【正文】 ......................... 22 第五章 調(diào)試及性能分析 .................................................................................... 23 結(jié)束語(yǔ) .................................................................................................................. 24 參考文獻(xiàn) .............................................................................................................. 25 2 第一章 緒論 單片機(jī)搶答器的相關(guān)背景 搶答器是一種應(yīng)用非常廣泛的設(shè)備，在各種競(jìng)賽、搶答場(chǎng)合中，它能迅速、客觀地 分辨出最先獲得發(fā)言權(quán)的選手。現(xiàn)在大多數(shù)搶答器均使用單片機(jī) 和數(shù)字集成電路，并增加了許多新功能，如選手號(hào)碼顯示、搶按前或搶按后的計(jì)時(shí) 等功能，本課題利用 8 0 C 5 1單片機(jī)及外圍接口實(shí)現(xiàn)的搶答系統(tǒng)，利用單片機(jī)的 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器定時(shí)和記數(shù)的原理，將軟、硬件有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，使得系統(tǒng)能夠正確地進(jìn)行計(jì)時(shí)，同時(shí)使數(shù)碼管能夠正確地顯示時(shí)間和選手號(hào)碼。系統(tǒng)達(dá)到要求 :在搶答中，只有開始后搶答限定時(shí)間和回答問題的時(shí)間可是在 1 99s 搶答才有效，如果在開始搶答前搶答為無(wú)效；設(shè)定； 正確按鍵后有音樂提示；搶答時(shí)間和回答問題時(shí)間倒記時(shí)顯示，時(shí)間完后系統(tǒng)自動(dòng) 復(fù)位?？刂葡到y(tǒng)的四個(gè)模塊為：顯示模塊、存儲(chǔ)模塊、語(yǔ)音模塊、搶答開關(guān)模塊。 在知識(shí)比賽中， 特別是做搶答題目的時(shí)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(jì)一個(gè)系統(tǒng)來(lái)完成這個(gè)任務(wù)。利用單片機(jī)系統(tǒng)來(lái)設(shè)計(jì)搶答器，使以上問題得以解決，即使兩組的搶答時(shí)間相差幾微秒，也可分辨出哪組優(yōu)先答題。 系統(tǒng)工作原理本系統(tǒng)采用 80C51 單片機(jī)作為核心。該搶答器系統(tǒng)通過開關(guān)電路四個(gè)按鍵輸入搶答信號(hào)； 利用一個(gè)數(shù)碼管來(lái)完成顯示功能。 搶答器的應(yīng)用 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)用功能并簡(jiǎn)化其電 3 路結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)普通搶答器主要存在以下缺陷： （一）、 現(xiàn)場(chǎng)線路連接復(fù)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(chǎng)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(chǎng)人員的走動(dòng)。對(duì)于后者由于搶答電路制作完畢后電子元件被固定。普通搶答器存在不公平性。因?yàn)閱纹瑱C(jī)只完成號(hào)碼處理、計(jì)時(shí)、數(shù)據(jù)運(yùn)算等功能，其它功能如選手號(hào)碼的識(shí)別、譯碼、計(jì)分顯示等仍只能通過數(shù)字集成電路完成。 4 第二章 系統(tǒng)主要硬件及功能介紹 80C51特殊功能寄存器 特殊功能寄存器是 80C51 單片機(jī) 中 各功能部件對(duì)應(yīng)的寄存器，用于存放相應(yīng)功能部件的控制命令，狀態(tài)或數(shù)據(jù)。英文縮寫為 SFR，對(duì)于 80C51 系列中的 80C51， 共定義了 21 個(gè)特殊功能寄存器 ， 如表 21 所示。單片微機(jī)內(nèi)部最核心的部分是 CPU。控制器由程序計(jì)數(shù)器 PC、指令儲(chǔ)存器、指令譯碼器、實(shí)時(shí)控制與條件轉(zhuǎn)移邏輯電路等組成。 