智能抢答器的设计-毕业论文-

1、摘要 摘 要 抢答器作为一种工具，已广泛应用于各种智力和知识竞赛场合。但抢答器的使用频 率较低，且有的要么制作复杂，要么可靠性低。作为一个单位，如果专门购一台抢答器 虽然在经济上可以承受，但每年使用的次数极少，往往因长期存放使（电子器件的）抢 答器损坏，再购置的麻烦和及时性就会影响活动的开展，因此设计了本抢答器。 本设计是以八路抢答为基本理念。考虑到依需设定限时回答的功能，利用 80C51 单 片机及外围接口实现的抢答系统，利用单片机的定时器/计数器定时和计数的原理，将 软、硬件有机地结合起来，使得系统能够正确地进行计时，同时使数码管能够正确地显 示时间。用开关做键盘输出，扬声器发声提示。同时

2、系统能够实现：在抢答中，只有开 始后抢答才有效，如果在开始抢答前抢答为无效；抢答限定时间和回答问题的时间可在 1-99s 设定；可以显示是哪位选手有效抢答和无效抢答，正确按键后有音乐提示；抢答 时间和回答问题时间倒记时显示，满时后系统计时自动复位及主控强制复位；按键锁定， 在有效状态下，按键无效非法。 关键词：80C51，LED 数码管，抢答器，计时 目 录 第一章 绪 论.1 1.1课题研究的相关背景.1 1.2选题的目的和意义.1 1.3课题研究的内容.1 1.4国内外研究现状.2 1.5抢答器目前存在的主要问题.2 第二章抢答器的系统概述.3 2.1 系统的主要功能 .3 2.2 系统需

3、求分析 .4 2.3 抢答器的工作流程 .4 2.4 抢答器的工作过程 .5 2.5 80C51 特殊功能寄存器.6 2.6 80C51 的功能及简介.7 2.7 抢答器的优点及组成 .8 2.8 本章小结 .8 第三章系统总体方案的设计.9 3.1 硬件电路的设计 .9 3.2 总体原理图 .10 3.3 时钟频率电路的设计 .10 3.4 复位电路的设计 .11 3.5 显示电路的设计 .12 3.6 键盘扫描电路的设计 .13 3.7 发声电路 .15 3.8 本章小结 .15 第四章软件设计.16 4.1 主程序系统结构图 .16 4.2 软件任务分析 .16 4.3 程序流程图 .1

4、7 4.4 主要程序分析 .18 4.5 本章小结 .28 第五章 PROTEUS 7 PROFESSIONAL 仿真系列组图.29 目录 I 5.1 复位图 .29 5.2 设置计时时间 .29 5.3 非法抢答并显示座号 .29 5.4 抢答成功并显示倒计时 .30 5.5 本章小结 .30 第六章总结与展望.31 6.1 总结 .31 6.2 展望 .31 参 考 文 献.32 致 谢.33 贵州航天职业技术学院毕业论文 0 第一章 绪 论 1.1课题研究的相关背景 抢答器是一种应用非常广泛的设备，在各种竞赛、抢答场合中，它能迅速、客观地 分辨出最先获得发言权的选手。早期的抢答器只由几个

5、三极管、可控硅、发光管等组成， 能通过发光管的指示辩认出选手号码。现在大多数抢答器均使用单片机(如MCS-51型) 和数字集成电路，并增加了许多新功能，如选手号码显示、抢按前或抢按后的计时、选 手得分显示等功能。 本课题利用80C51单片机及外围接口实现的抢答系统，利用单片机的定时器/计数器 定时和计数的原理，将软、硬件有机地结合起来，使得系统能够正确地进行计时，同时 使数码管能够正确地显示时间和选手号码。用开关做键盘输出，扬声器发声提示。系统 达到要求：在抢答中，只有开始后抢答才有效，如果在开始抢答前抢答为无效；抢答限 定时间和回答问题的时间可设在1-99s设定；可以显示是哪位选手有效抢答和

6、无效抢答， 正确按键后有音乐提示；抢答时间和回答问题时间倒记时显示，时间完后系统自动复位； 按键锁定，在有效状态下，按键无效非法1。 1.2选题的目的和意义 通过这次设计，掌握 80C51 单片机的原理，了解简单多功能抢答器组成原理，初步 掌握多功能抢答器的调整及测试方法，提高动手能力和排除故障的能力。同时通过本课 题设计与仿真进行调试，提高自己的动手能力，巩固已学的理论知识，建立单片机理论 和实践的结合，了解多功能抢答器各单元电路之间的关系及相互影响，从而能正确设计、 计算定时计数的各个单元电路。 1.3课题研究的内容 本系统采用模块化设计智能抢答器，在抢答比赛中广泛应用，各组分别有一个抢答

