【正文】 力競(jìng)賽搶答器 ,但絕大多數(shù)是早期設(shè)計(jì)的 ,以模擬電路、 數(shù)字電路或者模擬電路與數(shù)字電路相結(jié)合的產(chǎn)品。這部分搶答器已相當(dāng)成熟 ,但功能越多的電路相對(duì)來(lái)說(shuō)就越復(fù)雜 ,且成本偏高 ,故障高 ,顯示方式簡(jiǎn)單 (有的甚至沒(méi)有顯示電路 ) ,無(wú)法判斷提前搶按按鈕的行為 ,不便于電路升級(jí)換代。近年來(lái)隨著科技的飛速發(fā)展 ,單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入 ,同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測(cè)日新月異。本設(shè)計(jì)就是利用微電腦芯片 (單片機(jī) )作為核心部件進(jìn)行邏輯控制及信號(hào)的產(chǎn)生 ,用單片機(jī)本身的優(yōu)勢(shì)使競(jìng)賽真正達(dá) 到公正、 公平、 公開(kāi)。 搶答器的分類(lèi) 電子搶答器 圖 12 電子搶答器 電子搶答器的中心構(gòu)造一般都是由搶答器由單片機(jī)以及外圍電路組成，其搭配的配件不同又分為，非語(yǔ)音非記分搶答器和語(yǔ)音記分搶答器。 按鈕 多適用于學(xué)校和企事業(yè)單位舉行的簡(jiǎn)單的搶答活動(dòng)。 非語(yǔ)音記分搶答器構(gòu)造很簡(jiǎn)單，就是一個(gè)搶答器的主機(jī)和一個(gè)搶答按鈕組成，在搶答過(guò)程中選手是沒(méi)有記分的顯示屏。 語(yǔ)音記分搶答器是有一個(gè)搶答器的主機(jī)和主機(jī)的顯示屏和選手的記分顯示屏。 電腦搶答器 電腦搶答器又分為無(wú)線電腦搶 答器和有線電腦搶答器。無(wú)線電腦搶答器的構(gòu)成是由：主機(jī)和搶答器專(zhuān)用的軟件和無(wú)線按鈕。 7 圖 12 無(wú)線電腦搶答器 和 有線電腦搶答器 無(wú)線電腦搶答器利用電腦和投影儀，可以把搶答氣氛活躍起來(lái)，一般多使用于電臺(tái)等大型的活動(dòng) 有線電腦搶答器也是由主機(jī)和電腦配合起來(lái)，電腦在和投影儀配合起來(lái)，利用專(zhuān)門(mén)研發(fā)的配套的搶答器軟件，可以十分完美的表現(xiàn)搶答的氣氛 。 設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)任務(wù) 通過(guò)此次設(shè)計(jì)，理解搶答器的基本原理，掌握單片機(jī)在該系統(tǒng)中的應(yīng)用，掌握 LED 顯示的工作原理，掌握 89C51 的接口分配，并 能設(shè)計(jì)出合理的電原理圖，并仿真成功。 8 第 2 章 硬件電路的設(shè)計(jì) 功能要求 本次設(shè)計(jì)要求在熟練使用 51 系列單片機(jī)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出相關(guān)的外圍電路，并利用所選用的常用芯片設(shè)計(jì)出搶答器，要求可通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)調(diào)整搶答器的答題或搶答時(shí)間， LED 顯示器可顯示搶答或答題時(shí)間的倒計(jì)時(shí)，在時(shí)間快要用盡或者有人犯規(guī)的情況下，蜂鳴器可發(fā)出聲音報(bào)警 。 系統(tǒng)功能框圖 圖 22 系統(tǒng)功能框圖 開(kāi)始鍵按下后，搶答倒計(jì)時(shí)開(kāi)始，同時(shí)系統(tǒng)掃描選手搶答按鈕，選手按下按鈕，顯示器顯示選手號(hào)， 同時(shí)進(jìn)入答題計(jì)時(shí)，答題計(jì)時(shí)結(jié)束后，系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位，顯示器顯示“ FFF” 。 硬件主要組成電路 硬件電路主要由 AT89C51 單片機(jī)及其外圍電路（包括復(fù)位電路、外部晶振）按鍵電路、顯示電路、蜂鳴器報(bào)警電路。 電路工作的基本原理 整個(gè)電路由按鍵控制，當(dāng)按下相應(yīng)的按鍵時(shí)，單片機(jī)開(kāi)始工作， 搶答倒計(jì)時(shí)開(kāi)始，同時(shí)系統(tǒng)掃描選手搶答按鈕，選手按下按鈕，顯示器顯示選手號(hào)，同時(shí)進(jìn)入答題計(jì)時(shí)，答題計(jì)時(shí)結(jié)束后，系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位，顯示器顯示“ FFF”。 主控電路的設(shè)計(jì) 關(guān)于 AT89C51 單片機(jī) AT89C51 是 一 種 帶 4K 字 節(jié) 閃 爍 可 編 程 可 擦 除 只 讀 存 儲(chǔ) 器（ FPEROM— Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱(chēng)單片機(jī)。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳 9 相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL的 AT89C51 是一種高效微控制器。 AT89C51 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案 。 其主要特性是 與 MCS51 兼容 、 4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器、 壽命是 1000寫(xiě) /擦循環(huán)、數(shù)據(jù)保留時(shí)間 10 年、全靜態(tài)工作 0Hz24MHz、三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定、 1288 位內(nèi)部 RAM、 32可編程 I/O 線、兩個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、5 個(gè)中斷源、可編程串行通道、低功耗的閑置和掉電模式、片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路，其中由于其具有 32 個(gè) I/O 口，可以滿(mǎn)足此次設(shè)計(jì)的需要，不用在其外部擴(kuò)展 I/O 口。 