【正文】 答按鍵 主持人控制 秒脈沖產(chǎn)生 優(yōu)先編碼 時(shí)序控制 定時(shí)電路 譯碼顯示 鎖存功能 譯碼顯示 報(bào)警電路 無(wú) 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 17 方案二 ：采用單片機(jī)作為核心 搶答器的工作原理是采用單片機(jī)最小系統(tǒng)，用查詢式鍵盤進(jìn)行搶答。 系統(tǒng)各部分采用中小規(guī)模集成數(shù)字電路，用機(jī)械開關(guān)按鈕作 為控制開關(guān)，完成搶答輸入信號(hào)的觸發(fā)。當(dāng)選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)按動(dòng)搶答鍵時(shí)，顯示編號(hào)揚(yáng)聲器發(fā)出短暫聲響，控制電路要對(duì)輸入編碼電路進(jìn)行封鎖，控制電路要使定時(shí)器停止工作，時(shí)間顯示器上顯示剩余的搶答時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。 圖 2— 1 上圖所示的定時(shí)搶答器的工作過程是：接通電源時(shí)，節(jié)目主持人將開關(guān)置于“清除”位置，搶答器處于禁止工作狀態(tài)，編號(hào)顯示器滅燈，定時(shí)顯示器顯示設(shè)定的時(shí)間，當(dāng)節(jié)目主 持人宣布“搶答開始”，同時(shí)將控制開關(guān)撥到“開始”位置，揚(yáng)聲器給出聲響提示，搶答器處于工作狀態(tài)，定時(shí)器倒計(jì)時(shí)。主體電路完成基本的搶答功能，即開始搶答后，當(dāng)選手按動(dòng)搶答鍵時(shí)，能顯示選手的編號(hào)，同時(shí)能封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答?？梢杂脝纹瑱C(jī)來完成，也可以用數(shù)字電路來實(shí)現(xiàn)，兩種方案都與我們所學(xué)內(nèi)容聯(lián)系緊密，能將我們所學(xué)知識(shí)用于實(shí)際，對(duì)鞏固所學(xué)知識(shí)有重要意義，對(duì)我們掌握集成芯片邏輯功能的應(yīng) 用有很大幫助。 (5)參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效，定時(shí)器停止工作，顯示器上顯示選手的編號(hào)和搶答的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。 (4)搶答器具有定時(shí)搶答功能，且 一次搶答的時(shí)間由主持人設(shè)定（如 30 秒）。即選手按動(dòng)按鈕，鎖存相應(yīng)的編號(hào)，并在 LED 數(shù)碼管上顯示，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲響提示。 (2)設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān) S，該開關(guān)由主持人控制。并簡(jiǎn)化其電路結(jié)構(gòu)。搶答器一般是由很多電路組成的，線路復(fù)雜，可靠性不高，功能也比較簡(jiǎn)單，特別是當(dāng)搶答路數(shù)很多時(shí)，實(shí)現(xiàn)起來就更為困難。它已成為工業(yè)控制領(lǐng)域、智能儀器儀表、尖端武器、日常生活中最廣泛使用的計(jì)算機(jī)。單片微型計(jì)算機(jī)就是將中央處理單元、存儲(chǔ)器、定時(shí) /計(jì)數(shù)器和多種接口都集成到一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)。 系統(tǒng)采用AT89S51單片機(jī)作為核心模塊 ，配以鍵盤、顯示模塊 、 顯示驅(qū)動(dòng)模塊、 搶答開關(guān)模塊 、音樂音頻輸出等模塊 。無(wú) 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 15 聲光顯示智力競(jìng)賽多路搶答器 摘 要 聲光顯示智力競(jìng)賽多路搶答器 基于單片機(jī)系統(tǒng)代替了傳統(tǒng)常規(guī)電子線路的控制系統(tǒng)，有了智能化的長(zhǎng)足發(fā)展。 電子智能搶答器在 搶答過程中系統(tǒng) 正確 判斷 正常 搶答，分辨出優(yōu)先 搶 答 人。 關(guān)鍵詞 ： 搶答器； 單片機(jī)；鍵盤；顯示； 搶答 電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，促進(jìn)微型計(jì)算機(jī)測(cè)量和控制技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，單片機(jī)（單片微型計(jì)算機(jī)）的應(yīng)用已經(jīng)滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門和 領(lǐng)域，它起到了越來越重要的作用。因此一塊芯片就構(gòu)成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和文化事業(yè)的發(fā)展，在很多公開競(jìng)爭(zhēng)場(chǎng)合要求有公正的競(jìng)爭(zhēng)裁決，諸如證券、股票交易及各種智力競(jìng)賽等 ,因此出現(xiàn)了搶答器。