必須在AT89C51的驅(qū)動下才能工作，在單片機內(nèi)部有一個時鐘震蕩電路，只需要外接一個振蕩器就能產(chǎn)生一定的時鐘信號送到單片機內(nèi)部的各個單元，外部震蕩電路如下圖。2.3.4報警電路設(shè)計報警電路用于報警，當(dāng)遇到報警信號時，發(fā)出警報。一般喇叭是一種電感性

圖11.4報警電路圖。8951驅(qū)動喇叭的信號為各種頻率的脈沖。因此，最簡單的喇叭驅(qū)動方式就是利用達(dá)林頓晶體管，或者以兩個常用的小晶體管連接成達(dá)林頓架勢。在右圖中電阻R為限流電阻，在此利用晶體管的高電流增益，以達(dá)到電路快速飽和的目的。不過，如果要由P0輸出到此電路，還需要連接一個10K的上拉電阻。

選手在設(shè)定的時間內(nèi)搶答時，實現(xiàn)：優(yōu)先判斷、編號鎖存、編號顯示、揚聲器提示。當(dāng)一輪搶答之后，定時器停止、禁止二次搶答、定時器顯示剩余時間。如果再次搶答必須由主持人再次*作"清除"和"開始"狀態(tài)開關(guān)。圖面是數(shù)字搶答器的報警電路圖。

