【文章內(nèi)容簡介】 控制功能時，在主控處帶有公示性顯示的非法掄 答者的臺位號，對 回答問題限時設(shè)為倒計時，并有顯示 提示 。 系統(tǒng)的主要功能模塊方框圖如 圖 21 所示。 圖 21 系統(tǒng)主 要功能模塊 本系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計 的八路 搶答器，在搶答比賽中廣泛應用，各組分別有一個搶答按鈕。 一共有 8 個按鍵輸入，分別對應 8 路選手的搶答按鍵。 AT89S52單片機 2 位七段數(shù)碼管 顯示 聲音電路= 8 路搶答 按鍵輸入 復位電路 開始按 鍵輸入 時鐘 基于單片機控制競賽搶答器的設(shè)計 5 主持人有開始和復位（結(jié)束）鍵。 主持人按鍵開始后，選手開始搶答為有 效，數(shù)碼顯示屏顯示選手號 。如果主持人沒有按下開始鍵 而選手就搶答視為犯規(guī)，數(shù)碼顯示屏顯示犯規(guī)者的代號，揚聲器持續(xù)發(fā)聲 。主持人可按鍵結(jié)束，新一輪搶答開始。 單片機 是整個搶答器的核心，內(nèi)部電路設(shè) 計用匯編語言編寫。它完成了時間參數(shù)的設(shè)定，搶按號碼的譯碼，保存；顯示； 輸出，搶按及答題倒計時功能等。 本設(shè)計中，有兩 個共陽數(shù)碼管。其中 一個顯示搶答號碼 ，倒計時開始后顯示兩個共同顯示倒計時時間 。主持人依次按下復位鍵（ RESET），開始鍵后開始搶答。若有選手 搶按成功，則可以 開始 答題，數(shù)碼管 顯示選手號碼，十秒后顯示搶答時間。若在按開始鍵前搶答表示違規(guī)，揚聲器發(fā)聲同時數(shù)碼管 閃爍 顯示選手號碼。 系 統(tǒng)需求分析 在搶答中，只有開始后搶答才有效，如果在開始搶答前搶答為無效。 回答問題的時間為 60S。 可以顯示是哪 位選手有效搶答和無效搶答 。 回答問題時間倒記時顯示，時間完后由主持人 復位。 回答問題時間最后 10S 閃爍并發(fā)聲提示選手 。 搶答器的工作流程 搶答器的基本工作原理 [3]： 在搶答競賽或呼叫時，有多個信號同時或不同時送入主電路中，搶答器內(nèi)部的寄存器工作，并識別、記錄第一個號碼，同時內(nèi)部的定時器開始工作，記錄有關(guān)時間并產(chǎn)生超時信號。在整個搶答器工作過程中，顯示電路、 聲音 電路等還要根據(jù)現(xiàn)場的實際情況向外電路輸出相應信號 。 搶答器的工作流程分為 ：系統(tǒng)復位、正常流程、違例流程等幾部分，如圖 22所示，下面分別予以介紹。 基于單片機控制競賽搶答器的設(shè)計 6 圖 22 搶答器工作流程 加載程序 運行 正常搶答 違規(guī) 顯示號碼 顯示號碼 10S 后倒計時 閃爍并報警 倒計時并判斷是否為最后 10S 結(jié)束（復位） 否 是 閃爍、報警交替出現(xiàn) 基于單片機控制競賽搶答器的設(shè)計 7 搶答器的工作過程 主持人按 “ 搶答開始 ” 鍵， 立刻進入搶答 狀態(tài) ，如有選手搶答， 會顯示其號數(shù)并立刻進入回答倒計時（預設(shè) 60S 搶答時間），不進行搶答查詢，所以只有第一個按搶答的選手有效。倒數(shù)時間到小于 10S 會每秒響一下提示音 并且數(shù)碼管閃爍一下 。 如倒計時期間，主持人想停止倒計時可以隨時按 “ 復位 ” 按鍵，系統(tǒng)會自動進入 預備 狀態(tài) ， 等待主持人按 “ 搶答開始 ” 進入下次搶答計時。 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上不斷閃爍犯規(guī)號數(shù)并響個不停，直到按下 “ 復位 ” 鍵為止。 總而 言之，本課題利用 AT89S52單片機及外圍接口實現(xiàn)的搶答系統(tǒng) 設(shè)計了搶答器，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，是一個實用的工程設(shè)計。 基于單片機控制競賽搶答器的設(shè)計 8 3 器件選型方案及詳細清單 微控制器選用 ATMAL 公司生產(chǎn)的 AT89S52，該芯片貨源充足，并且價格也比較便宜。 見附錄 3。 AT89S52 特殊功能寄存器 特殊功能寄存器也稱專用寄存器 [4]，是具有特殊功能的所有寄存器的集合，簡稱 SFR（ Special Function Register） 。