【正文】 有選手的得分，初始狀態(tài)下得分都為10。主持人按下開始鍵，進(jìn)入5秒預(yù)備搶答的倒計時階段，每一秒會響鈴提示。在5秒結(jié)束前有選手搶答判定為犯規(guī)，屏幕顯示犯規(guī)選手編號，主持人按下復(fù)位鍵進(jìn)入下一輪搶答。預(yù)備時間結(jié)束后進(jìn)入15秒倒計時的搶答階段，有選手率先搶答時倒計時停止，屏幕顯示搶答成功的選手編號，并鎖定鍵盤，使其他選手的搶答無效。此時搶答成功的選手進(jìn)行答題，答題結(jié)束后主持人可以為該選手加分或減分（也可以既不加分也不減分），之后由主持人按復(fù)位鍵進(jìn)行下一輪搶答，此時屏幕顯示所有選手的得分。如一直無人搶答，在最后5秒倒計時的每一秒會響鈴提示，直到倒計時結(jié)束還無人搶答，則屏幕顯示無人搶答，主持人復(fù)位進(jìn)入下一輪搶答。（1）主控芯片選擇方案根據(jù)以上我們提出的需求，搶答器系統(tǒng)的主控芯片可以有多種選擇方案。嵌入式微處理器一般可分為四類，嵌入式微處理器（MPU）、嵌入式微控制器（MCU）、嵌入式DSP（DSP）、嵌入式片上系統(tǒng)（SoC）[[] 王曉春. 嵌入式系統(tǒng)技術(shù)基于ARM的嵌入式系統(tǒng)[M]. 高等教育出版社, 2010 :34.]。這些處理器都可以用于本設(shè)計。除此之外，可編程邏輯器件（FPGA/CPLD）也可以用來作為主控芯片。在本設(shè)計中，我們用MCU（又稱單片機(jī)）中較為常見的8051系列單片機(jī)作為主控芯片。該芯片相較于DSP、FPGA、ARM等芯片簡單易用、價格便宜，而且完全能夠滿足本設(shè)計的要求。能夠加快我們設(shè)計的進(jìn)程、節(jié)約設(shè)計成本。本設(shè)計中使用的主控制器是宏晶科技生產(chǎn)的STC89C51RC。該產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)易用，價格便宜，是新一代超強(qiáng)抗干擾、高速、低功耗的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機(jī)。該型號單片機(jī)有LQFP4PDIP、PLCC、PQFP四種封裝，在本次設(shè)計中我們采用PDIP40這種封裝，其外部結(jié)構(gòu)圖如圖23所示[[] 宏晶科技. STC89C52RC使用手冊[EB/OL]. 2007: 5.]。圖23 STC89C52RC外部結(jié)構(gòu)圖Fig. 23 STC89C52RC external structure主要功能特性：l 8K的Flash程序存儲器可擦寫100000次以上l 512字節(jié)的RAM數(shù)據(jù)存儲器l EEPROM功能l 工作頻率范圍：040MHzl 通用I/O口（32個），復(fù)位后為：P1/P2/P3是準(zhǔn)雙向口（普通8051傳統(tǒng)I/O口）P0是開漏輸出，作為總線擴(kuò)展用時，不加上拉電阻，做I/O口時需要加上拉電阻。l ISP/IAP，無需專用編程器/仿真器可通過串口（）直接下載用戶程序。l 看門狗l 共3個16位定時器/計數(shù)器，其中定時器0還可當(dāng)成2個8位定時器使用。l 外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷。可行性分析：從上述單片機(jī)的基本參數(shù)來看，STC89C552RC單片機(jī)擁有8K的程序空間，對于本設(shè)計而言是完全足夠的。而且本設(shè)計中除了液晶模塊為了保證顯示無延遲用了并行方式傳輸數(shù)據(jù)外，其它模塊采用了盡量節(jié)省I/O口的設(shè)計思路，能保證單片機(jī)的I/O口足夠。而且有3個定時器，本設(shè)計只需用到1個。綜上所述，STC89C52單片機(jī)能夠滿足設(shè)計需求。（2）搶答器顯示模塊選擇方案在搶答器系統(tǒng)運行的整個過程中都伴隨著信息的顯示，選擇一種合理的信息顯示方式能給我們的設(shè)計帶來方便。本設(shè)計中可用的顯示設(shè)備有數(shù)碼管、液晶。數(shù)碼管結(jié)構(gòu)簡單，易于控制，程序算法也相對簡單，缺點是數(shù)碼管占用端口資源多。