【正文】 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。如果定時(shí)時(shí)間已到，無(wú)人搶答，本次搶答無(wú)效，系統(tǒng)報(bào)警并禁止搶答，定時(shí)顯示器上顯示 00。 課題的設(shè)計(jì)目的和意義 在許多比賽活動(dòng)中，為了準(zhǔn)確、公正、直觀地判斷出第一搶答者，通常設(shè)置一臺(tái)搶答器，通過(guò)數(shù)顯、燈光及音響等多種手段指示出第一搶答者。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)就是針對(duì)上述各種要求設(shè)計(jì)出的供 8 名選手參賽使用的 電子搶答器。而且可以通過(guò)本次的課程設(shè)計(jì)我們可以學(xué)到關(guān)于單片機(jī)在實(shí)際生活中的設(shè)計(jì) 應(yīng)用，也可以深入地學(xué)習(xí)到單片機(jī)的編程。 7 第 2 章 總體設(shè)計(jì)方案 總體思路 該電路的根本任務(wù) 是 準(zhǔn)確的判斷出第一搶答者的信號(hào) 和搶答的剩余時(shí)間 并將其鎖存。而目前使用的小型搶答器基本上采用小規(guī)模數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)，其功能比較單一，使用起來(lái)也不夠理想。但在各種知識(shí)、智力競(jìng)賽中，電子搶答器又是必不可少的設(shè)備之一。因此研制開(kāi)發(fā)一個(gè)更先進(jìn)、更實(shí)用的電子搶答器顯得很重要。本次的課程設(shè)計(jì)就是為此而做。因此選用單片機(jī)技術(shù)為核心的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)一款數(shù)字搶答器，其技術(shù)、功能等方面都能滿足現(xiàn)行的各種知識(shí)、智力競(jìng)賽的要求。 總體設(shè)計(jì)框圖 圖 總體設(shè)計(jì)框圖 8 系統(tǒng)工作原理 系統(tǒng)主要以單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)了開(kāi)始、復(fù)位功能模塊，搶答功能模塊，倒計(jì)時(shí)顯示模塊和系統(tǒng)報(bào)警模塊。 八 名選手，意 味著是 八 路輸入的數(shù)字搶答器。用 AT89C51的單片機(jī)的 P1口連接系統(tǒng) 八位選手的搶答開(kāi)關(guān) ，而控制輸入信號(hào)從 P3口輸入，分別都是外接了上拉電阻的按鈕構(gòu)成。蜂鳴器只需要接到 ，通過(guò)其電平輸出驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲，達(dá)到報(bào)警的效果。 工作原理軟件的實(shí)現(xiàn)通過(guò)對(duì)各個(gè)按鈕的掃描，實(shí)現(xiàn)搶答的功能，由于掃描時(shí)間相當(dāng)小，所以可以很精確得判斷出那一位選手最先搶答成功和準(zhǔn)確地判斷出那一位選手搶答失敗而導(dǎo)致犯規(guī)，并顯示。在倒計(jì)時(shí)顯示中，我使用了單片機(jī)的串行通信，到事先存好的字形碼傳送到顯示上來(lái)，用的是查表方式。倒計(jì)時(shí)還要一個(gè) 秒單位的脈沖計(jì)時(shí)，系統(tǒng)使用了單片機(jī)內(nèi)部硬件定時(shí)器，實(shí)現(xiàn)延時(shí)一秒的功能，使得倒計(jì)時(shí)以秒為單位準(zhǔn)確地計(jì)時(shí)。 9 第 3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 單片機(jī)的選擇 AT89C51 是美國(guó) ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓、高性能 CMOS8 位單片機(jī)。 AT89C51 芯片不僅包括 CPU、 RAM、 ROM、定時(shí)器、串行口、 I/O接口等主要功能部件之外，還有驅(qū)動(dòng)器、鎖存器、指令寄存器、地址寄存器等輔助部分。 CPU 是單片機(jī)最核心的部分，是單片機(jī)的大腦和心臟，主要完成運(yùn)算和控制功能。 RAM 用于存放變化的數(shù)據(jù)，其地址空間為 256個(gè) RAM 單元，但其 中能作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器供用戶使用的僅有前面 128 個(gè)，后 128 個(gè)被專用寄存器占用。 ROM 用于存放程序和固定不變的常數(shù)等等。通常采用只讀存儲(chǔ)器，且其有多種類型， 在 89 系列單片機(jī)中全部采用閃存、定時(shí) /計(jì)數(shù)器用于實(shí) 現(xiàn)定時(shí)和計(jì)數(shù)功能。 AT89C51 共有四個(gè) 8 位的并行 I/O 口，每個(gè)口都有一個(gè)鎖存器和 1 個(gè)驅(qū)動(dòng)器組成。并行 I/O 口主要用于實(shí)現(xiàn)與外部設(shè)備中數(shù)據(jù)的并航輸入輸出，有些 I/O 口還有其他功能。AT89C51 有 1 個(gè) UART 全雙工異步串行口，用于實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和其他具有相應(yīng)接口的設(shè)備之間的異步串行數(shù)據(jù)傳送。 