7、 按钮。主持人有开始和结束、复位键。在后台主持人可以修改，抢答时间和选手回答问 题的时间设置，原始状态下抢答时间为 20s，回答问题时间为 30s。通过加键和减键修 改 贵州航天职业技术学院毕业论文 1 上述时间，改完后结束键确定。新时间开始有效，主持人按键开始后，选手开始抢 答为有效，数码显示屏显示抢答时间倒计时和选手号，在最后五秒扬声器发声提示。如 果主持人没有按下开始键而选手就抢答视为犯规，数码显示屏显示犯规者的代号，扬声 器持续发声。主持人可按键结束，新一轮抢答开始。 通过研究并在设计验证后发现，采用单片机技术设计的抢答器与目前常用的抢答器 相比，首先，电路连接简单，因为大多数功能单元

8、都通过程序设计在单片机内部，第二， 工作性能可靠，抗干扰能力优于目前抢答器。所以本研究是一个实用的工程设计，具有 创新性。 1.4国内外研究现状 抢答器作为一种电子产品，早已广泛应用于各种智力和知识竞赛场合，但目前所使 用的抢答器有的电路较复杂不便于制作，可靠性低，实现起来很困难；有的则用一些专 用的集成块，而专用集成块的购买又很困难。为适应高校等多代表队单位活动的需要而 设计一个多功能抢答器，这种抢答器具有电路简单，元件普通，易于购买等优点，很好 地解决了制作者制作困难和难于购买的问题。在国内外已经开始了普遍的应用。 1.5抢答器目前存在的主要问题 随着改革开放事业的不断深入，促使人们学科学

9、、学技术、学知识的手段多种多样， 抢答器作为一种工具，已广泛应用于各种智力和知识竞赛场合。但抢答器的使用频率校 低，且有的要么制作复杂，要么可靠性低，减少兴致。作为一个单位若专购一台抢答器 虽然在经济上可以承受，但每年使用的次数极少，往往因长期存放使（电子器件的）抢 答器损坏，再购置的麻烦和及时性就会影响活动的开展。 而且目前多数抢答器存在 3 个不足之处2：第一，现场线路连接复杂。因为每个选 手位于抢答现场的不同位置，每个选手与控制台之间要有长长的连接线。选手越多，连 接线就越多、越乱，这些连接线不仅影响了现场的美观，而且降低了抢答器的可靠性， 增加了安装的难度，甚至影响了现场人员的走动。第

10、二，电路复杂。因为单片机只完成 号码处理、计时、数据运算等功能，其它功能如选手号码的识别、译码、计分显示等仍 只能通过数字集成电路完成。采用单片机扫描技术识别选手抢按号码时，电路的延迟时 间较大。第三，选手抢按成功，但出现没有抢答被记录的问题。 贵州航天职业技术学院毕业论文 2 第二章 抢答器的系统概述 2.1 系统的主要功能 本系统是借用单片机采用模块化设计的八路抢答器，包括 8 路抢答按纽、计时显示、 提示功能等、开始与结束控制按钮、时限设定、各种相关显示调控功能等。 参赛者系统，除享有抢答按纽的权利功能外，还有人性化的提示功能和时间提示功 能，也可设定由主控控制在参赛者终端表现的趣味性功

11、能等；主控系统的控制按钮做开 始与结束控制，根据活动参赛者的层次，对提前抢答者的行为设定为非法或阻隔，若设 有非法抢答控制功能时，在主控处带有公示性显示的非法抡答者的台位号，对抢答限时 及回答问题限时设为倒计时，并有显示提示。 系统的主要功能模块方框图如图 1 所示。 80C51 单片机 4 位 七段 数码 管显 示 声音电路 = 8 路抢答 按键输入 复位电路 开始、结束 按键输入 加一、减一 按键输入 时钟 图 1 系统主要功能模块 本系统采用模块化设计的八路抢答器，在抢答比赛中广泛应用，各组分别有一个抢 答按钮。一共有 8 个按键输入，分别对应 8 路选手的抢答按键。 主持人有开始和结束

12、键。在后台主持人可以修改，抢答时间和选手回答问题的时间 设置，原始状态下抢答时间为 20s，回答问题时间为 30s。通过加键和减键修改上述时 第二章 抢答器的系统概述 3 间， 改完后结束键确定。新时间开始有效，主持人按键开始后，选手开始抢答为有效，数码 显示屏显示抢答时间倒计时和选手号，在最后五秒扬声器发声提示。如果主持人没有按 下开始键而选手就抢答视为犯规，数码显示屏显示犯规者的代号，扬声器持续发声。主 持人可按键结束，新一轮抢答开始。 单片机是整个抢答器的核心，内部电路设计用汇编语言编写。它完成了时间参数的 设定，抢按号码的译码，保存；显示；输出，抢按及答题倒计时功能等。 本设计中，有一