特殊功能寄存 器共含有 22 個不同寄存器。它們的地址分配在 80H～ FFH 中，即在 RAM 地址中。這些寄存器的名稱和地址見表。 表 31 AT89S52 特殊功能寄存器列表 符 號 地 址 注 釋 *ACC E0H 累加器 *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 注： 帶 *號的特殊功能寄存器都是可以位尋址的寄存器 基于單片機控制競賽搶答器的設(shè)計 9 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，如果對這些單元進行操作 ，得到的是一些隨機數(shù)，而寫入則無效。所以，用戶編程時不應該將數(shù)據(jù)寫入這些未確定的地址單元，它們是公司留待將來開發(fā)新產(chǎn)品時使用的。 AT89S52 的功能及簡介 AT89S52 單片機是 ATMAL 公司 89 系列單片機的一種 8 位 Flash 單片機。它最大特點是片內(nèi)含有 Flash 存儲器，用途十分廣泛，特別是在生產(chǎn)便攜式商品，手提式儀器等方 面，有著十分廣泛的應用 [5]。 AT89S52 單片機 內(nèi)部主要有以下部件： 8031CPU、 振蕩電路 、 總線控制部 件 、中斷控制部件 、 片內(nèi) Flash 存儲器 、 片內(nèi) RAM、 并行 I/O 接口 、 定時器 和 串行 I/O接口 。 AT89S52 是 89 系列單片機的標準型，它是與 MSC51 系列單片機兼容的。在內(nèi)部含有 4KB 或 8KB 可重復編程的 Flash 存儲器，可進行 1000 次擦寫操作。全靜態(tài)工作為 024MHZ，有 3 級程序鎖存器，內(nèi)部含有 128256 字節(jié)的 RAM，有 32 條可編程 I/O 口線， 23 個 16 位定時 /計數(shù)器， 68 個中斷源，通用的串行接口，低電壓空閑及電源下降方式。 AT89S52 單片機內(nèi)部由 CPU、 4KB 的 FPEROM ， 128B 的 RAM， 兩個 16 位的定時 /計數(shù)器 T0 和 T1， 4 個 8 位的 I/O 端 P0、 P P P3 等組成。單片微機內(nèi)部最核心的部分是 CPU。 CPU 主要功能是產(chǎn)生各種控制信號，控制存儲器、輸入 /輸出端口的數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)的算術(shù)運算、邏輯運算以及位操作處理等， CPU 按其功能可分為運算器和控制器兩部分?？刂破饔沙绦蛴嫈?shù)器 PC、指令儲存器、指令譯碼器、實時控制與條件轉(zhuǎn)移邏輯電路等組成。它的功能是對來自存儲器中的指令進行譯碼，通過實時控制電路，在規(guī)定的時刻發(fā)出各種操作所需的內(nèi)部和外部的控制信號，使各部分協(xié)調(diào)工作，完成指令所規(guī)定的操 作。運算器由算術(shù)邏輯器部件 ALU、基于單片機控制競賽搶答器的設(shè)計 10 累加器 ACC、暫存器、程序狀態(tài)字寄存器 PSW， BCD 碼運算調(diào)整電路等組成。 圖 31 AT89S52 單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 AT89S52 的主要性能包括： AT89S52 與 MCS— 51 控制器系列產(chǎn)品兼容，片內(nèi)有4K 可在線重復編程閃速電擦除存儲器（ Flash Memory），存儲器可循環(huán)寫入 /擦除1000 次；存儲器數(shù)據(jù)保存時間可達 10 年；工作電壓范圍寬： Vcc 可由 到 6V；全靜態(tài)工作可由 0Hz到 16MHz；程序存 儲器具有 3 級鎖存保護； 128*8 位內(nèi)部 RAM；32 條可編程 I/O 線；兩個 16 位定時器 /計數(shù)器；中斷結(jié)構(gòu)具有 5 個中斷源和 2 個中斷優(yōu)先級；可編程全雙工串行通信；空閑狀態(tài) 維持 低功耗和掉電狀態(tài)保存存儲內(nèi)容。 