管腳說(shuō)明： VCC：供電電壓 。 GND：接地 。 P0 口 ： P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開(kāi)路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8 個(gè) TTL門(mén)電流。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫(xiě) 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 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí)P0 外部必須被拉高。 P1 口 ： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4 個(gè) TTL門(mén)電流。 P1口管腳寫(xiě)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口作為第八位地址接收 。 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 4 個(gè) TTL門(mén)電流，當(dāng) P2口被寫(xiě) “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)行讀寫(xiě)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)。 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(mén)電流。當(dāng) P3口寫(xiě)入 “1” 后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： 各 管腳備選功能 ： 10 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） 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) 。 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。 /EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則此期間 訪問(wèn) 外部程序存儲(chǔ)器(0000HFFFFH)，不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。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 訪問(wèn) 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）。 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 。 XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。 振蕩器電路的設(shè)計(jì) 晶振是晶體振蕩器的簡(jiǎn)稱(chēng)，在電氣上它可以等效成一個(gè)電容和一個(gè)電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個(gè)電容的二端網(wǎng)絡(luò)，電工學(xué)上這個(gè)網(wǎng)絡(luò)有兩個(gè)諧振點(diǎn)，以頻率的高低分其中較低的頻率是串聯(lián)諧振，較高的頻率是并聯(lián)諧振。由于晶體自身的特性致使這兩個(gè)頻率的距離相當(dāng)?shù)慕咏谶@個(gè)極窄 的頻率范圍內(nèi)，晶振等效為一個(gè)電感，所以只要晶振的兩端并聯(lián)上合適的電容它就會(huì)組成并聯(lián)諧振電路。這個(gè)并聯(lián)諧振電路加到一個(gè)負(fù)反饋電路中就可以構(gòu)成正弦波振蕩電路，由于晶振等效為電感的頻率范圍很窄，所以即使其他元件的參數(shù)變化很大，這個(gè)振蕩器的頻率也不會(huì)有很大的變化。 晶振有一個(gè)重要的參數(shù)，那就是負(fù)載電容值，選擇與負(fù)載電容值相等的并聯(lián)電容，就可以得到晶振標(biāo)稱(chēng)的諧振頻率。 一般的晶振振蕩電路都是在一個(gè)反相放大器（注意是放大器不是反相器）的兩端接入晶振，再有兩個(gè)電容分別接到晶振的兩端，每個(gè)電容的另一端再接到地，這兩個(gè)電容串 聯(lián)的容量值就應(yīng)該等于負(fù)載電容，請(qǐng)注意一般 IC 的引腳都有等效輸入電容，這個(gè)不能忽略。 一般的晶振的負(fù)載電容為 15p 或 30p，如果再考慮元件引腳的等效輸入電容，則兩個(gè) 22p 的電容構(gòu)成晶振的振蕩電路就是比較好的選擇。 11 圖 252 振蕩電路 復(fù)位電路的設(shè)計(jì) 復(fù)位即是在復(fù)位端加不小于指定寬度的低電平 (低電平復(fù)位 )或高電平 (高電平復(fù)位 )信號(hào)使單片機(jī)的硬件處于初始狀態(tài)。以 MCS51 系列單片機(jī)為例，復(fù)位端為 RST/Vpd,高電平復(fù)位。在振蕩電路運(yùn)行時(shí)，使 RST 引腳至少保持兩個(gè)機(jī)器周期 (24 個(gè)振蕩周期 )高電平，實(shí)現(xiàn)一次復(fù)位動(dòng)作。 CPU 響應(yīng)內(nèi)部復(fù)位，將 ALE和 PSEN 引腳置為輸入方式，并在 RST 端變低以前重復(fù)執(zhí)行內(nèi)部復(fù)位。 圖 253 復(fù)位電路 按鍵電路的設(shè)計(jì) 鍵盤(pán)有兩類(lèi)：一個(gè)是獨(dú)立鍵盤(pán)，另一個(gè)是矩陣鍵盤(pán)。 獨(dú)立鍵盤(pán)的特點(diǎn)是每個(gè)按鍵單獨(dú)占用一個(gè) I/O 口，每個(gè)按鍵工作不會(huì)影響