競賽搶答器的設(shè)計(jì)與制作 精品.doc

硬件課程設(shè)計(jì)報(bào)告競賽搶答器設(shè)計(jì)與制作搶答器的設(shè)計(jì)與制作1. 需求分析可顯示性搶答器可使用于各種搶答競賽中，作為判斷搶答先后的重要工具。搶答器是為智力競賽參賽者答題時(shí)進(jìn)行搶答而設(shè)計(jì)的一種優(yōu)先判決器電路，競賽者可以分為若干組，搶答時(shí)各組對(duì)主持人提出的問題要在最短的時(shí)間內(nèi)做出判斷，并按下?lián)尨鸢存I回答問題。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)人按下按鍵后，則在顯示器上顯示該組的號(hào)碼?；卮鹜陠栴}后，由主持人將所有按鍵恢復(fù)，重新開始下一輪搶答。因此要完成搶答器的邏輯功能，該電路至少應(yīng)包括按鍵輸入、數(shù)字顯示、計(jì)數(shù)。2總體方案與說明2-1搶答器的基本組成及原理1、基本組成：可編程外圍接口芯片8255，定時(shí)器8253，七段數(shù)碼管，小鍵盤2、工作原理：選用8個(gè)鍵盤按鍵作為按鈕，每個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)字，在有效時(shí)間內(nèi)按下按鍵則顯示該選手的號(hào)碼。鍵盤采用行列式，2行4列共8個(gè)鍵，由8255C口低四位讀列,B口PB0、PB1送行，行線同時(shí)接到PC4、PC5上，這樣讀C口狀態(tài)就可以同時(shí)讀取鍵盤的行列信號(hào)。A口做輸出，輸出信號(hào)由七段數(shù)碼管顯示,B口，C口均輸入。為了體現(xiàn)搶答功能，鍵盤采用動(dòng)態(tài)掃描的方法。利用8259中斷，先將掃描的狀態(tài)讀入8259并用鎖存器74LS244將其鎖存，根據(jù)鎖存的狀態(tài)判斷最先按下的是哪個(gè)鍵。將由8255的C口最高位接一個(gè)開關(guān)作為控制開關(guān)S，執(zhí)行時(shí)先對(duì)8255的PC7進(jìn)行檢查，如果為1則啟動(dòng)8253開始計(jì)時(shí)，否則繼續(xù)檢查等待。數(shù)碼管可以動(dòng)態(tài)顯示所有按下的鍵的號(hào)碼。選用8253定時(shí)20秒，并將倒計(jì)時(shí)的時(shí)間由屏幕顯示出來。并將8253的輸出接到8255的PC6口，以便檢測定時(shí)是否結(jié)束。計(jì)時(shí)開始的同時(shí)對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描，20秒內(nèi)有鍵按下則搶答成功，無鍵按下則搶答無效。2-2指標(biāo)要求1基本功能：（1） 搶答器同時(shí)供8名選手或8個(gè)代表隊(duì)比賽，分別用8個(gè)按鈕S0 至S7表示。（2） 設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān)S，該開關(guān)由主持人控制。（3） 搶答器具有顯示功能。即選手按動(dòng)按鈕，并在DPY_7-SEG七段數(shù)碼管上顯示選手號(hào)碼。（4） 參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效，顯示器上顯示選手的編號(hào)。如果定時(shí)時(shí)間已到，無人搶答，本次搶答無效并進(jìn)行報(bào)警。2擴(kuò)展功能：（1） 搶答器具有定時(shí)搶答功能，且一次搶答的時(shí)間由主持人設(shè)定（如20秒）。當(dāng)主持人啟動(dòng)開始鍵后，定時(shí)器進(jìn)行減計(jì)時(shí)，并且倒計(jì)時(shí)可以由屏幕顯示出來。（2） 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示。數(shù)碼管可以動(dòng)態(tài)的顯示所有按下的鍵的序號(hào)。