13、个共阴的数码管组，四个数码管。其中两个显示时间，一个空位， 一个显示抢答号码。主持人依次按下复位键（RESET） ，开始键后开始抢答。可以抢按： 超时数码管显示“FFF” ，当抢按超过规定时间或答题超过规定时间后数码管显示 “FFF” 。若有选手在规定时间内抢按成功，则可以答题，数码管显示抢答时间的同时也 显示选手号码。若在按开始键前抢答表示违规，数码管显示“FF”并显示选手号码。 2.2 系统需求分析 1、在抢答中，只有开始后抢答才有效，如果在开始抢答前抢答为无效。 2、抢答限定时间和回答问题的时间可以在 199s 设定。 3、可以显示是哪位选手有效抢答和无效抢答，正确按键后有音乐提示。 4

14、、抢答时间和回答问题时间倒记时显示，时间完后系统自动复位。 5、抢答限定时间内使用锦囊回答时间将加到 60s。 6、按键锁定，在有效状态下，按键无效非法。 2.3 抢答器的工作流程 抢答器的基本工作原理：在抢答竞赛或呼叫时，有多个信号同时或不同时送入主电 路中，抢答器内部的寄存器工作，并识别、记录第一个号码，同时内部的定时器开始工 作，记录有关时间并产生超时信号。在整个抢答器工作过程中，显示电路、声音电路等 还要根据现场的实际情况向外电路输出相应信号。抢答器的工作流程分为：系统复位、 正常流程、违例流程等几部分，如图2所示，下面分别予以介绍。 贵州航天职业技术学院毕业论文 4 加载程序 运 行

15、 行 开始 开始数码管显 示 FFF 开始抢 按时间倒计时 开始前有选手抢按 显示违例选手号 码并伴有语音报 警 倒计时结 束，超时 有选手 抢按 显示 FFF显示选手号码，倒计 时时间,语音报警，答 题,答题时间倒计时 正常流程违规流程 若超过答题 时间，则数 码管显示 FFF 答题完毕 根据选手表现， 规 则由主持人减分 图2 抢答器工作流程 2.4 抢答器的工作过程 1、如果想调节抢答时间或答题时间，按“加一”键或“减一”键进入调节状态， 此时会显示现在设定的抢答时间或回答时间值，如想加一秒按一下加 1s键，如果想减 一秒按一下“减 1s”键，时间 LED 上会显示改变后的时间，调整范围

16、为 099s， 0s 时 再减 1s 会跳到 99，99s 时再加 1s 会变到 0s。 第二章 抢答器的系统概述 5 2、主持人按抢答开始键，会有提示音，并立刻进入抢答倒计时（预设 20s 抢答时 间） ，如有选手抢答，会有提示音，并会显示其号数并立刻进入回答倒计时（预设 30s 抢答时间） ，不进行抢答查询，所以只有第一个按抢答的选手有效。倒数时间到小于 5s 会每秒响一下提示音。 3、如倒计时期间，主持人想停止倒计时可以随时按“停止”按键，系统会自动进 入准备状态，等待主持人按“抢答开始”进入下次抢答计时。 4、如果主持人未按“抢答开始”键，而有人按了抢答按键，犯规抢答，LED 上不 断

17、闪烁 FF 和犯规号数并响个不停，直到按下“停止” 键为止。 总而言之，本课题利用80C51单片机及外围接口实现的抢答系统设计了抢答器，该 抢答器增加了新功能、提高了系统的可靠性、简化了电路结构、节约了成本，是一个实 用的工程设计。 2.5 80C51 特殊功能寄存器 特殊功能寄存器也称专用寄存器3，是具有特殊功能的所有寄存器的集合，简称 SFR（Special Function Register） 。特殊功能寄存器共含有 21 个不同寄存器。它们的地址 分配在 80HFFH 中，即在 RAM 地址中。这些寄存器的名称和地址见表 2。 表 2 80C51 特殊功能寄存器列表 符号地址注释 *A

18、CCE0H累加器 *BF0H乘法寄存器 *PSWD0H程序状态字 SP81H堆栈指针 DPL82H数据存储器指针低 8 位 DPH83H数据存储器指针高 8 位 *IEA8H中断允许控制器 *IPD8H中断优先控制器 *P080H端口 0 *P190H端口 1 *P2A0H端口 2 *P3B0H端口 3 PCON87H电源控制及波特率选择 *SCON98H串行口控制器 SBUF99H串行数据缓冲器 *TCON88H定时器控制 TMOD89H定时器方式选择 TL08AH定时器 0 低 8 位 TL18BH定时器 1 低 8 位 TH08CH定时器 0 低 8 位 TH18DH定时器 1 高 8

