【正文】 ................................ 錯誤 !未定義書簽。早期的搶答器只由幾個三極管、可控硅、發(fā)光管等組成，能通過發(fā)光管的指示辯認出選手號碼。 本課題 利 用 AT89C51單片機及外圍接口實現(xiàn)的搶答系統(tǒng) ， 利用單片機的定時 器 /計數(shù)器定時和記數(shù)的原理，將軟、硬件有機地結(jié)合起來，使得系統(tǒng)能夠正確地進行計時， 同時使 數(shù)碼管能夠正確地顯示時間 和選手號碼 。 系統(tǒng) 達到要求 ： 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 ； 搶答限定時間和回答問題的時間可是在 199s設(shè)定 ； 可以顯示是哪 位選手有效搶答和無效搶答，正確按鍵后有音樂提示 ； 搶答時間和回答問題時間倒記時顯示，時間完后系統(tǒng)自動復位 ；按鍵鎖定，在有效狀態(tài)下，按鍵無效非法 [1]。同時 通過本課題設(shè)計與裝配、調(diào)試，提高 自己的 動手能力，鞏固已學的理論知識，建立 單片機理論和實踐的結(jié)合 ，了解 多功能搶答器 各單元電路之間的關(guān)系及相互影響，從而能正確設(shè)計、計算 定時計數(shù) 的各個單元電路。 提高動手能力和排除故障的能力。主持人有開始和結(jié)束 、 復位鍵 。通過加鍵和減鍵修改上述時間，改完后結(jié)束鍵確定。 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)生 。 通過研究并在設(shè)計驗證后發(fā)現(xiàn)，采用 單片機 技術(shù)設(shè)計的搶答器與目前常用的搶答器相比，首先，電路連接簡單，因為大多數(shù)功能單元都通過程序設(shè)計 在單片機內(nèi)部， 第二，工作性能可 靠，抗 干 擾能力優(yōu)于目前搶答器 。 本論文章節(jié)的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容如下 ： 第一章 ： 緒論。 第二章 ： 搶答器系統(tǒng)概述。 第三章 ： 搶答器的 硬件電路的 設(shè)計。 第四章：搶答器的軟件設(shè)計，并編程序。 第六章： 總結(jié) 。 而且 目前多數(shù)搶答器存在 3 個不足之處 [3]： 第一，現(xiàn) 場線路連接復雜。選手越多，連接線就越多、越亂，這些連接線不僅影響了現(xiàn)場的美觀，而且降低了搶答器的可靠性，增加了安裝的難度，甚至影響了現(xiàn)場人員的走動。因 為單片機只完成號碼處理、計時、數(shù)據(jù)運算等功能，其它功能如選手號碼的識別、譯碼、計分顯示等仍只能通過數(shù)字集成電路完成。第三，選手搶按成功 ， 但出現(xiàn)沒有搶答被記錄的問題 。 安徽工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè) 設(shè)計（論文） 3 參賽者系統(tǒng)，除享有搶答按紐的權(quán)利功能外，還有人性化的提示功能和 時間 提示 功能，也可設(shè)定由主控控制在參賽者終端表現(xiàn)的趣味性功能等；主控系統(tǒng)的控制按鈕做開始與結(jié)束控制，根據(jù)活動參賽者的層次，對提前掄答者的行為設(shè)定為非法或阻隔，若設(shè)有非法 搶答控制功能時，在主控處帶有公示性顯示 的非法掄 答者的臺位號，對搶 答限時及回答問題限時設(shè)為倒計時，并有顯示 提示 。 圖 1 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(yīng)用，各組分別有一個搶答按鈕。 主持人有開始和結(jié)束鍵。通過 加鍵和減鍵修改上述時間，改完后結(jié)束鍵確定。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)生。 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。 AT89C51單片機 4 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、結(jié)束 按鍵輸入 加一、減一 按鍵輸入 時鐘 安徽工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè) 設(shè)計（論文） 4 本設(shè)計中，有一個 共 陰 的數(shù)碼管組，四個數(shù)碼管。主持人依次按下復位鍵（ RESET），開始鍵后開始搶答。若有選手在規(guī)定時間內(nèi)搶按成功，則可以答題，數(shù)碼管顯示搶答時間的同時也顯示選手號碼。 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。 可以顯示是哪 位選手有效搶答和無效搶答，正確按鍵后有 音樂提示。 