基于單片機(jī)搶答器的設(shè)計(jì)

1、基于單片機(jī)搶答器的設(shè)計(jì)專業(yè)：通信工程 姓名： 指導(dǎo)教師： 摘  要 數(shù)字搶答器是由擴(kuò)展電路和主體電路構(gòu)成的。在顯示器上輸出的參賽隊(duì)的輸入信號(hào)是由優(yōu)先編碼電路、鎖存器和譯碼電路等生成的；擴(kuò)展電路是在顯示器上輸出實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能，由定時(shí)電路、譯碼電路將秒脈沖產(chǎn)生的信號(hào)構(gòu)成。主體電路是由控制電路、主持人開關(guān)啟動(dòng)報(bào)警電路構(gòu)成。數(shù)字搶答器成形是經(jīng)過(guò)布線、調(diào)試和焊接等工作。單片機(jī)為了使外圍電路的實(shí)現(xiàn)更加簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)化了外圍硬件電路，把很多任務(wù)都交給了軟件編程。單片機(jī)不僅應(yīng)用方便，而且體積小價(jià)格低，還很穩(wěn)定可靠。如果說(shuō)應(yīng)用程序賦予了單片機(jī)新的“生命”，那么搶答系統(tǒng)“身軀” 是由單片機(jī)系統(tǒng)的硬件結(jié)

2、構(gòu)給予了，這樣就使其在一般的搶答器面前具有成本低、電路簡(jiǎn)單和運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)。搶答器是選手做搶答題時(shí)便于選手進(jìn)行搶答的，搶到題的選手便要回答問題。搶答器不僅考驗(yàn)選手應(yīng)該具備足夠的知識(shí)面還考驗(yàn)選手的反應(yīng)速度同時(shí)還需要一定的勇氣和技巧。對(duì)選手們都是公平公正的，因?yàn)樗麄兌颊驹谕粋€(gè)起跑線上。關(guān)鍵字：定時(shí)電路 搶答電路 報(bào)警電路 31ABSTRACT Digital vies by expansion circuit and regulator is composed of main circuit. On the display output team input signal is from pri

3、ority coding circuit, latches and decode circuit generated; Expansion circuit is on the display output of timing function by timing circuit, decoding, circuit will seconds pulse signal constitutes. Main circuit of control circuit, host switches on the alarming circuit constitutes. Digital contest de

4、vice after wiring, commissioning forming and welding etc. SCM in order to make the realization of buffer circuit for more simple, simplified the hardware circuit, put a lot of outer task was to the software programming. SCM not only convenient for use, small volume and price is low, is stable and re

5、liable. If the application endowed with single-chip microcomputer new "life", then scare-answering system "body" is the hardware structure by single-chip microcomputer system gives, thus make it before the contest is in general with lower cost and circuit is simple and reliable o

6、peration, etc. Are the players do responder for forgetting the responder players when, grab the player will answer questions. Contest is not only test players should have enough knowledge also test players speed of response also need a certain amount of courage. For the players are a fair and impart

7、ial, because they all stand in the same starting line. Key Words: timing circuit contest circuit alarm circuit 目錄第一章 緒論41.1 單片機(jī)搶答器的背景41.2 單片機(jī)搶答器的意義51.3 搶答器的應(yīng)用5第二章 搶答器的概述及制作要求72.1 搶答器的概述72.2 設(shè)計(jì)任務(wù)、要求和知識(shí)點(diǎn)7第三章 單片機(jī)芯片的選擇及模塊性能分析93.1 單片機(jī)芯片的選擇93.2 模塊性能分析13第四章 電路設(shè)計(jì)164.1 總體設(shè)計(jì)164.2 外部振蕩電路（晶振電路）184.3 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)194.

