【正文】 時(shí)間可在 199s 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(shí)間和回答問題時(shí)間倒記時(shí)顯示，滿時(shí)后系統(tǒng)計(jì)時(shí)自動(dòng)復(fù)位及主控強(qiáng)制復(fù)位；按鍵鎖定，在有效狀態(tài)下，按鍵無效非法。 本課題 利 用 AT89C51單片機(jī)及外圍接口實(shí)現(xiàn)的搶答 系統(tǒng) ， 利用單片機(jī)的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器定時(shí)和記數(shù)的原理，將軟、硬件有機(jī)地結(jié)合起來，使得系統(tǒng)能夠正確地進(jìn)行計(jì)時(shí)， 同時(shí)使 數(shù)碼管能夠正確地顯示時(shí)間 和選手號(hào)碼 。 為適應(yīng)高校等多代表隊(duì)單位活動(dòng)的需要 而設(shè)計(jì)一個(gè) 多功能 搶答器 ， 這種搶答器具有電路簡單 ， 元件普通 ， 易于購買等優(yōu)點(diǎn) ， 很好地解決了制作者制作困難 和 難于購買的問題。作為一個(gè)單位若專購一臺(tái)搶答器雖然在經(jīng)濟(jì)上可以承受，但每年使用的次數(shù)極少，往往因長期存放使（電子器件的）搶單片機(jī) 課程設(shè)計(jì) 2 答器損壞，再購置的麻煩和及時(shí)性就會(huì)影響活動(dòng)的開展。 第二， 電路復(fù)雜。 單片機(jī) 課程設(shè)計(jì) 3 2 搶答器的系統(tǒng)概述 系統(tǒng)的主要功能 本系統(tǒng)是借用單片機(jī)采用模塊化設(shè) 計(jì)的 八路 搶答器， 包括 8 路 搶 答按紐、計(jì)時(shí)顯示、提示功能等（根據(jù)需要可另 設(shè)或多設(shè)相關(guān)功能） 、 開始與結(jié)束控制按鈕、時(shí)限 設(shè)定、各種相關(guān)顯示調(diào)控功能等（根據(jù)需要也可另設(shè)或多設(shè)相關(guān)功能）。 一共有 8 個(gè)按鍵輸入，分別對應(yīng) 8 路選手的搶答按鍵。新時(shí)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(shí)間倒計(jì)時(shí)和選手號(hào)，在最后五秒揚(yáng)聲器發(fā)生提示。它完成了時(shí)間參數(shù)的設(shè)定，搶按號(hào)碼的譯碼，保存；顯示； 輸出，搶按及答題倒計(jì)時(shí)功能等。可以搶按：超時(shí)數(shù)碼管顯示“ FFF” ，當(dāng)搶按超過規(guī)定時(shí)間或答題超過規(guī)定時(shí)間后數(shù)碼管顯 示 “ FFF”。 搶答限定時(shí)間和回答問題的時(shí)間可 以 在 1～ 99s 設(shè)定。 按鍵鎖定，在有效狀態(tài)下，按鍵無效非法。 單片機(jī) 課程設(shè)計(jì) 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(shí)間或答題時(shí)間 ， 按 “ 加一 ” 鍵或 “ 減一 ” 鍵進(jìn)入調(diào)節(jié)狀態(tài) ，此時(shí)會(huì)顯示現(xiàn)在設(shè)定的搶答時(shí)間或回答時(shí)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(shí)間 LED 上會(huì)顯示改變后的時(shí)間，調(diào)整范圍為 0~99s， 0s 時(shí)加載程序 運(yùn) 行 行 開始 開始數(shù)碼管顯 示 FFF 開始搶 按時(shí)間倒計(jì)時(shí) 開始前有選手搶按 顯示違例選手號(hào)碼并伴有語音報(bào)警 倒計(jì)時(shí)結(jié) 束，超時(shí) 有選手 搶按 顯示 FFF 顯示選手號(hào)碼，倒計(jì) 時(shí)時(shí)間 ,語音報(bào)警，答 題 ,答題時(shí)間倒計(jì)時(shí) 正常流程 違規(guī)流程 若超過答題 時(shí)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(jī) 課程設(shè)計(jì) 6 再減 1s 會(huì)跳到 99， 99s 時(shí)再加 1s 會(huì)變到 0s。 