因此我們?cè)O(shè)計(jì)了以單片機(jī)為核心的 新型智能的搶答器，在保留了原始搶答器的基本功能的同時(shí)又增加一系列的實(shí)用功能。 搶答器的設(shè)計(jì)方案種類很多，要實(shí)現(xiàn)以下功能： (1)搶答器同時(shí)供 6 名選手或 6 個(gè)代表隊(duì)比賽，分別用 6 個(gè)按鈕 S0 ~ S5 表示。 (3)搶答器具有鎖存與顯示功能。選手搶答實(shí)行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。當(dāng)主持人啟動(dòng) 開始 鍵后，定時(shí)器進(jìn)行減計(jì)時(shí)，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)的時(shí)間 秒左右。如果定時(shí)時(shí)間已到，無(wú)人搶答，本次搶答無(wú)效，系統(tǒng)報(bào)警并禁止搶答，定時(shí)顯示器上顯示 00。 下面將分析搶答器的兩種方案并選擇其中合適的一種 無(wú) 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 16 方案一 ： 基于邏輯數(shù)字電路搶答器的設(shè)計(jì) 定時(shí)搶答器的總體框圖如下圖 2— 1 所示，它由主體電路和擴(kuò)展電路兩部分組成。擴(kuò)展電路完成定時(shí)搶答的功能。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到，卻沒有選手搶答時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時(shí)后搶答。當(dāng)選手將問題回答完畢，主持人操作控制開關(guān)，使系統(tǒng)回復(fù)到禁止工作狀態(tài)，以便進(jìn)行下一輪搶答 。該方案的特點(diǎn)是中小規(guī)模集成電路應(yīng)用技術(shù)成熟，性能可靠，能方便的完成選手搶答的基本功能，但是由于系統(tǒng)功能要求較高，所以電路連接集成電路相對(duì)較多，而且過于復(fù)雜，并且制作過程工序比較煩瑣，使用不太方便。通過搶答按鍵模塊，連接按鍵進(jìn)行搶答。此時(shí)有人第一按下相應(yīng)的搶答按鈕，經(jīng)過單片機(jī)的控制選擇，在八段顯示器上顯示相應(yīng)的號(hào)碼，并鎖存，同時(shí)禁止其他按鈕的輸入。主控分系統(tǒng)有：開始與結(jié)束控制按鈕、時(shí)限設(shè)定、各種相關(guān)顯示調(diào)控功能等（根據(jù)需要也可另設(shè)或多設(shè)相關(guān)功能）。 控制器的選擇有以下兩鐘方案。 FPGA可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能，規(guī)模大，密度高，它將所有器件集成在一塊芯片上，減小了體積，提高了穩(wěn)定性，并且可以應(yīng)用 EDA軟件仿真、調(diào)試，易于進(jìn)行功能擴(kuò)展。但由于本設(shè)計(jì)對(duì)數(shù)據(jù)處理的速度要求不高，F(xiàn)PGA的高速處理的優(yōu)勢(shì)得不到充分體現(xiàn)，并且由于其集成度高，使其成本偏高，同時(shí)由于芯片的引腳較多，實(shí)物硬件電路板布線復(fù)雜，加重了電路設(shè)計(jì)和實(shí)際焊接的工作。單片機(jī)算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng)，軟件編程靈活、自由度大，可以用軟件編程實(shí)現(xiàn)各種算法和邏輯控制，并且由于其功耗低、體積小、技術(shù)成熟和成本低等優(yōu)點(diǎn)，使其在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。但由于 80C51片內(nèi)為掩膜 ROM，故內(nèi)部程序不能改寫，不用于實(shí)驗(yàn)開發(fā)。 80C31在市場(chǎng)上的價(jià)格很低，但片內(nèi) 主 控 制 器 LED顯示 聲生器 鍵盤顯示 時(shí)鐘頻率 復(fù)位電路 無(wú) 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 18 沒有 ROM，必須在片外擴(kuò)展一片 EPROM，非常不便。 下圖為采用 51單片機(jī)設(shè)計(jì)搶答器的主體電路： 無(wú) 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 19 系統(tǒng)采用 AT89C51 系列單片機(jī)作為控制核心，可以完成運(yùn)算控制、信號(hào)識(shí)別以及顯示功能的實(shí)現(xiàn)。硬件設(shè)計(jì)部分包括電路原理圖、合理選擇元器件、繪制線路圖，然 后對(duì)硬件進(jìn)行調(diào)試、測(cè)試，以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 內(nèi)部電路設(shè)計(jì)用匯編語(yǔ)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?？