搶答器的優(yōu)點及組成 在 知識比賽中，特別是做搶答題目的時候 ， 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)計一個系統(tǒng)來完成這個任務。如果在搶答中，靠視覺是很難判斷出哪組先答題。利用單片機系統(tǒng)來設(shè)計搶答器，使以上問題得以解決，即使兩組的搶答時間相差幾微秒，也可分辨出哪組優(yōu)先答題。本文主要介紹了 單片機搶答器設(shè)計及工作原理，以及它的實際用途。系統(tǒng)工作原理 本系統(tǒng)采用 AT89S52單片機作為核心。控制系統(tǒng)的四個模塊分別為：存儲模 塊、顯示模塊、 聲音 模塊、外部定 時元件 復位 中斷 電源 系統(tǒng)時鐘 ROM CPU 定時 /計數(shù)器 串行 I/O 口 并行 I/O 口 RAM 基于單片機控制競賽搶答器的設(shè)計 11 搶答開關(guān)模塊。該搶答器系統(tǒng)通過 八個 個按鍵輸入搶答信號；利用存儲程序 來完成軟件的設(shè)計 ；利用 2 個 七段共 陽 數(shù)碼管來完成顯示功能。工作時，用按鍵通過開關(guān)電路輸入各路的搶答信號，經(jīng)單片機的處理，輸出控制信號，控制 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，從而實現(xiàn)整個搶答過程。 本章主要講述了搶答器的工作原理和本設(shè)計系統(tǒng)的工作流程。在說明工作原理的過程中 ，突出了電路的組成單元以及這些單元如何實現(xiàn)搶答功能；在說明系統(tǒng)的流程時，結(jié)合本設(shè)計的內(nèi)容，指出了參數(shù)設(shè)置的方法和意義。搶答正常流程與違例流程的實現(xiàn)，以及如何進行搶答控制。 同時也說明了搶答器的優(yōu)點和 AT89S52 的功能及簡介。 基于單片機控制競賽搶答器的設(shè)計 12 4 系統(tǒng)總體方案的設(shè)計 硬件電路的設(shè)計 本設(shè)計分為硬件設(shè)計和軟件設(shè)計，這兩者相互結(jié)合，不可分離；從時間上看，硬件設(shè)計的絕大部分工作量是在最初階 段，到后期往往還要做一些修改。只要技術(shù)準備充分，硬件設(shè)計的大返工 是比較少的，軟件設(shè)計的任務貫徹始終，到中后期基本上都是 軟件設(shè)計任務，隨著集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，各種功能很強的芯片不斷出現(xiàn)，使硬件電路的集成度越來越高，硬件設(shè)計的工作量在整個項目中的所占的比重逐漸下降。為使硬件電路設(shè)計盡可能合理，應注意以下幾方面 [6]： (1) 盡可能采用功能強的芯片，以簡化電路，功能強的芯片可以代替若干普通芯片，隨著生產(chǎn)工藝的提高，新型芯片的的價格不斷下降，并不一定比若干普通芯片價格的總和高。 (2) 留有設(shè)計余地。在設(shè)計硬件電路時，要考慮到將來修改擴展的方便。因為很少有一錘定音的電路設(shè)計，如果 現(xiàn)在不留余地，將來可能要為一點小小的修改或擴展 而被迫進行全面返工 。 (3) 程序空間，選用片內(nèi)程序空間足夠大的單片機，本設(shè)計采用 AT89S52 單片機。 (4) RAM 空間， AT89S52 內(nèi)部 RAM 不多，當要增強軟件數(shù)據(jù)處理功能時，往往覺得不足。如果系統(tǒng)配置了外部 RAM，則建議多留一些空間。如選用 8155 作I/O 接口，就可以增強 256 字節(jié) RAM。 如果有大批數(shù)據(jù) 需要 處理，則應配置足夠的RAM，如 6264， 62256 等。隨著軟件設(shè)計水平的提高，往往只要改變或增加軟件中的數(shù)據(jù)處理算法，就可以使系統(tǒng)功能提高很多，而系統(tǒng)的硬件不必做任何更換就使系統(tǒng)升級換代。只要 在硬件電路設(shè)計初期考慮到這一點，就應該為系統(tǒng)將來升級留足夠的 RAM 空間，哪怕多設(shè)計一個 RAM 的插座，暫不插芯片也好。 (5) I/O 端口：在樣機研制出來后進行現(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。如有些新的信號需要采集，就必須增加輸入檢測端；有些物理量需要控制，就必須增加輸出端。