其功能框圖如 22所示。其最主要的技術(shù)特點(diǎn)是向外部接口電路擴(kuò)展，以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)完善的控制功能。 6 VSS 是 接地端。 中斷結(jié)構(gòu)具有 5 個(gè)中斷源和 2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)；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(chǔ)內(nèi)容。 P0 口（ ）是一個(gè) 8 位漏極開路型的雙向 I/O 口。在對(duì)片內(nèi) ROM 進(jìn)行編程和校驗(yàn)時(shí)， P0 口用于數(shù)據(jù)的輸入和輸出。在對(duì)片內(nèi) ROM 編程校驗(yàn)時(shí)， P1 口用于接收低 8 位地址信號(hào)。第 2 功能是在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，輸出高 8 位地址信號(hào)。 P3 口（ ）：是一個(gè)內(nèi)部帶提升電阻的 8 位準(zhǔn)雙向 I/O口。 引腳如圖 23 所示 圖 23 40 引腳雙列直插封裝圖 搶答器的優(yōu)點(diǎn)和組成 在知識(shí)比賽中， 特別是做搶答題目的時(shí)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(jì)一個(gè)系統(tǒng)來(lái)完成這個(gè)任務(wù)。利用單片機(jī)系統(tǒng)來(lái)設(shè)計(jì)搶答器，使以上問題得以解決，即使兩組的搶答時(shí)間相差幾微秒，也可分辨出哪組優(yōu)先答題。系統(tǒng)工作原理本系統(tǒng)采用AT89C51 單片機(jī)作為核心。該搶答器系統(tǒng)通過開關(guān)電路 六 個(gè)按鍵輸入搶答信號(hào)；利用存儲(chǔ)程序 來(lái)完成軟件的設(shè)計(jì) ；利 用一個(gè)數(shù)碼管來(lái)完成顯示功能。在數(shù)碼管上顯示哪一組先答題，并通過語(yǔ)音系統(tǒng)讀出第N 組請(qǐng)答題，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)搶答過程 。在整個(gè)搶答器工作過程中，顯示電路、語(yǔ)音電路等還要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況向外電路輸出相應(yīng)信號(hào)。 主持人按 搶答開始 鍵，會(huì)有提示音，并立刻進(jìn)入搶答倒計(jì)時(shí)（預(yù)設(shè) 15s搶答時(shí)間），如有選手搶答，會(huì)有提示音，并會(huì)顯示其號(hào)數(shù)并立刻進(jìn)入回答倒計(jì)時(shí)（預(yù)設(shè) 10s 搶答 時(shí)間），不進(jìn)行搶答查詢，所以只有第一個(gè)按搶答的選手有效。 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 FF 和犯規(guī)號(hào)數(shù)并響個(gè)不停，直到按下 停止 鍵為止。只要技 術(shù)準(zhǔn)備充分，硬件設(shè)計(jì)的大返工是比較少的，軟件設(shè)計(jì)的任務(wù)貫徹始終，到中后期基本上都是軟件設(shè)計(jì)任務(wù)，隨著集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，各種功能很強(qiáng)的芯片不斷出現(xiàn)，使硬件電路的集成度越來(lái)越高，硬件設(shè)計(jì)的工作量在整個(gè)項(xiàng)目中的所占的比重逐漸下降。 (2) 留有設(shè)計(jì)余地。因?yàn)?很少有一錘定音的電路設(shè)計(jì)，如果現(xiàn)在不留余地，將來(lái)可能要為一點(diǎn)小小的修改或擴(kuò)展而被迫進(jìn)行全面返工。 (4) I/O 端口：在樣機(jī)研制出來(lái)后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試用時(shí)，往往會(huì)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(lái)解決的。如果在硬件電路設(shè)計(jì)就預(yù)留出一些 I/O 端口，雖然當(dāng)時(shí)空著沒用，那么用的時(shí)候就派上用場(chǎng)了。 為時(shí)間加 1調(diào)整， 為時(shí)間減 1 調(diào)整。 