【正文】 time to start the effective. In the design process, vies to answer first do first overall scheme, and then analyses the argument for the working principle of the system, and based on this, the design of unit of the circuit principle diagram, further to the design of the system to plete the circuit. In the 第 V頁 共 Ⅴ 頁 working principle of the system based on the study of the fully, and choose appropriate ponent model and parameter, garnish with protel drawing software draw circuit principle diagram, according to write software interface circuit program. Keyword: vies to answer first。 早期的搶答器只由幾個三極管、可控硅、發(fā)光管等組成，能通過發(fā)光管的指示辯認(rèn)出選手號碼。 目前 電子搶答器的中心構(gòu)造一般都是 由數(shù)字電子集成 電路組成，其搭配的配件不同又分為，非語音非記分搶答器和語音記分搶答器。 搶答器作為一種電子產(chǎn)品，早已廣泛應(yīng)用于各種智力和知識競賽場合，但目前所使用 的搶答器 有很多的缺點(diǎn)， 有的電路較復(fù)雜不便于制作 ,可靠性低 ， 實(shí)現(xiàn)起來 很 困難 ；有的則用一些專用的集成塊 ,而專用集成塊的購買又很困難 。 通過本次設(shè)計(jì)， 基本 掌握 51系列 單片機(jī)的原理，了解簡單多功能搶答器組成 部分，詳細(xì)掌握智能 搶答器的 原理 和 編程 方法， 了解單片機(jī)類系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基本理念， 提高獨(dú)立思考 的 能力和 編程 的 邏輯思維 能力。 第 3 頁 共 60 頁 （ 6） 搶答器具有鎖存與顯示功能。 本系統(tǒng)中的八個參賽選手分別有一 個搶答按鈕， 通過 每 個按 鈕 輸入搶答信號 ；主持人有開始和結(jié)束、復(fù)位按鈕；在后臺主持人有搶答時間和回答問題時間的調(diào)控按鈕； 利用 三個 七段 數(shù)碼管來完成顯示功能 ，數(shù)碼顯示屏顯示搶答時間倒計(jì)時和選手號；在最后五秒揚(yáng)聲器發(fā)生提示。并對采用的方案進(jìn)行簡單介紹， 說明了搶答器的 主要功能和 工作過程 。 如采用 74LS148 優(yōu)先編碼器來實(shí)現(xiàn)搶答功能等。給出相應(yīng)的延時，選手按正常的操作搶答，軟件倒計(jì)時，利用 AT89C51 移位寄存 7 段數(shù)碼管，實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時顯示時間，到 5秒相應(yīng)時間提醒選手時間快到了，要及時作答，并啟動蜂鳴器。 （ 3） 低電壓，低功耗，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品 ： 為了滿足廣泛使用于便攜式系統(tǒng)，許多單片機(jī)內(nèi)的工作電壓僅為 ～ ，而工作電流僅為數(shù)百微安。擴(kuò)展電路是由秒鐘脈沖信號產(chǎn)生電路，譯碼電路，顯示電路等，它的功能很齊全，設(shè)計(jì)的電路也很穩(wěn)定。 第 7 頁 共 60 頁 智能搶答器模塊化設(shè)計(jì) 該 搶答器系統(tǒng) 的硬件 設(shè)計(jì)是 以 單片機(jī) 為中心控制模塊， 采用模塊化設(shè)計(jì)的八路搶答器， 具有六 個模塊 ， 分別為： 按鍵輸入模塊、顯示模塊、時鐘與復(fù)位模塊、報(bào)警模塊、電源模塊、核心控制模塊 。復(fù)位操作則使單片機(jī)的片內(nèi)電路初始化，使單片機(jī)從一種確定的初態(tài) 開始運(yùn)行。 第 9 頁 共 60 頁 3 硬件設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)分為硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，這兩者相互結(jié)合，不可分離。 (4) RAM 空間 ，大部分 51 系列單片機(jī)的 內(nèi)部 RAM 不多，當(dāng)要增強(qiáng)軟件數(shù)據(jù)處理功能時，往往覺得不足。如果在硬件電路設(shè)計(jì)就預(yù)留出一些 I/O 端口，雖然當(dāng)時空著沒用，那么用的時候就派上用場了。同樣的一段程序，在各個單片機(jī)廠家的硬件上運(yùn)行的結(jié)果都是一樣的，如 ATMEL 的 89C5 89S51， PHILIPS（菲利浦），和 WINBOND（華邦）等，我們常說 的 89C51 指的是 ATMEL 公司的 AT89C51 單片機(jī) ， 同時是在 原基礎(chǔ)上增強(qiáng)了許多特性 ， 如時鐘 ， 更優(yōu)秀的是由 Flash（程序存儲器的內(nèi)容至少可以改寫 1000 次）存儲器取帶了原來的 ROM（一次性寫入），AT89C51 的性能相對于 8051 已經(jīng)算是非常優(yōu)越的了。