8、4 顯示電路的設(shè)計(jì)204.5 按鈕輸入電路的設(shè)計(jì)214.6 發(fā)聲電路23第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)245.1 搶答器流程圖245.2 主程序255.3 中斷程序27第六章仿真演練30總結(jié)和結(jié)束語(yǔ)31參考文獻(xiàn)32第一章 緒論1.1 單片機(jī)搶答器的背景二十世紀(jì)跨越了三電的時(shí)代，即電氣時(shí)代、電子時(shí)代和現(xiàn)已進(jìn)入的電腦時(shí)代。不過(guò)，這種電腦，通常是指?jìng)€(gè)人計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱PC機(jī)。它由主機(jī)、鍵盤、顯示器等組成。還有一類計(jì)算機(jī)，大多數(shù)人卻不怎么熟悉。這種計(jì)算機(jī)就是把智能賦予各種機(jī)械的單片機(jī)（亦稱微控制器）。顧名思義，這種計(jì)算機(jī)的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進(jìn)行簡(jiǎn)單運(yùn)算和控制。因?yàn)樗w積小，通常都藏在被控機(jī)械的內(nèi)部。它

9、在整個(gè)裝置中，起著有如人類頭腦的作用，它出了毛病，整個(gè)裝置就癱瘓了。現(xiàn)在，這種單片機(jī)的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表、實(shí)時(shí)工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機(jī)，就能起到使產(chǎn)品升級(jí)換代的功效，常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞“智能型”，如智能型洗衣機(jī)等。現(xiàn)在有些工廠的技術(shù)人員或其它業(yè)余電子開發(fā)者搞出來(lái)的某些產(chǎn)品，不是電路太復(fù)雜，就是功能太簡(jiǎn)單且極易被仿制。究其原因，可能就卡在產(chǎn)品未使用單片機(jī)或其它可編程邏輯器件上。在知識(shí)競(jìng)賽中，特別是做搶答題時(shí)，在搶答過(guò)程中，為了更確切的知道哪一組或哪一位選手先搶答到題，必須要有一個(gè)系統(tǒng)來(lái)完成這個(gè)任務(wù)。若在搶答中，只靠人的視覺或者是聽覺是很難判

10、斷出哪一組或哪一個(gè)選手先搶答到題的。利用單片機(jī)編程來(lái)設(shè)計(jì)搶答器，可以使以上問題得以解決，即使兩組的搶答時(shí)間相差幾微秒，也能輕松的分辨出哪一組或哪個(gè)選手先搶答到題的。本文主要介紹了搶答器的工作原理及設(shè)計(jì)，以及它的實(shí)際用途。1.2 單片機(jī)搶答器的意義本系統(tǒng)采用單片機(jī)作為整個(gè)控制核心?？刂葡到y(tǒng)的四個(gè)模塊為：顯示模塊、存儲(chǔ)模塊、語(yǔ)音模塊、搶答開關(guān)模塊。該系統(tǒng)通過(guò)開關(guān)電路四個(gè)按鍵輸入搶答信號(hào)；利用一個(gè)數(shù)碼管來(lái)完成顯示功能；用按鍵來(lái)讓選手進(jìn)行搶答，在數(shù)碼管上顯示哪一組先答題的，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)搶答過(guò)程。在知識(shí)比賽中， 特別是做搶答題目的時(shí)候， 在搶答過(guò)程中，為了知道哪一組或哪一位選手先答題，必須要設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)

11、來(lái)完成這個(gè)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(jī)系統(tǒng)來(lái)設(shè)計(jì)搶答器，使以上問題得以解決，即使兩組的搶答時(shí)間相差幾微秒，也可分辨出哪組優(yōu)先答題。本文主要介紹了單片機(jī)搶答器設(shè)計(jì)及工作原理，以及它的實(shí)際用途。系統(tǒng)工作原理本系統(tǒng)采用89C51單片機(jī)作為核心?？刂葡到y(tǒng)的四個(gè)模塊分別為：存儲(chǔ)模塊、顯示模塊、語(yǔ)音模塊、搶答開關(guān)模塊。該搶答器系統(tǒng)通過(guò)開關(guān)電路四個(gè)按鍵輸入搶答信號(hào)； 利用一個(gè)數(shù)碼管來(lái)完成顯示功能。工作時(shí)，用按鍵通過(guò)開關(guān)電路輸入各路的搶答信號(hào)，經(jīng)單片機(jī)的處理， 輸出控制信號(hào)，單片機(jī)控制的智能搶答器設(shè)計(jì)。1.3 搶答器的應(yīng)用隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和文化事業(yè)的發(fā)展，在很多公開競(jìng)爭(zhēng)場(chǎng)合要求有公

