單片機(jī)搶答器的設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-07-26 22:00 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 路、電源電路、主持人按鍵、聲音提示、選手按鍵和數(shù)碼管顯示等部分組成，下面對(duì)這后兩部分進(jìn)行介紹，其中對(duì)數(shù)碼管顯示器做詳細(xì)介紹，并根據(jù)實(shí)際工作情況采用合適的工作方式。 選手按鍵 利用8個(gè)常開(kāi)按鈕開(kāi)關(guān)S1～S8和8只電阻R1～R8組成搶答器的輸入電路。S1～S8為自復(fù)式常開(kāi)按鈕開(kāi)關(guān)，分別作為8位搶答按鈕，一般情況下鎖存器的輸入端為低電平。當(dāng)程序執(zhí)行，按下按鍵時(shí)，數(shù)碼管顯示器上即顯示相應(yīng)的是哪位選手按下?lián)尨稹?數(shù)碼管顯示譯碼器的邏輯功能是將每一個(gè)輸入的二進(jìn)制代碼譯成對(duì)應(yīng)的輸出高、低電平信號(hào)，是編碼器的反操作。數(shù)碼管可以用TTL或CMOS集成電路直接驅(qū)動(dòng)，但是我們著采用了74LS245進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。所以使用譯碼器將BCD編碼譯成數(shù)碼管所需要的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以便使數(shù)碼管用十進(jìn)制數(shù)字顯示出BCD編碼表示的數(shù)值。應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況決定究竟采用共陽(yáng)還是共陰方式，其基本原則是：若單片機(jī)口線直接驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管各段，最好采用共陽(yáng)極數(shù)碼管，因?yàn)?051系列單片機(jī)口線輸出高電平時(shí)，輸出的電流很小，數(shù)碼管不會(huì)太亮。若數(shù)碼管通過(guò)驅(qū)動(dòng)芯片與單片機(jī)相連，就要看驅(qū)動(dòng)芯片對(duì)數(shù)碼管極性的要求了點(diǎn)亮顯示器分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)顯示兩種方法。所謂靜態(tài)顯示，就是當(dāng)顯示器顯示某一字符時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定的導(dǎo)通或是截止。例如，其段數(shù)碼管的a、b、c、d、e、f、導(dǎo)通，g截止，所占硬件較多，一般用于顯示位數(shù)較少（很少）的場(chǎng)合。當(dāng)位數(shù)較多時(shí)，用靜態(tài)顯示所需的I/O過(guò)多，一般采用動(dòng)態(tài)顯示方法。所謂動(dòng)態(tài)顯示，就是逐位地輪流點(diǎn)亮各位顯示器（掃描），對(duì)于每一位顯示器而言，每個(gè)一段時(shí)間點(diǎn)亮一次。顯示器的點(diǎn)亮既與點(diǎn)亮?xí)r的導(dǎo)通電流有關(guān)，也與點(diǎn)亮?xí)r間和間隔時(shí)間比例有關(guān)。調(diào)整電流和時(shí)間參數(shù)，可是實(shí)現(xiàn)亮度較高、較為穩(wěn)定的顯示，同時(shí)可減少工作電流。對(duì)于共陽(yáng)極數(shù)碼管，當(dāng)a、b、c、d、e、f、g、h端接低電平時(shí)，COM位高電平，數(shù)碼管各段全部點(diǎn)亮。例如，想讓數(shù)碼管顯示“1”，就必須使數(shù)碼管的b、c段點(diǎn)亮，其它段熄滅；所以使b、c段為低電平，其它各引腳均為高電平。在設(shè)計(jì)電路時(shí)，可將這幾位分別接到單片機(jī)的引腳上，還要加上限流電阻，這樣就可由程序控制數(shù)碼管的工作情況了。但是如果用一個(gè)端口驅(qū)動(dòng)一個(gè)數(shù)碼管，四位數(shù)碼管就需要四個(gè)空閑端口，而在許多系統(tǒng)中并無(wú)四個(gè)端口可用。此外，使用四個(gè)端口往往使得每一個(gè)數(shù)字都需要獨(dú)立驅(qū)動(dòng)(緩沖)電路和排阻，這將大大增加系統(tǒng)的成本。