【正文】 能）。 參賽者系 統(tǒng)，除享有搶答按紐的權(quán)利功能外，還有人性化的提示功能和 時間 提示 功能，也可設(shè)定由主控控制在參賽者終端表現(xiàn)的趣味性功能等；主控系統(tǒng)的控制按鈕做開始與結(jié)束控制，根據(jù)活動參賽者的層次，對提前掄答者的行為設(shè)定為非法或阻隔，若設(shè)有非法 搶答控制功能時，在主控處帶有公示性顯示的非法掄 答者的臺位號，對搶 答限時及回答問題限時設(shè)為倒計時，并有顯示 提示 。 系統(tǒng)的主要功能模塊方框圖如 圖 所示。 圖 系統(tǒng)主要功能模塊 本系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計 的八路 搶答器，在搶 答比賽中廣泛應(yīng)用，各組分別有一個搶答按鈕。 一共有 8 個按鍵輸入，分別對應(yīng) 8 路選手的搶答按鍵。 主持人有開始和結(jié)束鍵。在后臺主持人可以修改，搶答時間和選手回答問題的時間設(shè)置，原始狀態(tài)下?lián)尨饡r間為 20s，回答問題時間為 30s。通過加鍵和減鍵修改上述時間，改完后結(jié)束鍵確定。新時間開始有效，主持人按鍵開始后，選手開始搶答為有效，數(shù)碼顯示屏顯示搶答時間倒計時和選手號，在最后五秒揚聲器發(fā)生提示。如果主持人沒有按下開始鍵而選手就搶答視為犯規(guī)，數(shù)碼顯示屏顯示犯規(guī)者的代號，揚聲器持續(xù)發(fā)生。 AT89C51 4 位七段數(shù)碼管 顯示 聲音電路= 復(fù)位電路 開始、結(jié)束 按鍵輸入 加一、減一 按鍵輸入 時鐘 8 路搶答 按鍵輸入 單片機 課程設(shè)計 4 主持人可按鍵結(jié)束，新一輪搶答開始。 單 片機 是整個搶答器的核心，內(nèi)部電路設(shè) 計用匯編語言編寫。它完成了時間參數(shù)的設(shè)定，搶按號碼的譯碼，保存；顯示； 輸出，搶按及答題倒計時功能等。 本設(shè)計中，有一個 共 陰 的數(shù)碼管組，四個數(shù)碼管。其中兩個顯示時間，一個空位，一個顯示搶答號碼。主持人依次按下復(fù)位鍵（ RESET），開始鍵后開始搶答?？梢該尠矗撼瑫r數(shù)碼管顯示“ FFF” ，當(dāng)搶按超過規(guī)定時間或答題超過規(guī)定時間后數(shù)碼管顯 示 “ FFF”。若有選手在規(guī)定時間內(nèi)搶按成功，則可以答題，數(shù)碼管顯示搶答時間的同時也顯示選手號碼。若在按開始鍵前搶答表示違規(guī)，數(shù)碼管顯示“ FF”并顯示選 手號碼。 系 統(tǒng)需求分析 在搶答中，只有開始后搶答才有效，如果在開始搶答前搶答為無效。 搶答限定時間和回答問題的時間可 以 在 1～ 99s 設(shè)定。 可以顯示是哪 位選手有效搶答和無效搶答，正確按鍵后有 音樂提示。 搶答時間和回答問題時間倒記時顯示，時間完后系統(tǒng)自動復(fù)位。 搶答限定時間內(nèi)使用錦囊回答時間將加到 60s。 按鍵鎖定，在有效狀態(tài)下，按鍵無效非法。 搶答器的工作流程 搶答器的基本工作原理 [4]： 在搶答競賽或呼叫時，有多個信號同時或不同時送入主電路中，搶答器內(nèi)部的寄存器工作，并識別、記錄第一個 號碼，同時內(nèi)部的定時器開始工作，記錄有關(guān)時間并產(chǎn)生超時信號。在整個搶答器工作過程中，顯示電路、 聲音 電路等還要根據(jù)現(xiàn)場的實際情況向外電路輸出相應(yīng)信號 。 搶答器的工作流程分為 ： 系統(tǒng)復(fù)位、正常流程、違例流程等幾部分，如圖 2所示，下面分別予以介紹。 