12、正的競(jìng)爭(zhēng)裁決，諸如證券、股票交易及各種智力競(jìng)賽等,因此出現(xiàn)了搶答器。搶答器一般是由很多電路組成的，線路復(fù)雜，可靠性不高，功能也比較簡(jiǎn)單，特別是當(dāng)搶答路數(shù)很多時(shí)，實(shí)現(xiàn)起來(lái)就更為困難。因此我們?cè)O(shè)計(jì)了以單片機(jī)為核心的新型智能的搶答器，在保留了原始搶答器的基本功能的同時(shí)又增加一系列的實(shí)用功能并簡(jiǎn)化其電路結(jié)構(gòu)。搶答器又稱為第一信號(hào)鑒別器，其主要應(yīng)用于各種知識(shí)競(jìng)賽、文藝活動(dòng)等場(chǎng)合。傳統(tǒng)普通搶答器主要存在以下缺陷：（一）、在一次搶答過(guò)程中，當(dāng)出現(xiàn)超前違規(guī)搶答時(shí)，只能處理違規(guī)搶答信號(hào)，而對(duì)沒有違規(guī)的有效搶答信號(hào)不能進(jìn)行處理，因而使該次搶答過(guò)程變?yōu)闊o(wú)效。 （二）、當(dāng)有多個(gè)違規(guī)搶答時(shí)，普通搶答器或采用優(yōu)先編碼電路

13、選擇其中一個(gè)，或利用搶答電路電子元件的“競(jìng)爭(zhēng)”選擇其中一個(gè)。對(duì)于后者由于搶答電路制作完畢后電子元件被固定。各路搶答信號(hào)的“競(jìng)爭(zhēng)”能力也被固定，因而本質(zhì)上也有優(yōu)先權(quán)。普通搶答器存在不公平性。 （三）、當(dāng)有多個(gè)違規(guī)搶答時(shí)，普通搶答器只能“抓住”其中一個(gè)而出現(xiàn)“漏洞”。第二章 搶答器的概述及制作要求2.1 搶答器的概述對(duì)于搶答器我們大家來(lái)說(shuō)都不陌生，現(xiàn)在很多文娛活動(dòng)中都有搶答這一項(xiàng)，需要用到搶答器。在目前的市場(chǎng)上，普通搶答器都需要幾百塊，價(jià)格比較昂貴。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的搶答器，電路簡(jiǎn)單、成本較低、操作方便、靈敏可靠、具有較高的推廣價(jià)值。2.2 設(shè)計(jì)任務(wù)、要求和知識(shí)點(diǎn)基于AT89C52單片機(jī)設(shè)計(jì)制作一個(gè)搶答

14、器，晶振采用12MHZ。具體設(shè)計(jì)要求如下：（1）設(shè)計(jì)一個(gè)智力競(jìng)賽搶答器，可同時(shí)供8名選手或8個(gè)代表隊(duì)參加比賽，編號(hào)為0、1、2、3、4、5、6、7，各用一個(gè)按鈕。（2）給節(jié)目主持人設(shè)置一個(gè)控制開關(guān)，用來(lái)控制系統(tǒng)的清零和搶答的開始。（3）搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存功能、顯示功能和聲音提示功能。搶答開始后，若有選手按動(dòng)搶答按鈕，編號(hào)立即鎖存，并在LED數(shù)據(jù)管上顯示選手的編號(hào)，同時(shí)燈亮且伴隨聲音提示。此外，要封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答，最先搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清零。本項(xiàng)目需要通過(guò)學(xué)習(xí)和查閱資料，掌握和了解如下知識(shí)：（1）5V電源原理及設(shè)計(jì)。（2）單片機(jī)復(fù)位電路工作原理及設(shè)計(jì)。（3）單片機(jī)

