【文章內(nèi)容簡介】 路 開始、顯示 按鍵輸入 加一、減一 按鍵輸入 時(shí)鐘 華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 時(shí)間倒計(jì)時(shí)和選手號(hào)，并且發(fā)出聲音提示。參賽者搶答后，主持人可根據(jù)其回答的是否正確來給與其是否加分， 并能夠通過顯示按鈕將其顯示出來。 單片機(jī)是整個(gè)搶答器的核心，內(nèi)部電路設(shè)計(jì)用 C 語言編寫。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。 系統(tǒng)需求分析 1,可實(shí)現(xiàn) 8 路選手的搶答 2,答題時(shí)間可由主持人自由設(shè)置 3,答題時(shí)主持人可同時(shí)設(shè)置下一題的答題時(shí)間 4,搶答信號(hào)由主持人發(fā)出 ,計(jì)時(shí)期間蜂鳴器發(fā)出聲響 5,倒計(jì)時(shí)期間有 10 秒和 5 秒兩種提示報(bào)警聲音 6,各選手一旦搶答成功 ,可以手動(dòng)給其計(jì)分 ,并可選擇顯示 7,答題一旦開始 ,主持人能強(qiáng)制轉(zhuǎn)到計(jì)時(shí)界面 。 搶答器的工作流程 搶答器的基本工作原理：在搶答競賽或呼叫時(shí)，有多個(gè)信號(hào)同時(shí)或不同時(shí)送入主電路中，搶答器內(nèi)部的寄存器工作，并識(shí)別、記錄第一個(gè)號(hào)碼，同時(shí)內(nèi)部的定時(shí)器開始工作，記錄有關(guān)時(shí)間并產(chǎn)生超時(shí)信號(hào)。在整個(gè)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(shí)際情況向外電路輸出相應(yīng)信號(hào)。搶答器的工作流程分為：系統(tǒng)復(fù)位、時(shí)間設(shè)定，計(jì)分設(shè)置等幾部分，如圖 22所示，下面分別予以介紹。 華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 圖 22 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 十 秒按一下 加 鍵 ， 如果想減 十秒按一下 “減” 鍵，時(shí)間 LED 上會(huì)顯示改變后的時(shí)間 。 主持人按 搶答開始 鍵，會(huì)有提示音，并立刻進(jìn)入搶答倒計(jì)時(shí)（預(yù)設(shè) 30s 搶答時(shí)間），如有選手搶答，會(huì)有提示音，并會(huì)顯示其號(hào)數(shù)并立刻進(jìn)入回答倒計(jì)時(shí)（預(yù)設(shè) 30s回 答時(shí)間），不進(jìn)行搶答查詢，所以只有第一個(gè)按搶答的選手有效。倒數(shù)時(shí)間到會(huì)每秒響一下提示音。 如倒計(jì)時(shí)期間， 參賽者按下其當(dāng)前按鈕，顯示器將 會(huì)顯示其對(duì)應(yīng)號(hào)碼，并進(jìn)入其回答倒計(jì)時(shí)時(shí)間。 4. 參賽者回答完畢后，主持人可根據(jù)其回答的是否正確來給與是否予以 是否 加分。 總而言之，本課題利用 STC89C51單片機(jī)及外圍接口實(shí)現(xiàn)的搶答系統(tǒng) 設(shè)計(jì)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(gè)實(shí)用的工程設(shè)計(jì)。 設(shè)置時(shí)間 開始 倒計(jì)時(shí) 搶答并顯示其號(hào)碼 回答并顯示其回答時(shí)間 判斷是否回答正確并予以加分 結(jié)束 開始下一題 華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 搶答器的優(yōu)點(diǎn)及組成 在知識(shí)比賽中，特別是做搶答題目的時(shí)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(jì)一個(gè)系統(tǒng)來完成這個(gè)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(jī)系統(tǒng)來設(shè)計(jì)搶答器，使 以上問題得以解決，即使兩組的搶答時(shí)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(jī)搶答器設(shè)計(jì)及工作原理，以及它的實(shí)際用途。系統(tǒng)工作原理本系統(tǒng)采用 STC89C51 單片機(jī)作為核心。控制系統(tǒng)的四個(gè)模塊分別為：存儲(chǔ)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(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 2 個(gè) 4 位七段共陰 數(shù)碼管來完成顯示功能。工作時(shí)，用按鍵通過開關(guān)電路輸入各路的搶答信號(hào)，經(jīng)單片機(jī)的處理，輸出控制信號(hào)，控制 8 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(shí)現(xiàn) 整個(gè)搶答過程。 