單片機 課程設(shè)計 5 圖 搶答器工作流程 搶答器的工作過程 如果想調(diào)節(jié)搶答時間或答題時間 ， 按 “ 加一 ” 鍵或 “ 減一 ” 鍵進入調(diào)節(jié)狀態(tài) ，此時會顯示現(xiàn)在設(shè)定的搶答時間或回答時間值 ， 如想加一秒按一下 加 1s鍵 ， 如果想減一秒按一下 “ 減 1s” 鍵，時間 LED 上會顯示改變后的時間，調(diào)整范圍為 0~99s， 0s 時加載程序 運 行 行 開始 開始數(shù)碼管顯 示 FFF 開始搶 按時間倒計時 開始前有選手搶按 顯示違例選手號碼并伴有語音報警 倒計時結(jié) 束，超時 有選手 搶按 顯示 FFF 顯示選手號碼，倒計 時時間 ,語音報警，答 題 ,答題時間倒計時 正常流程 違規(guī)流程 若超過答題 時間，則數(shù) 碼管顯示 FFF 答題完畢 根據(jù)選手表現(xiàn)，規(guī) 則由主持人減分 單片機 課程設(shè)計 6 再減 1s 會跳到 99， 99s 時再加 1s 會變到 0s。 主持人按 搶答開始 鍵，會有提示音，并立刻進入搶答倒計時（預(yù)設(shè) 20s 搶答時間），如有選手搶答，會有提示音，并會顯示其號數(shù)并立刻進入回答倒計時（預(yù)設(shè) 30s搶答時間），不進行搶答查詢，所以只有第一個按搶答的選手有效。倒數(shù)時間到小于 5s會每秒響一下提示音。 如倒計時期間，主持人想停止倒計時可以隨時按 “ 停止 ” 按鍵，系統(tǒng)會自動進入準(zhǔn)備 狀態(tài) ， 等待主持人按 “ 搶答開始 ” 進入下次搶答計時。 如果 主持人未按 “ 搶答開始 ” 鍵，而有人按了搶答按鍵，犯規(guī)搶答， LED 上不斷閃爍 FF 和犯規(guī)號數(shù)并響個不停，直到按下 “ 停止 ” 鍵為 止。 總而言之 ， 本課題利用 AT89C51單片機及外圍接口實現(xiàn)的搶答系統(tǒng) 設(shè)計了搶答器，該搶答器增加了新功能、提高了系統(tǒng)的可靠性、簡化了電路結(jié)構(gòu)、節(jié)約了成本，是一個實用的工程設(shè)計。 AT89C51 特殊功能寄存器 特殊功能寄存器也稱專用寄存器 [5]，是具有特殊功能的所有寄存器的集合，簡稱SFR（ Special Function Register）。特殊功能寄存器共含有 22 個不同寄存器。它們的地 址分配在 80H～ FFH 中，即在 RAM 地址中。這些寄存器的名稱和地址見表 。 表 AT89C51特殊功能寄存器列表 符 號 地 址 注 釋 *ACC E0H 累加器 *B F0H 乘法寄存器 *PSW D0H 程序狀態(tài)字 SP 81H 堆棧指針 DPL 82H 數(shù)據(jù)存儲器指針低 8 位 DPH 83H 數(shù)據(jù)存儲器指針高 8 位 *IE A8H 中斷允許控制器 *IP D8H 中斷優(yōu)先控制器 *P0 80H 端口 0 *P1 90H 端口 1 *P2 A0H 端口 2 *P3 B0H 端口 3 PCON 87H 電源控制及波特率選擇 單片機 課程設(shè)計 7 *SCON 98H 串行口控制器 SBUF 99H 串行數(shù)據(jù)緩沖器 *TCON 88H 定時器控制 TMOD 89H 定時器方式選擇 TL0 8AH 定時器 0 低 8 位 TL1 8BH 定時器 1 低 8 位 TH0 8CH 定時器 0 低 8 位 TH1 8DH 定時器 1 高 8 位 注： 帶 *號的特殊功能寄存器都是可以位尋址的寄存器 雖然特殊功能寄存器地址在 80H～ FFH 之中，但在 80H～ FFH 的地址單元中，不是所有的單元都被特殊功能寄存器占用，未被占用的單元，其 內(nèi)容是不確定的，如果對這些單元進行操作 ，得到的是一些隨機數(shù)，而寫入則無效。所以，用戶編程時不應(yīng)該將數(shù)據(jù)寫入這些未確定的地址單元，它們是公司留待將來開發(fā)新產(chǎn)品時使用的。 