液晶顯示（LCD）由于具有可編程驅(qū)動、接口控制方便、體積小、功耗低、具有良好的可視化人機(jī)界面等優(yōu)點，在各種電子設(shè)備中得到廣泛使用[[] 陶慶紅. 談單片機(jī)控制的液晶顯示控制[J]. 科學(xué)與財富, 2011(5).]。本設(shè)計考慮到需要顯示的內(nèi)容較多，用數(shù)碼管作為顯示模塊需要占用很多端口資源，所以本設(shè)計采用帶字庫的12864液晶作為顯示模塊，利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面[[] 韓成, 張延偉. 拿來就用單片機(jī)[M]. 北京市:人民郵電出版社, 2008 :64.]。它的外部結(jié)構(gòu)圖如圖24所示。圖24 12864外部結(jié)構(gòu)圖Fig. 24 12864 external structure該液晶模塊可顯示84行1616的漢字，也可以顯示12864像素的圖形。其基本特性：l 低電源電壓（VDD：++）。l 顯示分辨率：12864點。l 內(nèi)置漢字庫，提供8192個1616點陣漢字。l 內(nèi)置128個168點陣字符。l 2MHz始終頻率。l 顯示方式：STN、案頭、正顯。l 視角方向：6點。l 通訊方式：串行、并行可選。LCD12864的引腳功能表21所示。表21 12864引腳說明Table 21 12864 pin description引腳號引腳名稱功能說明1GND電源地2VCC電源正端3V0對比度調(diào)整4RS（CS）并行數(shù)據(jù)/指令選擇型號；串行片選信號5R/W（SID）并行讀寫選擇信號；串行的數(shù)據(jù)口6E（CLK）并行使能信號；串行同步時鐘714DB0DB7數(shù)據(jù)0數(shù)據(jù)715PSB并/串行接口選擇：H并行 L串行16NC空腳17/RST復(fù)位 低電平有效18VOUT倍壓輸出腳（VDD=+）19LED_A背光源正極（LED+5V）20LED_K背光源負(fù)極（LED0V）在本設(shè)計中我們采用并行的方式在單片機(jī)和12864?？熘g通信。8為并行連接時序圖如圖25和圖26所示。圖25 MPU寫資料到模塊Fig. 25 MPU write data to the module圖26 MPU讀出資料Fig. 26 MPU read data可行性分析：本設(shè)計中需要顯示的信息有倒計時的顯示，選手分?jǐn)?shù)顯示，搶答成功和犯規(guī)的顯示。由ST7920驅(qū)動的12864液晶，能夠顯示漢字、圖形、數(shù)字、字母以及其他ASCII字符，完全能夠滿足本設(shè)計的需求。（3）搶答器鍵盤的選擇方案在一個單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，鍵盤是系統(tǒng)中并不可少的輸入設(shè)備，是控制系統(tǒng)與操作人員對話的窗口。鍵盤通常有兩種結(jié)構(gòu)形式：線性鍵盤和矩陣鍵盤。在不同的場合下，這兩種鍵盤都得到了廣泛的應(yīng)用，線性鍵盤是由若干獨立的按鍵構(gòu)成，每個按鍵的一端與單片機(jī)的一個I/O口相連[[] 王懷瑞, 頊慶坤. 單片機(jī)I/O口鍵盤擴(kuò)展方法[C]. 冶金自動化, 2004.]。有幾個按鍵就要有幾根連線與單片機(jī)的I/O口相連，因此，線性鍵盤一般只適用于按鍵較少的場合。矩陣式鍵盤的按鍵是按N行M列排列，每個按鍵在行列的一個交點上，需要的I/O口數(shù)目是N+M，能提供的最大按鍵數(shù)是NM。顯然，用矩陣鍵盤可以有效減少單片機(jī)I/O口的連線數(shù)，簡化結(jié)構(gòu)，是一般單片機(jī)常用的鍵盤結(jié)構(gòu)。根據(jù)矩陣鍵盤的識鍵和譯鍵方法的不同，矩陣鍵盤又分為非編碼鍵盤和編碼鍵盤兩種。非編碼鍵盤是用軟件的方法識鍵和譯鍵。根據(jù)按鍵掃描方法的不同，可以分為掃描行法、掃描列法和反轉(zhuǎn)法3種。編碼鍵盤是用硬件來實現(xiàn)按鍵的掃描和識別，一般使用專用接口芯片，在硬件上要求較高。行列式鍵盤有節(jié)省I/O口的優(yōu)點?？紤]到本設(shè)計所需的按鍵較多，為了節(jié)省端口資源，降低硬件要求本設(shè)計采用非編碼行列式鍵盤。