最常見(jiàn)的解決方案是采用多路復(fù)用顯示。這是指對(duì)于每一個(gè)顯示只驅(qū)動(dòng)1/4時(shí)間。只要在20Hz50Hz之間循環(huán)所有顯示，由于人眼存在視覺(jué)殘留，在這樣的顯示方式下，數(shù)碼管看起來(lái)時(shí)同時(shí)點(diǎn)亮的。在這次課程設(shè)計(jì)中根據(jù)實(shí)際需要采用了七段數(shù)碼管共陽(yáng)極和靜態(tài)顯示方式。搶答器的實(shí)現(xiàn)方式有種多樣，通過(guò)純電子器件搭建電路實(shí)現(xiàn)，如優(yōu)先編碼器，鎖存器，555定時(shí)器譯碼器等，純電子器件實(shí)現(xiàn)沒(méi)有軟件參與，調(diào)試簡(jiǎn)單，但是它不易于擴(kuò)展和修改，而且電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)試?yán)щy電子，電子器件管腳很多，實(shí)際搭建起來(lái)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，焊接很容易出錯(cuò)。于是，我想到了用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)體積小價(jià)格低，應(yīng)用方便，穩(wěn)定可靠。單片機(jī)將很多任務(wù)交給了軟件編程去實(shí)現(xiàn)，大大簡(jiǎn)化了外圍硬件電路，使外圍電路的實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單方便。由于單片機(jī)本身不具有軟件編譯測(cè)試的功能，我們需要借助其他軟件編譯，將編譯好的程序置入單片機(jī)內(nèi)。 在實(shí)際電路設(shè)計(jì)中，需要先通過(guò)仿真軟件測(cè)試電路以及編譯的程序，檢查外圍電路設(shè)計(jì)是否合理，軟件編譯是否正確，以及軟件和硬件電路能否正常配合工作，能否準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)所設(shè)計(jì)的功能。 進(jìn)行仿真。第四章 電路設(shè)計(jì) 總體設(shè)計(jì) 電路原理圖根據(jù)上述分析，設(shè)計(jì)出基于AT89C52單片機(jī)搶答器電路原理圖，工作原理為：電源電路為單片機(jī)以及其他模塊提供標(biāo)準(zhǔn)5V電源。晶振模塊為單片機(jī)提供時(shí)鐘標(biāo)準(zhǔn)，使系統(tǒng)各部分能協(xié)調(diào)工作。復(fù)位電路模塊為單片機(jī)系統(tǒng)提供復(fù)位功能。單片機(jī)作為主控制器，根據(jù)輸入信號(hào)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的控制。選手按下相應(yīng)的按鍵，蜂鳴器發(fā)出提示音，直到按鍵釋放。數(shù)碼管顯示最先按下按鍵選手的編號(hào)。選手回答完畢，主持人按下準(zhǔn)備按鈕，數(shù)碼管清零，蜂鳴器停止發(fā)聲，可以進(jìn)入下一題的搶答。根據(jù)搶答器的基本功能，可以設(shè)計(jì)出如下的單片機(jī)外圍電路：電源選手按鍵數(shù)碼顯示復(fù)位電路振蕩電路AT89C52單片機(jī)聲音提示圖41 總體設(shè)計(jì)框圖圖41 總體設(shè)計(jì) 元件清單 元件清單元件名稱型號(hào)數(shù)量/個(gè)用途元件名稱型號(hào)數(shù)量/個(gè)用途單片機(jī)AT89C521控制核心按鍵8選手輸入晶振12 MHZ1晶振電路按鍵1主持人輸入電容30pF2三極管90151蜂鳴器及其驅(qū)動(dòng)電路電解電容10μF/10V1復(fù)位電路蜂鳴器1按鍵1電阻10kΩ1電阻10kΩ1數(shù)碼管1位共陰1顯示電路電源5v/1電源電路集成塊74LS2451驅(qū)動(dòng) 外部振蕩電路（晶振電路）圖42 外部振蕩電路一般選用石英晶體振蕩器。此電路在加電大約延遲10ms后振蕩器起振,在XTAL2引腳產(chǎn)生一正弦波時(shí)鐘信號(hào),其振蕩頻率主要由石英晶振的頻率確
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