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(hào)數(shù)并響個(gè)不停，直到按下 “ 停止 ” 鍵為 止。它們的地 址分配在 80H～ FFH 中，即在 RAM 地址中。 AT89C51 的功能及簡介 AT89C51 單片機(jī)是 ATMAL 公司 89 系列單片機(jī)的一種 8 位 Flash 單片機(jī)。全靜態(tài)工作為024MHZ，有 3 級(jí)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(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器， 68 個(gè)中斷源，通用的串行接口，低電壓空閑及電源下降方式?？刂破饔沙绦蛴?jì)數(shù)器 PC、指令儲(chǔ)存器、指令譯碼器、實(shí)時(shí)控制與條單片機(jī) 課程設(shè)計(jì) 8 件轉(zhuǎn)移邏輯電路等組成。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 所示 。利用單片機(jī)系統(tǒng)來設(shè)計(jì)搶答器，使以上問 題得以解決，即使兩組的搶外部定 時(shí)元件 復(fù)位 中斷 電源 系統(tǒng)時(shí)鐘 ROM CPU 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 串行 I/O 口 并行 I/O 口 RAM 單片機(jī) 課程設(shè)計(jì) 9 答時(shí)間相差幾微秒，也可分辨出哪組優(yōu)先答題。該搶答器系統(tǒng)通過 八個(gè) 個(gè)按鍵輸入搶答信號(hào)；利用存儲(chǔ)程序 來完成軟件的設(shè)計(jì) ；利用一個(gè) 4 位七段共 陰 數(shù)碼管來完成顯示功能。只要技術(shù)準(zhǔn)備充分，硬件設(shè)計(jì)的大返工 是比較少的，軟件設(shè)計(jì)的任務(wù)貫徹始終，到中后期基本上都是軟件設(shè)計(jì)任務(wù)，隨著集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，各種功能很強(qiáng)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(jì)的工作量在整個(gè)項(xiàng)目中的所占的比重逐漸下降。因?yàn)楹苌儆幸诲N定音的電路設(shè)計(jì)，如果 現(xiàn)在不留余地，將來可能要為一點(diǎn)小小的修改或擴(kuò)展而被迫進(jìn)行全面返工 。如選用 8155 作 I/O 接口，就可以增強(qiáng) 256 字節(jié) RAM。 (5) I/O 端口：在樣機(jī)研制出來后進(jìn)行現(xiàn)場試用時(shí)，往往會(huì)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。它不僅具有其它 仿真 軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。 Proteus 軟件除了可以編輯設(shè)計(jì)電路原理圖，還可以進(jìn)行電路仿真。 打開 proteus 軟件，在 File 的下拉菜單中找到 New Design 新建 Proteus 并 選擇A4 版面 ，然后保存，這樣就完成 proteus 的新建了。開始按鍵與結(jié)束按鍵分別接到單片機(jī)的 11 腳，由于單片機(jī)的 11 腳既有串行接口 RXD、 TXD 功能，又有 、 的 IO 端口功能，此處按鍵用到單片機(jī) 11 腳的 IO 端口功能。 