2-3實(shí)現(xiàn)的原理與電路1數(shù)字搶答器總體方框圖如圖1所示為總體方框圖。其工作原理為：接通電源后，主持人將開關(guān)撥到清零狀態(tài)，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，編號(hào)顯示器滅燈，定時(shí)器顯示設(shè)定時(shí)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(shí)器倒計(jì)時(shí)。選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)搶答時(shí)，搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號(hào)顯示。當(dāng)一輪搶答之后，定時(shí)器停止、禁止二次搶答。如果再次搶答必須由主持人再次操作清除和開始狀態(tài)開關(guān).圖1 總體框圖2鍵盤掃描的原理我們所設(shè)計(jì)的鍵盤是一個(gè)8位鍵的，分別為16進(jìn)制數(shù)字0-7，其中，鍵盤的排列，連線及接口電路如下圖所示，8個(gè)鍵排成2行4列的矩陣，接到微機(jī)的一對(duì)端口上。端口由8255A構(gòu)成，其中端口B作輸入，端口C口作為輸入。矩陣4條列線到輸入端口C口的PC3PC0，用程序能改變這4條線上的電平。2條行線連到B口的PB0PB1.行線同時(shí)接在C口的PC4，PC5端，這樣，用輸入指令讀取C口狀態(tài)時(shí)，可同時(shí)讀取鍵盤的行列信息。在無鍵壓下時(shí)，由于接到+5V上的上拉電阻的作用，列線和行線接通。這時(shí)，如果向下鍵所在的行線上輸出一個(gè)低電平信號(hào)，則對(duì)應(yīng)的列線也呈現(xiàn)低電平。當(dāng)從B口讀取列線信號(hào)時(shí)，便能檢測到該列線的低電平。讀取B口的狀態(tài)時(shí)，還能確定哪個(gè)鍵被按下了。 識(shí)別鍵盤上哪個(gè)鍵被壓下的過程稱為鍵盤掃描，上述鍵盤的掃描包含以下幾步：1 測是否所有鍵都松開了，若沒有則反復(fù)檢測。2 當(dāng)所有鍵都松開了，再檢測是否有鍵壓下，若無鍵壓下則反復(fù)檢測。3 若有鍵壓下，要消除鍵抖動(dòng)，確認(rèn)有鍵壓下。4 對(duì)壓下的鍵進(jìn)行編碼，將該鍵行列的信號(hào)轉(zhuǎn)換16進(jìn)制碼，由此確定哪一個(gè)鍵被壓下了。如出現(xiàn)多鍵重按的情況，只有在其他鍵均釋放后，僅剩下一個(gè)鍵閉合時(shí)，才把此鍵當(dāng)作本次壓下的鍵。5 該鍵釋放后，再回到2。6 檢測矩陣中是否有鍵壓下的一種簡單方法，自輸出口向所有列線輸出0電平，檢測B口的低兩位讀取行值，若其中有0值，便是有鍵壓下了。 在開始一次掃描時(shí)，先應(yīng)確認(rèn)上一次壓下的鍵是否已松開。既先向所有行線輸出低電平，再讀入各列線值，只有當(dāng)所有的行線和列線均為高電平，表示以前壓下的鍵都已釋放，才開始檢測是否有鍵壓下。 當(dāng)檢測到有鍵壓下后，必須消除鍵抖動(dòng)（DEBANCE）。即當(dāng)檢測到有鍵按下后，延長一定時(shí)間（通常延遲20MS），再檢查該鍵是否仍被壓者。若是，才認(rèn)定該鍵確實(shí)被按下后，而不是其他的振動(dòng)干擾。確認(rèn)有鍵按下后，再確定被壓下鍵所在的行號(hào)。為獲取行列信息，先從B口輸出一個(gè)低電平到一列線上，再從C口讀入各行的值，若沒有一列為低電平，說明壓下的鍵不在此行。于是，再向下一行輸出一個(gè)低電平，再檢測各列線上是否有低電平，依次對(duì)每一行重復(fù)這個(gè)過程，直至查到某一列線上出現(xiàn)低電平為止。被置成低電平的行和讀到該低電平的列，便是被壓下鍵所在的行列值。