【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 管腳具有讀入功能， 11 管腳具有輸出功能，而 16 管腳具有外部數(shù)據(jù)寫功能，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)蜂鳴器發(fā)生。 基于 51 單片機(jī)的 8 路搶答器的設(shè)計(jì) 9 圖 25 報(bào)警電路 顯示電路的設(shè)計(jì) 顯示功能與硬件的關(guān)系極大 ， 顯示電路有兩種選擇，液晶屏顯示和傳統(tǒng)數(shù)碼管顯示。液晶屏具有輕薄、無(wú)輻射危險(xiǎn)、可視面積大、分辨率高和抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，但是由于顯示信息少 、 編程工作量大 和 成本偏高 。而數(shù)碼管具有低耗能、低損耗、低壓、壽命長(zhǎng)和精確度高、操作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)中采用的是 4 位七段數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管顯示 通常顯示分為動(dòng)態(tài)顯示和靜態(tài)顯示。 其中，靜態(tài)顯示的特點(diǎn)是顯示穩(wěn)定不閃爍，編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，但占用 I/O 口多 ，實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬件電路的復(fù)雜性。而動(dòng)態(tài)顯示的穩(wěn)定性雖沒靜態(tài)顯示的好，編程復(fù)雜，但是相對(duì)靜態(tài)顯示而言占用的端口資源少。 本設(shè)計(jì)采用的是動(dòng)態(tài)顯示方法。通過查表法將值在數(shù)碼管上顯示出來。其中單片機(jī)的 P0 口為字型碼輸入端， P2 口得低三位為字選段輸入端。 4 位七段數(shù) 碼管顯示電路如圖 26。 圖 26 七段數(shù)碼管顯示電路 數(shù)碼管有共陰極和共陽(yáng)極兩種接法。共陰極接法，各發(fā)光二極管的陰極連在一起并接地，當(dāng)某一發(fā)光二極管的陽(yáng)極輸入高電平時(shí)，則該段發(fā)光；共陽(yáng)極接法，各發(fā)光二極管的陽(yáng)極連在一起并接電源，當(dāng)某一發(fā)光二極管的陰極輸入低電平時(shí)，則基于 51 單片機(jī)的 8 路搶答器的設(shè)計(jì) 10 該段發(fā)光。 本設(shè)計(jì) 采用 4 位一體的七段共陰極數(shù)碼管 ，其中 AG 段分別接到單片機(jī)的 P0口，由單片機(jī)輸出的 P0 口數(shù)據(jù)來決定段碼值，位選碼 COM1， COM3， COM4 分別接到單片機(jī)的 ， ， ，由單片機(jī)來決定當(dāng)前該顯示的是哪一位 。在電路圖中還有 8 個(gè) 220 歐姆的 電阻分別連接在 P0 口上，用作 P0 口的上拉電阻，保證 P0口沒有數(shù)據(jù)輸出時(shí)處于高電平狀態(tài)。 鍵盤掃描 電路的設(shè)計(jì) 鍵盤掃描 電路由 兩 部分組成：搶答電路和 定時(shí) 電路。 鍵盤是人機(jī)交互的主要設(shè)備，鍵盤電路分為獨(dú)立式和矩陣式。 其中，獨(dú)立式鍵盤硬件電路簡(jiǎn)單，而且在程序設(shè)計(jì)上也不復(fù)雜，一般用在對(duì)硬件電路要求不高的簡(jiǎn)單電路中；矩陣式鍵盤硬件電路比獨(dú)立式鍵盤電路復(fù)雜，而且程序設(shè)計(jì)繁瑣，但它節(jié)省端口，適合于多按鍵電路。 本設(shè)計(jì)基于簡(jiǎn)單硬件電路要求的基礎(chǔ)上，采用的是獨(dú)立鍵盤的 方式。 在定時(shí) 電路的設(shè)計(jì)中，有 1 個(gè)搶答時(shí)間調(diào)整按鍵、 1 個(gè)回答時(shí)間調(diào)整按鍵、加一按鍵、減一按鍵和 1 個(gè)開始按鍵、 1 個(gè)結(jié)束按鍵。電路圖如圖 27 所示。 圖 27 定時(shí)電路 圖 28 搶答電路 圖中和 AT89C51 芯片的 12 管腳連接的為搶答時(shí)間 30s 的調(diào)整按鍵，和 13 管腳連接 的為回答時(shí)間 60s 的調(diào)整按鍵， 與 14 管腳連接的為加一按鍵，與 15 管腳連接的為減一按鍵。這四個(gè)按鍵用于主持人對(duì)回答時(shí)間和搶答時(shí)間的調(diào)整。 