其中555構(gòu)成多諧振蕩器，振蕩頻率fo＝1.43/[(RI＋2R2)C]，其輸出信號經(jīng)三極管推動揚聲器。PR為控制信號，當(dāng)PR為高電平時，多諧振蕩器工作，反之，電路停振。第3節(jié)系統(tǒng)軟件設(shè)計3.1系統(tǒng)主程序設(shè)計為了能夠達(dá)到搶答的公平、公正、合理，應(yīng)該在主持人發(fā)布搶答命令之前必須先設(shè)定搶答的時間，因而在編開始搶答前的程序得先編寫設(shè)定時間的程序，當(dāng)時間設(shè)好了之后，主持人發(fā)布搶答命令按下P1.7按鍵，程序開始打開定時中斷開始倒計時，然后調(diào)用鍵盤掃描子程序，編寫鍵盤掃描程序。當(dāng)在掃描到有人按下了答題鍵，馬上關(guān)閉T0、調(diào)用顯示程序、封鎖鍵盤。主程序流程圖主程序主程序設(shè)置搶答時間和回答問題時間定時器及并行口初始化將時間計數(shù)器及啟動標(biāo)志值1開中斷采并行口數(shù)據(jù)為0嗎？啟動標(biāo)志=1嗎？判斷搶答組號將搶答組發(fā)光二極管點亮判斷哪一組為搶答組將搶答組號送顯示搶答時間到了嗎？輸出響鈴信號提示超時繼續(xù)搶答比賽嗎？系統(tǒng)返回NYYYNYN（2）主程序清單OKEQU20H;搶答開始標(biāo)志位RINGEQU22H;響鈴標(biāo)志位ORG0000HAJMPMAINORG000BHAJMPT0INTORG001BHAJMPT1INTORG0040HMAIN:MOVR1,#30;初設(shè)搶答時間為30sMOVR2,#60;初設(shè)答題時間為60sMOVTMOD,#11H;設(shè)置未定時器/模式1MOVTH0,#0F0HMOVTL0,#0FFH;越高發(fā)聲頻率越高,越尖MOVTH1,#3CHMOVTL1,#0B0H;50ms為一次溢出中斷SETBEASETBET0SETBET1SETBEX0SETBEX1;允許四個中斷,T0/T1/INT0/INT1CLROKCLRRINGSETBTR1SETBTR0;一開始就運行定時器,以開始顯示103.如果想重新計數(shù),重置TH1/TL1就可以了;;=====查詢程序=====START: MOVR5,#00HMOVR4,#03HMOVR3,#02HACALLDISPLAY;未開始搶答時候顯示學(xué)號637JBP1.7,STARTACALLBARK;按鍵發(fā)聲MOVA,R1MOVR6,ASETBOK;搶答標(biāo)志位,用于COUNT只程序中判斷是否查詢搶答MOVR7,#01H;讀搶答鍵數(shù)據(jù)信號標(biāo)志MOVR3,#0AH;搶答只顯示計時,滅號數(shù)AJMPCOUNT;進(jìn)入倒計時程序,;倒計時程序(搶答倒計時和回答倒計時都跳到改程序)=====COUNT:MOVR0,#00H;重置定時器中斷次數(shù)MOVTH1,#3CHMOVTL1,#0B0H;重置定時器RECOUNT:MOVA,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,#0AHDIVAB;除十分出個位/十位MOV30H,A;十位存于(30H)MOV31H,B;個位存于(31H)MOVR5,30H;取十位MOVR4,31H;取個位MOVA,R6SUBBA,#07HJNCLARGER;大于5s跳到LARGER,小于等于5s會提醒MOVA,R0CJNEA,#0AH,FULL;1s中0.5s向下運行CLRRINGAJMPCHECKFULL:CJNEA,#14H,CHECK;下面是1s的情況,響并顯示號數(shù)并清R0,重新計SETBRINGMOVA,R6JZQUIT;計時完畢MOVR0,#00HDECR6;一秒標(biāo)志減1LARGER:MOVA,R0 CJNEA,#14H,CHECK;如果1s向下運行,否者跳到查"停/顯示"DECR6;計時一秒R6自動減1MOVR0,#00HCHECK:JNBP3.1,QUIT;如按下停止鍵退出;JNBOK,CHECKK;只在回答倒計時才有效AJMPNEXTTNEXTT:ACALLDISPLAYJBOK,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)AJMPRECOUNTACCOUT:MOVA,36HJNBACC.0,TRUE1JNBACC.1,TRUE2JNBACC.2,TRUE3JNBACC.3,TRUE4JNBACC.4,TRUE5JNBACC.5,TRUE6JNBACC.6,TZ1JNBACC.7,TZ2AJMPRECOUNTTZ1:JMPTRUE7TZ2:JMPTRUE8QUIT:CLROK;如果按下了"停止鍵"執(zhí)行的程序CLRRINGAJMPSTARTTRUE1:ACALLBARKMOVA,R2MOVR6,A;搶答時間R2送R6MOVR3,#01HCLROK;因為答題的計時不再查詢搶答,所以就鎖了搶答AJMPCOUNTTRUE2:ACALLBARKMOVA,R2MOVR6,AMOVR3,#02HCLROKAJMPCOUNTTRUE3:ACALLBARKMOVA,R2MOVR6,AMOVR3,#03HCLROKAJMPCOUNTTRUE4:ACALLBARKMOVA,R2MOVR6,AMOVR3,#04HCLROKAJMPCOUNTTRUE5:ACALLBARKMOVA,R2MOVR6,AMOVR3,#05HCLROKAJMPCOUNTTRUE6:ACALLBARKMOVA,R2MOVR6,AMOVR3,#06HCLROKAJMPCOUNTTRUE7:ACALLBARKMOVA,R2MOVR6,AMOVR3,#07HCLROKAJMPCOUNTTRUE8:ACALLBARKMOVA,R2MOVR6,AMOVR3,#08HCLROKAJMPCOUNT;=====顯示程序=====DISPLAY:MOVDPTR,#TAB1;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,R3MOVCA,@A+DPTRMOVP2,#0feHMOVP0,AACALLDELAY2MOVDPTR,#TAB2MOVA,R5MOVCA,@A+DPTRMOVP2,#0fdHMOVP0,AACALLDELAY2MOVA,R4MOVCA,@A+DPTRMOVP2,#0fbHMOVP0,AACALLDELAY2RETDELAY1:MOV35H,#08HLOOP0:ACALLDISPLAYDJNZ35H,LOOP0RET;=====延時4236個機器周期DELAY:MOV32H,#12HLOOP:MOV33H,#0AFHLOOP1:DJNZ33H,LOOP1DJNZ32H,LOOPRET;=====延時4236個機器周期(顯示用到)=====DELAY2:MOV32H,#43HLOOP3:MOV33H,#1EHMOVA,R7;每隔60~70個機器周期讀一次P1口,全為1時為無效數(shù)據(jù),繼續(xù)讀,有一個不為1時,轉(zhuǎn)到正常搶答處理JNZAAAA1;沒讀到有效數(shù)據(jù)時繼續(xù)轉(zhuǎn)到AAAA1LOOP2:DJNZ33H,LOOP2DJNZ32H,LOOP3RET；響鈴程序T0INT:MOVTH0,#0ECHMOVTL0,#0FFHJNBRING,OUTCPLP3.3;RING標(biāo)志位為1時候P.6口不短取反使喇叭發(fā)出一定頻率的聲音OUT:RETI;=====T1溢出中斷(計時程序)=====T1INT:MOVTH1,#3CHMOVTL1,#0B0HINCR0RETITAB1:DB0FFh,7eh,0a2h,62h,74h,61h,21h,7ah,20h,60h,0FFH;TAB2:DB28h,7eh,0a2h,62h,74h,61h,21h,7ah,20h,60h,0FFHEND第4節(jié)系統(tǒng)軟件仿真4.1用到了keil軟件仿真，界面如下：4.2Proteus仿真做好