19、位 贵州航天职业技术学院毕业论文 6 注：带*号的特殊功能寄存器都是可以位寻址的寄存器 虽然特殊功能寄存器地址在 80HFFH 之中，但在 80HFFH 的地址单元中，不是所 有的单元都被特殊功能寄存器占用，未被占用的单元，其内容是不确定的，如果对这些 单元进行操作，得到的是一些随机数，而写入则无效。所以，用户编程时不应该将数据 写入这些未确定的地址单元，它们是公司留待将来开发新产品时使用的。 2.6 80C51 的功能及简介 80C51 单片机是 Philips 公司 MC51 系列单片机的一种 8 位单片机。它最大特点是片 内含有存储器，用途十分广泛，特别是在生产便携式商品，手提式仪器等方

20、面，有着十 分广泛的应用4。 80C51 单片机内部主要有以下部件：80C51CPU、振荡电路、总线控制部件、中断 控制部件、片内 ROM、片内 RAM、并行 I/O 接口、定时器和串行 I/O 接口 80C51 单片机内部由 CPU、4KB 的 ROM ，256B 的 RAM，两个 16 位的定时/计数 器 T0 和 T1，4 个 8 位的 I/O 端 P0、P1、P2、P3，一个全双工串行 I/O 接口，5 个中断 源等组成。单片微机内部最核心的部分是 CPU。CPU 主要功能是产生各种控制信号， 控制存储器、输入/输出端口的数据传输、数据的算术运算、逻辑运算以及位操作处理 等，CPU 按

21、其功能可分为运算器和控制器两部分。控制器由程序计数器 PC、指令储存 器、指令译码器、实时控制与条件转移逻辑电路等组成。它的功能是对来自存储器中的 指令进行译码，通过实时控制电路，在规定的时刻发出各种操作所需的内部和外部的控 制信号，使各部分协调工作，完成指令所规定的操作。运算器由算术逻辑器部件 ALU、累加器 ACC、暂存器、程序状态字寄存器 PSW，BCD 码运算调整电路等组成。 为了提高数据处理和位操作功能，片内增加了一个通用寄存器 B 和一些专用寄存 器，还增加了位处理逻辑电路的功能。其内部结构如上图 3 所示。 第二章 抢答器的系统概述 7 外部定 时元件 复位 中断 电源 系统时钟

22、 ROM CPU 定时/计数器 串行 I/O 口 并行 I/O 口 RAM 图 3 80C51 单片机的内部结构图 2.7 抢答器的优点及组成 在知识比赛中，特别是做抢答题目的时候，在抢答过程中，为了知道哪一组或哪一 位选手先答题，必须要设计一个系统来完成这个任务。如果在抢答中，靠视觉是很难判 断出哪组先答题。利用单片机系统来设计抢答器，使以上问题得以解决，即使两组的抢 答时间相差几微秒，也可分辨出哪组优先答题。本文主要介绍了单片机抢答器设计及工 作原理，以及它的实际用途。系统工作原理本系统采用 80C51 单片机作为核心。控制系 统的四个模块分别为：存储模块、显示模块、声音模块、抢答开关模块

23、。该抢答器系统 通过八个个按键输入抢答信号；利用存储程序来完成软件的设计；利用一个 4 位七段共 阴数码管来完成显示功能。工作时，用按键通过开关电路输入各路的抢答信号，经单片 机的处理，输出控制信号，控制 4 位七段共阴数码管和喇叭工作。在数码管上显示哪一 组先答题，从而实现整个抢答过程。 2.8 本章小结 本章主要讲述了抢答器的工作原理和本设计系统的工作流程。在说明工作原理的过 程中，突出了电路的组成单元以及这些单元如何实现抢答功能；在说明系统的流程时， 结合本设计的内容，指出了参数设置的方法和意义。抢答正常流程与违例流程的实现， 以及如何进行抢答控制。同时也说明了抢答器的优点和 80C51

24、 的功能及简介。 贵州航天职业技术学院毕业论文 8 第三章 系统总体方案的设计 3.1 硬件电路的设计 本设计分为硬件设计和软件设计，这两者相互结合，不可分离；从时间上看，硬件 设计的绝大部分工作量是在最初阶段，到后期往往还要做一些修改。只要技术准备充分， 硬件设计的大返工是比较少的，软件设计的任务贯彻始终，到中后期基本上都是软件设 计任务，随着集成电路技术的飞速发展，各种功能很强的芯片不断出现，使硬件电路的 集成度越来越高，硬件设计的工作量在整个项目中的所占的比重逐渐下降。为使硬件电 路设计尽可能合理，应注意以下几方面： (1) 尽可能采用功能强的芯片，以简化电路，功能强的芯片可以代替若干普

