單片機(jī)構(gòu)成的智力競(jìng)賽搶答器的設(shè)計(jì)論文

1、*畢業(yè)論文1摘 要搶答器是一種應(yīng)用非常廣泛的設(shè)備，在各種競(jìng)賽、搶答場(chǎng)合中，它能迅速、客觀地分辨出最先獲得發(fā)言權(quán)的選手。早期的搶答器只由幾個(gè)三極管、可控硅、發(fā)光管等組成， 能通過發(fā)光管的指示辨認(rèn)出選手號(hào)碼?，F(xiàn)在大多數(shù)搶答器均使用單片機(jī)(如 MCS-51 型)和數(shù)字集成電路，并增加了許多新功能，如選手號(hào)碼顯示、搶按前或搶按后的計(jì)時(shí)、選手得分顯示功能。像這類搶答器，制作過程簡(jiǎn)單，準(zhǔn)確性與可靠性高，而且安裝維護(hù)簡(jiǎn)單。對(duì)于搶答器的應(yīng)用，如早期的數(shù)字電路，隨著科技的逐步發(fā)展，進(jìn)而到了單片機(jī)的控制來實(shí)現(xiàn)其功能，而且功能齊全，電路簡(jiǎn)單，成本低，性能高，真正朝著有利的方向發(fā)展。本文設(shè)計(jì)是以 AT89C51 單片

2、機(jī)為核心的八路搶答器，采用了數(shù)字顯示器直接指示，自動(dòng)鎖存顯示結(jié)果，并自動(dòng)復(fù)位的設(shè)計(jì)思想,它能根據(jù)不同的搶答輸入信號(hào)，經(jīng)過單片機(jī)的控制處理并產(chǎn)生不同的與輸入信號(hào)相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)，最后通過 LED 數(shù)碼管顯示相應(yīng)的路數(shù)，即使兩組的搶答時(shí)間相差幾微秒，也可分辨出是哪組優(yōu)先按下的按鍵，充分利用了單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)大、可靠性好、實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；搶答器； AT89C51；LED 數(shù)碼管*畢業(yè)論文2目 錄第 1 章 概述.31.1 設(shè)計(jì)要求.31.2 系統(tǒng)主要功能 .3第 2 章 智力搶答器的硬件設(shè)計(jì).42.1 單片機(jī)的性能、結(jié)構(gòu)及工作原理.42.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)分析.72.3 鍵

3、盤電路的設(shè)計(jì).112.4 計(jì)時(shí)顯示電路.122.5 鎖定功能的設(shè)計(jì) .152.6 聲響電路 .152.7 位號(hào)顯示即鎖存功能的設(shè)計(jì).162.8 電源電路.162.9 時(shí)鐘頻率電路的設(shè)計(jì).17第 3 章 軟件設(shè)計(jì).183.1 中斷系統(tǒng).183.2 軟件程序流程圖.193.3 軟件設(shè)計(jì)程序.20附錄：器件匯總表.22致謝：.23參考文獻(xiàn).24*畢業(yè)論文3第 1 章 概述1.1 設(shè)計(jì)要求（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 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） 搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動(dòng)按鈕，鎖存相應(yīng)的編號(hào)

4、，并在 LED 數(shù)碼管上顯示，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲響提示。選手搶答實(shí)行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。（4）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。（5）參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效，定時(shí)器停止工作，顯示器上顯示選手的編號(hào)和搶答的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。（6）如果定時(shí)時(shí)間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報(bào)警并禁止搶答，定時(shí)顯示器上顯示 001.2 系統(tǒng)主要功能搶答器原理：該搶答器供 8 個(gè)人搶答比賽使用。每個(gè)選手的座位前安裝一只搶答按鈕開關(guān)和一只信號(hào)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。

5、每當(dāng)主持人口頭發(fā)出允許搶答的號(hào)令之后，哪個(gè)隊(duì)先按下座位上的按鈕開關(guān)，該座位的信號(hào)燈就先被點(diǎn)亮，同時(shí)封鎖其他按鈕開關(guān)的活動(dòng)。在主持人確認(rèn)后，按下復(fù)原按鈕，為下一次的搶答作好準(zhǔn)備。*畢業(yè)論文4第 2 章 智力搶答器的硬件設(shè)計(jì)2.1 單片機(jī)的性能、結(jié)構(gòu)及工作原理目前常見的單片機(jī)是 AT89C51 系列。AT89C51 系列單片機(jī)采用低功率高速 CMOS 工藝制造,并且支持兩種可選的省電模式:休眠模式和掉電模式。在休眠模式下，CPU 停止工作,但內(nèi)部 RAM,定時(shí)器,串行口與中斷系統(tǒng)等仍然起作用。在掉電模式下,只保存 RAM 的內(nèi)容,振蕩器停振,關(guān)閉芯片的所有其他功能,直到下一次硬件復(fù)位為止。AT89