梢灾挥?P0 口連接上拉電阻，完成驅(qū)動(dòng) LED 的功能，串接按鍵可以由選手自己控制搶答機(jī)會(huì)，利用 P3 口的 RXD 接 74LS164 的 A， B 端， TXD 接移位脈沖做時(shí)鐘信號(hào)。給出相應(yīng)的延時(shí)，選手按正常的操作搶答，軟件倒記時(shí)，利用 74LS164 移位寄存 8 段數(shù)碼管，實(shí)現(xiàn)倒記時(shí)顯示時(shí)間，到 5 秒相應(yīng)時(shí)間提醒選手時(shí)間快到了，要及時(shí)作答，并啟動(dòng)蜂鳴器。電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 數(shù)碼顯示是采用 BCD編碼顯示數(shù)字，程序編譯容易，資源占用較少。 單片機(jī)是電子專業(yè)發(fā)展的方向，更好的使用單片機(jī)可以是我們的產(chǎn)品小型化，使用更方便，性能更穩(wěn)定，功能更齊全，所以我們選用單片機(jī)加一定的外圍設(shè)備實(shí)現(xiàn)本次課程設(shè)計(jì)的要求。 ： 由 MAX構(gòu)成的 5V穩(wěn)壓電源。如圖 3— 4電路 為輸出電壓 +5V，輸出電流 。 220V交流市電通過電源變壓器變換成交流低壓，再經(jīng)過橋式整流電路D1～ D4和濾波電容 C1的整流和濾波，在固定式三端穩(wěn)壓器 LM7805的 Vin和GND兩端形成一個(gè)并不十分穩(wěn)定的直流電壓。綜上所述，選擇方案二，采用三端穩(wěn)壓器電路。 ：使用液晶屏顯示時(shí)間。但由于只需要顯示時(shí)間和轉(zhuǎn)向、相數(shù)這樣的數(shù)字，信息量比較少，且由于液晶是以點(diǎn)陣的模式顯示各種符號(hào)，需要利用控制芯片創(chuàng)建字符庫(kù)， 編程工作量大，控制器的資源占用較多，其成本也偏高。 ：在使用傳統(tǒng)的數(shù)碼管顯示。數(shù)碼顯示是采用 BCD編碼顯示數(shù)字，程序編譯容易，資源占用較少。顯示器由 9個(gè)共陽(yáng)極數(shù)碼管組成。 根據(jù)以上的論述，采用 方案二。鍵盤按結(jié)構(gòu)形式可以分為非編碼鍵盤和編碼鍵盤，前者用軟件方法產(chǎn)生鍵碼，而后者則用硬件方法來產(chǎn)生鍵碼。 ：獨(dú)立式鍵盤 ， 鍵盤接口中使用多少根 I/O線，鍵盤中就有幾個(gè)按鍵，鍵盤接口使用了 8根 I/O口線，該鍵盤就有 8個(gè)按鍵，這種類型的鍵盤，其按鍵比較少，且鍵盤中各按鍵的工作互不干擾。如圖 3— 5。 獨(dú)立式鍵盤的缺點(diǎn)是需要占用比較多的 I/O口線，當(dāng)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)鍵盤中需要的按鍵比較少或 I/O口線比較富余時(shí)，可以采用這樣類型的鍵盤。這種形式的鍵盤結(jié)構(gòu)，能夠有效的提高單片機(jī)系統(tǒng)中 I/O的利用率，列線接 ~ ~，行列適用于按鍵輸入多的情況。 在大多數(shù)情況下， CPU對(duì)鍵盤可能進(jìn)行空掃描。 根據(jù)以上的論述，采用方案一，在本系統(tǒng)中采用了獨(dú)立式鍵盤，其按鍵比較少，且鍵盤中各個(gè)按鍵的工作互不干擾。采用靜態(tài)顯示， 其方案如下： ：不帶鎖存方式。輸入只有兩個(gè)信號(hào)，它們是串行數(shù)據(jù)線 DIN和移位信號(hào) CLK。實(shí)驗(yàn)證明在顯示位數(shù)超出 6位，數(shù)碼管有閃爍的現(xiàn)象。采用帶有鎖存功能的移位寄存器 74LS595芯片，74595的數(shù)據(jù)端： QAQH: 八位并行輸 出端，可以直接控制數(shù)碼管的 8個(gè)段。: 級(jí)聯(lián)輸出端。 SI: 串行數(shù)據(jù)輸入端。通常接 Vcc。 QAQBQC...QH；下降沿移位寄存器數(shù)據(jù)不變。我通常都選微秒級(jí)） RCK(12腳 )：上升沿時(shí)移位寄存器的數(shù)據(jù)進(jìn)入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)寄存器，下降沿時(shí)存儲(chǔ)寄存器數(shù)據(jù)不變。我通常都選微秒級(jí)），更新顯示數(shù)據(jù)。如果單片機(jī)的引腳不緊張，用一個(gè)引腳控制它，可以方便地產(chǎn)生閃爍和熄滅效果。 74164和 74595功能相仿，都是 8位串行輸入轉(zhuǎn)并行輸出移位寄存器。 74595的主要優(yōu)點(diǎn)是具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)寄存器，在移位的過程中，輸出端的數(shù)據(jù)可以保持不變。與164只有數(shù)據(jù)清零端相比， 595還多有輸出端時(shí)能 /禁止控制端，可以使輸出為高阻態(tài)。 ：行列式鍵盤 ， 行列式鍵盤是用 N條 I/O線作為行線， M條 I/O線作為列線組成的鍵盤，在行線和列線的每個(gè)交叉點(diǎn)上，設(shè)置一個(gè)按鍵中按鍵的個(gè)數(shù)是 M*N個(gè)。 方案二：獨(dú)立式鍵盤 ， 矩陣式鍵盤中，行、列 線分別連接到按鍵開關(guān)的兩端，在進(jìn)行鍵盤掃描時(shí)，首先把矩陣鍵盤列線的第