3、電路原理圖與說明3-1-1 8255A的原理及鍵盤接線圖8255是一種通用可變成并行輸入輸出接口芯片，通過對(duì)它進(jìn)行編程，芯片可工作于不同的工作方式，用8255作接口時(shí)，通常不需要附加外部邏輯電路就可直接為CPU與外設(shè)之間提供數(shù)據(jù)通道，8255內(nèi)部包含3個(gè)8位輸入輸出端口A，B，C，通過外部24跟輸入輸出線與外設(shè)交換數(shù)據(jù)或進(jìn)行通信聯(lián)絡(luò)。端口A和端口B都可以用作一個(gè)8位的輸入口或8位的輸出口，出口既可作8位輸入輸出口又可分為兩個(gè)4位輸入輸出口，還常常用來配合A口和B口工作，用來產(chǎn)生A口和B口的端口狀態(tài)信號(hào)，8255A有兩類控制字，一類控制字用來定義各端口的工作方式，稱為方式選擇控制字，另一類控制字用于對(duì)C端口的任一位置進(jìn)行置位或者復(fù)位操作，稱為置位復(fù)位控制字對(duì)8255A進(jìn)行編程時(shí)這兩種控制字都要寫入控制字寄存器中，但方式選擇控制字的D7位總是1，而置位復(fù)位控制字的D7位總是0。+5V10K PB0PB1 D0D7 745610K01238255APC5PC4PC3PC2PC1PC08255A圖2 鍵盤接口電路3-1-2 8255A的三種工作方式及控制字格式方式0 基本輸入輸出方式方式1 選通輸入輸出方式方式2 雙向總線I/O方式通過用輸出指令對(duì)8255A的控制字寄存器編程，寫入設(shè)定工作方式的控制字，可以讓3個(gè)數(shù)據(jù)口以不同的方式工作，端口A可工作于3種方式的任一種，端口B只能工作于方式0和方式1，端口C除了用于輸入輸出端口外，還能配合A口和B口工作，為這兩個(gè)端口的輸入輸出操作提供聯(lián)系信號(hào)。3-2-1 8253的原理圖及接線圖8253有6種工作方式，對(duì)它們的操作遵守以下3條基本原則： (1)當(dāng)控制字寫入8253時(shí)，所有的控制邏輯電路自動(dòng)復(fù)位，這時(shí)輸出端OUT進(jìn)入初始態(tài)。(2)當(dāng)初始值寫入計(jì)數(shù)器以后，要經(jīng)過一個(gè)時(shí)鐘周期，減法計(jì)數(shù)器才開始工作，時(shí)鐘脈沖的下降沿使計(jì)數(shù)器進(jìn)行減1計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器的最大初始值是0，用二進(jìn)制計(jì)數(shù)時(shí)0相當(dāng)于216，用BCD碼時(shí)，0相當(dāng)于104。 (3)對(duì)于一般情況下，在時(shí)鐘脈沖CLK的上升沿時(shí)，采樣門控信號(hào)。對(duì)門控信號(hào)(GATE)的觸發(fā)方式是有具體規(guī)定的： 門控信號(hào)為電平觸發(fā)的有：方式0，方式4。 門控信號(hào)為上升沿觸發(fā)的有：方式1，方式5。 門控信號(hào)可為電平觸發(fā)也可為上升沿觸發(fā)的有：方式2，方式3。 計(jì)數(shù)方式的有：方式0，方式1，方式4，方式5 定時(shí)方式的有：方式2，方式3。3-2-2 8253A的工作方式對(duì)8253A的工作方式只介紹本實(shí)驗(yàn)中用到的兩種：（1）方式0(計(jì)數(shù)結(jié)束產(chǎn)生中斷的計(jì)數(shù)器)寫入方式控制字后，輸出端OUT為低電平；寫入計(jì)數(shù)常數(shù)后，開始計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器減為0之前，輸出端OUT維持低電平。當(dāng)計(jì)數(shù)值為0時(shí)，輸出端OUT才變?yōu)楦唠娖?，向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求，直到CPU寫入新的控制字或者寫入新的計(jì)數(shù)值為止。方式0可由門控信號(hào)控制暫停，GATE為低電平時(shí)，計(jì)數(shù)器暫停，GATE信號(hào)變高后，就接著計(jì)數(shù)。