華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 第三章 軟件設(shè)計(jì) 主程序系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 主程序主要包括以下幾個(gè)模塊：系統(tǒng)初始化模塊，按鍵模塊，顯示模塊。其中按鍵模塊又包括調(diào)整時(shí)間模塊，正確搶答模塊，回答計(jì)分模塊。 初始化模塊就是將系統(tǒng)的所有數(shù)據(jù)先初始化，然后等待掃描或者中斷；按鍵模塊就是通過系統(tǒng)的鍵盤掃描來判斷具體是哪個(gè)模塊得到了運(yùn)行；而顯示模塊就是根據(jù)不同的情況分別顯示出來。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下： 圖 31軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 軟件任務(wù)分析 軟件任務(wù)分析環(huán)節(jié)是為軟件設(shè)計(jì)做一個(gè)總體規(guī)劃。從軟件的功能來看可分為兩大類：一類是執(zhí)行軟件，它能完成各種實(shí)質(zhì)性的功能，如測量，計(jì)算，顯示，打印，輸出控制和通信等，另一類是監(jiān)控軟件，它是專門用來協(xié)調(diào)各執(zhí)行模塊和操作者的關(guān)系，在系統(tǒng)軟件中充當(dāng)組織調(diào)度角色的軟件。這兩類軟件的設(shè)計(jì)方法各有特色，執(zhí)行軟件的設(shè)回答計(jì)分模塊 正確搶答模塊 數(shù)碼顯示模塊 系統(tǒng)初始化模塊 按鍵模塊 調(diào)整時(shí)間模塊 華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 計(jì)偏重算法效率，與硬件關(guān)系密切，千變?nèi)f化。 軟件任務(wù)分析時(shí)，應(yīng)將各執(zhí)行模塊一一列出，并為每一個(gè)執(zhí)行模塊進(jìn)行功 能定義和接口定義（輸入輸出定義）。在各執(zhí)行模塊進(jìn)行定義時(shí)，將要牽扯到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)類型問題也一并規(guī)劃好。 各執(zhí)行模塊規(guī)劃好后，就可以監(jiān)控程序了。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)。相對(duì)來講，執(zhí)行模塊任務(wù)明確單純，比較容易編程，而監(jiān)控程序較易出問題。這如同當(dāng)一名操作工人比較容易，而當(dāng)一個(gè)廠長就比較難了。 軟件任務(wù)分析的另一個(gè)內(nèi)容是如何安排監(jiān)控軟件和各執(zhí)行模塊。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。后臺(tái)程序指主程序及其調(diào)用的子程序，這類程序?qū)?shí)時(shí)性要求不是太高，延誤幾十 ms 甚至 幾百 ms 也沒關(guān)系，故通常將監(jiān)控程序（鍵盤解釋程序），顯示程序和打印程序等與操作者打交道的程序放在后臺(tái)程序中執(zhí)行；而前臺(tái)程序安排一些實(shí)時(shí)性要求較高的內(nèi)容，如定時(shí)系統(tǒng)和外部中斷（如掉電中斷）。也可以將全部程序均安排在前臺(tái)，后臺(tái)程序?yàn)?“ 使系統(tǒng)進(jìn)入睡眠狀態(tài) ” ，以利于系統(tǒng)節(jié)電和抗干擾。 單片機(jī)的 C 程序設(shè)計(jì)簡介 C語言語法簡潔，緊湊；使用方便，靈活；具有豐富的運(yùn)算符和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；并且能夠通過函數(shù)實(shí)現(xiàn)程序的模塊化。它既具有高級(jí)語言的一切功能，也具有低級(jí)語言的一些功能。因此它既可以用來編寫系統(tǒng)軟件，也可以用來編寫應(yīng)用程 序。它是當(dāng)前國際上廣泛流行的一種計(jì)算機(jī)高級(jí)語言。 單片機(jī)的軟件設(shè)計(jì)也可通過 C來實(shí)現(xiàn)，但需注意以下幾點(diǎn)： 包含“ ”，此頭文件定義了所有 8051 功能寄存器及中斷。若不包含此頭文件，則程序編譯時(shí)出錯(cuò)，編譯器不識(shí)別這些特殊功能寄存器名。 ，常定義些特殊位，可訪問位尋址對(duì)象。例 : sbit itemer7=P1^6。 華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 主 程序 設(shè)計(jì) 在本設(shè)計(jì)中包括了以下主要的程序：主程序， 定時(shí)器初始化程序，數(shù)碼管顯示程序，采集選手程序，搶答時(shí)間調(diào)整 程序，回答時(shí)間調(diào)整程序，倒計(jì) 時(shí)程序，回答正確給與加分程序， 發(fā)聲程序。 主流程圖如 32 所示： 圖 32 程序設(shè)計(jì)流程圖 如圖所示，當(dāng)系統(tǒng)初始化完成之后，數(shù)碼管會(huì)顯示出其初始化的情況，當(dāng)“開始”鍵按下之后，系統(tǒng)將會(huì)對(duì) 8 個(gè)搶答按鈕進(jìn)行掃描，如果有選手搶答成功的話，數(shù)碼管將會(huì)顯示其對(duì)應(yīng)號(hào)碼，并且開始回答倒計(jì)時(shí)，當(dāng)選手回答完畢后，主持人可根據(jù)選手的答題情況 ，判斷是否按下“加分”鍵來給予加分。