（4）發(fā)聲模塊選擇方案有源蜂鳴器和普通揚聲器相比，最重要一個特點是只要按照極性要求加合適的直流電壓，就可以發(fā)出固有頻率的聲音，因此使用起來比揚聲器簡單[[] 徐瑋, 彭敏芳, 魏巍, 等. 輕松學(xué)PIC之蜂鳴器和繼電器[J]. 電子制作, 2010(5):7071.]。由此可知，有源蜂鳴器的控制和LED的控制對單片機(jī)而言是沒有區(qū)別的。無源蜂鳴器則要交流驅(qū)動，改變驅(qū)動頻率可以奏簡單音樂。本設(shè)計中的發(fā)聲裝置只需要發(fā)出固定頻率的提示音即可，無需改變發(fā)聲的頻率。為求簡化軟件設(shè)計，本設(shè)計中選用有源蜂鳴器作為發(fā)聲裝置。可行性分析：發(fā)聲模塊在本設(shè)計中用于報警，只要能夠發(fā)出一定頻率的提示音即可。使用蜂鳴器即可滿足設(shè)計需求。C語言和匯編語言是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)常用的編程工具。C語言是一種高級編程語言。早在1985年便出現(xiàn)了51單片機(jī)專用的C語言，簡稱C5l。C51除了遵循一般C語言的語法規(guī)則外，還有自身的特點。它增加了變量數(shù)據(jù)類型(如bit、sb)、中斷服務(wù)函數(shù)(如interrupt n)，對80C5l單片機(jī)的特殊功能寄存器的定義是C51特有的，是對標(biāo)準(zhǔn)C語言的擴(kuò)展。C語言作為一種高級語言，接近人的自然語言，編寫的程序與人們通常的思路相近，而且不依賴于計算機(jī)的結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)，是面向過程而且獨立于機(jī)器的通用語言，容易學(xué)習(xí)、通用性好、便于移植。匯編語言是為了方便使用而設(shè)計的一種符號語言。它用易于理解和記憶的英文名稱或縮寫形式(助記符)來表示二進(jìn)制指令。指令助記符、語句標(biāo)號、數(shù)據(jù)變量、偽指令以及它們的使用規(guī)則構(gòu)成了整個匯編語言的內(nèi)容。匯編語言的程序占用內(nèi)存少，執(zhí)行速度快，并且可以直接對硬件進(jìn)行編程，能夠充分發(fā)揮計算機(jī)的硬件功能。它是計算機(jī)所能提供的最快、最有效的語言。主要應(yīng)用在實時性要求高、對硬件設(shè)備進(jìn)行控制的場合。使用C語言與使用匯編語言相比：不需要掌握8051系列單片機(jī)的指令集，只需了解單片機(jī)內(nèi)部特殊功能寄存器的用途；編程人員不必考慮寄存器的分配和尋址方式等細(xì)節(jié)，都有編程器自動進(jìn)行管理；利于結(jié)構(gòu)化編程，易于維護(hù)；由于可以實現(xiàn)模塊化編程技術(shù)，大量例程直接調(diào)用，節(jié)省開發(fā)時間，提高效率[[] 徐小菲, 劉輝. 基于單片機(jī)C語言和匯編語言程序[J]. 青春歲月, 2012(6):362.]。基于以上所講述的在單片機(jī)領(lǐng)域中的C語言和匯編語言編程各自的優(yōu)缺點。考慮到本設(shè)計整體結(jié)構(gòu)簡單，生成的代碼占用空間小，一般的單片機(jī)足以滿足需求，并且對時序的要求不高。所以采用C語言編寫程序能更方便快捷的完成我們的設(shè)計，并且具有良好的可移植性，方便以后移植系統(tǒng)到其他硬件設(shè)備上。在集成開發(fā)環(huán)境(IDE)上我們選擇目前最流行的Keil C51，KeilC51是Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案。如果你使用C語言編程，那么Keil幾乎就是你的不二之選。Keil C51生成目標(biāo)代碼的效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。Proteus軟件是Lab Center Electronics公司的一款電路設(shè)計與仿真軟件，它包括ISIS，ARES等模塊，它能仿真大量的單片機(jī)芯片，比如MCS51系列，PIC系列等等，以及單片機(jī)外圍電路[[] 蔡朝陽. 