25、通芯片， 随着生产工艺的提高，新型芯片的的价格不断下降，并不一定比若干普通芯片价格的总 和高。 (2) 留有设计余地。在设计硬件电路时，要考虑到将来修改扩展的方便。因为很少 有一锤定音的电路设计，如果现在不留余地，将来可能要为一点小小的修改或扩展而被 迫进行全面返工。 (3) 程序空间，选用片内程序空间足够大的单片机，本设计采用 80C51 单片机。 (4) RAM 空间，80C51 内部 RAM 不多，当要增强软件数据处理功能时，往往觉 得不足。如果系统配置了外部 RAM，则建议多留一些空间。如选用 8155 作 I/O 接口， 就可以增强 256 字节 RAM。随着软件设计水平的提高，往往

26、只要改变或增加软件中的 数据处理算法，就可以使系统功能提高很多，而系统的硬件不必做任何更换就使系统升 级换代。 (5) I/O 端口：在样机研制出来后进行现场试用时，往往会发现一些被忽视的问题， 而这些问题不是靠单纯的软件措施来解决的。如有些新的信号需要采集，就必须增加输 入检测端；有些物理量需要控制，就必须增加输出端。如果在硬件电路设计就预留出一 些 I/O 端口，虽然当时空着没用，那么用的时候就派上用场了。 第三章 系统总体方案的设计 9 3.2 总体原理图 图 4 系统原理图 图中 U1 为单片机 80C51，U2 为芯片 74HC30，U3 为芯片 74LS04。K1K8 分别为 8

27、路抢答按键，分别接到单片机的 P1.0P1.7 中。开始按键与结束按键分别接到单片机 的 10、11 脚，由于单片机的 10、11 脚既有串行接口 RXD、TXD 功能，又有 P3.0、P3.1 的 IO 端口功能，此处按键用到单片机 10、11 脚的 IO 端口功能。抢答时间 调整按键和回答时间调整按键分别接到单片机的 13、14 管脚，加一按键和减一按键分 别接到单片机的 15、16 管脚。4 位七段数码管段选 P0 口。4 位七段数码管的位选接 P2 口低 3 位，蜂鸣器输出为 P3.7 口。 3.3 时钟频率电路的设计 单片机必须在时钟的驱动下才能工作。在单片机内部有一个时钟振荡电路，

28、只需要 外接一个振荡源就能产生一定的时钟信号送到单片机内部的各个单元，决定单片机的工 作速度。时钟电路如图 5 所示。 贵州航天职业技术学院毕业论文 10 图 5 外部振荡源电路 一般选用石英晶体振荡器。此电路在加电大约延迟 10ms 后振荡器起振，在 XTAL2 引脚产生幅度为 3V 左右的正弦波时钟信号，其振荡频率主要由石英晶振的频率确定。 电路中两个电容 C1，C2 的作用有两个：一是帮助振荡器起振；二是对振荡器的频率进 行微调。C1，C2 的典型值为 30PF。 单片机在工作时，由内部振荡器产生或由外直接输入的送至内部控制逻辑单元的时 钟信号的周期称为时钟周期。其大小是时钟信号频率的倒

29、数，常用 fosc表示。图中时钟 频率为 12MHz，即 fosc=12MHz，则机器周期为 1s。 3.4 复位电路的设计 单片机的第 9 脚 RST 为硬件复位端，只要将该端持续 4 个机器周期的高电平即可 实现复位，复位后单片机的各状态都恢复到初始化状态，其电路图如图 6 所示： 图 6 复位电路 图 6 中由复位键以及电解电容 C3、电阻 R2 构成按键及上电复位电路。由于单片机 是高电平复位，所以当复位键按下的时候，单片机的 9 脚 RESET 管脚将处于高电平，此 时单片机就处于复位状态。当上电后，由于电容的缓慢充电，单片机的 9 脚电压会逐步 由高向低转化，经过一段时间后，单片机

30、的 9 脚处于稳定的低电平状态，此时单片机上 电就复位完毕，系统程序从 0000H 开始执行。 值得注意的是，在设计当中使用到了硬件复位和软件复位这两种功能，由上面的硬 件复位后的各状态可知寄存器及存储器的值都恢复到了初始值，而前面的功能介绍中提 到了倒计时时间的记忆功能，该功能的实现的前提条件就是不能对单片机进行硬件复位， 第三章 系统总体方案的设计 11 所以设定了软件复位功能。软件复位实际上就是当程序执行完毕之后，将程序指针通过 一条跳转指令让它跳转到程序执行的起始地址。 3.5 显示电路的设计 显示功能与硬件关系极大，当硬件固定后，如何在不引起操作者误解的前提下提供 尽可能丰富的信息，