在開始前，主持人可以通過“加 1”和“減 1”鍵來調(diào)整選手的搶答和回答時(shí)間，并且可以通過“顯示”鍵來直接顯示出調(diào)整 顯示 開始鍵 加一鍵 減一鍵 調(diào)整 時(shí)間 調(diào)整回 答時(shí)間 搶答 回答 正確 給與加分 回答錯(cuò)誤 不加分 Y Y Y 初始化 華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 的時(shí)間以及各個(gè)選手的得分情況。 以下是各個(gè)程序的設(shè)計(jì)： 定時(shí)器初始化函數(shù) : void timer_init() { TMOD=0x11。//T0,T1 分別工作在定時(shí)器方式 1 TH0=TH0NUM。 TL0=TL0NUM。 TH1=TH1NUM。 TL1=TL1NUM。 TR0=1。 //開定時(shí) TR1=1。 ET0=1。 //開定時(shí)中斷 ET1=1。 EA=1。 } void timer1() interrupt 3 { TH1=TH1NUM。 TL1=TL1NUM。 i++。 buzzer=OFF。 } //計(jì)時(shí)器 0 中斷 void temer0() interrupt 1 { TH0=TH0NUM。 TL0=TL0NUM。 t++。 //掃描頻率到 ,選取相應(yīng)數(shù)碼管點(diǎn)亮 if(t==6) //共掃描六個(gè)數(shù)碼管 t=0。 reg_sign()。 } 此程序主要說明開定時(shí)器 1 中斷為計(jì)時(shí)功能，開定時(shí)器 0 中斷為掃描功能 倒計(jì)時(shí)函數(shù)： void display() { if(i==20)//計(jì)時(shí)到 1s { 華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 i=0。 buzzer=ON。 sum4[0]。 if(sum4[0]==1) //計(jì)時(shí)到 10s { sum4[0]=9。 sum4[1]。 if(sum4[1]==1)//最大時(shí)間為 99s sum4[1]=9。 } } } 通過計(jì)算可以得知，定時(shí)器 1 每 50ms 發(fā)生一次中斷，所以當(dāng)定時(shí)器發(fā)生 20 次中斷的時(shí)候，正好經(jīng)過 1 秒，以此來完成對(duì) 1 秒的倒計(jì)時(shí)。此程序主要完成對(duì)選手搶答 及回答倒計(jì)時(shí)的功能。 數(shù)碼管 顯示 函數(shù) ： 顯示程序采用動(dòng)態(tài)掃描。在 顯示程序中， 用到的數(shù)碼管總共只有 6位， 可通過鎖存器的鎖存功能來完成對(duì)數(shù)碼管位的控制 。 連續(xù)的動(dòng)態(tài)掃描， 輪流向各位數(shù)碼管送出字形碼和相應(yīng)的位選，利用發(fā)光管的余輝和人眼視覺暫留作用，使人 感覺是一組穩(wěn)定的數(shù)據(jù)顯示。 程序循環(huán)檢測是否有 信號(hào)，執(zhí)行相應(yīng)處理，最后通過顯示程序顯示相應(yīng)的數(shù)值 和符號(hào) 。 下圖為數(shù)碼管顯示流程圖： 開始 初始化 段選？ 位選？ P0口數(shù)據(jù)輸入 數(shù)碼管顯示 Y N N Y 華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 圖 33 數(shù)碼管 顯示 流程圖 其部分代碼如下 ： void reg_sign() { xuan_e=0。 P0=xuan[t]。 xuan_e=1。 //允許送數(shù) xuan_e=0。 //禁止送數(shù) reg_e=0。 if(reg_i==0) //if 嵌套來實(shí)現(xiàn)各個(gè)顯示功能 led(m)。 else if(reg_i==1) show_time()。 else play_num(reg_i)。 reg_e=1。 reg_e=0。 } 采集選手并顯示號(hào)碼： 系統(tǒng)一直對(duì)選手按鍵進(jìn)行掃描 ，當(dāng)選手的搶答鍵按下之后，系統(tǒng)將會(huì)在數(shù)碼管上顯示其對(duì)應(yīng)號(hào)碼，此時(shí)，如果有其他選手按鍵，將會(huì)認(rèn)為搶答無效。其流程圖如下： 華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 圖 34 顯示搶答選手號(hào)碼 流程圖 其部分代碼如下： void led(uchar itemer)//格式 :0 00 { extern uchar t。 if(t==3 || t==5) { P0=0x10。 //這兩位顯示“ ” } else if(t==2) //該位黑屏 P0=0x00。 else if(t==4) //該位顯示選手號(hào)碼 P0=reg[itemer]。 else P0=reg[sum4[t]]。//前兩位為時(shí)間顯示 } 設(shè)定時(shí)間并顯示： 系統(tǒng)初始化完成之后，主持人可根據(jù)實(shí)際需要來調(diào)整搶回答時(shí)間，“加 1”按鈕按下，時(shí)間加 10 秒，“減 1”按鈕按下，時(shí)間減 10 秒，并且可以在數(shù)碼管顯示出來。流程圖如下： 開始 按鍵按下？ 數(shù)碼管顯示 選手號(hào)碼 其他選手 搶答無效 下 一 題 結(jié)束 Y N 華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 圖 35 設(shè)定時(shí)間并顯示 流程圖 其部分代碼如下：