AT89C51 采用 40Pin 封裝的雙列直接 DIP 結(jié)構(gòu)。 40 個(gè)引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線兩根， 4 組 8 位共 32 個(gè) I/O 口，中斷口線與 P3 口線復(fù)用。 圖 AT89C51 10 LED 顯示器 LED 顯示器是由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件。由圖可知它由 8 個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成，通過(guò)不同的組合可用來(lái)顯示 0~ A~F 及小數(shù)點(diǎn)“ .”等字符。圖中 DP 表示小數(shù)點(diǎn)， COM 表示公共端。數(shù)碼管通常有共陰極和共陽(yáng)極兩種型號(hào)。共陰數(shù)管的發(fā)光二極管陰極必須接低電平，當(dāng)某一發(fā)光二極管的陽(yáng) 極連到高電平時(shí)，此發(fā)光二極管點(diǎn)亮；共陽(yáng)極數(shù)碼管的發(fā)光二極管是陽(yáng)極并接到高電平，須點(diǎn)亮的發(fā)光二極管陰極接低電平即可。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)際就是送一個(gè)用不同電平組合代表的數(shù)據(jù)到數(shù)碼管。 LED 顯示器的驅(qū)動(dòng)是一個(gè)非常重要得問(wèn)題，顯示電路由 LED 顯示器、段驅(qū)動(dòng)電路和位驅(qū)動(dòng)電路組成。由于單片機(jī)的并行口不能直接驅(qū)動(dòng) LED顯示器，所以必須采用專用的驅(qū)動(dòng)電路芯片，使之產(chǎn)生足夠大的電流，顯示器才能正常工作。如果驅(qū)動(dòng)電路能力差，即負(fù)載能力不夠，顯示器亮度不夠，而且驅(qū)動(dòng)電路長(zhǎng)期在超負(fù)荷下工作容易損壞。 LED 顯示器顯示控制方式有兩種：靜態(tài)和動(dòng)態(tài)。本設(shè)計(jì)方案選擇的是動(dòng)態(tài)控制方式。由于一位數(shù)據(jù)的顯示是由段碼和位碼信號(hào)共同配合完成的，因此，要同時(shí)考慮段和位的驅(qū)動(dòng)能力，而且段的驅(qū)動(dòng)能力決定位的驅(qū)動(dòng)能力。 11 圖 顯示器 共陽(yáng)極與共陰極 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì) 單片機(jī)工作的時(shí)間基準(zhǔn)是由時(shí)鐘電路提供的。在單片機(jī)的 XTAL1 和XTAL2 兩個(gè)管腳，接一只晶振及兩只電容就構(gòu)成了單片機(jī)的時(shí)鐘電路。電路中，電容器 C1 和 C2 對(duì)振蕩頻率有微調(diào)作用，通常取（ 30177。10） pF。石英晶體選擇 12MHz。 如圖 圖 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)原理圖 12 復(fù)位電路的設(shè)計(jì) 單片機(jī)的 RST 管腳為主機(jī)提供了一個(gè)外部復(fù)位信號(hào)輸入端口。復(fù)位信號(hào)是高電平有效，高電平有效的持續(xù)時(shí)間為 2個(gè)機(jī)器周期以上。單片機(jī)的復(fù)位方式由上電自動(dòng)復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位兩種。電阻電容器件的參考值R=1K 歐、 C3=10uF。如圖 圖 復(fù)位電路設(shè)計(jì) 13 第 4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案的確定可以把系統(tǒng)軟件按照其功能分為 6的模塊，每個(gè)獨(dú)立的模塊在通過(guò)聯(lián)系程序聯(lián)系成一個(gè)完整的系統(tǒng)程序。 系統(tǒng)的 6的功能模塊分別是： （ 1）主程序模塊 （ 2）數(shù)碼管顯示模塊 （ 3）按鍵掃描輸入模塊 （ 4） 1秒的定時(shí)硬中斷模塊 （ 5） LED 燈輸出顯示模塊 （ 6）蜂鳴器報(bào)警輸出模塊 圖 電子搶答器軟件設(shè)計(jì)模塊 系統(tǒng)應(yīng)用程序設(shè)計(jì) 4. 2. 1 主程序的設(shè)計(jì) AT89C51系列單片機(jī)復(fù)位后，系統(tǒng)一啟動(dòng)，就顯示 00， 這就是系統(tǒng) 14 的初始狀態(tài)。此時(shí)等待復(fù)位鍵的輸入信號(hào)，一直處于掃描 。然后等待開(kāi)始信號(hào)的輸入，同時(shí)掃描所有選手的輸入信號(hào)，檢查是否發(fā)生犯規(guī)。若開(kāi)始鍵按下，則進(jìn)行搶答過(guò)程，主要是掃描各選手的輸入信號(hào)。先產(chǎn)生輸入信號(hào)的選手搶答成功，轉(zhuǎn)到顯示模塊。 主程序流程圖如圖 開(kāi) 始 初 始 化 顯示組號(hào) 開(kāi)音樂(lè) 第 一 組 第 二 組 第 三 組 第 八 組 否 是 是 否 否 是 是 圖 主程序流程圖 4. 2. 2 1秒定時(shí)子程序的設(shè)計(jì) 1S 定時(shí)有硬件定時(shí)和軟件定時(shí)兩種，由于軟件定時(shí)浪費(fèi) CPU的資源，