搶答限定時間內(nèi)使用錦囊回答時間將加到 60s。 搶答器的工作流程 搶答器的基本工作原理 [4]： 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。 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 2所示，下面 分別予以介紹。 主持人按 搶答開始 鍵，會有提示音，并立刻進入搶答倒計時（預(yù)設(shè) 20s 搶答時間），如有選手搶答，會有提示 音，并會顯示其號數(shù)并立刻進入回答倒計時（預(yù)設(shè) 30s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。 如倒計時期間，主持人想停止倒計時可以隨時按 “ 停止 ” 按鍵，系統(tǒng)會自動進入準備 狀態(tài) ， 等待主持人按 “ 搶答開始 ” 進入下次搶答計時。 總而言之 ， 本課題利用 AT89C51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。 如表 1 所示 。特殊功能寄存器共含有 22 個不同寄存器。這些寄存器的名稱和地址見表 2。所以，用戶編程時不應(yīng)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。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(yīng)用 [6]。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。 AT89C51 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。 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。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。 圖 3 AT89C51 單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 為了提高數(shù)據(jù)處理和位操作功能，片內(nèi)增加了一個通用寄存器 B 和一些專用寄存外部定 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 安徽工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè) 設(shè)計（論文） 9 器，還增加了位處理邏輯電路的功能。 AT89C51 的主要性能包括： AT89C51 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。如果在搶答中，靠視覺是很難判斷出哪組先答題。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?？刂葡到y(tǒng)的四個模塊分別為：存儲模 塊、顯示模塊、 聲音 模塊、搶答開關(guān)模塊。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 4 位七段共 陰 數(shù)碼管和 喇叭 工作。 本章小 結(jié) 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。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。 安徽工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè) 設(shè)計（論文） 10 3 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。為使硬件電路設(shè)計盡可能合理，應(yīng)注意以下幾方面 [7]： (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。在設(shè)計硬件電路時，要考慮到將來修改擴展的方便。 (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 AT89C51 單片機。如果系統(tǒng)配置了外部 RAM，則建議多留一些空間。 如果有大批數(shù)據(jù) 需要 處理，則應(yīng)配置足夠的 RAM，如 6264，62256 等。只要在硬件電路設(shè)計初期考慮到這一點，就應(yīng)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。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。 安徽工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè) 設(shè)計（論文） 11 總體原理圖 圖 4 系統(tǒng)原理圖 圖中 U1 為單片機 AT89C51， U2 為 芯片 74HC30， U3 為芯片 74LS04。