31、全靠软件来解决。 在这里我们使用的是七段数码管显示，通常在显示上我们采用的方法一般包括两种： 一种是静态显示，一种是动态显示。其中静态显示的特点是显示稳定不闪烁，程序编写 简单，但占用端口资源多；动态显示的特点是显示稳定性没静态好，程序编写复杂，但 是相对静态显示而言占用端口资源少。在本设计中根据实际情况采用的是动态显示方法。 通过查表法，将其在数码管上显示出来，其中 P0 口为字型码输入端，P2 口低 3 位为字选段输入端。在这里我们通过查表将字型码送给 7 段数码管显示的数字。 4 位七段数码管显示电路如图 7 所示。 图 7 共阴极数码管 图 7 中数码管采用的是 4 位七段共阴数码管，

32、其中 AH 段分别接到单片机的 P0 口， 由单片机输出的 P0 口数据来决定段码值，位选码 COM1、COM3、COM4 分别接到单 片机的 P2.0、P2.1、P2.2，由单片机来决定当前该显示的是哪一位。在图中还有八个 1K 的电阻，连接在 P0 口上，用作 P0 口的上拉电阻，保证 P0 口没有数据输出时候处于高 电平状态。 3.6 键盘扫描电路的设计 键盘是人与单片机打交道的主要设备。关于键盘硬件电路的设计方法也可以在文献 和书籍中找到，配合各种不同的硬件电路，这些书籍中一般也会提供相应的键盘扫描程 贵州航天职业技术学院毕业论文 12 序。站在系统监控软件设计的立场上来看，仅仅完成键

33、盘扫描，读取当前时刻的键盘状 态是不够的，还有不少问题需要得到妥善解决，否则，人们在操作键盘时就容易引起误 操作和操作失控的现象。在单片机应用中键盘用得最多的形式是独立键盘和矩阵键盘。 它们都有各自的特点，其中独立键盘的硬件电路简单，而且在程序设计上也不复杂， 一般都用在对硬件电路要求不高的简单电路中；矩阵键盘与独立键盘有很大区别，首先 在硬件电路上它要比独立键盘复杂很多，而且在程序算法上要比它烦琐，而且在触点抖 动按键同与断过程中可能会出现判断错误。应该采用软件去抖方法，即延时重复扫描法， 延时法的原理为：在检测到有按键被按下时，执行一个 10ms 左右（具体时间应该视所 使用的按键进行调整

34、）的延时程序，再确认该键电平是否仍保持闭合状态的电平，若仍 保持闭合状态电平，则确认该键处于闭合状态；同理，在检测到该键释放后，也应该采 用相同的步骤进行确认，从而消除去抖的影响。 在本文设计中采用了独立键盘的方式，本设计中有 8 个抢答按键输入，一个开始按 键、一个结束按键，此外还有抢答时间调整键、回答时间调整键，加一按键、减一按键 各一个。如图 8 所示。 图 8 抢答按键及调整按键 在图 8 中 8 个抢答按键分别接入单片机的 P1.0P1.7 端口，单片机通过读取 P1.0P1.7 的值来判断当前输入的是 8 个抢答按键中的哪一个。抢答时间调整和回答时间调整接到 单片机的 P3.3 和

35、 P3.4 接口，加一及减一按键接到单片机的 P3.5 和 P3.6 接口。 图 9 开始、结束按键 在图 9 中，开始及结束按键接到单片机的 10、11 脚，这里用到了单片机 10、11 脚 第三章 系统总体方案的设计 13 复合功能中的 IO 端口功能，单片机通过读取 10、11 脚的 P3.0、P3.1 的 IO 端口值来判 断当前是否处于抢答开始状态或抢答结束状态。 按键的触点在闭合和断开时均会产生抖动，这时触点的逻辑电平是不稳定的，如不 妥善处理，将会引起按键命令的错误执行或重复执行。现在一般均用软件延时的方法来 避开抖动阶段，这一延时过程一般大于 5ms，例如取 10-20ms。如

36、果监控程序中的读键 操作安排在主程序（后台程序）或键盘中断（外部中断）子程序中，则该延时子程序便 可直接插入读键过程中。如果读键过程安排在定时中断子程序中，就可省去专门的延时 子程序，利用两次定时中断的时间间隔来完成抖动处理。 K1K8 八个按键的输入电平靠 74HC30 输入与非门和 74LS04 反向器组成的电路改变 输入电平。图 10 中电路就是由一个 74HC30 输入与非门和 74LS04 反向器组成的去抖电 路。 图 10 去抖电路 3.7 发声电路 我们知道，声音的频谱范围约在几十到几千赫兹，若能利用程序来控制单片机某个 口线的“高”电平或低电平，则在该口线上就能产生一定频率的矩