6、C51 單片機(jī)是一種內(nèi)部帶有 4K 字節(jié)閃爍可編程，可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓，高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用 ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS-51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的 AT89C51 是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。1 89C51 單片機(jī)性能特點(diǎn)及工作原理（1）主要特性： 三級(jí)程序存儲(chǔ)器保密鎖定 兩個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 AT89C51CPU 與 MCS-51 兼容 全靜

7、態(tài)工作：0Hz-24KHz 128*8 位內(nèi)部 RAM 32 條可編程 I/O 線 5 個(gè)中斷源 4K 字節(jié)可編程 FLASH 存儲(chǔ)器(壽命：1000 寫/擦循環(huán)) 可編程串行通道*畢業(yè)論文5（2）管腳說明AT89C51 單片機(jī)實(shí)際有效的引腳為 40 個(gè)，其封裝形式及引腳圖：圖2.1 是 89C51 的管腳結(jié)構(gòu)圖 圖 2-1 AT89C51 管腳圖總體來說，管腳功能有：、電源引腳：VCC 和 GND、時(shí)鐘電路引腳：XTAL1 和 XTAL2、控制信號(hào)引腳：RST、ALE、PSEN 和 EA、I/O 端口：P0、P1、P2 和 P3具體的管腳功能為：VCC：（40 腳）主電源+5V。 GND：（

8、20 腳）接地。P0 口：漏極開路的 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口，每位能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) LS 型 TTL 負(fù)載。 P0 口可作為一個(gè)數(shù)據(jù)輸入/輸出口；在 CPU 訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)，P0口為分時(shí)復(fù)用的低 8 位地址總線和 8 位數(shù)據(jù)總線。P1 口：P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，EPROM 編程和驗(yàn)證程序時(shí)，由它輸入低 8 位地址。P1 能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LSTTL 負(fù)載。*畢業(yè)論文6P2 口：帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 端口，每位能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LS型 TTL 負(fù)載。在 CPU 訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)，它輸出高 8 位地址。P3 口：P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電

9、阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4個(gè) TTL 門電流。當(dāng) P3 口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3 口將輸出電流（ILL） ，這是由于上拉的緣故。P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。表 2-1 P3 口的各位的第二功能P3 口的各位第二功能名稱作用P3.0RXD串行輸入口P3.1TXD串行輸出口P3.2/INT0外部中斷 0 輸入P3.3/INT1外部中斷 1 輸入P3.4T0定時(shí)/計(jì)數(shù)器 0 外部輸入P3.5T1定時(shí)/計(jì)數(shù)器 1 外部輸入P3.6/WR外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通

10、P3.7/RD外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通由于在輸入操作時(shí)還必須附加一個(gè)準(zhǔn)備動(dòng)作，所以這類 I/O 口被稱為準(zhǔn)雙向口。89C51 的 P0/P1/P2/P3 口作為輸入時(shí)都是準(zhǔn)雙向口。RST（9 腳）：RST：復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效。當(dāng)此輸入端保持兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)，就可以完成復(fù)位操作。ALE/PROG（30 腳）：地址鎖存允許輸出/編程脈沖輸入端。在訪問片外存儲(chǔ)器時(shí),ALE 作為鎖存擴(kuò)展地址地位字節(jié)的輸出控制信號(hào)。平時(shí)不訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)，該端也以六分之一的時(shí)鐘震蕩頻率固定輸出正脈沖，供定時(shí)或其它需要使用。ALE 端的負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力為 8 個(gè) LS 型 TTL 負(fù)載。*畢業(yè)論文7PSEN（29