開始按鍵與結(jié)束按鍵分別接到單片機的 11 腳，由于單片機的 11 腳既有串行接口 RXD、 TXD 功能，又有 、 的 IO 端口功能，此處按鍵用到單片機 11 腳的 IO 端口功能。 4 位七段 數(shù)碼管段選 P0 口 。 安徽工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè) 設(shè)計（論文） 12 時鐘頻率電路 的設(shè)計 單片機必 須在時鐘的驅(qū)動下才能工作 。 時鐘電路如圖 5 所示。 此電路在加電大約延遲 10ms 后振蕩器起振 ， 在 XTAL2 引腳產(chǎn)生幅度為 3V 左右的正弦波時鐘信號 ， 其振蕩頻率主要由石英晶振的頻率確定 。 C1， C2 的典型值為 20PF。其 大小是時鐘信號頻率的倒數(shù) ， 常用 fosc 表示 。s。由于單片機是高電平復位，所以當按鍵 RESET1 按下時候，單片機的 9 腳 RESET 管腳處于高電平，此時單片機處于復位狀態(tài)。 值得注意的是 ， 在設(shè)計當中使用到了硬件復位和軟件復位兩種功能 ， 由上面的硬件復位后的各狀態(tài)可知寄存器及存儲器的值都恢復到了初始值 ， 而前面的功能介紹中提到了倒計時時間的記憶功能 ， 該功能的實現(xiàn)的前提條件就是不能對單片機進行硬件復位 ，所以設(shè)定了軟復位功能 。 顯示電路 的設(shè)計 顯示功能與硬件關(guān)系極大，當硬件固定后，如何在不引起操作者誤解的前提下提供盡可能豐富的信息，全靠軟件來解決。 其中靜態(tài)顯示的特點是顯示穩(wěn)定不閃爍 ， 程序編寫簡單 ， 但占用端口資源多 ； 動態(tài)顯示的特點是顯示穩(wěn)定性沒靜態(tài)好 ， 程序編寫復雜 ，但是相對靜態(tài)顯示而言占用端口資源少 。 通過查表法 ， 將其在數(shù)碼管上顯示出來 ， 其中 P0 口為字型碼輸入端 ， P2 口低 3 位為字選段輸入端 。 安徽工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè) 設(shè)計（論文） 15 圖 7 共陰極數(shù)碼管 圖 7 中 數(shù)碼管 采用的是 4 位七段共 陰 數(shù)碼管，其中 A~H 段分別接到單片機的 P0口，由單片機輸出的 P0 口數(shù)據(jù)來決定段碼值，位選碼 COM COM COM4 分別接到單片機的 、 、 ，由單片機來決定當前該顯示的是哪一位。 鍵盤掃描 電路的設(shè)計 鍵盤是人與 單片機 打交道的主要設(shè)備。站在系統(tǒng)監(jiān)控軟件設(shè)計的立場上來看，僅僅完成鍵盤掃描，讀取當前時刻的鍵盤狀態(tài)是不夠的，還有不少問題需要妥善解決，否則，人們在操作鍵盤就容易引起誤操作和操作失控現(xiàn)象。 它們各有自己的特點 ， 其中獨立鍵盤硬件電路簡單 ， 而且在程序設(shè)計上也不復雜 ，一般用在對硬件電路要求不高的簡單電路中 ； 矩陣鍵盤與獨立鍵盤有很大區(qū)別 ， 首先在硬件電路上它要比獨立鍵盤復雜得多 ， 而且在程序算法上比它要煩瑣 ， 但它在節(jié)省端口資源上有 優(yōu)勢得多 ， 因此它更適合于多按鍵電路。 這里采用最常用的方法 ， 即延時重復掃描法 ， 延時法的原理為 ： 因為 “ 毛刺 ”脈沖一般持續(xù)時間短 ， 約為幾 ms， 而我們按鍵的時間一般遠遠大于這個時間 ,所以當單片機檢測到有按鍵動靜后再延時一段時間 (這里我們?nèi)?10ms)后再判斷此電平是否保持原狀態(tài) ,如果是則為有效 按鍵 ， 否則無效。 如 圖 8 所示。 搶答時間調(diào)整和回答時間調(diào)整 接到單片機的 和 接口， 加一及減一按鍵接到單片機的 和 接口 。 按鍵的觸點在閉合和斷開時均會產(chǎn)生抖動，這 時 觸點的邏輯電平是不穩(wěn)定的，如不妥善處理，將會引起按鍵命令 的錯誤執(zhí)行或重復執(zhí)行。如果監(jiān)控程序中的讀鍵操作安排在主程序（后臺程序）或鍵盤中斷（外部中斷）子程序中，則該延時子程序便可直接插 入讀鍵過程中。 K1～ K8 八個按鍵的 輸入 電平靠 74HC30 輸入與非 門 和 74LS04 反向器組成的電路改變輸入電平。 安徽工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè) 設(shè)計（論文） 18 圖 10 去抖 電路 發(fā)聲 電路 我 們知道，聲音的頻譜范圍約在幾十到幾千赫茲，若能利用程序來控制單 片 機某個口線的 “ 高 ” 電平或低電平，則在該口線上就能產(chǎn)生一定頻率的矩形波，接上喇叭就能發(fā)出一定頻率的聲音，若再利用延時程序控制 “ 高 ”“ 低 ” 電平的持續(xù)時間，就能改變輸出頻率，從而改變音調(diào)，使喇叭發(fā)出不同的聲音。圖中