開始按鍵與單片機(jī)的 10 管腳連接，停止按 鍵與 11 管腳連接。 這里用到了單片機(jī) 11 管腳復(fù)合功能中的 IO 端口功能，單片機(jī)通過讀取 11 腳的 、 的 IO 端口值來判斷當(dāng)前是否處于搶答開始狀態(tài)或搶答結(jié)束狀態(tài)。 當(dāng)主持人按下開始鍵，搶答電路和定時(shí)電路將進(jìn)入正常搶答狀態(tài) ；當(dāng)回答完畢，主持人可以按下結(jié)束鍵停止計(jì)時(shí)。 搶答電路 完成兩個(gè)功能：一是分辨出選手按鍵先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號(hào)，同時(shí)譯碼顯示電路顯示編號(hào)；二是其他選手操作無(wú)效。 搶答電路如圖 28 所示，圖中 8 個(gè)搶答按鍵分別接入單片機(jī)的 端口，單片機(jī)通過讀取 的 值來判斷當(dāng)前輸入的是 8 個(gè)搶答按鍵中的哪一個(gè)。如果主持人未按下開始按鍵判斷到有人違規(guī)操作，蜂鳴器會(huì)發(fā)出警報(bào)聲，并且數(shù)碼管會(huì)顯示出犯規(guī)者的編號(hào)。 基于 51 單片機(jī)的 8 路搶答器的設(shè)計(jì) 11 第 3 章 系統(tǒng)軟件 設(shè)計(jì) 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì) 1. 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)思路 為了能達(dá)到公平、公正、合理的設(shè)計(jì)理念，應(yīng)該在主持人發(fā)布搶答命令之前設(shè)定好搶答時(shí)間。當(dāng)時(shí)間設(shè)定好了之后，主持人發(fā)布搶答命令。按下開始按鍵后，程序開始打開，定時(shí)中斷開始倒計(jì)時(shí)，然后調(diào)用鍵盤掃描子程序， 當(dāng)掃描到有人按下了搶答鍵，馬上關(guān)閉搶答中斷計(jì)時(shí)器 T1，調(diào)用顯示程序，此時(shí) 封鎖搶答鍵盤，啟動(dòng)計(jì)時(shí)器 T0。 2. 主程序框圖 根據(jù) 搶答器設(shè)計(jì)要求，其軟件設(shè)計(jì)部分流程圖如圖 31： 圖 31 主程序流程圖 基于 51 單片機(jī)的 8 路搶答器的設(shè)計(jì) 12 鍵盤掃描程序設(shè)計(jì) 搶答選手的搶答程序設(shè)計(jì)是本設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。鍵盤掃描流程圖如圖 32 所示 。 圖 32 鍵盤掃描程序流程圖 基于 51 單片機(jī)的 8 路搶答器的設(shè)計(jì) 13 顯示程序設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)的顯示部分在按下開始鍵時(shí)，后兩個(gè)數(shù)碼管顯示倒計(jì)時(shí)間，以 1s 變換一次，并且調(diào)用延時(shí)程序，此時(shí)定時(shí)器采用中斷方式，可以充分利用 CPU。在有選手按下?lián)尨疰I時(shí)，第一個(gè)數(shù)碼管顯示選手號(hào)，最后兩個(gè)數(shù)碼管顯示倒計(jì)時(shí)，定時(shí)器同樣采用中斷方式。 除此 之外，本設(shè)計(jì)數(shù)碼管具有閃爍功能，當(dāng)有違規(guī)搶答時(shí)，第一個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示選手號(hào)，后兩個(gè)數(shù)碼管會(huì)閃爍顯示 FF，一個(gè)周期為每秒 1 次。以示搶答無(wú)效，此時(shí)定時(shí)器采用定時(shí)中斷的工作方式。 連接時(shí)段選信號(hào)接在 P0 口的 ～ 七個(gè) I/O 口上， P1 口是準(zhǔn)雙向 I/O 接口在輸出驅(qū)動(dòng)部分，所以在接電阻時(shí)選擇接 220Ω限流電阻。而在位選方面采 用 P2口的 ～ ， 用單片機(jī) 三個(gè) I/O 口作為位選信號(hào)的輸出口 。 基于 51 單片機(jī)的 8 路搶答器的設(shè)計(jì) 14 第 4 章 系統(tǒng)調(diào)試與軟件仿真 系統(tǒng)調(diào)試包括硬件調(diào)試和軟件調(diào)試，二者密不可分。我們?cè)O(shè)計(jì)好的硬件電路和軟件 程序必須經(jīng)過聯(lián)合調(diào)試才能驗(yàn)證其正確性 。 