单片机原理与接口技术八路抢答器设计

PAGE班级：电子信息工程07-2班学号：07100637姓名：王晓萱同组人：吴杰、蔚金昌八路抢答器设计第1节引言当今的社会竞争日益激烈，选拔人才，评选优胜，知识竞赛之类的活动愈加频繁，那么也就必然离不开抢答器。而现在的抢答器有着数字化，智能化的方向发展，这就必然提高了抢答器的成本。鉴于现在小规模的知识竞赛越来越多，操作简单，经济实用的小型抢答器必将大有市场。本抢答器通过十分巧妙的设计仅用两块数字芯片便实现了数显抢答的功能，与其他抢答器电路相比较有分辨时间极短、结构清晰，成本低、制作方便等优点，并且还有防作弊功能。因此，我们制作了这款简易八路抢答器屏弃了成本高，体积大，而且操作复杂。我们采用了数字显示器直接指示，自动锁存显示结果，并自动复位的设计思想，因而本抢答器具有显示直观，不需要人干预的特点。而且在显示时抢答器会发出叮咚声使效果更为生动。工厂、学校和电视台等单位常举办各种智力竞赛,抢答记分器是必要设备。1.1八路抢答器的概述本人设计的八路数显抢答器具有电路简单、操作方便、灵敏可靠等优点，经使用效果良好的抢答器，它由8个发射器和1个接收器组成，可用于8组或8组以下的智力竞赛中。比赛前，将参赛组从0至7编号，每组发给对应的一个发射器。将接收器放于各组中央或前方。主持人按一下启动键后，抢答开始。此后，哪一组最先按下发射器上的抢答键，接收器就立即显示该组的组号并锁定，同时发出3次清脆的“叮咚”声。以后，按下任何一路抢答键均不起反映。只有主持人再次按动启动键后，才能进行下一次抢答该电路由直流稳压电源、抢答器、倒计时报警与电子计分四部分组成。1.2本设计任务及要求任务要求：根据现有的XL400实验板的电路与原理设计抢答器电路图，电路要求有4位LED数码管和8个输入按键和一个小喇叭。4位数码管输出显示信息，喇叭输出声音提示信息，8个按键作为选手的抢答控制或其它复用控制。1.3系统主要功能(1)系统运行初始状态是显示你的最后3位学号（2V)按主持人按键，响铃提示进入显示抢答题30秒倒计时。A．30秒期间选手选题，显示选手号和进入60s答题倒计时，0s响铃结束，显示开始状态的学号。B．30秒期间选手不选题，则0s响铃结束，显示开始状态的学号。第2节系统硬件设计2.1芯片的选择本设计使用到的元器件包括：AT89C51芯片、数码LED显示器、七段LED数码管的译码。其中AT89C51是系统的核心，它主要负责控制各个部分的协调工作。在其外围接上复位电路，上拉电阻，数码管，按钮以及振荡器。P1.7为开始停止键，p1.0-p1.7为八路抢答输入数码管段选P0口，位选P2口，蜂鸣器输出为P3.3口。2.2工作原理基于这个设计的上述要求，根据功能要求，须设计有抢答电路、译码显示电路、主持人控制电路、定时电路、报警电路，各个电路都有其自己的功能。通过复位按键FW，电路进入就绪状态，等待抢答。然后再由主持人发布抢答命令（按下P1.7按键）同时发光二极管随即变亮，当看到二极管亮，进入倒计时状态和抢答状态。在电路中“1-8”为8路抢答器的8个按键，如果有人按下按键，程序就会判断是谁先按下的，然后从P2口输出抢答者号码的七段码值，经GAL16V8驱动，送到码管显示，并封锁键盘，保持刚才按键按下时刻的时间，禁止其他人按键的输入，从而实现了抢答的功能。如果在设定的时间中没有一个人按下按键，一到时间，则产生报警信号已经超时，不可以抢答。当要进行下一次的抢答时，由主持人先按一下复位按键P1.7，电路复位，进入下一次抢答的就绪状态。AT89C51的管脚图如下示：2.3系统的硬件构成及功能2.3.1抢答器的电路框图