單片機(jī)控制實習(xí)于專題制作[M]. 北京航空航天大學(xué)出版社, 2006.]。通過Proteus軟件的使用我們能很容易獲得一個強(qiáng)大，方便的單片機(jī)實驗系統(tǒng)。同時Proteus兼有PCB板繪制的功能。并且Proteus與Keil的結(jié)合使用能很方便的完成單片機(jī)的調(diào)試工作。作為目前市場上最流行的單片機(jī)仿真軟件，它的好處是資源豐富，在網(wǎng)上能獲得最多的技術(shù)支持與幫助。本設(shè)計即是采用Keil作為集成開發(fā)環(huán)境，以Proteus作為仿真原理圖、PCB設(shè)計工具。第3章 硬件設(shè)計本設(shè)計包含了硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩部分，兩者緊密結(jié)合，不可分離。硬件設(shè)計是這個系統(tǒng)運行的基礎(chǔ)，沒有硬件一切都無從談起。軟件設(shè)計是系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)的核心，在硬件的基礎(chǔ)上軟件控制著系統(tǒng)的運作，實現(xiàn)系統(tǒng)的功能。隨著技術(shù)的發(fā)展，硬件電路的集成度越來越高，各種功能強(qiáng)大的芯片降低了硬件設(shè)計的復(fù)雜程度。為是硬件電路設(shè)計更加合理，應(yīng)注意以下幾個方面：（1）盡量使用集成度更高功能更強(qiáng)的芯片，以簡化電路。功能更強(qiáng)大的芯片能只占用較少的端口資源就完成同樣的甚至是跟多的功能。本設(shè)計中除了主控制芯片以外，顯示模塊采用了一塊高度集成的12864液晶，在兼顧顯示界面的友好美觀的情況下極大程度的簡化了硬件電路的設(shè)計工作，而且節(jié)約了單片機(jī)的I/O端口。（2）留有一定設(shè)計余地。在硬件設(shè)計是，往往不是一次成型的?？紤]到以后修改擴(kuò)展的方便。要留有一定的余地，以避免為了一點小小的修改而全面返工。本次設(shè)計采用的硬件電路均在一塊開發(fā)板上，硬件電路已經(jīng)經(jīng)過生產(chǎn)廠商的測試，比較可靠，可以放心的使用，將更多經(jīng)歷投入到軟件的設(shè)計過程中去。（3）程序空間。應(yīng)該選擇內(nèi)部程序空間足夠大的單片機(jī)。所以你需要估計自己設(shè)計程序的復(fù)雜程度，選擇相匹配的單片機(jī)。本設(shè)計所采用STC89C52RC單片機(jī)擁有8K的程序空間，基本上能夠滿足電子搶答器的設(shè)計所需的空間大小。（4）RAM空間，單片機(jī)內(nèi)部的RAM空間不多。如果片內(nèi)空間不夠就需要增加片外RAM，設(shè)計時需要預(yù)留I/O接口。在本設(shè)計中，系統(tǒng)的功能簡單，已有的單片機(jī)完全可以滿足需要，無需考慮這個問題。（5）I/O端口：在設(shè)計的初期就要對各個I/O口資源合理分配，可以預(yù)留若干備用，也許在后期的調(diào)試過程中就會派上用場。在本設(shè)計中使用的開發(fā)板上硬件電路已經(jīng)固定，I/O端口的分配也很合理，無需再重新分配I/O端口。本次設(shè)計的總體硬件電路原理圖如圖31所示。圖31硬件電路原理圖Fig. 31 hardware circuit principle diagram圖21中主控制器為STC89C52RC單片機(jī)，顯示模塊為一塊集成的LCD12864液晶。由于采用并行傳輸數(shù)據(jù)，液晶模塊的DB0DB7接單片機(jī)P0口。、R/、。所有的按鍵全部在接在P3口的鍵盤陣列中，第一行和第二行按鍵為8為選手的搶答按鍵，第三行是主持人控制按鍵，左一為加分鍵、左二為減分鍵、左三為開始鍵、左四為復(fù)位鍵。BUZ1為蜂鳴器，作為系統(tǒng)中的響鈴提示功能。單片機(jī)與其他微機(jī)一樣，它的各種操作都是按著節(jié)拍有序的工作的。89C51內(nèi)部有一個高增益反響放大器，用于構(gòu)成振蕩器。反相放大器的輸入端為XTAL1，輸出端為XTAL2，兩斷跨接石英晶體及兩個電容就可以構(gòu)成穩(wěn)點的自己振蕩器。時鐘電路如圖22所示。圖3