【正文】 有提示音，并立刻進(jìn)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(jìn)入回答倒計時（預(yù)設(shè) 30s搶答時間） ，不進(jìn)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(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)，等待主持人按“搶答開始”進(jìn)入下次搶答計時?？偠灾?，本課題利用AT89C51單片機(jī)及外圍接口實(shí)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(shí)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(diǎn)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(fù)編程的 Flash 存儲器，可進(jìn)行 1000 次擦寫操作。AT89C51 單片機(jī)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、PPP3 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(yùn)算、邏輯運(yùn)算以及位操作處理等，CPU 按其功能可分為運(yùn)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(jìn)行譯碼，通過實(shí)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。外部定時元件復(fù)位中斷電源系統(tǒng)時鐘ROMCPU定時/計數(shù)器串行 I/O 口并行 I/O 口RAM圖 3 AT89C51單片機(jī)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(fù)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(dá) 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(hù)；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(jī)搶答器設(shè)計及工作原理，以及它的實(shí)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(jī)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(shí)現(xiàn)，以及如何進(jìn)行搶答控制。103 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(qiáng)的芯片，以簡化電路，功能強(qiáng)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(kuò)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(jī)，本設(shè)計采用 AT89C51 單片機(jī)。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(diǎn)，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。11 總體原理圖圖 4 系統(tǒng)原理圖圖中 U1 為單片機(jī) 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(jī)的 11 腳，由于單片機(jī)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(jī) 11 腳的 IO 端口功能。4 位七段數(shù)碼管段選 P0 口。12 時鐘頻率電路的設(shè)計單片機(jī)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(jī)是高電平復(fù)位，所以當(dāng)按鍵 RESET1 按下時候，單片機(jī)的 9 腳 RESET 管腳處于高電平，此時單片機(jī)處于復(fù)位狀態(tài)。值得注意的是，在設(shè)計當(dāng)中使用到了硬件復(fù)位和軟件復(fù)位兩種功能，由上面的硬件復(fù)位后的各狀態(tài)可知寄存器及存儲器的值都恢復(fù)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(shí)現(xiàn)的前提條件就是不能對單片機(jī)進(jìn)行硬件復(fù)位，所以設(shè)定了軟復(fù)位功能。 顯示電路的設(shè)計顯示功能與硬件關(guān)系極大，當(dāng)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(diǎn)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(diǎn)是顯示穩(wěn)定性沒靜態(tài)好，程序編寫復(fù)雜，但是相對靜態(tài)顯示而言占用端口資源少。14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。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(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 COMCOMCOM4 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。 