如图11.1所示为电路框图。其工作原理为：接通电源后，主持人将开关拨到“清除”状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定时间；主持人将开关置，“开始”状态，宣布“开始”抢答器工作。定时器倒计时，扬声器给出声响提示。选手在定时时间内抢答时，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。如果再次抢答必须由主持人再次操作"开始、停止"2.3系统的硬件构成及功能2.3.1抢答器的电路框图

如图11.1所示为电路框图。其工作原理为：接通电源后，主持人将开关拨到“清除”状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定时间；主持人将开关置，“开始”状态，宣布“开始”抢答器工作。定时器倒计时，扬声器给出声响提示。选手在定时时间内抢答时，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。如果再次抢答必须由主持人再次操作“开始、停止”状态开关。图11.1抢答器框图图11.2抢答电路的接口电路2.3.2单元电路设计(1)抢答器电路

参考电路如图11.2所示。该电路完成两个功能：一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号；二是禁止其他选手按键操作无效。如有再次抢答需由主持人将S开关重新置,“清除”然后再进行下一次抢答。(2)时序控制电路设计时序控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下功能：

a.主持人将控制开关拨到"开始"位置时，扬声器发声，抢答电路和定时电路进人正常抢答工作状态。

b.当参赛选手按动抢答键时，扬声器发声，抢答电路和定时电路停止工作。(3)复位电路的设计外部中断和内部中断并存，单片机硬件复位端，只要持续4个机器周期的高电平即可实现复位，硬件复位后的各状态可知寄存器以及存储器的值都恢复到了初始值，因为本设计中功能中有倒计时时间的记忆功能，所以不能对单片机进行硬件复位，只能用软件复位，软件复位实际上就是当程序执行完之后，将程序通过一条跳转指令让它完成复位。复位电路如下图示：2.3.3外部震荡电路外部震荡电路单片机必须在AT89C51的驱动下才能工作，在单片机内部有一个时钟震荡电路，只需要外接一个振荡器就能产生一定的时钟信号送到单片机内部的各个单元，外部震荡电路如下图。2.3.4报警电路设计报警电路用于报警，当遇到报警信号时，发出警报。一般喇叭是一种电感性

图11.4报警电路图。8951驱动喇叭的信号为各种频率的脉冲。因此，最简单的喇叭驱动方式就是利用达林顿晶体管，或者以两个常用的小晶体管连接成达林顿架势。在右图中电阻R为限流电阻，在此利用晶体管的高电流增益，以达到电路快速饱和的目的。不过，如果要由P0输出到此电路，还需要连接一个10K的上拉电阻。

选手在设定的时间内抢答时，实现：优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。如果再次抢答必须由主持人再次*作"清除"和"开始"状态开关。图面是数字抢答器的报警电路图。