15、晶振電路工作原理及設(shè)計(jì)。（4）按鍵電路的設(shè)計(jì)。（5）蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)。（6）數(shù)碼管特性及使用。（7）AT89C52單片機(jī)引腳。（8）單片機(jī)匯編語(yǔ)言及程序設(shè)計(jì)。第三章 單片機(jī)芯片的選擇及模塊性能分析3.1單片機(jī)芯片的選擇單片機(jī)選用的是Atmel公司推出的AT89C52，它是一種低功效、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。在單芯片上擁有靈巧的8位CPU和在線系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89C52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8K字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時(shí)

16、器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。而且，它還具有一個(gè)看門狗(WDT)定時(shí)/計(jì)數(shù)器。如果程序沒有正常工作，就會(huì)強(qiáng)制整個(gè)系統(tǒng)復(fù)位，還可以在程序陷入死循環(huán)的時(shí)候，讓單片機(jī)復(fù)位而不用整個(gè)系統(tǒng)斷電，從而保護(hù)你的硬件電路。AT89C52有40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中端口，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，2個(gè)全雙工串行通信口，片上Flas

17、h允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。其將通用的微處理器和Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)成本。3.1.1單片機(jī)管腳說(shuō)明圖3-1-1 單片機(jī)的引腳（1）Vcc：供電電壓。（2）GND：接地。（3）P0口：P9口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在Flash編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)Flash進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。（4）P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供的上拉電阻的8位雙向I/O口

18、，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故，。在Flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P1作為第八位地址接收。（5）P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀

19、寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在Flash編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。（6）P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向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口功能引腳簡(jiǎn)介：P3.0:RXD（串行口輸入）P3.1:TXD（串行口輸出）P3.2:INT0（外部中斷0輸入）P3.3:INT1（外部中斷1輸入）P3.4:T0（定時(shí)器0外部脈沖輸入）P3.5:T1（定時(shí)器1外部脈沖輸入）P3.6:WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫脈沖輸出）P3.

20、7:RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀脈沖輸出）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)。（7）RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。（8）ALE/RPOG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平由于鎖存地址的地位字節(jié)。在Flash編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6.因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳出一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0.此時(shí)，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令時(shí)ALE才起作用。另

21、外該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。（9）/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/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)。（10）/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH）,不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在Flash編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。（11）XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。（12）XTAL2：

22、來(lái)自反向振蕩器的輸出。3.2 模塊性能分析模塊部分主要分為AT89C52芯片、復(fù)位電路、電源電路、主持人按鍵、聲音提示、選手按鍵和數(shù)碼管顯示等部分組成，下面對(duì)這后兩部分進(jìn)行介紹，其中對(duì)數(shù)碼管顯示器做詳細(xì)介紹，并根據(jù)實(shí)際工作情況采用合適的工作方式。3.2.1 選手按鍵 利用8個(gè)常開按鈕開關(guān)S1S8和8只電阻R1R8組成搶答器的輸入電路。S1S8為自復(fù)式常開按鈕開關(guān)，分別作為8位搶答按鈕，一般情況下鎖存器的輸入端為低電平。當(dāng)程序執(zhí)行，按下按鍵時(shí)，數(shù)碼管顯示器上即顯示相應(yīng)的是哪位選手按下?lián)尨稹?.2.2 數(shù)碼管顯示譯碼器的邏輯功能是將每一個(gè)輸入的二進(jìn)制代碼譯成對(duì)應(yīng)的輸出高、低電平信號(hào)，是編碼器的反操

23、作。數(shù)碼管可以用TTL或CMOS集成電路直接驅(qū)動(dòng)，但是我們著采用了74LS245進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。所以使用譯碼器將BCD編碼譯成數(shù)碼管所需要的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以便使數(shù)碼管用十進(jìn)制數(shù)字顯示出BCD編碼表示的數(shù)值。應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況決定究竟采用共陽(yáng)還是共陰方式，其基本原則是：若單片機(jī)口線直接驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管各段，最好采用共陽(yáng)極數(shù)碼管，因?yàn)?051系列單片機(jī)口線輸出高電平時(shí)，輸出的電流很小，數(shù)碼管不會(huì)太亮。若數(shù)碼管通過(guò)驅(qū)動(dòng)芯片與單片機(jī)相連，就要看驅(qū)動(dòng)芯片對(duì)數(shù)碼管極性的要求了點(diǎn)亮顯示器分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)顯示兩種方法。所謂靜態(tài)顯示，就是當(dāng)顯示器顯示某一字符時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定的導(dǎo)通或是截止。例如，其段數(shù)碼管的a、b、c、d、e

