【正文】 計 摘 要 ： 本設(shè) 計 介紹一種利用 AT89C51單片機及其外圍接口電路實現(xiàn)的搶答系統(tǒng)，具有很強的實用性。當主持人啟動 “ 開始 ” 鍵后，定時器自動減計時，并在顯示器上顯示。主持人的控制臺上，設(shè)有開始鍵、加分鍵、初值加分鍵、 3 分鍵、 5 分鍵，方便主持人在整個搶答過程中進行控制，保證了整個搶答過程在公正、公平的環(huán)境下進行。 achieve the countdown, luminous tips, illegal discrimination and the addition and subtraction of different scores, different scores given initial function. With the Start button on the console of the host, plus key, the initial value plus key, three subkey, five subkey, convenient host in the whole answer in the process control to ensure that the whole answer in the process in a fair, and equitable the environment. Key words: Single slice machine； AT89C51； Intellectual display multichannel responder； The 2 LED figures tube . 1 前言 單片機的 應用 及其發(fā)展狀況 在智能儀器儀表上的應用 :單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點，廣泛應用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、 溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。例如精密的測量設(shè)備（功率計，示波器，各種分析儀） [1]。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報警系統(tǒng)，與計算機聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)等 [1]。 在計算機網(wǎng)絡和通信領(lǐng)域中的應用 :現(xiàn)代的單片機普遍具備通信接口，可以很方便地與計算機進行數(shù)據(jù)通信，為在計算機網(wǎng)絡和通信設(shè)備間的應用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實現(xiàn)了單片機智能控制，從手機，電話機、小型程控交換機、樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動電話，集群移動通信，無線電對講機等 [1]。 此外，單片機在工商，金融，科研、教育，國防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途 [1]。以解決復雜系統(tǒng)計算和高速數(shù)據(jù)處理的仍然是巨型機在起作用。單片機的最明顯優(yōu)勢，就是可以嵌入到各種儀器、設(shè)備中。 自單片機出現(xiàn)至今，單片機技術(shù)已經(jīng)走過了近 20 年的發(fā) 展路程。隨著半導體技術(shù)的飛速發(fā)展， 8 位、 16 位、 32 位單片機共同發(fā)展，這是單片機技術(shù)發(fā)展的另一動向。隨著移動通訊、網(wǎng)絡技術(shù)、多媒體技術(shù)等高科技產(chǎn)品進入家庭， 32 位單片機應用得到了長足發(fā)展。過去由于 8位單片機功能越來越強 大， 32 位單片機越來越便宜，使 16位單片機的生存空間有限，而16 位單片機的發(fā)展無論從品種和產(chǎn)量方面，近年來都有了較大幅度的增長 [2]。綜觀單片機的發(fā)展以應用需求為目標，市場越來越細化，單片機系統(tǒng)作為嵌入式的一部分，主要集中在中、低端應用領(lǐng)域（嵌入式高端應用主要由 DSP、 ARM、MISP 等高性能處理器構(gòu)成），在這些應用中，目前也出現(xiàn)了一些新的需求，主要體現(xiàn)在以下幾個方面： (1)以電池供電的應用越來越多，而且由于產(chǎn)品體積的限制 ，很多是用鈕扣電池供電，要求系統(tǒng)功耗盡可能低，如手持儀表、水表、玩具等。既要外設(shè)豐富、功能靈活；又要有一定的運算能力，能做一些實時算法。 (3)產(chǎn)品更新速度快、開發(fā)時間短，希望開發(fā)工具簡單、廉價、功能完善。 (4)產(chǎn)品性能穩(wěn)定，可靠性高，既能加密保護，又能方便升級。小到微型 機械，如手表、助聽器。單片機構(gòu)成的現(xiàn)代電子系統(tǒng)已深入到各家各戶，正改變我們的生活，如家庭中的音響、電視機、洗衣機、微波爐、電話、防盜系統(tǒng)、空調(diào)機等。目前許多家用電器如VCD、 DVD 只有單片機出現(xiàn)后才可能實現(xiàn)其功能 [2]?，F(xiàn)在盡管單片機的應用已經(jīng)很普遍了，但仍然有許多可以用單片機控制而尚未實現(xiàn)的項目，因此單片機的應用大有想象和拓展的空間。由于 Intel 公司將重點放在 18 38奔騰等與 PC 類兼容的高檔芯片的開發(fā)上， 8051 類單片機則主要由 Philips、 Atmel、 三星、華邦等公司生產(chǎn)，這些公司都在保持與 8051 單片機兼容的基礎(chǔ)上改善了 8051 許多特性（如時序特性），提高了速度、降低了時鐘頻率、放寬了電源電壓的動態(tài)范圍，降低了產(chǎn)品價格。 單片機應用的意義絕不僅限于它的廣闊范圍以及所帶來的經(jīng)濟效益上，而更重要的意義還在于：單片機的應用正從根本上改變著傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的設(shè)計思想和設(shè)計方法。隨著單片機應用的推廣普及，控制技術(shù)必將不斷發(fā)展自己、日益完善和更加充實 [3]。有些搶答競賽的舉辦方通過參賽選手舉起答題板，主持人憑感覺來決定參賽者的答題權(quán)。 搶答器的發(fā)展也是比較快的，從一開始的光具有搶答鎖定功能的一個電路，到現(xiàn)5 在的具有倒計時、定時、自動（或手動）復位、報警（即聲響提示，有的以音樂的方式來體現(xiàn)）、屏幕顯示、按鍵發(fā)光等多種功能的技術(shù)合并，這就可以說明其多種功用及發(fā)展的快速。 對搶答器使用 的需求使得我們這里設(shè)計的基于 AT89C51 單片機的競賽搶答器有了很好的發(fā)揮空間，這種搶答器不僅結(jié)構(gòu)簡單、功能強大、可靠性高、操作簡單方便、成本也很低。 競賽搶答器應當具有優(yōu)先裁決能力，對最先搶答的選手給予答題權(quán)；應具有違例處罰功能，對搶答違例的選手扣分，以確保搶答競賽的公正進行；還應具有計時功能，以避免選手搶答后無限制的拖延時間；比賽結(jié)束或賽中可以查詢每組參賽選手的分數(shù)，以最高分數(shù)選出優(yōu)勝者。 主持人在沒有按下開始鍵之前，如果有選手按下?lián)尨疰I，就會違例，被扣分，并有紅色發(fā)光二極管發(fā)光，提示主持人和參賽選手。 在選手搶答后會有倒計時，選手應在規(guī)定的時間內(nèi)回答完問題。當主持人啟動“ 開始 ” 鍵后，定時器自動減計時，并在顯示器上顯示。 3 系統(tǒng) 方案設(shè)計 搶答器工作流程 此次設(shè)計的競賽搶答系統(tǒng)采用八路搶答，最多可以有八組選手參與比賽，各位選手的分數(shù)最多可以顯示到十位，但這不影響本設(shè)計的功能。 競賽搶答器在最初會分別顯示每名選手的編號和與其相對應的初始分數(shù)值，每名6 選手的初始分為 10分，以避免有選手在競賽中違例，將分值扣至負分。接下來將顯示 選手搶答后的計時時間，選手回答的問題必須在時限內(nèi)完成并回答正確，主持人才會為選手加分。 在主持人按下開始鍵，允許搶答前，如果有選手提前按下了搶答鍵，則會因為其違例而扣掉 1 分，紅色發(fā)光二極管會提示主持人和選手有人違例， 并伴有蜂鳴聲， 同時數(shù)碼管上會顯示出違例選手的號碼以及其扣掉 1分后的得分。當計時結(jié)束后，數(shù)碼管會顯示選手當前分數(shù)，等待主持人判斷選手是否回答正確。 如果主持人按下開始鍵后，無人搶答，則主持人可以控制搶答器，進入下一輪的搶答競賽。主持人和參賽選手可以憑此來了解自己的得分情況并評出優(yōu)勝者。 （ 1）鍵盤輸入： 8 個按鍵，供給 8 組參賽選手進行搶答，單片機識別到有按鍵按下時，可以識別具體是哪位選手按下了搶答按鍵；主持人有搶答開始按鍵，題目的分值調(diào)整按鍵，計時調(diào)整按鍵，為選手加分的按鍵以及跳轉(zhuǎn)到下一輪競賽的按鍵。系統(tǒng)主要有兩個顯示部分，既選手編號的顯示和選手分數(shù)的顯示。搶答器電路主要由各路的搶答按鍵、開關(guān)二極管、晶閘7 管、發(fā)光二極管及共用的 VT VT2 兩個三極管和揚聲器 B1 組成。電子記分電路由六個按鍵（個、十、百、千位計分鍵、減分鍵、復零鍵）、可預置加減計數(shù)器 CC402BCD— 7 段鎖存譯碼驅(qū)動器 CC4543 及七段數(shù)碼管組成。 