11、腳）：片外程序存儲(chǔ)器選通控制信號(hào)端。在訪問片外程序存儲(chǔ)器時(shí)，定時(shí)輸出負(fù)脈沖作為讀片外程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)，接片外程序存儲(chǔ)器 的 OE 端。它的負(fù)載能力為 8 個(gè) LS 型 TTL 負(fù)載。EA/Vpp（31 腳）：EA： 外部程序存儲(chǔ)器地址允許輸入端。當(dāng)該引腳接高電平時(shí)，CPU 訪問片內(nèi) ROM 并執(zhí)行片內(nèi)程序存儲(chǔ)器中的指令，但當(dāng) PC 值超過 0FFFH（片內(nèi) ROM 為 4KB）時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行片外 ROM 中的程序。當(dāng)該引腳接低電平時(shí)，CPU 只訪問片外 ROM 并執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器中的程序。XTAL1（19 腳）：接外部晶體的一端。它是片內(nèi)振蕩電路反向放大器的輸入端，在采用外部時(shí)鐘時(shí)，

12、外部時(shí)鐘震蕩信號(hào)直接送人此引腳作為驅(qū)動(dòng)端。XTAL2：（18 腳）：接外部晶體的另一端；它是片內(nèi)振蕩電路反向放大器的輸出端，振蕩電路的頻率是晶體震蕩頻率。若需采用外部時(shí)鐘電路時(shí)，該引腳應(yīng)懸空不用（3）振蕩器特性80C51 系列單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器用于構(gòu)成振蕩器，但要形成時(shí)鐘，外部還需附加電路。XTAL1 為反向放大器和時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端，XTAL2 該反向放大器的輸出端。2.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)分析（1）單片機(jī)芯片電路*畢業(yè)論文8圖 2-2 單片機(jī)芯片電路（2）晶振電路MCS51 單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益的反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器，但要形成時(shí)鐘，外部還需附加電路。通過在引腳 XTA

13、L1 和 XTAL2 之間跨接晶體或陶瓷振蕩器，再利用芯片內(nèi)部的振蕩電路，就構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩電路，這樣振蕩發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部的時(shí)鐘電路。振蕩頻率一般在 2MHz -12MHz 之間，單片機(jī)常選擇 6MHz 或 12MHz，外接晶振電容器 C1 與 C2 在 30PF 左右，對(duì)于陶瓷振蕩器 C1、C2 約為 47PF 左右。在本次設(shè)計(jì)我們選擇的是 6MHZ 的石英晶振，電容 C1、C2 為 30PF。 圖 2-3 晶振電路（3）復(fù)位電路圖 2-4 復(fù)位電路*畢業(yè)論文9復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，單片機(jī)在啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)，都需要先復(fù)位，它的作用是使 CPU 和系統(tǒng)中其他部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)

14、，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。單片機(jī)的整個(gè)復(fù)位電路包括芯片內(nèi)、外兩部分。外部電路產(chǎn)生的復(fù)位信號(hào)通過復(fù)位引腳 RST 進(jìn)入片內(nèi)的一個(gè)施密特觸發(fā)器再與片內(nèi)的復(fù)位電路相連。復(fù)位電路每個(gè)機(jī)器周期對(duì)施密特觸發(fā)器的輸出采樣一次，當(dāng) RST 引腳保持兩個(gè)機(jī)器周期（24 個(gè)時(shí)鐘周期）以上的高電平時(shí)，單片機(jī)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。AT89C51 在振蕩器正在運(yùn)行的情況下，復(fù)位是靠 RST 加持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期（即 24 個(gè)振蕩周期）的高電平來實(shí)現(xiàn)的。單片機(jī)的外部復(fù)位電路有上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種。按鍵手動(dòng)復(fù)位：若運(yùn)行過程中，需要程序從頭執(zhí)行，只需按動(dòng)按鈕 RST即可。按下 RST 鍵，電源對(duì)外接電容充電。則直接把+5V 通

15、過電阻加到了RST 端從而復(fù)位，使 RST 端為高電平，復(fù)位按鈕松開后，電容通過下拉電阻放電，逐漸使 RST 端恢復(fù)低電平。上電復(fù)位是利用電容器充電來實(shí)現(xiàn)的。圖中，上電瞬間，即接通電源，電容 C 相當(dāng)于瞬間短路，+5V 立刻加到了 RST 端，隨著充電電流的減少，RST 的電位逐漸下降。充電時(shí)間常數(shù)計(jì)算為 1010-610103=100ms。而只要 RST 引腳端保持 10ms 以上的高電平，就能使單片機(jī)有效的復(fù)位。因此這個(gè)時(shí)間常數(shù)足以保證完成復(fù)位操作。也可以說，RST 端的高電平直接由上電瞬間產(chǎn)生則稱為上電復(fù)位，若通過按動(dòng)按鈕產(chǎn)生高電平復(fù)位則稱為手動(dòng)復(fù)位。 顯然，該電路既可上電復(fù)位又可手動(dòng)復(fù)