24、、f、導(dǎo)通，g截止，則顯示0.這對(duì)這種顯示方式每一位都要有一個(gè)8位輸出口控制，所占硬件較多，一般用于顯示位數(shù)較少（很少）的場(chǎng)合。當(dāng)位數(shù)較多時(shí)，用靜態(tài)顯示所需的I/O過(guò)多，一般采用動(dòng)態(tài)顯示方法。所謂動(dòng)態(tài)顯示，就是逐位地輪流點(diǎn)亮各位顯示器（掃描），對(duì)于每一位顯示器而言，每個(gè)一段時(shí)間點(diǎn)亮一次。顯示器的點(diǎn)亮既與點(diǎn)亮?xí)r的導(dǎo)通電流有關(guān)，也與點(diǎn)亮?xí)r間和間隔時(shí)間比例有關(guān)。調(diào)整電流和時(shí)間參數(shù)，可是實(shí)現(xiàn)亮度較高、較為穩(wěn)定的顯示，同時(shí)可減少工作電流。對(duì)于共陽(yáng)極數(shù)碼管，當(dāng)a、b、c、d、e、f、g、h端接低電平時(shí)，COM位高電平，數(shù)碼管各段全部點(diǎn)亮。例如，想讓數(shù)碼管顯示“1”，就必須使數(shù)碼管的b、c段點(diǎn)亮，其它段熄滅

25、；所以使b、c段為低電平，其它各引腳均為高電平。在設(shè)計(jì)電路時(shí)，可將這幾位分別接到單片機(jī)的引腳上，還要加上限流電阻，這樣就可由程序控制數(shù)碼管的工作情況了。但是如果用一個(gè)端口驅(qū)動(dòng)一個(gè)數(shù)碼管，四位數(shù)碼管就需要四個(gè)空閑端口，而在許多系統(tǒng)中并無(wú)四個(gè)端口可用。此外，使用四個(gè)端口往往使得每一個(gè)數(shù)字都需要獨(dú)立驅(qū)動(dòng)(緩沖)電路和排阻，這將大大增加系統(tǒng)的成本。最常見的解決方案是采用多路復(fù)用顯示。這是指對(duì)于每一個(gè)顯示只驅(qū)動(dòng)1/4時(shí)間。只要在20Hz-50Hz之間循環(huán)所有顯示，由于人眼存在視覺殘留，在這樣的顯示方式下，數(shù)碼管看起來(lái)時(shí)同時(shí)點(diǎn)亮的。在這次課程設(shè)計(jì)中根據(jù)實(shí)際需要采用了七段數(shù)碼管共陽(yáng)極和靜態(tài)顯示方式。搶答器的

26、實(shí)現(xiàn)方式有種多樣，通過(guò)純電子器件搭建電路實(shí)現(xiàn)，如優(yōu)先編碼器，鎖存器，555定時(shí)器譯碼器等，純電子器件實(shí)現(xiàn)沒有軟件參與，調(diào)試簡(jiǎn)單，但是它不易于擴(kuò)展和修改，而且電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)試?yán)щy電子，電子器件管腳很多，實(shí)際搭建起來(lái)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，焊接很容易出錯(cuò)。于是，我想到了用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)體積小價(jià)格低，應(yīng)用方便，穩(wěn)定可靠。單片機(jī)將很多任務(wù)交給了軟件編程去實(shí)現(xiàn)，大大簡(jiǎn)化了外圍硬件電路，使外圍電路的實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單方便。由于單片機(jī)本身不具有軟件編譯測(cè)試的功能，我們需要借助其他軟件編譯，將編譯好的程序置入單片機(jī)內(nèi)。 在實(shí)際電路設(shè)計(jì)中，需要先通過(guò)仿真軟件測(cè)試電路以及編譯的程序，檢查外圍電路設(shè)計(jì)是否合理，軟件編譯是否正確，以及