時(shí)鐘頻率電路 的設(shè)計(jì) 單片機(jī)必 須在時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下才能工作 。 此電路在加電大約延遲 10ms 后振蕩器起振 ， 在 XTAL2 引腳產(chǎn)生幅度為 3V 左右的正弦波時(shí)鐘信號(hào) ， 其振蕩頻率主要由石英晶振的頻率確定 。其 大小是時(shí)鐘信號(hào)頻率的倒數(shù) ， 常用 fosc 表示 。由于單片機(jī)是高電平復(fù)位，所以當(dāng)按鍵 RESET1 按下 時(shí)候，單片機(jī)的 9 腳 RESET 管腳處于高電平，此時(shí)單片機(jī)處于復(fù)位狀態(tài)。 顯示電路 的設(shè)計(jì) 顯示功能與硬件關(guān)系極大，當(dāng)硬件固定后，如何在不引起操作者誤解的前提下提供盡可能豐富的信息，全靠軟件來解決。 通過查表法 ， 將其 在數(shù)碼管上顯示出來 ， 其中 P0 口為字型碼輸入端 ， P2 口低 3 位為字選段輸入端 。 鍵盤掃描 電路的設(shè)計(jì) 鍵盤是人與 單片機(jī) 打交道的主要設(shè)備。 它們各有自己的特點(diǎn) ， 其中獨(dú)立鍵盤硬件電路簡單 ， 而且在程序設(shè)計(jì)上也不復(fù)雜 ，一般用在對硬件電路要求不高的簡單電路中 ； 矩陣鍵盤與獨(dú)立鍵盤有很大區(qū)別 ， 首先在硬件電路上它要比獨(dú)立鍵盤復(fù)雜得多 ， 而且在程序算法上比它要煩瑣 ， 但它在節(jié)省端口資源上有優(yōu)勢得多 ， 因此它更適合于多按鍵電路。 如圖 所示。 按鍵的觸點(diǎn)在閉合和斷開時(shí)均會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，這 時(shí) 觸點(diǎn)的邏輯電平是不穩(wěn)定的，如不單片機(jī) 課程設(shè)計(jì) 18 妥善處理，將會(huì)引起按鍵命令 的錯(cuò)誤執(zhí)行或重復(fù)執(zhí)行。 K1～ K8 八個(gè)按鍵的 輸入 電平靠 74HC30 輸入與非門 和 74LS04 反向器組成的電路改變輸入電平。圖中單片機(jī)的 14 腳輸出具有復(fù)合功能，此處用到了單片機(jī) 17 腳的 IO 端口功能，單片機(jī)通過內(nèi)部定時(shí)器的操作實(shí)現(xiàn)交替變換的波形輸出驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲。上電復(fù)位，人工按鈕復(fù)位和硬件看門狗復(fù)位均為硬件復(fù)位。對各專用寄存器的復(fù)位操作是容易的，也沒有必要完全模擬，可根據(jù)實(shí)際需要去主程序初始化過程中完成。由于軟件看 門 是高級(jí)中斷，它將 阻止 說要中斷響應(yīng)，由此可見 清除中斷激活標(biāo)志的重要性。有 相應(yīng) 軟件 陷阱 捕捉來的程序可能沒有全部激活兩個(gè)標(biāo)志，這也無妨。為了使系統(tǒng)能正確決定采用何種啟動(dòng)方式，常用上電標(biāo)志來區(qū)分，如圖 所示。這兩類軟件的設(shè)計(jì)方法各有特色，執(zhí)行軟件的設(shè)計(jì)偏重算法效率，與硬件關(guān)系密切，千變?nèi)f化。首先根據(jù)系統(tǒng)功能和鍵盤設(shè)置選擇一種最 適合的監(jiān)控程序結(jié)構(gòu)。整個(gè)系統(tǒng)軟件可分為后臺(tái)程序（背景程序）和前臺(tái)程序。 