16、位，是一種復(fù)合式復(fù)位電路，也是常用復(fù)位電路之一。復(fù)位后，P0-P3 4 個(gè)并行接口全為高電平，其他寄存器全部清零，只有串行數(shù)據(jù)緩沖器 SUBF 寄存器狀態(tài)不確定。復(fù)位后 PC 指向 0000H 使單片機(jī)從程序的起始地址 0000H 開始執(zhí)行程序。因此當(dāng)單片機(jī)運(yùn)行出錯(cuò)或進(jìn)入死循環(huán)時(shí)，可以按復(fù)位鍵重新啟動(dòng)。*畢業(yè)論文10（4）控制管腳接線方法：/EA：片外程序存儲(chǔ)器選用端當(dāng)/EA 保持低電平時(shí)，在此期間 CPU 僅訪問外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH） ，即不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，CPU 直接從片外程序存儲(chǔ)器 0000H單元開始執(zhí)行程序。當(dāng)/EA 端保持高電平時(shí)，CPU 從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器地

17、址0000H 單元開始執(zhí)行程序，若 PC 值超出 4KB 地址時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向訪問片外程序存儲(chǔ)器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（VPP） 。 /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器 ROM 的讀選通信號(hào)發(fā)出端在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期（即 12 個(gè)時(shí)鐘周期）兩次/PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。ALE：地址鎖存允許輸出/編程脈沖輸入端該引腳有兩種功能。當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)；在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。1 12 23 34 45 56 67 78 81

18、 1 2 21 1 3 31 1 4 41 1 5 53 3 1 11 1 8 81 1 9 99 91 1 6 61 1 7 72 2 9 93 3 0 01 1 0 01 1 1 12 2 1 12 2 2 22 2 3 32 2 4 42 2 5 52 2 6 62 2 7 72 2 8 83 3 2 23 3 3 33 3 4 43 3 5 53 3 6 63 3 7 73 3 8 83 3 9 9P P 1 1 . . 0 0P P 1 1 . . 1 1P P 1 1 . . 2 2P P 1 1 . . 3 3P P 1 1 . . 4 4P P 1 1 . . 5 5P P 1

19、 1 . . 6 6P P 1 1 . . 7 7I I N N T T 0 0I I N N T T 1 1T T 0 0T T 1 1/ / E E A A / / V V P PX X 1 1X X 2 2R R E E S S E E T T/ / R R D D/ / W W R RP P S S E E N NA A L L E E / / P PT T X X D DR R X X D DP P 2 2 . . 0 0P P 2 2 . . 1 1P P 2 2 . . 2 2P P 2 2 . . 3 3P P 2 2 . . 4 4P P 2 2 . . 5 5P P 2 2

20、 . . 6 6P P 2 2 . . 7 7P P 0 0 . . 0 0P P 0 0 . . 1 1P P 0 0 . . 2 2P P 0 0 . . 3 3P P 0 0 . . 4 4P P 0 0 . . 5 5P P 0 0 . . 6 6P P 0 0 . . 7 7U U 8 8+5VGNDGND+5VC C 1 1C C 2 23 3 0 0 P P F F3 3 0 0 P P F FC C R R 1 16 6 M M H H z zC C 2 2+ +1 1 0 0F FR R E E S S E E T TR R 1 1 2 21 1 0 0 0 0R R 1 1

21、 3 31 1 0 0 K K圖 2-5 單片機(jī)最小系統(tǒng)（5） 搶答器各單元功能的實(shí)現(xiàn)：按鍵電路：8 位按鍵電路供搶答者搶答使用；*畢業(yè)論文11計(jì)時(shí)電路：LED 計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)時(shí)間由軟件設(shè)定；鎖定功能：由軟件實(shí)現(xiàn)，當(dāng)有人先搶答后，其余桌再按搶答按紐無效；聲響電路：直流蜂鳴器，用于提醒主持人有人搶答，或本輪計(jì)時(shí)時(shí)間到，仍無人搶答；位號(hào)顯示電路： LED 顯示電路，顯示搶答者桌號(hào)；電源電路：采用 220V 市電輸入后經(jīng)變壓器降至所需的交流低電壓，經(jīng)整流濾波后，再經(jīng)三端穩(wěn)壓電路，穩(wěn)定輸出直流+5V 電壓，供整機(jī)各個(gè)單元使用。時(shí)鐘頻率電路：?jiǎn)纹瑱C(jī)必須在時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下才能工作.在單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)時(shí)鐘振蕩電路,