27、軟件和硬件電路能否正常配合工作，能否準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)所設(shè)計(jì)的功能。在老師的指導(dǎo)下我選擇了常用的單片機(jī)仿真軟件proteus6.9以及keil 進(jìn)行仿真。第四章 電路設(shè)計(jì)4.1 總體設(shè)計(jì)4.1.1 電路原理圖根據(jù)上述分析，設(shè)計(jì)出基于AT89C52單片機(jī)搶答器電路原理圖，工作原理為：電源電路為單片機(jī)以及其他模塊提供標(biāo)準(zhǔn)5V電源。晶振模塊為單片機(jī)提供時(shí)鐘標(biāo)準(zhǔn)，使系統(tǒng)各部分能協(xié)調(diào)工作。復(fù)位電路模塊為單片機(jī)系統(tǒng)提供復(fù)位功能。單片機(jī)作為主控制器，根據(jù)輸入信號(hào)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的控制。選手按下相應(yīng)的按鍵，蜂鳴器發(fā)出提示音，直到按鍵釋放。數(shù)碼管顯示最先按下按鍵選手的編號(hào)。選手回答完畢，主持人按下準(zhǔn)備按鈕，數(shù)碼管清零，蜂

28、鳴器停止發(fā)聲，可以進(jìn)入下一題的搶答。根據(jù)搶答器的基本功能，可以設(shè)計(jì)出如下的單片機(jī)外圍電路：電源選手按鍵數(shù)碼顯示復(fù)位電路振蕩電路AT89C52單片機(jī)聲音提示圖4-1 總體設(shè)計(jì)框圖圖4-1 總體設(shè)計(jì)4.1.2 元件清單表4.1.2 元件清單元件名稱型號(hào)數(shù)量/個(gè)用途元件名稱型號(hào)數(shù)量/個(gè)用途單片機(jī)AT89C521控制核心按鍵8選手輸入晶振12 MHZ1晶振電路按鍵1主持人輸入電容30pF2三極管90151蜂鳴器及其驅(qū)動(dòng)電路電解電容10F/10V1復(fù)位電路蜂鳴器1按鍵1電阻10k1電阻10k1數(shù)碼管1位共陰1顯示電路電源5v/0.5A1電源電路集成塊74LS2451驅(qū)動(dòng)4.2 外部振蕩電路（晶振電路）圖

29、4-2 外部振蕩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)生一正弦波時(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。晶振是石英振蕩器的簡(jiǎn)稱，英文名為Crystal，晶振分為有源晶振和無(wú)源晶振兩種，其作用是在電路產(chǎn)生震蕩電流,發(fā)出時(shí)鐘信號(hào)。它是時(shí)鐘電路中最重要的部件，它的作用是向IC等部件提供基準(zhǔn)頻率，它就像個(gè)標(biāo)尺，工作頻率不穩(wěn)定會(huì)造成相關(guān)設(shè)備工作頻率不穩(wěn)定，自然容易出現(xiàn)問題。由于制造工藝不斷提高，現(xiàn)在晶振的頻率偏差、溫度穩(wěn)定性、老化率

30、、密封性等重要技術(shù)指標(biāo)都很好，已不容易出現(xiàn)故障，但在選用時(shí)仍可留意一下晶振的質(zhì)量。4.3 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)單片機(jī)的第9腳RST為硬件復(fù)位端,只要將該端持續(xù)4個(gè)機(jī)器周期的高電平即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位。復(fù)位后單片機(jī)的各狀態(tài)都恢復(fù)到初始化狀態(tài)，復(fù)位電路是為確保微機(jī)系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠工作必不可少的一部分，復(fù)位電路的第一功能是上電復(fù)位。一般微機(jī)電路正常工作需要供電電源為5V±5%，即4.755.25V。由于微機(jī)電路是時(shí)序數(shù)字電路，它需要穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)，因此在電源上電時(shí)，只有當(dāng)VCC超過(guò)4.75V低于5.25V以及晶體振蕩器穩(wěn)定工作時(shí)，復(fù)位信號(hào)才被撤除，微機(jī)電路開始正常工作。其電路圖如圖所示:圖4-3 復(fù)位