37、形波，接上喇叭就能 发出一定频率的声音，若再利用延时程序控制“高” “低”电平的持续时间，就能改变 输出频率，从而改变音调，使喇叭发出不同的声音。 本文设计如图 11 所示。图中单片机的 14 脚输出具有复合功能，此处用到了单片机 17 脚的 IO 端口功能，单片机通过内部定时器的操作实现交替变换的波形输出驱动扬声 器发声。 贵州航天职业技术学院毕业论文 14 图 11 发声电路 3.8 本章小结 本章详细讲述了以 80C51 为核心元件的抢答器的硬件电路具体设计过程，分析了具 体电路。在设计过程中，实现抢答功能的是通过编写程序的方法集成在 80C51 内部。接 着将程序下载到硬件电路中，配合

38、周边的时钟电路，复位电路等，制作出符合设计要求 的抢答器。 第四章 软件设计 15 第四章 软件设计 4.1 主程序系统结构图 系统初始化模块 按键模块 非 法 抢 答 模 块 正 确 抢 答 模 块 调 整 抢 答 时 间 调 整 回 答 时 间 模 块 数码显示模块 图 13 软件系统结构图 4.2 软件任务分析 软件任务分析和硬件电路设计结合进行，哪些功能由硬件完成，哪些任务由软件完 成，在硬件电路设计基本定型后，也就基本上决定下来了5。 软件任务分析环节是为软件设计做一个总体规划。从软件的功能来看可分为两大类： 一类是执行软件，它能完成各种实质性的功能，如测量，计算，显示，打印，输出控

39、制 和通信等，另一类是监控软件，它是专门用来协调各执行模块和操作者的关系，在系统 软件中充当组织调度角色的软件。这两类软件的设计方法各有特色，执行软件的设计偏 重算法效率，与硬件关系密切，千变万化。 软件任务分析时，应将各执行模块一一列出，并为每一个执行模块进行功能定义和 接口定义（输入输出定义） 。在各执行模块进行定义时，将要牵扯到的数据结构和数据 贵州航天职业技术学院毕业论文 16 类型问题也一并规划好。 各执行模块规划好后，就可以监控程序了。首先根据系统功能和键盘设置选择一种 最适合的监控程序结构。相对来讲，执行模块任务明确单纯，比较容易编程，而监控程 序较易出问题。这如同当一名操作工人

40、比较容易，而当一个厂长就比较难了。 软件任务分析的另一个内容是如何安排监控软件和各执行模块。整个系统软件可分 为后台程序（背景程序）和前台程序。后台程序指主程序及其调用的子程序，这类程序 对实时性要求不是太高，延误几十 ms 甚至几百 ms 也没关系，故通常将监控程序（键 盘解释程序） ，显示程序和打印程序等与操作者打交道的程序放在后台程序中执行；而 前台程序安排一些实时性要求较高的内容，如定时系统和外部中断（如掉电中断） 。也 可以将全部程序均安排在前台，后台程序为“使系统进入睡眠状态” ，以利于系统节电 和抗干扰。 4.3 程序流程图 在本设计中包括了以下主要的程序：主程序，查询程序，非法

41、抢答程序，抢答时间 调整程序，回答时间调整程序，倒计时程序，正常抢答处理程序，犯规处理程序，显示 及发声程序。主流程图如 14 所示： 第四章 软件设计 17 显示 FFF 开始键 加一键 减一键 回答 时间 调整抢 答时间 去抖动 非法抢 答处理 显示 犯规 正常 抢答 显示抢答 号并倒计时 Y Y Y 初始化 图 14 程序设计流程图 4.4 主要程序分析 #include #define uint unsigned int #define uchar unsigned char sbit warm=P10; /*定义 P10 端口输出作为控制声音电路*/ sbit grade_exam=

42、P11; /*定义 P11 端口输出作为控制查分键*/ sbit juge=P12; /*定义 P12 端口输出作为控制裁判键*/ sbit grade_add=P13; /*定义 P13 端口输出作为控制加分键*/ sbit begin=P14; /*定义 P14 端口输出作为控制开始倒计时键*/ sbit Wela=P15; /*定义 P15 端口输出作为控制数码管的位选*/ sbit Dula=P16; /*定义 P16 端口输出作为控制数码管的段选*/ 贵州航天职业技术学院毕业论文 18 uchar grade8; uchar num,num0,num1,num2,count_down