變 壓 器整 流 電 路穩(wěn) 壓 器7 8 0 5穩(wěn) 壓 器7 8 1 2按 鍵開 關(guān) 二 極管晶 閘 管發(fā) 光 二 極管三 極 管 揚 聲 器R C 充 電 回路音 樂 集成 電 路揚 聲 器按 鍵 計 數(shù) 器 譯 碼 器 數(shù) 碼 管 5 V1 2 V電 源 電 路搶 答 電 路報 警 電 路計 分 電 路穩(wěn) 壓 器穩(wěn) 壓 器 圖 1 方案一功能框圖 Plan one function diagram 方案二 在第二種設(shè)計方案中，整個搶答器由主控機和多個分機構(gòu)成，如圖 2 所示，主控機與所有分機由一根串行通信線連接在一起，各分機間又由一根搶答互鎖線相連。 由于各分機均由單片機完成，功能強大，主控機剩下的任務就較為簡單了，主要是對各分機的分數(shù)查詢，分數(shù)加減及發(fā)送分數(shù)，完 成倒計時等功能。 8 顯示鍵盤主控機分機1顯 示聲 光 提 示 聲 光 提 示搶 答 互 鎖 線串 行 通 信 線搶 答分機2顯 示搶 答 圖 2 方案二功能框圖 Scheme ii function diagram 方案三 方案三功能框圖如 3 所示 。 由以上三個方案可以看出，方案一過于簡單，不利于以后的功能擴展。但方案二比較復雜，使用元件較多，特別是單片機的使用比較多，每片單片機的資源使用較少，浪費了資源。 綜合經(jīng)濟、資源等方面考慮，方案二相對成本較高，大大浪費了資源，相比之下，方案三所使用的元件較少，價格也適中，實現(xiàn)起來也比較容易。 4 硬件電路設(shè)計 電路的設(shè)計 由于 AT89C51 單片機和 CD4511 鎖存 — 譯碼器件的工作電壓范 圍都是 +5V，因此本9 系統(tǒng)所使用的電源是由 220V 的交流電通過變壓器換為 9V，再通過橋式整流器，三端穩(wěn)壓器 7805 組成的直流穩(wěn)壓電源電路，可以穩(wěn)定的輸出 +5V 電壓。 電源電路如圖 4 所示。 MCS— 51 單片機有一個復位引腳 RST，它是史密特觸發(fā)器（對于 CHMOS 單片機， RST引腳內(nèi)部有一個拉低電阻），當振蕩器起振后，該引腳上出現(xiàn) 2 個機器周期（既 24 個時鐘周期）以上的高電平，使器件復位，只要 RST 保持高電平， MCS— 51 就保持復位狀態(tài)。 當復位鍵按下時，單片機會初始化為 0000H，使單片機從起始地址 0000H 單元開始執(zhí)行程序。 此外，當程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，可以利用按下復位鍵來重新啟動。復位電路如圖 5[5]。 MCS— 51單片機允許的時鐘頻率因型號而異。 XTAL1(19 腳 )和 XTAL2(18 腳 )兩端跨接石英晶體及兩個電容，就構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器。在本 系統(tǒng)中，電容器 C1 和 C2 取 33pF，對振蕩頻率有微調(diào)作用；晶振頻率為 12MHz，使系統(tǒng)得到更精確的時鐘。鍵盤輸入分為獨立聯(lián)接式和行列式（矩陣式）兩類。各按鍵相互獨立的接通一條輸入數(shù)據(jù)線，該電路使用的是查詢方式。使用 P P P3口做為輸入口時，可以直接接按鍵，按鍵的另一端直接接地。達到通過按鍵對單片機進行控制的目的。 我們在此設(shè) 計中使用 P0口的八位作為輸入口，接收八組選手的搶答信號時必須連13 接 10K 的拉高電阻。 當打開競賽搶答器的電源開關(guān)時，單片機 AT89C51 開始初始化，由程序?qū)?P0 口的每一位都置為高電平。 主持人控制臺電路 在比賽開始前，主持人可以對答題時間和每道題的分值進行調(diào)整。 由于 P1 口和 P3 口是準雙向口，它們的每一位可以分別定義為輸入線和輸出線，并且內(nèi)部都具有拉高電路，因此當使用他們作為輸入口時，不需要加拉高電阻，直接連在按鍵上即可。 口和 口上連接的是自鎖開關(guān)，開關(guān)閉合時，與開關(guān)相連接的那一位將檢測到高電平，程序跳轉(zhuǎn)到相應的調(diào)分子程序。主持人控制臺電路見 圖 8. 顯示電路 為了能夠顯示選手的編號、得分情況和倒計時時間，我們就必須加入顯示電路，這里的顯示電路是使用 CD4511 來為共陰極數(shù)碼管提供驅(qū)動譯碼實現(xiàn)的。我們在這里使用的是共陰極數(shù)碼管，共陰極數(shù)碼管的公共端接地，另外的任意一端接高電平，數(shù)碼管的相應字段就會被點亮。 14 圖 7 搶答電路圖 Contest diagram P 1P 2P 3P 4P 5P 6P 7P 8R S T9P 10P 11P 12P 13P 14P 15P 16P 17X T A L 218X T A L 119V S S20P 21P 22P 23P 24P 25P 26P 27P 28P S E N29A L E /P R O G30E A /V P P31P 32P 33P 34P 35P 36P 37P 38P 39