但如果程序太大，超過了一般的 64KB 時，只好選擇 ST 公司的 uPSD3200 系列產(chǎn)品了。顯而易見，這種單片機(jī)對開發(fā)設(shè)備的要求很低，開發(fā)時間也大大縮短。運(yùn)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(yùn)算調(diào)整電路等組成。 P1 口： P1 口是一個內(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4TTL 門電流。 P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時接收高八位地址信號和控制信號 P3 口： P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL 門電流。在平時， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。 八路智能搶答器的設(shè)計(jì) 第 14 頁 共 60 頁 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 第 15 頁 共 60 頁 時鐘與復(fù)位模塊 時鐘模塊 單片機(jī)必 須在時鐘的驅(qū)動下才能工作 。 AT89C51 單片機(jī)的時鐘頻率最高可為 24Mz。反之，自激振蕩器頻率的穩(wěn)定性將受到影響。 單片機(jī)在工作時 ， 由內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生或由外直接輸入的送至內(nèi)部控制邏輯單元的時鐘信號的周期稱為時鐘周期 。 單片機(jī)本身不能自動進(jìn)行復(fù)位，必須配合相應(yīng)的外部復(fù)位 電路才能實(shí)現(xiàn)。而對中斷激活標(biāo)志的清除工作常被遺忘，因?yàn)樗鼪]有明確的位地址可供編程。 上電復(fù)位常用的方法是使用電容器。在 5V正常工作的 51 單片機(jī)中小于 的電壓信號為低電平信號，而大于 。 值得注意的八路智能搶答器的設(shè)計(jì) 第 18 頁 共 60 頁 是 ， 在設(shè)計(jì)當(dāng)中使用到了硬件復(fù)位和軟件復(fù)位兩種功能 ， 軟復(fù)位實(shí)際上就是當(dāng)程序執(zhí)行完畢之后 ， 將程序指針通過一條跳轉(zhuǎn)指令讓它跳轉(zhuǎn)到程序執(zhí)行的起始地址 。 7 段式單個數(shù)碼管內(nèi)部共有 8 只發(fā)光二極管， 7 只為字段，可組成字形，第八個為小數(shù)點(diǎn)。數(shù)碼管工作時每段需串聯(lián)一個限流電阻，而不能用一個電阻放在共陽極或共陰極端。通過點(diǎn)亮不同的發(fā)光段可組成不同的字形。在本設(shè)計(jì)中根據(jù)實(shí)際情況采用的是 共陽極 動態(tài)顯示方法。 編碼鍵盤即鍵盤上閉合鍵的識別有專用的硬件來實(shí)現(xiàn)， 由硬件邏輯電路完成必要的鍵識別工作與可靠性措施。 消除按鍵抖動及多鍵按下的問題。 矩陣鍵盤與獨(dú)立鍵盤有很大區(qū)別，它 由行線和列線組成，按鍵位于行列的交叉點(diǎn)上。中斷工作方式：只有在鍵盤有鍵按下時，才 執(zhí)行鍵盤掃描程序并執(zhí)行該按鍵功能程序，如果無鍵按下，單片機(jī)將不理睬鍵盤 。 常用的去抖動的方法有兩種：硬件方法和軟件方法。方法：選擇一個 RAM 工作單元，對某一個按鍵進(jìn)行按鍵計(jì)數(shù)，根據(jù)不同計(jì)數(shù)值，轉(zhuǎn)到子程序。 缺點(diǎn)：一是操作變得復(fù)雜，二是操作時間變長。 矩陣鍵盤與獨(dú)立式按鍵鍵盤相比，硬件電路大大節(jié)省。而如果鍵處理程序采用查詢方式的話也會存在響應(yīng)按鍵遲鈍的現(xiàn)象，甚至可能會漏掉信號。 鍵盤的工作方式有： 編程掃描方式：當(dāng)單片機(jī)空閑時，才調(diào)用鍵盤掃描子程序，反復(fù)的掃描鍵盤，等待用戶從鍵盤上輸入命令或數(shù)據(jù)，來響應(yīng)鍵盤的輸入請求。 缺點(diǎn)：每個按鍵需占用一根 I/O 口線，在按鍵數(shù)量較多時， I/O 口浪費(fèi)大，電路結(jié)構(gòu)顯得復(fù)雜。 鍵盤接口（或處理）應(yīng)具備以下功能： 鍵掃描功能，即檢測是否有鍵按下。 G＝ 0 的時候，輸入 =輸出 G＝ 1 的時候，輸出 =高阻態(tài) 按鍵輸入模塊 的設(shè)計(jì) 鍵盤的分類 鍵盤是由若干按鍵組成的開關(guān)矩陣，它是微型計(jì)算機(jī)最常用的輸入設(shè)備，用戶可以通過鍵盤向計(jì)算機(jī)輸入指令、地址和數(shù)據(jù)。 七段數(shù)碼管通常在顯示上我們采用的方法一般包括兩種：一種是靜態(tài)顯示，一種是動態(tài)顯示。只要哪個引腳輸入為高電 平，對應(yīng)的二極管就會發(fā)亮； 共陽極型結(jié)構(gòu)數(shù)碼管的 a、 b、c、 d、 e、 f、 g 各引腳輸入低電平有效。 圖 34 共陰極型 和 共陽極型 數(shù)碼管 由圖 34 可見， a、 b、 c、 d、 e、 f、 g 分別為七個發(fā)光段引腳， dp 引腳為小數(shù)點(diǎn)?？刂撇煌M合的二極管導(dǎo)通，就能顯示出各種字符。