31、電路4.4 顯示電路的設(shè)計(jì)顯示電路使用了七段數(shù)碼管7SEG-COM-CAT-BLUE，它是共陰極的，由高電平點(diǎn)亮。還采用74LS245作為負(fù)載驅(qū)動(dòng)，74LS245不僅具有鎖存功能。它還是一個(gè)8路同相三態(tài)雙向總線收發(fā)器，可雙向傳輸數(shù)據(jù)。圖4-4 顯示電路4.5 按鈕輸入電路的設(shè)計(jì)搶答器的選手按鈕輸入電路如下：圖4-5 搶答按鍵這些常開開關(guān)組成了搶答按鍵，硬件電路簡(jiǎn)單，在程序設(shè)計(jì)上也不復(fù)雜，只要在程序中消除在按鍵過(guò)程中產(chǎn)生的“毛刺” 現(xiàn)象就可以了。這里采用最常用的方法即延時(shí)法，其的原理為：因?yàn)椤懊獭泵}沖一般持續(xù)時(shí)間短，約為幾ms，而按鍵的時(shí)間一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于這個(gè)時(shí)間,所以當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到有按鍵動(dòng)靜后再

32、延時(shí)一段時(shí)間(這里取10ms)后再判斷此電平是否保持原狀態(tài),如果是則為有效按鍵，如果不是則為無(wú)效。4.6 發(fā)聲電路這里能利用程序來(lái)控制單片機(jī)P2.0口線反復(fù)輸出高電平或低電平，即在該口線上產(chǎn)生一定頻率的矩形波，接上揚(yáng)聲器就能發(fā)出一定頻率的聲音，再利用延時(shí)程序控制“高”“低”電平的持續(xù)時(shí)間，就能改變輸出頻率，從而改變音調(diào)，使揚(yáng)聲器發(fā)出不同的聲音。圖4-6 發(fā)聲電路第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)5.1 搶答器流程圖流程圖是使用圖形表示算法的思路是一種極好的方法，不論采用何種程序設(shè)計(jì)方法，程序總體結(jié)構(gòu)確定后，一般以程序流程圖的形式對(duì)其進(jìn)行描述。總體框圖中的各個(gè)子模塊或各個(gè)子任務(wù)也應(yīng)該結(jié)合具體的教學(xué)模型和算法畫

33、出較詳細(xì)的程序流程圖，供后面編寫具體程序和閱讀程序使用。流程圖如下： 開始初始化有選手按鍵？判斷選手顯示選手號(hào)蜂鳴器發(fā)聲主持人按鍵按下？YYNN圖5-1 搶答器主程序流程圖5.2 主程序我所設(shè)計(jì)的搶答器的程序采用的是匯編語(yǔ)言設(shè)計(jì)，本次設(shè)計(jì)的主程序中包括LED顯示程序以及按鍵控制子程序，程序設(shè)計(jì)如下： ORG0000HJMP BEGIN TABLE: ; 共陰極數(shù)碼管顯示代碼表DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H ; 01234DB 6DH,7DH,07H,7FH ; 5678DELAY: MOVR5,#20 ; 延時(shí)20×20ms子程序 LOOP4: MOVR6,#50 LO

34、OP5: MOVR7,#100DJNZR7,$DJNZ6, LOOP5DJNZR5, LOOP4RETBEGIN: MOVP2, #0FFH ;P2口置高電平，準(zhǔn)備接收信號(hào) MOV R4,#0; "R4"的位標(biāo)志值清零。MOVA, R4; "R4"位標(biāo)志值送A寄存AGAIN: MOV DPTR,#TABLE ;共陰極數(shù)碼管代碼表首址送 MOVCA, A+DPTR;取出顯示"0"的代碼送P口顯示 MOV P1, ALOOP1: MOVA,P3;接收P3口的搶答信號(hào)。 CPL A ;搶答信號(hào)求反JZ LOOP1 ;如果沒有搶答信號(hào)再返回L