22、只需要外接一個(gè)振蕩源就能產(chǎn)生一定的時(shí)鐘信號(hào)送到單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)單元,決定單片機(jī)的工作速度。2.3 鍵盤電路的設(shè)計(jì) 單片機(jī)常用的鍵盤有全編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種。非編碼鍵盤分為獨(dú)立式鍵盤和矩陣式鍵盤，這類鍵盤在硬件上只是簡(jiǎn)單的提供通和斷兩種狀態(tài)，其余工作由軟件來完成。非編碼鍵盤各有自己的特點(diǎn)，其中獨(dú)立鍵盤硬件電路簡(jiǎn)單，而且在程序設(shè)計(jì)上也不復(fù)雜，一般用在對(duì)硬件電路要求不高的簡(jiǎn)單電路中；矩陣鍵盤（又稱行列式鍵盤）與獨(dú)立鍵盤有很大區(qū)別，首先在硬件電路上它要比獨(dú)立鍵盤復(fù)雜得多，而且在程序算法上比它要煩瑣，但它在節(jié)省端口資源上有優(yōu)勢(shì)得多，因此它更適合于多按鍵電路。由于該設(shè)計(jì)中按鍵數(shù)量不多，選擇了獨(dú)立式鍵盤

23、，如下圖的形式。 *畢業(yè)論文12 圖 2-6 獨(dú)立式鍵盤該鍵盤顯示電路邏輯功能分析：與非門邏輯功能為：全 1 為 0；有 0 為 1；非門的邏輯功能為：0 出 1；1 出 0。根據(jù)與非門和非門的邏輯特點(diǎn)可知，當(dāng)無鍵盤按下時(shí)，與非門 8 個(gè)輸入端都為高電平，其輸出為低電平，經(jīng)過非門輸出后為高電平，不會(huì)發(fā)出中斷申請(qǐng)；當(dāng)有按鍵按下時(shí)，與門輸出為高電平，經(jīng)非門輸出為低電平，發(fā)出中斷申請(qǐng)由外部中斷 0 輸入到單片機(jī)。2.4 計(jì)時(shí)顯示電路常用的計(jì)時(shí)顯示電路有 LED（發(fā)光二極管顯示器）和 LCD（夜晶顯示器），兩者比較，LED 顯示器具有價(jià)格低廉，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)；LCD 顯示器功耗更低，顯示清晰度更高，但

24、價(jià)格相對(duì)較貴，考慮設(shè)計(jì)成本采用 LED 顯示器。（1）LED 顯示器結(jié)構(gòu)LED 顯示器是由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件，也可稱為數(shù)碼管。其*畢業(yè)論文13外形結(jié)構(gòu)如圖所示。7 段 LED 由 7 個(gè)發(fā)光二極管按“日”字形排列，通過這7 個(gè)發(fā)光二極管的不同組合可用來顯示 09、AF 等字符。另有一個(gè)發(fā)光管來顯示小數(shù)點(diǎn)，圖中用 Dp 表示，共使用 8 個(gè)發(fā)光二極管。見圖 2-72-7 LED 顯示器外形結(jié)構(gòu)圖（2）LED 顯示器工作原理圖當(dāng)選用共陰極的 LED 顯示器時(shí)，共陰極數(shù)碼管的發(fā)光二極管陰極必須連在一起并接低電平，當(dāng)某一發(fā)光二極管的陽極為高電平（一般為+5V）時(shí)，此二極管點(diǎn)亮；當(dāng)選用共陽極的