單片機(jī)系統(tǒng)自動復(fù)位。這個時候 10K 電阻兩端的電壓為從 5～ （串聯(lián)電路各處電壓之和為總電壓）。復(fù)位很重要 ，單片機(jī)有多種復(fù)位方式。 軟件復(fù)位就是用一系列指令來模擬硬件復(fù)位功能，最后通過轉(zhuǎn)移指令使程序從0000H 地址開始執(zhí)行。在設(shè)計(jì)電路板時，晶體振蕩器和諧振電容的位置應(yīng)盡可能地靠近單片機(jī)的 XTALl 和 XTAL2 引腳。為了節(jié)約成本，可以選擇振蕩頻率較低的晶體振蕩器。晶體振蕩器的振蕩頻率越高，相應(yīng)的諧振電容的容值也要提高?？缃拥木w振蕩器如果已經(jīng)起振，則會向XTAL2 引腳上輸出一定幅值的正弦波。 表 31 AT89C51 特殊功能寄存器列表 符合 地址 注釋 *ACC E0H 累計(jì)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 *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 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(jìn)行操作 ，得到的是一些隨機(jī)數(shù)，而寫入則無效。注意加密方式 1 時， EA/VPP 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) EA/VPP端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。 ALE∕ P：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。P2 口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時， P2 口輸出地址的高八位。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位?？刂破饔沙绦蛴?jì)數(shù)器PC、指令儲存器、指令譯碼器、實(shí)時控制與條件轉(zhuǎn)移邏輯電路等組成。 本課題根據(jù)以上五點(diǎn)單片機(jī)選型規(guī)則來看， AT89C51 單片機(jī)是最好的選擇。 綜合性能的考慮： 對于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，在選擇單片機(jī)時，要充分利用片內(nèi)存儲空間，萬一不夠，可以通過擴(kuò)展片外存儲器的方法已達(dá)到要求，或者更換已有的大容量其他機(jī)型，兼容性好。有些文獻(xiàn)甚至也將 8051 泛指 MCS51 系列單片機(jī)， 8051 是早期的最典型的代表作， MCS51 內(nèi)核實(shí)際上已經(jīng)成為一個 8 位單片機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)。 (5) I/O 端口 ， 在樣機(jī)研制出來后進(jìn)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 。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 。 電源模塊是為了增 強(qiáng)本系統(tǒng)應(yīng)用的廣泛性而設(shè)計(jì)的模塊，在我們常用的單片機(jī)或其他外圍芯片的電源供給電壓一般為直流 +5V、 +3V 和 +12V，現(xiàn)實(shí)中的使用電壓為交流220V，為了增加其現(xiàn)實(shí)意義，故設(shè)計(jì)了電源模塊，它的主要任務(wù)是將交流 220V 電壓轉(zhuǎn)換為 本 系統(tǒng)中可以直接使用的直流 +5V。 時鐘與復(fù)位模塊包括時鐘電路和復(fù)位電路， 單片機(jī)的最小系統(tǒng)就是由時鐘電路、復(fù)位電路、電源電路及單片機(jī)構(gòu)成。另外單片機(jī)采用 12MHz 的晶振，提高了信號的測量精度，并且使該系統(tǒng)可以通過軟件改進(jìn)來擴(kuò)張功能。由于單片機(jī)的廣泛使用，因而銷量極大，各大公司的商業(yè)競爭更使其價(jià)格十分低廉，其性能價(jià)格比極高。單片機(jī)程序指令，常數(shù)及表格等固化在 ROM 中不易破壞，許多信號通道均在八路智能搶答器的設(shè)計(jì) 第 6 頁 共 60 頁 一個芯片內(nèi)，故可靠性高。該系統(tǒng)可以完成運(yùn)算控制、信號識別以及顯示功能的實(shí)現(xiàn)。 第 5 頁 共 60 頁 2 總體 方案論證 總體 方案 分析 根據(jù)目前市場上搶答器的種類，搶答器的種類可以大體分為三種，以下我們對這三種進(jìn)行詳細(xì)比較。 第二章：總體方案論證。 本系統(tǒng) 根據(jù)要求中的技術(shù)指標(biāo)， 采用 單片機(jī)作為核心 的模塊化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的 六 個模塊分別為： 按鍵輸入模塊、顯示模塊、時鐘與復(fù)位模塊、報(bào)警模塊、電源模塊、核心控制模塊 。 （ 4） 當(dāng)主持人啟動“開始搶答按鍵”后，定時器進(jìn)行減計(jì)時，在 15 秒內(nèi)無人搶答表示所有參賽選手或參賽隊(duì)對本題棄權(quán)，搶答時間耗盡后禁止搶答。第二，工