35、OOP1LOOP2: RRC A;有搶答信號(hào)則逐次移動(dòng)判斷是那一位搶答INC R4 ;每移一次位，R4位標(biāo)志值加1JNC LOOP2;如果沒有遇到搶答信號(hào)返回LOOP1繼續(xù)移位MOV A,R4 ;遇到搶答信號(hào)把R4位標(biāo)志的只送AMOVCA,A+DPTR ;找到相應(yīng)位的顯示代碼MOVP1,A;送P1口顯示LOOP3: JNB P2.2, BEGIN;若主持人按了復(fù)位信號(hào)健則轉(zhuǎn)向程序復(fù)位CPL P2.0;若沒按復(fù)位信號(hào)鍵，則通過(guò)P2.2給出高低信號(hào)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器LCALLDELAY ;調(diào)用延時(shí)程序SJMP LOOP3;P2.2口反復(fù)間隔0.4秒變化，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器 END5.3 中斷程序5.3.1 什么是

36、中斷中斷是指由于某種隨機(jī)事件的發(fā)生，計(jì)算機(jī)暫?，F(xiàn)行的程序的運(yùn)行，轉(zhuǎn)去執(zhí)行另一個(gè)程序，以處理發(fā)生的事件，處理完畢后又自動(dòng)返回原來(lái)的程序繼續(xù)運(yùn)行。有五種中斷源：外部中斷0、外部中斷1、定時(shí)器中斷0、定時(shí)器中斷1、串行中斷。它們的描述如下圖所示：表5-3-1 五種中斷源的表示中斷源符號(hào)名稱終端引起的原因中斷矢量地址INT0外部中斷0由P3.2低電平或下降沿信號(hào)0003HT0定時(shí)器中斷0定時(shí)/計(jì)數(shù)器0回零溢出P3.40013HINT1外部中斷1由P3.3低電平或下降沿信號(hào)000BHT1定時(shí)器中斷1定時(shí)/計(jì)數(shù)器1回零溢出P3.5001BHTI/RI串行中斷串行口接收或發(fā)送完幀數(shù)據(jù)引起的中斷0023H5.

37、3.2 中斷所用到的寄存器介紹定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中所介紹的寄存器：（1）、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制寄存器TCONTCON的作用是控制定時(shí)器的啟動(dòng)停止，標(biāo)志定時(shí)器的溢出和中斷情況；（2）、中斷允許控制寄存器IE對(duì)中斷源的開放或屏蔽是由中斷寄存器IE控制的，地址為0A8H，即可以按字節(jié)尋址，也可以按位尋址。當(dāng)單片機(jī)復(fù)位時(shí)，IE被清零。（3）、串行控制寄存器SCON定時(shí)/計(jì)數(shù)器的控制方法：在啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作之前CPU必須將一些命令（稱為控制字）寫入定時(shí)/計(jì)數(shù)器中，這個(gè)過(guò)程稱為定時(shí)/計(jì)數(shù)的初始化。（定時(shí)/計(jì)數(shù)器的初始化通過(guò)定時(shí)/計(jì)數(shù)器的方式寄存器TMOD和控制寄存器TCON來(lái)完成。 定時(shí)/計(jì)數(shù)器方式寄存器TMOD表5-3-2 選擇定時(shí)方式表GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0定時(shí)器1 定時(shí)器0M1M0工作方式功能說(shuō)明00方式013位計(jì)數(shù)器01方式116位計(jì)數(shù)器10方式2自動(dòng)再裝入8位計(jì)數(shù)器11方式3定時(shí)器0：分成兩個(gè)8位計(jì)數(shù)器；定時(shí)器1：停止計(jì)數(shù)中斷程序的編寫的步驟：（1）、根據(jù)要求設(shè)置IE（中斷允許寄存器）的對(duì)應(yīng)位EA（EA總中斷允許位 EA=1開放所有的中斷；EA=0禁止所有的中斷），某個(gè)中斷源還有相應(yīng)的中斷允許位、當(dāng)=1時(shí)：允許相應(yīng)中斷源的中斷；、當(dāng)=0時(shí)：禁止相應(yīng)中斷源的中斷；（2）