主流程圖如 所示： 圖 程序設(shè)計(jì)流程圖 顯示 FFF 開始鍵 加一鍵 減一鍵 回答 時(shí)間 調(diào)整搶 答時(shí)間 去抖動(dòng) 非法搶 答處理 顯示 犯規(guī) 正常 搶答 顯示搶答 號(hào)并倒計(jì)時(shí) Y Y Y 初始化 單片機(jī) 課程設(shè)計(jì) 23 主程序系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 圖 系統(tǒng)初始化模塊 按鍵模塊 非法搶答模塊 正確搶答模塊 調(diào)整搶答時(shí)間 調(diào)整回答時(shí)間模塊 數(shù)碼顯示模塊 單片機(jī) 課程設(shè)計(jì) 24 5 總結(jié) 基于單片機(jī)八路掃描式搶答器的設(shè)計(jì) 是我在廣泛參加校團(tuán)委和學(xué)院各項(xiàng)活動(dòng)的親身經(jīng)歷后，發(fā)現(xiàn)如果添加搶答器這樣的簡易實(shí)用的活動(dòng)道具，一定能使活動(dòng)更加公平公正而又妙趣橫生。 回頭再看看該設(shè)計(jì)，還可以將設(shè)計(jì)的 擴(kuò)展功能 增強(qiáng) ： 可以設(shè) 計(jì)聲控裝置，在主持人說開始時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)完成清零并開始計(jì)時(shí)的功能 ； 增加記分模塊，可以設(shè)定初始積分，并記錄每次搶答完成后的積分； 將搶答按鍵用無線實(shí)現(xiàn)， 如紅外線，使搶答者可以遠(yuǎn)距離進(jìn)行搶答，并簡化按鍵模塊的線路布置。老師淵博的知識(shí)、敏銳的學(xué)術(shù)思維、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、求實(shí)的科學(xué)態(tài)度和工作作風(fēng)以及創(chuàng)新的工作精神 ，令我終身受益，是我畢生學(xué)習(xí)的典范，值此論文完成之際，謹(jǐn)向姜 老師致以崇高的敬意和衷心的感謝！ 單片機(jī) 課程設(shè)計(jì) 25 附錄 A: 器件選型方案及詳細(xì)清單 微控制器選用 ATMAL 公司生產(chǎn)的 AT89C51，該芯片貨源充足，并且價(jià)格也比 較便宜。響鈴標(biāo)志位 DATA0 EQU 36H 。啟用錦囊時(shí)間從 60s 倒計(jì)時(shí) MOV TMOD,11H 。允許二個(gè)中斷 ,T0/T1 CLR OK CLR RING SETB TR1 SETB TR0 。倒計(jì)時(shí)調(diào)整 JB ,NEXT ACALL DELAY JB ,NEXT 。送 R1R6,因?yàn)?R1 中保存了搶答時(shí)間 SETB OK 。先在兩個(gè)時(shí)間 LED 上顯示 R1 JNB ,INC0 。如果不是 99,R2加 1,如果加到 99,R1就置 0，重新加起。當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)進(jìn)入最后 5 秒的時(shí)候，啟用錦囊能消除 蜂鳴 倒計(jì)時(shí)程序 (搶答倒計(jì)時(shí)和回答倒計(jì)時(shí)都跳到改程序 )： COUNT: MOV R0,00H 。除十分出個(gè)位 /十位 MOV 30H,A 。取個(gè)位 MOV A,R6 SUBB A,07H JNC LARGER 。計(jì)時(shí)完畢 MOV R0,00H DEC R6 。如按下停止鍵退出 JNB OK,CHECKK 。如果按下了 “ 停止鍵 ” 執(zhí)行的程序 CLR RING AJMP START 正常搶答處理程序 ： TRUE1: ACALL BARK MOV A,R2 MOV R6,A 。 向下運(yùn)行 滅并停響 CLR RING MOV R3,0AH MOV R4,0AH MOV R5,0AH ； 三燈全滅 AJMP CHECK1 FLASH: CJNE A,0CH,CHECK1 。查表顯示程序 ， 利用 P0 口做段選碼口輸出 /P2 低三位做位選碼輸出 MOV A,R3 MOVC A,A+DPTR MOV P2,0feH 單片機(jī) 課程設(shè)計(jì) 35 MOV P0,A ACALL DELAY MOV DPTR,DAT2 MOV A,R5 MOVC A,A+DPTR MOV P2,0fdH MOV P0,A