AT89C51 的功能及簡介 AT89C51 單片機是 ATMAL 公司 89 系列單片機的一種 8 位 Flash 單片機。它最大特點是片內(nèi)含有 Flash 存儲器，用途十分廣泛，特別是在生產(chǎn)便攜式商品，手提式儀器等方 面，有著十分廣泛的應(yīng)用 [6]。 AT89C51 單片機 內(nèi)部主要有以下部件： 8031CPU、 振蕩電路 、 總線控制部件 、 中斷控制部件 、 片內(nèi) Flash 存儲器 、 片內(nèi) RAM、 并行 I/O 接口 、 定時器 和 串行 I/O 接口 AT89C51 是 89 系列單片機的標(biāo)準(zhǔn)型，它是與 MSC51 系列單片機兼容的。在內(nèi)部含有 4KB 或 8KB 可重復(fù)編程的 Flash 存儲器，可進行 1000 次擦寫操作。全靜態(tài)工作為024MHZ，有 3 級程序鎖存器，內(nèi)部含有 128256 字節(jié)的 RAM，有 32 條可編程 I/O 口線， 23 個 16 位定時 /計數(shù)器， 68 個中斷源，通用的串行接口，低電壓空閑及電源下降方式。 AT89C51 單片機內(nèi)部由 CPU、 4KB 的 FPEROM ， 128B 的 RAM， 兩個 16 位的定時 /計數(shù)器 T0 和 T1， 4 個 8 位的 I/O 端 P0、 P P P3 等組成。單片微機內(nèi)部最核心的部分是 CPU。 CPU 主要功能是產(chǎn)生各種控制信號，控制存儲器、輸入 /輸出端口的數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)的算術(shù)運算、邏輯運算以及位操作處理等， CPU 按其功能可分為運算器和控制器兩部分?？刂破饔沙绦蛴嫈?shù)器 PC、指令儲存器、指令譯碼器、實時控制與條單片機 課程設(shè)計 8 件轉(zhuǎn)移邏輯電路等組成。它的功能是對來自存儲器中的指令進行譯碼，通過實時控制電路，在規(guī)定的時刻發(fā)出各種操作所需的內(nèi)部和外部的控制信號，使各部分協(xié)調(diào)工作，完成指令所規(guī)定的操作。運算器由算術(shù)邏輯器部件 ALU、累加器 ACC、暫存器、程序狀態(tài)字寄存器 PSW， BCD 碼運算調(diào)整電路等組成。 圖 AT89C51單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 為了提高數(shù)據(jù)處理和位操作功能，片內(nèi)增加了一個通用寄存器 B 和一些專用寄存器，還增加了位處理邏輯電路的功能。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 所示 。 AT89C51 的主要性能包括： AT89C51 與 MCS— 51 控制器系列產(chǎn)品兼容，片內(nèi)有 4K可在線重復(fù)編程閃速電擦除存儲器（ Flash Memory），存儲器可循環(huán)寫入 /擦除 1000 次；存儲器數(shù)據(jù)保存時間可 達 10 年；工作電壓范圍寬： Vcc 可由 到 6V；全靜態(tài)工作可由 0Hz 到 16MHz；程序存儲器具有 3 級鎖存保護； 128*8 位內(nèi)部 RAM； 32 條可編程I/O 線；兩個 16 位定時器 /計數(shù)器；中斷結(jié)構(gòu)具有 5 個中斷源和 2 個中斷優(yōu)先級；可編程全雙工串行通信；空閑狀態(tài) 維持 低功耗和掉電狀態(tài)保存存儲內(nèi)容。 搶答器的優(yōu)點及組成 在知識比賽中，特別是做搶答題目的時候 ， 在搶答過程中，為了知道哪一組或哪一位選手先答題，必須要設(shè)計一個系統(tǒng)來完成這個任務(wù)。