硬件 調(diào)試 硬件調(diào)試分為單元電路調(diào)試和聯(lián)機(jī)調(diào)試，單元電路調(diào)試在硬件電路設(shè)計(jì)中已經(jīng)進(jìn)行，這里只對(duì)其印刷版電路進(jìn)行檢驗(yàn)。 線路檢查：根據(jù)硬件邏輯設(shè)計(jì)圖，仔細(xì)檢查電路是否正確，并且核對(duì)元器件的型號(hào)、規(guī)格和安裝是否符合要求，必要時(shí)可用萬(wàn)用表檢測(cè)線路通斷情況。 先用萬(wàn)用表檢查各管腳之間是否有短路、虛焊、漏焊現(xiàn)象。檢查無(wú)誤后 ，測(cè)試各個(gè)芯片是否有損，待檢查完畢后，將各個(gè)芯片插入各自的槽位。 電源調(diào)試：電路的第一次通電測(cè)試很重要，調(diào)試方法有兩種：一種是斷開電路穩(wěn)壓電源的輸出端， 檢查空載時(shí)電源的工作情況；另一種是拔下電路上的主要繼承芯片，檢查電源的負(fù)載能力。確保電源無(wú)故障并符合性能要求。 通電檢查： 首先按下復(fù)位鍵 ， 用萬(wàn)用表測(cè)試復(fù)位鍵的第四 引腳是否有高電平輸出，然后測(cè)試其第一管腳是否有低電平輸出，如果是的話說明電路連接正確。然后按下開始鍵，再按下?lián)尨疰I 1，之后依次按下?lián)尨疰I 8，分別觀察數(shù)碼管有無(wú)變化 。最后對(duì)蜂鳴器進(jìn)行驗(yàn)證，看看是否正常發(fā)聲。同理分別按下其它 7 個(gè)搶答鍵進(jìn)行檢查。 Keil uVision2 軟件調(diào)試 軟件調(diào)試是通過對(duì)用戶程序的匯編、連接、 執(zhí)行來發(fā)現(xiàn)程序中存在的語(yǔ)法錯(cuò)誤與邏輯錯(cuò)誤并加以排除糾正的過程。 本設(shè)計(jì)用到了 Keil uVision2 軟件 ， 首先打開 Keil uVision2,將程序輸入 ； 然后進(jìn)行調(diào)試，將程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤和邏輯錯(cuò)誤糾正 ， 調(diào)試完畢后，創(chuàng)建 HEX 文件， HEX文件用于燒寫芯片，將制定程序?qū)懭胍言O(shè)計(jì)好的電路板中，使其能根據(jù)我們的要求實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能；最后將 HEX 文件燒寫入 AT89C51 芯片，運(yùn)行電路，讓其實(shí)現(xiàn)八路搶答的功能。 如圖 41 所示。 基于 51 單片機(jī)的 8 路搶答器的設(shè)計(jì) 15 圖 41 Keil uVision 軟件 Proteus 仿真 本設(shè)計(jì)用到 Proteus 仿真軟件。首先將電路圖根據(jù)設(shè)計(jì)要求在軟件中準(zhǔn)確地畫出， 即進(jìn)行 ISIS 原理圖設(shè)計(jì)， 我們的仿真也是完全基于 ISIS 原理圖模塊下進(jìn)行的，Proteus 有兩種截然不同的仿真方式：交互式仿真和基于圖表的仿真，在本設(shè)計(jì)中我們用到的是交互式仿真，用于校驗(yàn)所設(shè)計(jì)的電路是否能正常運(yùn)行。 如圖 42 所示。 圖 42 八路搶答器 原理 圖 基于 51 單片機(jī)的 8 路搶答器的設(shè)計(jì) 16 然后將 Keil uVision2 生成的 HEX 文件鏈接到該中 原理圖，即設(shè)計(jì)文檔的建立。如圖 43 所示 。 圖 43 建立設(shè)計(jì)文檔 文檔建立好之后，按 Ctrl+F12 開始運(yùn)行 ，然后按 F12，執(zhí)行程序。下面是幾組仿真圖。 圖 44 復(fù)位 顯示 FFF 圖 45 啟動(dòng)開始鍵，倒計(jì)時(shí) 30s 基于 51 單片機(jī)的 8 路搶答器的設(shè)計(jì) 17 圖 46 3 號(hào)選手 非法搶答 圖 47 5 號(hào)選手 正常 搶答 基于 51 單片機(jī)的 8 路搶答器的設(shè)計(jì) 18 第 5 章 總 結(jié) 此次設(shè)計(jì)主要以硬件系統(tǒng)為基礎(chǔ)，硬件系統(tǒng)關(guān)系到電子產(chǎn)品的好壞，如系統(tǒng)的抗干擾性，安全性和可行性等，所以要合理地選擇，合理地安排，盡量減少干擾，以提高系統(tǒng)性能。單片機(jī)是很容易受干擾的控制器，當(dāng)采用外部晶振時(shí)，應(yīng)盡量讓其靠近單片機(jī)，以減少對(duì)其的干擾，防止程序的混亂現(xiàn)象。