（2）方式3 (方波發(fā)生器)寫入方式3的控制字后，OUT變高，設(shè)GATE為高先到，計(jì)數(shù)器對(duì)CLK計(jì)數(shù)，設(shè)計(jì)數(shù)初值為N。當(dāng)寫入的計(jì)數(shù)初值為偶數(shù)，則計(jì)數(shù)時(shí)，每輸入一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，均使計(jì)數(shù)值減2。計(jì)數(shù)值減為0時(shí)，OUT由高變低，同時(shí)自動(dòng)裝入計(jì)數(shù)初值，繼續(xù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)值尖為0時(shí)，OUT又回到高電平，同時(shí)再次裝入計(jì)數(shù)值，開始下一輪循環(huán)計(jì)數(shù)。如果寫入的計(jì)數(shù)值為奇數(shù)，則當(dāng)輸出端為高電平時(shí)，第一個(gè)輸出脈沖使計(jì)數(shù)器減1，以后來的每一個(gè)時(shí)鐘脈沖，都使計(jì)數(shù)器減2，計(jì)數(shù)值為0時(shí)，OUT由高電平變?yōu)榈碗娖剑瑫r(shí)自動(dòng)重新裝入計(jì)數(shù)初值進(jìn)行計(jì)數(shù)。這時(shí)第一個(gè)時(shí)鐘脈沖使計(jì)數(shù)器減3，以后每個(gè)計(jì)數(shù)脈沖都使計(jì)數(shù)器減2，計(jì)數(shù)值為0時(shí)，OUT端又回到高電平，并重新裝入計(jì)數(shù)初值，開始下一輪循環(huán)計(jì)數(shù)。 3-2-3 8253控制字格式4、軟件主要模塊流程圖4-1-1 主流程圖開始檢測PC0是否為1是“開始”口令落下進(jìn)入搶答定時(shí)20秒判斷是否有鍵按下否犯規(guī)燈亮超過20s是延時(shí)，判斷鍵號(hào)確定第一個(gè)按下的鍵號(hào)同時(shí)按下出錯(cuò)，輸出0送入數(shù)碼管顯示口令未完有鍵按下?lián)尨鸾Y(jié)束開 始4-1-2 8255A流程圖初始化8255AC口低四位讀列，PB0,PB1送行，A口輸出讀鍵盤若有被按下,繼續(xù)檢測WAIT_1檢測是否所有鍵都松開若均松開若沒有則繼續(xù)等待若松開則繼續(xù)檢測WAIT_2檢測是否有鍵按下有按下延時(shí)20ms,消抖動(dòng)仍按著仍被壓著，確定哪一個(gè)鍵被壓下，查表確定按鍵編碼轉(zhuǎn)換成數(shù)碼管顯示編碼顯示該按鍵結(jié) 束4-1-3函數(shù)WAIT1: 說明: 檢測是否有鍵仍被按下,若仍有鍵按下,繼續(xù)等待該鍵被松開,若未檢測到有鍵按下,繼續(xù)進(jìn)行檢測是否有鍵被按下轉(zhuǎn)到WAIT2. 進(jìn) 入向PC0,PC1輸出0檢測C口低四位即四列的值WAIT2檢測是否全為1若不全為1,即有鍵仍被按下若是,即說明無鍵按下4-1-4函數(shù)WAIT2: 說明: 檢測是否有鍵按下,若有,則去抖動(dòng),排除外界干擾的可能,進(jìn)一步確認(rèn)是否有鍵按下,否則,繼續(xù)等待.WAIT1確認(rèn)各鍵均松開 進(jìn) 入檢測C口低4為的狀態(tài)與0FH比較?不等延遲20MS,去抖動(dòng)查是否有鍵按下相等說明有鍵被按下5、源程序清單與注釋源程序：DATA SEGMENTTABLE1 DB 03h,9FH,25H,0DH,99H,49H,41H,1FHTABLE2 DB 40H,79H,24H,30H,19H,12H,02H,78HDATA ENDSCODE SEGMENT ASSUME CS:CODE,DS:DATA;主程序START: MOV AX,DATA MOV DS,AX MOV DX,30BH;8255初始化 MOV AL,10001001B;B口要輸出，C輸入 OUT DX,AL OPEN: MOV DX,30AH;C口 IN AL,DX TEST AL,80H;檢查C口最高位是否為1 JZ OPEN;不為1重新檢查 