圖 32 搶答按鍵 這些常開開關(guān)組成了搶答按鍵，硬件電路簡(jiǎn)單，在程序設(shè)計(jì)上也不復(fù)雜，只要在程序中消除在按鍵過程中產(chǎn)生的“毛刺”現(xiàn)象就可以了。 顯示電路使用了七段數(shù)碼管 7SEGMPX4CC，它是共陰極的，由高電平點(diǎn)亮。 圖 33 顯示數(shù)碼管 單片機(jī)的第 9 腳 RST 為硬件復(fù)位端 ,只要將該端持續(xù) 4 個(gè)機(jī)器周期的高電平即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位 ,復(fù)位后單片機(jī)的各狀態(tài)都恢復(fù)到初始化狀態(tài)，其 電路圖如圖 232 所示 : 圖 312 復(fù)位電路 在方案中使用到了硬件復(fù)位和軟件復(fù)位兩種功能 ,由上面的硬件復(fù)位可使寄存器及存儲(chǔ)器的值都恢復(fù)到初始值 ,而前面的功能提到了倒計(jì)時(shí)間需要有記憶功能 ,該功能實(shí)現(xiàn)的前提條件就是不能對(duì)單片機(jī)進(jìn)行硬件復(fù)位 ,所以設(shè)定了軟復(fù)位功能。 這些常開開關(guān)組成了搶答按鍵，硬件電路簡(jiǎn)單，在程序設(shè)計(jì)上也不復(fù)雜，只要在程序中消除在按鍵過程中產(chǎn)生的“毛刺”現(xiàn)象就可以了。 時(shí)鐘頻率的設(shè)計(jì) 單片機(jī)必須在時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下才能工作。 圖 35 外部振蕩源電路 一般選用石英晶體振蕩器。單片機(jī)在工作時(shí) ,由內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生或由外直接輸入的送至內(nèi)部控制邏輯單元的時(shí)鐘信號(hào)的周期稱為時(shí)鐘周期。二是對(duì)振蕩器的頻率進(jìn)行微調(diào)。 這里 能利用程序來(lái)控制單 片 機(jī) 口線 反復(fù)輸出 高電平或低電平， 即 在該口線上產(chǎn)生一定頻率的矩形波，接上 揚(yáng)聲器 就能發(fā)出一定頻率的聲音，再利用延時(shí)程序控制 “ 高 ”“ 低 ” 電平的持續(xù)時(shí)間，就能改變輸出頻率，從而改變音調(diào)，使 揚(yáng)聲器 發(fā)出不同的聲音。 總體框圖中的各個(gè)子模塊或各個(gè)子任務(wù)也應(yīng)該結(jié)合具體的教學(xué)模型和算法畫出較詳細(xì)的程序流程圖，供后面編寫具體程序和閱讀程序使用。 流程圖的基本結(jié)構(gòu)為順序結(jié)構(gòu)，分支結(jié)構(gòu)（又稱選擇結(jié)構(gòu)），循環(huán)結(jié)構(gòu)。 程序代碼如下： 外部中斷 0 中斷 K0 鍵按下 K1 鍵按下 K3 鍵按下 K2 鍵按下 中斷 返回 與 K0 鍵對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管亮及數(shù)碼管顯示 與 K1 鍵對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管亮及數(shù)碼管顯示 與 K3 鍵對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管亮及數(shù)碼管顯示 與 K2 鍵對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管亮及 數(shù)碼管顯示 Y Y Y Y N N N N 定時(shí)器 0 中斷 1 秒時(shí)間到？ 中斷返回 N 秒加 1 數(shù)碼管顯示秒值 Y 14 OK EQU 20H 。響鈴標(biāo)志位 ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003H AJMP INT0SUB ORG 000BH AJMP T0INT ORG 0013H AJMP INT1SUB ORG 001BH AJMP T1INT ORG 0040H MAIN: MOV R1,0FH 。初設(shè)答題時(shí)間為 10s MOV TMOD,11H MOV TH0,0F0H MOV TL0,0FFH MOV TH1,3CH MOV TL1,0B0H 。允許四個(gè)中斷 T0/T1/INT0/INT1 CLR OK CLR RING SETB TR1 SETB TR0 。如 果想重新計(jì)數(shù) ， 重置 TH1/TL1 就可以了 查詢程序 : START: MOV R5,0BH MOV R4,0BH MOV R3,0BH 15 ACALL DISPLAY JB ,NEXT ACALL