25、 LED 顯示器時(shí)，共陽極數(shù)碼管的發(fā)光二極管陽極連在一起并接高電平，對(duì)于需點(diǎn)亮的發(fā)光二極管，則使其陰極接低電平（一般接地）即可。顯然要顯示某字形就應(yīng)使此字形的相應(yīng)字段點(diǎn)亮，實(shí)際上就是送一個(gè)不同的電平組合代表的數(shù)據(jù)字來控制 LED 的顯示，此數(shù)據(jù)稱為字符的段碼。字符數(shù)據(jù)位與 LED 段碼關(guān)系如下：表 2-2： 字形碼各位與 LED 段碼對(duì)應(yīng)表D7D6D5D4D3D2D1D0DpgfEdcba （3）LED 顯示器的顯示方式LED 顯示器與單片機(jī)的接口一般有靜態(tài)顯示與動(dòng)態(tài)顯示兩種方式。搶答器的計(jì)時(shí)顯示電路使用兩片 7 段 LED 實(shí)現(xiàn)，計(jì)時(shí)時(shí)間的設(shè)定有多*畢業(yè)論文14種方式，由軟件來設(shè)定具體時(shí)間，

26、硬件電路的連接有多種方法：方法一：LED 靜態(tài)顯示方式。LED 靜態(tài)顯示是指在顯示器顯示某個(gè)字符時(shí)，相應(yīng)的段（發(fā)光二極管）一直導(dǎo)通或截止，直至變換為其他字符。LED數(shù)碼管采用靜態(tài)顯示與單片機(jī)接口時(shí)，共陰極或共陽極點(diǎn)連接在一起接地或接高電平。采用并行工作方式，即各字段分別占有一條 I/O 口線，特點(diǎn)是占用較多的 I/O 口線；采用串行口設(shè)定為方式 0 輸出方式，外加 74LS164 移位寄存器構(gòu)成顯示電路，特點(diǎn)是節(jié)省 I/O 口線，但硬件電路比并行工作方式要復(fù)雜且使用電路元件較多；方法二：LED 的動(dòng)態(tài)顯示方式，即把顯示器的相同段選線并聯(lián)在一起，由一個(gè) 8 位的 I/O 口控制，公共端由其他相應(yīng)

27、的 I/O 口控制。然后采用掃描的方法輪流點(diǎn)亮各位 LED，使每位分時(shí)顯示該位應(yīng)該顯示的字符。特點(diǎn)是硬件電路相對(duì)簡(jiǎn)單，但反復(fù)掃描循環(huán)顯示，降低了 CPU 的工作效率。比較以上兩種方法本設(shè)計(jì)使用方法一（4）計(jì)時(shí)時(shí)間的設(shè)定用軟件來控制，也有多種方式：方法一：用兩個(gè) LED 計(jì)時(shí)，采用倒計(jì)時(shí)或正計(jì)時(shí)（99-00 或 00-99） ，通過每一位數(shù)字的顯示時(shí)間，控制計(jì)時(shí)時(shí)間；方法二：用一個(gè) LED 計(jì)時(shí)，同樣可采用倒計(jì)時(shí)或正計(jì)時(shí)（9-0 或 0-9） ，通過每一位數(shù)字的顯示時(shí)間，控制計(jì)時(shí)時(shí)間；比較上兩種方法：本設(shè)計(jì)選用一個(gè) LED 計(jì)時(shí)，倒計(jì)時(shí)顯示，計(jì)時(shí)時(shí)間為10S。*畢業(yè)論文15（5）LED 驅(qū)動(dòng)電路

28、的設(shè)計(jì)。電路如圖所示： 圖 2-8 LED 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)顯示電路：圖 2-9 計(jì)時(shí)顯示電路2.5 鎖定功能的設(shè)計(jì)當(dāng)有人按下?lián)尨鸢醇~后，其余桌再按搶答按紐無效。該功能用軟件實(shí)現(xiàn)。2.6 聲響電路當(dāng)有人按下?lián)尨鸢醇~后，接通直流蜂鳴器電路，提示主持人有人搶答電路*畢業(yè)論文16參見下圖 圖 2-10 聲響電路2.7 位號(hào)顯示即鎖存功能的設(shè)計(jì)當(dāng)有人搶答時(shí)顯示搶答桌號(hào)，實(shí)現(xiàn)方法有兩種方法一： 單獨(dú)一位 LED方法二： 借用計(jì)時(shí) LED本設(shè)計(jì)采用第一種方法。2.8 電源電路整機(jī)電源采用 220V 市電輸入后經(jīng)變壓器降至所需的交流低電壓，經(jīng)整流濾波后，再經(jīng)三端穩(wěn)壓電路，穩(wěn)定輸出直流+5V 電壓，供整機(jī)各