鍵盤掃描電路的設(shè)計鍵盤是人與單片機(jī)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(dāng)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(diǎn)，其中獨(dú)立鍵盤硬件電路簡單，而且在程序設(shè)計上也不復(fù)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(dú)立鍵盤有很大區(qū)別，首先在硬件電路上它要比獨(dú)立鍵盤復(fù)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(fù)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(yuǎn)遠(yuǎn)大于這個時間,所以當(dāng)單片機(jī)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(jī)的 和 接口，加一及減一按鍵接到單片機(jī)的 和 接口。按鍵的觸點(diǎn)在閉合和斷開時均會產(chǎn)生抖動，這時觸點(diǎn)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(fù)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。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(jī)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。圖中單片機(jī)的 14 腳輸出具有復(fù)合功能，此處用到了單片機(jī)17 腳的 IO 端口功能，單片機(jī)通過內(nèi)部定時器的操作實(shí)現(xiàn)交替變換的波形輸出驅(qū)動揚(yáng)聲器發(fā)聲。從實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)復(fù)位的方法來看，系統(tǒng)復(fù)位可分為硬件復(fù)位和軟件復(fù)位。上電復(fù)位，人工按鈕復(fù)位和硬件看門狗復(fù)位均為硬件復(fù)位。但是，硬件復(fù)位還能自動清除中斷激活標(biāo)志，使中斷系統(tǒng)能夠正常工作，這樣一個事實(shí)卻容易為不少編碼人員所忽視。對各專用寄存器的復(fù)位操作是容易的，也沒有必要完全模擬，可根據(jù)實(shí)際需要去主程序初始化過程中完成。有的編程人員用 020220（LJMP 0000H）作為軟件陷阱，認(rèn)為直接轉(zhuǎn)向 0000H地址就完成了軟件復(fù)位，就是這類錯誤的典型代表。由于軟件看門是高級中斷，它將阻止說要中斷響應(yīng)，由此可見清除中斷激活標(biāo)志的重要性。出錯處理程序 ERR 主要完成這一功能，其他的善后工作交由復(fù)位后的系統(tǒng)去完成。有相應(yīng)軟件陷阱捕捉來的程序可能沒有全部激活兩個標(biāo)志，這也無妨。 “冷啟動”時，系統(tǒng)的狀態(tài)全部無效，進(jìn)行徹底的初始化操作；而“熱啟動”時，對系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行修復(fù)和有選擇的初始化。為了使系統(tǒng)能正確決定采用何種啟動方式，常用上電標(biāo)志來區(qū)分，如圖 12 所示。在設(shè)計過程中，實(shí)現(xiàn)搶答功能的是通過編寫程序的方法集成在 AT89C51內(nèi)部。4 軟件設(shè)計 主程序系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖21系統(tǒng)初始化模塊按鍵模塊非法搶答模塊正確搶答模塊調(diào)整搶答時間調(diào)整回答時間模塊數(shù)碼顯示模塊圖 13軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 軟件任務(wù)分析軟件任務(wù)分析和硬件電路設(shè)計結(jié)合進(jìn)行，哪些功能由硬件完成，哪些任務(wù)由軟件完成，在硬件電路設(shè)計基本定型后，也就基本上決定下來了 [9]。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。軟件任務(wù)分析時，應(yīng)將各執(zhí)行模塊一一列出，并為每一個執(zhí)行模塊進(jìn)行功能定義和接口定義（輸入輸出定義） 。各執(zhí)行模塊規(guī)劃好后，就可以監(jiān)控程序了。相對來講，執(zhí)行模塊任務(wù)明確單純，比較容易編程，而監(jiān)控程22序較易出問題。軟件任務(wù)分析的另一個內(nèi)容是如何安排監(jiān)控軟件和各執(zhí)行模塊。后臺程序指主程序及其調(diào)用的子程序，這類程序?qū)?shí)時性要求不是太高，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程序中執(zhí)行；而前臺程序安排一些實(shí)時性要求較高的內(nèi)容，如定時系統(tǒng)和外部中斷（如掉電中斷） 。 程序流程圖在本設(shè)計中包括了以下主要的程序：主程序，查詢程序，非法搶答程序，搶答時間調(diào)整程序，回答時間調(diào)整程序，倒計時程序，正常搶答處理程序，犯規(guī)處理程序，顯示及發(fā)聲程序。搶答開始標(biāo)志位 RING EQU 22H 。搶答按鍵口數(shù)據(jù)存放地址 ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003H 24 AJMP INTT0 ORG 000BH AJMP T0INT ORG 001BH AJMP T1INT ORG 0040HMAIN: MOV R1,20 。初設(shè)答題時間為 30s mov 38h,60 。設(shè)置未定時器/ 模式 1 MOV TH0,0F0H MOV TL0,0FFH 。50ms 為一次溢出中斷 SETB EA SETB ET0 SETB ET1 。一開始就運(yùn)行定時器,以開始顯示 ,重置 TH1/TL1 就可以了 查詢程序：START: MOV DATA0,0FFH 。未開始搶答時候顯示 FFF JNB ,SELSUB025 JNB ,TZ3 。去抖動,如果“開始鍵”按下就向下執(zhí)行,否者跳到非法搶答查詢 SETB EX0 。按鍵發(fā)聲 MOV A,R1 MOV R6,A 。搶答標(biāo)志位,在使用錦囊時用作判斷是搶答倒計時還是回答倒計時 MOV R3,0AH 。進(jìn)入倒計時程序,“查詢有效搶答的程序”在 COUNT 里面NEXT: JNB ,FALSE1 JNB ,FALSE2 JNB ,FALSE3 JNB ,FALSE4