硬件系統(tǒng)的好壞很大部分在于經(jīng)驗(yàn)，比如焊接是否干凈 利落，器件是否完好，操作是否規(guī)范等，所以我們要有好的動(dòng)手能力。 而軟件設(shè)計(jì)確實(shí)設(shè)計(jì)的核心，具有多樣化，靈活性高，易移植等優(yōu)點(diǎn)。首先 我們 要 深深領(lǐng)會(huì) 各指令的含義才能更加熟練應(yīng)用。中斷的合理利用 可以有效減少對(duì)CPU 的占用，更好的處理好其他功能。延時(shí)的應(yīng)用會(huì)順利地實(shí)現(xiàn)顯示，鳴笛等功能，同時(shí)還可以去掉系統(tǒng)固有的不穩(wěn)定性。定時(shí)的應(yīng)用則比較實(shí)際，能實(shí)現(xiàn)我們所需的功能。軟件的設(shè)計(jì)大部分采用模塊化設(shè)計(jì)的方法以方便調(diào)試，并使其可讀性大大增強(qiáng)，方便更改和移植。 在此次設(shè)計(jì)中，我總結(jié)了很多不足，同時(shí)也學(xué)到了很多新的知識(shí)，并且鞏固了課堂知識(shí)，但最終設(shè)計(jì)的系統(tǒng)仍有不足，敬請(qǐng)?zhí)岢觯? 基于 51 單片機(jī)的 8 路搶答器的設(shè)計(jì) 19 參 考 文 獻(xiàn) [1] 孫蕙芹 .單片機(jī)實(shí)用教程 .北京：中國(guó)電力出版社， 2021 [2] 賈海瀛 .數(shù)字電子技術(shù)與實(shí)訓(xùn) .北京：機(jī)械工業(yè)出版社， [3] 李雅軒 .模擬電子技術(shù) 2 版 .西安：西安電子科技大學(xué)出版社， [4] 張永飛 .電工 基礎(chǔ) .天津：天津大學(xué)出版社， [5] 張立科 .單片機(jī)典型模塊設(shè)計(jì)實(shí)例導(dǎo)航 .第一版 .人民郵電出版社 ,1988 [6] 潘新民 .微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù) .北京：電子工業(yè)出版社， 2021 [7] 李響初 .基于 MCS51 單片機(jī)的智能時(shí)鐘控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) .世界電子元件， 2021,7:97~98 [8] Proteus 入門講義 百度文庫(kù) [9] C51 Keil uVision2 百度文庫(kù) 基于 51 單片機(jī)的 8 路搶答器的設(shè)計(jì) 20 附 錄 附錄一 主程序清單 OK EQU 20H。搶答開始標(biāo)志位 RING EQU 22H。響鈴標(biāo)志位 ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003H AJMP INT00 ORG 000BH AJMP T00 ORG 0013H AJMP INT11 ORG 001BH AJMP T11 ORG 0040H MAIN:MOV R1,30。設(shè)搶答時(shí)間 30s MOV R2,60。設(shè)答題時(shí)間 60s MOV TMOD,11H。設(shè)置定時(shí)器為模式 1 MOV TH0,0F0H MOV TL0,0FFH MOV TH1,3CH MOV TL1,0B0H。50ms 為一次溢出中斷 SETB EA SETB ET0 SETB ET1 SETB EX0 SETB EX1。允許四個(gè)中斷 T0/T1/INT0/INT1 CLR OK CLR RING SETB TR1 SETB TR0。一開始運(yùn)行定時(shí)器，開始顯示 FFF LOOP:MOV R5,0BH MOV R4,0BH MOV R3,0BH ACALL DISPLAY。調(diào)用顯示 FFF 子程序 JB ,LOOP1。判斷未開始答題，若有人按下?lián)尨?，跳?LOOP1 非法搶答處理程序 基于 51 單片機(jī)的 8 路搶答器的設(shè)計(jì) 21 ACALL DELAY JB ,LOOP1。判斷已開始答題，則向下執(zhí)行 ACALL BARK。蜂鳴器響 MOV A,R1 MOV R6,A。將 R1 中 30s 送入 R6 SETB OK。復(fù)位，用于 COUNT 中判斷是否查詢搶答 MOV R7,01H。讀搶答鍵按下數(shù)，要求只讀一次有用信號(hào) MOV R3,0AH。搶答時(shí)間指顯示計(jì)時(shí)，不顯示號(hào)數(shù) AJMP COUNT。進(jìn)入 COUNT 倒計(jì)時(shí)子程序，查詢有效搶答程序 LOOP1:JN