如果在搶答中，靠視覺是很難判斷出哪組先答題。利用單片機系統(tǒng)來設(shè)計搶答器，使以上問 題得以解決，即使兩組的搶外部定 時元件 復(fù)位 中斷 電源 系統(tǒng)時鐘 ROM CPU 定時 /計數(shù)器 串行 I/O 口 并行 I/O 口 RAM 單片機 課程設(shè)計 9 答時間相差幾微秒，也可分辨出哪組優(yōu)先答題。本文主要介紹了單片機搶答器設(shè)計及工作原理，以及它的實際用途。系統(tǒng)工作原理本系統(tǒng)采用 AT89C51 單片機作為核心?？刂葡到y(tǒng)的四個模塊分別為：存儲模 塊、顯示模塊、 聲音 模塊、搶答開關(guān)模塊。該搶答器系統(tǒng)通過 八個 個按鍵輸入搶答信號；利用存儲程序 來完成軟件的設(shè)計 ；利用一個 4 位七段共 陰 數(shù)碼管來完成顯示功能。工作時，用按鍵通過開關(guān)電路輸入各路的搶答信號，經(jīng)單片機的處理，輸出控制信號，控制 4 位七段共 陰 數(shù)碼管和 喇叭 工作。在數(shù)碼管上顯示哪一組先答題，從而實現(xiàn)整個搶 答過程。 單片機 課程設(shè)計 10 3 系統(tǒng)總體方案的設(shè)計 硬件電路的設(shè)計 本設(shè)計分為硬件設(shè)計和軟件設(shè)計，這兩者相互結(jié)合，不可分離；從時間上看，硬件設(shè)計的絕大部分工作量是在最初階 段，到后期往往還要做一些修改。只要技術(shù)準(zhǔn)備充分，硬件設(shè)計的大返工 是比較少的，軟件設(shè)計的任務(wù)貫徹始終，到中后期基本上都是軟件設(shè)計任務(wù)，隨著集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，各種功能很強的芯片不斷出現(xiàn)，使硬件電路的集成度越來越高，硬件設(shè)計的工作量在整個項目中的所占的比重逐漸下降。為使硬件電路設(shè)計盡可能合理，應(yīng)注意以下幾方面 [7]： (1) 盡可能采用功能強的芯片，以簡化電路，功能強的芯片可以代替若干普通芯片，隨著生產(chǎn)工藝的提高，新型芯片的的價格不斷下降，并不一定比若干普通芯片價格的總和高。 (2) 留有設(shè)計余地。在設(shè)計硬件電路時，要考慮到將來修改擴展的方便。因為很少有一錘定音的電路設(shè)計，如果 現(xiàn)在不留余地，將來可能要為一點小小的修改或擴展而被迫進行全面返工 。 (3) 程序空間，選用片內(nèi)程序空間足夠大的單片機，本設(shè)計采用 AT89C51 單片機。 (4) RAM 空間， AT89C51 內(nèi)部 RAM 不多，當(dāng)要增強軟件數(shù)據(jù)處理功能時，往往覺得不足。如果系統(tǒng)配 置了外部 RAM，則建議多留一些空間。如選用 8155 作 I/O 接口，就可以增強 256 字節(jié) RAM。 如果有大批數(shù)據(jù) 需要 處理，則應(yīng)配置足夠的 RAM，如 6264，62256 等。隨著軟件設(shè)計水平的提高，往往只要改變或增加軟件中的數(shù)據(jù)處理算法，就可以使系統(tǒng)功能提高很多，而系統(tǒng)的硬件不必做任何更換就使系統(tǒng)升級換代。只要在硬件電路設(shè)計初期考慮到這一點，就應(yīng)該為系統(tǒng)將來升級留足夠的 RAM 空間，哪怕多設(shè)計一個 RAM 的插座，暫不插芯片也好。 (5) I/O 端口：在樣機研制出來后進行現(xiàn)場試用時，往往會發(fā)現(xiàn)一些被忽視的問題，而這些問題 不是靠單純的軟件措施來解決的。如有些新的信號需要采集，就必須增加輸入檢測端；有些物理量需要控制，就必須增加輸出端。如