29、個(gè)單元使用。電源電路如下圖所示： *畢業(yè)論文17圖 2-11 電源電路 2.9 時(shí)鐘頻率電路的設(shè)計(jì)單片機(jī)必須在時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下才能工作.在單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)時(shí)鐘振蕩電路,只需要外接一個(gè)振蕩源就能產(chǎn)生一定的時(shí)鐘信號(hào)送到單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)單元,決定單片機(jī)的工作速度 圖 2-12 外部振蕩源電路一般選用石英晶體振蕩器。此電路在加電大約延遲 10ms 后振蕩器起振,在XTAL2 引腳產(chǎn)生幅度為 3V 左右的正弦波時(shí)鐘信號(hào),其振蕩頻率主要由石英晶振的頻率確定。電路中兩個(gè)電容 C1,C2 的作用有兩個(gè):一是幫助振蕩器起振;二是對(duì)振蕩器的頻率進(jìn)行微調(diào)。C1,C2 的典型值為 30PF。單片機(jī)在工作時(shí),由內(nèi)部振蕩器產(chǎn)

30、生或由外直接輸入的送至內(nèi)部控制邏輯單元的時(shí)鐘信號(hào)的周期稱為時(shí)鐘周期。其大小是時(shí)鐘信號(hào)頻率的倒數(shù),常用 fosc 表示。如時(shí)鐘頻率為 12MHz,即 fosc=12MHz,則時(shí)鐘周期為 1/12s。*畢業(yè)論文18第 3 章 軟件設(shè)計(jì)3.1 中斷系統(tǒng)中斷技術(shù)是單片機(jī)工作中的一項(xiàng)重要技術(shù)，采用中斷技術(shù)可使單片機(jī)的工作更加靈活，效率更高。智力搶答器設(shè)計(jì)中用到的就是中斷技術(shù)，它是在有人在開始按鍵的時(shí)候開始。中斷的定義：?jiǎn)纹瑱C(jī)在執(zhí)行程序的過程中，由于 CPU 以外的原因，必須盡快終止當(dāng)前的程序執(zhí)行，而去執(zhí)行相應(yīng)的處理程序，待處理結(jié)束后，再回來繼續(xù)執(zhí)行被終止的程序。這種程序在執(zhí)行過程中由于外界的原因而被中間

31、大段的情況稱為中斷。引進(jìn)中斷的特點(diǎn)：分時(shí)操作；實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)處理；故障處理。中斷系統(tǒng)的功能：實(shí)現(xiàn)中斷及返回；實(shí)現(xiàn)優(yōu)先權(quán)排隊(duì)；實(shí)現(xiàn)中斷的嵌套。在 80C51 中斷入口地址分配如下：中斷源 （5 種） 入口地址外部中斷 0 0003H定時(shí)器 T0 中斷 000BH外部中斷 1 0013H定時(shí)器 T1 中斷 001BH串行口中斷 0023H本設(shè)計(jì)應(yīng)用到的中斷入口地址是 0003H。*畢業(yè)論文193.2 軟件程序流程圖本設(shè)計(jì)包括：主程序；非法搶答序；搶答時(shí)間調(diào)整程序；回答時(shí)間調(diào)整程序；倒計(jì)時(shí)程序；正常搶答處理程序；犯規(guī)處理程序；顯示及發(fā)聲程序。圖 3-1 程序設(shè)計(jì)流程圖*畢業(yè)論文203.3 軟件設(shè)計(jì)程序智力

32、競(jìng)賽搶答裝置程序 ORG 0000HAJMP L0ORG 0003HAJMP ZDL0: SETB EASETB EX0MOV DPTR,#TAB1MOV R0,#00HL1: MOV A,R0 MOVC A,A+DPTR MOV P0,ALCALL DY1SINC R0CJNE R0,#0BH,L1CLR P3.0 LJMP $DY1S: MOV R7,#50DY1: MOV R6,#20DY2: MOV R5,#249DY3: NOP NOP DJNZ R5,DY3*畢業(yè)論文21 DJNZ R6,DY2 DJNZ R7,DY1 RET ； ZD: CLR P3.0CLR EACLR EX0 MOV A,P1CPL AMOV DPTR,#TAB2MOVC A,A+DPTRMOV P2,A LJMP $RETITAB1: DB 10H,00H,78H,02H,12H DB 19H,30H,24H,79H,40H ORG 0100HTAB2: DB 0FFH,79H,24H,0FFH,30H DB 0FFH,0FFH,0FFH,19H ORG 0110H DB 12H ORG 0120H DB 02H ORG 0140H DB 78H ORG 0180H DB 00H