43、; uchar succeed,time,start; uchar disp=0 x03,0 x9f,0 x25,0 x0d,0 x99,0 x49, 0 x41,0 x1f,0 x01,0 x19;/*控制数码管段选*/ 4.4 延时程序 void delay(uint xms) uint i,j; for(i=xms;i0;i-) for(j=110;j0;j-); 程序分析；每进入一次程序就延时 xms 微秒，只有 i 等于 0 时程序才结束，表示延时结束。 4.5 中断初始化程序 void init() TMOD=0 x01; TH0=(65536-5000)/256; TL0=(65

44、536-5000)%256; EA=1; ET0=1; 程序分析；此段程序主要提供计时准备。TMOD 主要说明的定时器的工作方式 1，TH0 和 TL0 装入 初始数据，EA 开总中断，ET0 表示开定时器的 0 的中断。 4.6 数码管显示程序 void displaynum(uchar num,uchar num1,uchar num2) uchar ge,shi1,ge1,shi2,ge2,bai1; ge=num; bai1=num1/100; shi1=num1%100/10; ge1=num1%10; shi2=num2/10; ge2=num2%10; Wela=1; P2=0

45、x01; Wela=0; Dula=1; P0=dispge; Dula=0; P0=0 x00; delay(5); Wela=1; 第四章 软件设计 19 P2=0 x02; Wela=0; Dula=1; P0=dispge1; Dula=0; P0=0 x00; delay(5); Wela=1; P2=0 x04; Wela=0; Dula=1; P0=dispshi1; Dula=0; P0=0 x00; delay(5); Wela=1; P2=0 x08; Wela=0; Dula=1; P0=dispbai1; Dula=0; P0=0 x00; delay(5); Wela

46、=1; P2=0 x10; Wela=0; Dula=1; P0=dispge2; Dula=0; P0=0 x00; delay(5); Wela=1; P2=0 x20; Wela=0; Dula=1; P0=dispshi2; Dula=0; P0=0 x00; delay(5); 程序分析；此程序主要是显示数码管。num，num1，num2 分别表示的数组，数组的分数，时间的倒 贵州航天职业技术学院毕业论文 20 计时。首先 ge=num 就是数码管左边第一个显示数组，bai1=num1/100b 表示分数除 100 取整给 bai1 作为百位，shi1=num1%100/10 表示

47、num1 先取余数然后在除 10 取整作为个位，ge1=num1%100 表示 取余数作为个位，时间倒计时原理一样。打开位选（位选是控制那个数码管显示）装进数并把它赋 给 P2 端口这样就能控制数码管亮，关闭位选。打开段选，利用数组将数赋给 P0 端口这样能让相应 的数码管显示相应的数，然后关闭数码管，此后延时。数码管的显示主要利用人眼看到的数码管上 的余光。就这样反复进行，就达到我们想要的结果。 4.7 按键扫描程序 void keyscan() /*检测裁决键*/ if(!juge) start=1; succeed=0; count_down=5; warm=1; delay(30);

48、warm=0; TR0=0; num=0; gradenum=0; /*检测选手的号码程序*/ if(start) if(P3!=0 xff) start=0; warm=1; delay(30); warm=0; switch(P3) case 0 x7f: num=8;succeed=1;break; case 0 xbf: num=7;succeed=1;break; case 0 xdf: num=6;succeed=1;break; case 0 xef: num=5;succeed=1;break; case 0 xf7: num=4;succeed=1;break; case 0

49、 xfb: 第四章 软件设计 21 num=3;succeed=1;break; case 0 xfd: num=2;succeed=1;break; case 0 xfe: num=1;succeed=1;break; default: num=0;succeed=0;break; /*倒计时按键程序*/ if(!begin if(!begin) TR0=1; start=1; warm=1; delay(30); warm=0; while(! begin); /*按键查分程序*/ if(!grade_exam if(!grade_exam) warm=1; delay(30); warm

50、=0; num+; if(num=9) num=1; while(!grade_exam); /*按键加分程序*/ if(!grade_add) / delay(10); if(!grade_add) 贵州航天职业技术学院毕业论文 22 warm=1; delay(30); warm=0; gradenum+=5; if(gradenum=250) gradenum=250; while(!grade_add); 程序分析；此程序主要由裁决按键程序，检测选手号码查程序，倒计时按键程序，按键查分程序 和按键加分程序组成。其中裁决按键相当于总开关，如果检测到裁决键按下则清除单片机中以前所 有的数据，succee 赋值为 0，start 赋值为 1，countdown 赋值为 5，蜂鸣器开始发声 1 秒钟停止， TR0=0 表示停止中断，组数和相应分数分别清零。检测选手号码查程序主要是在裁决键已经按下那 么便开始检测是那一组抢答并显示号码和蜂鸣器发出声音，中断该程序并且 succeed 赋值为 1， 同时进入下一个程序。倒计时按键程序，按下按键的时候蜂鸣器发声音并且中断中止。按键查分 程序主要