CALL TIME ;為1，調(diào)用定時(shí) CALL SAOMIAO;鍵盤掃描 CALL XIANSHI;顯示程序；定時(shí)20秒TIME PROC NEAR MOV AL,00110111B;通道0控制字，先讀低字節(jié)后高字節(jié)，方式3，BCD計(jì)數(shù) MOV DX,303H OUT DX,AL MOV AL,00H;計(jì)數(shù)初值低字節(jié) MOV DX,300H OUT DX,AL MOV AL,50H;計(jì)數(shù)初值高字節(jié) OUT DX,AL MOV DX,303H MOV AL,01110001B;通道1制字，先讀低字節(jié)后高字節(jié)，方式0，BCD計(jì)數(shù) OUT DX,AL MOV DX,301H MOV AL,00H;計(jì)數(shù)初值低字節(jié) OUT DX,AL MOV AL,80H;計(jì)數(shù)初值高字節(jié) OUT DX,AL RETTIME ENDP；鍵盤掃描SAOMIAO PROC NEAR MOV DX,309H；B口 MOV AL,00H OUT DX,AL;向B口即行送0 CALL IEND ;判斷定時(shí)是否結(jié)束;檢測是否所有鍵都松開WAIT1: MOV DX,30AH；C口 IN AL,DX ;讀入C口狀態(tài) CALL IEND AND AL,0FH;只查低四位 CMP AL,0FH;是否都為1 JNE WAIT1 ;否，繼續(xù)查;檢測是否有鍵按下WAIT2: IN AL,DX;讀B口 CALL IEND AND AL,0FH;只查低四位 CMP AL,0FH;是否有鍵按下 JE WAIT2 ;無，等待 ；有鍵按下，延時(shí)消除抖動(dòng) MOV CX,16EAHDELAY: LOOP DELAY CALL IEND；再查列，看鍵是否還被壓下 IN AL,DX AND AL,0FH CMP AL,0FH JE WAIT2 CALL IENDMOV AL,0FEH MOV CL,AL ;CL11111110BNEXT: MOV DX,309H ;B口 OUT DX,AL ;向行輸入低電平 MOV DX,30AH ;C口 IN AL,DX ;讀入C口狀態(tài) CALL IEND AND AL,0FH ;取列值 CMP AL,0FH ;是否均為1 JNE ENCODE ;否，表示有鍵按下，轉(zhuǎn)去編碼 ROL CL,01 ;均為1，使下一行輸出0 MOV AL,CL JMP NEXT ;查看下一行 CALL IENDENCODE:MOV BX,0007H ;建立地址指針，先指向7鍵對(duì)應(yīng)的地址 CALL IEND MOV DX,309H IN AL,DX ;從B口讀入行列值NEXT2: CMP AL,TABLE1BX;讀入的行列值與表中查得的相等嗎？ JE DONE ;相等，轉(zhuǎn)出 CALL IEND DEC BX ;不等，指向下一個(gè)地址 JNS NEXT2 ;若地址尚末減為負(fù)值，繼續(xù)查 CALL IEND MOV AH,01 ;若減為負(fù)值，置出錯(cuò)碼01給AH中 JMP EXIT ;退出 CALL IENDDONE: MOV AL,BL ;BL中存有鍵的16進(jìn)制代碼 MOV AH,00 ;AH0，讀到有效鍵值EXIT:HLTRETSAOMIAO ENDP；檢查定時(shí)是否結(jié)束結(jié)束IEND PROC NEARMOV DX,30AHIN,AL,DX ;讀入C品狀態(tài) TEXT AL,40H ;檢測PC6是否為1JNZ S ;為1，定時(shí)結(jié)束，從新開始S:JMP OPEN RETIEND ENDP;顯示鍵號(hào)XIANSHI PROC NEAR MOV BX,OFFSET TABLE2;表格首地址給BX XLAT TABLE2 ;查表 MOV DX,308H OUT DX,AL ;A口輸出RETXIANSHI ENDPCODE ENDS END6、問題分析與解決方案 1、直接的鍵盤