其中555构成多谐振荡器，振荡频率fo＝1.43/[(RI＋2R2)C]，其输出信号经三极管推动扬声器。PR为控制信号，当PR为高电平时，多谐振荡器工作，反之，电路停振。第3节系统软件设计3.1系统主程序设计为了能够达到抢答的公平、公正、合理，应该在主持人发布抢答命令之前必须先设定抢答的时间，因而在编开始抢答前的程序得先编写设定时间的程序，当时间设好了之后，主持人发布抢答命令按下P1.7按键，程序开始打开定时中断开始倒计时，然后调用键盘扫描子程序，编写键盘扫描程序。当在扫描到有人按下了答题键，马上关闭T0、调用显示程序、封锁键盘。主程序流程图主程序主程序设置抢答时间和回答问题时间定时器及并行口初始化将时间计数器及启动标志值1开中断采并行口数据为0吗？启动标志=1吗？判断抢答组号将抢答组发光二极管点亮判断哪一组为抢答组将抢答组号送显示抢答时间到了吗？输出响铃信号提示超时继续抢答比赛吗？系统返回NYYYNYN（2）主程序清单OKEQU20H;抢答开始标志位RINGEQU22H;响铃标志位ORG0000HAJMPMAINORG000BHAJMPT0INTORG001BHAJMPT1INTORG0040HMAIN:MOVR1,#30;初设抢答时间为30sMOVR2,#60;初设答题时间为60sMOVTMOD,#11H;设置未定时器/模式1MOVTH0,#0F0HMOVTL0,#0FFH;越高发声频率越高,越尖MOVTH1,#3CHMOVTL1,#0B0H;50ms为一次溢出中断SETBEASETBET0SETBET1SETBEX0SETBEX1;允许四个中断,T0/T1/INT0/INT1CLROKCLRRINGSETBTR1SETBTR0;一开始就运行定时器,以开始显示103.如果想重新计数,重置TH1/TL1就可以了;;=====查询程序=====START: MOVR5,#00HMOVR4,#03HMOVR3,#02HACALLDISPLAY;未开始抢答时候显示学号637JBP1.7,STARTACALLBARK;按键发声MOVA,R1MOVR6,ASETBOK;抢答标志位,用于COUNT只程序中判断是否查询抢答MOVR7,#01H;读抢答键数据信号标志MOVR3,#0AH;抢答只显示计时,灭号数AJMPCOUNT;进入倒计时程序,;倒计时程序(抢答倒计时和回答倒计时都跳到改程序)=====COUNT:MOVR0,#00H;重置定时器中断次数MOVTH1,#3CHMOVTL1,#0B0H;重置定时器RECOUNT:MOVA,R6;R6保存了倒计时的时间,之前先将抢答时间或回答时间给R6MOVB,#0AHDIVAB;除十分出个位/十位MOV30H,A;十位存于(30H)MOV31H,B;个位存于(31H)MOVR5,30H;取十位MOVR4,31H;取个位MOVA,R6SUBBA,#07HJNCLARGER;大于5s跳到LARGER,小于等于5s会提醒MOVA,R0CJNEA,#0AH,FULL;1s中0.5s向下运行CLRRINGAJMPCHECKFULL:CJNEA,#14H,CHECK;下面是1s的情况,响并显示号数并清R0,重新计SETBRINGMOVA,R6JZQUIT;计时完毕MOVR0,#00HDECR6;一秒标志减1LARGER:MOVA,R0 CJNEA,#14H,CHECK;如果1s向下运行,否者跳到查"停/显示"DECR6;计时一秒R6自动减1MOVR0,#00HCHECK:JNBP3.1,QUIT;如按下停止键退出;JNBOK,CHECKK;只在回答倒计时才有效AJMPNEXTTNEXTT:ACALLDISPLAYJBOK,ACCOUT;如果是抢答倒计时,如是则查询抢答,否者跳过查询继续倒数(这里起到锁抢答作用)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"停止键"执行的程序CLRRINGAJMPSTARTTRUE1:ACALLBARKMOVA,R2MOVR6,A;抢答时间R2送R6MOVR3,#01HCLROK;因为答题的计时不再查询抢答,所以就锁了抢答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;=====显示程序=====DISPLAY:MOVDPTR,#TAB1;查表显示程序,利用P0口做段选码口输出/P2低三位做位选码输出,MOVA,R3MOVCA,@A+DPTRMOVP2,#0feHMOVP0,AACALLDELAY2MOVDPTR,#TAB2MOVA,R5MOVCA,@A+DPTRMOVP2,#0fdHMOVP0,AACALLDELAY2MOVA,R4MOVCA,@A+DPTRMOVP2,#0fbHMOVP0,AACALLDELAY2RETDELAY1:MOV35H,#08HLOOP0:ACALLDISPLAYDJNZ35H,LOOP0RET;=====延时4236个机器周期DELAY:MOV32H,#12HLOOP:MOV33H,#0AFHLOOP1:DJNZ33H,LOOP1DJNZ32H,LOOPRET;=====延时4236个机器周期(显示用到)=====DELAY2:MOV32H,#43HLOOP3:MOV33H,#1EHMOVA,R7;每隔60~70个机器周期读一次P1口,全为1时为无效数据,继续读,有一个不为1时,转到正常抢答处理JNZAAAA1;没读到有效数据时继续转到AAAA1LOOP2:DJNZ33H,LOOP2DJNZ32H,LOOP3RET；响铃程序T0INT:MOVTH0,#0ECHMOVTL0,#0FFHJNBRING,OUTCPLP3.3;RING标志位为1时候P.6口不短取反使喇叭发出一定频率的声音OUT:RETI;=====T1溢出中断(计时程序)=====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节系统软件仿真4.1用到了keil软件仿真，界面如下：4.2Proteus仿真做好