基于单片机8路抢答器.doc

1、目录摘要1Abstract2前言31 方案设计41.1功能要求51.2方案论证62 系统硬件的设计12.1AT89S52的结构与功能22.2单片机八路抢答器电路52.2.1模块性能分析62.2.2独立式键盘32.2.3LED数码管显示62.2.4时序控制电路6目录3 软件的设计1总结2参考文献5附录6基于单片机8路抢答器摘要随着电子技术的飞速发展，基于单片机的控制系统已广泛运用于各个行业。在智能化的今天，单片机系统已经代替了传统的控制系统的常规电子路线。电子只能抢答器在抢答过程中，为了知道哪一组或哪一位选手先答题，必须要设计一个系统来完成这个任务。本系统采用AT89S51单片机作为核心。控制系

2、统的四个模块分别为：单片机最小系统、显示模块、显示驱动模块、抢答开关模块。关键词：单片机；显示；驱动；抢答AbstractAlong with the rapid development of electronic technology, based on single-chip microcomputer control system has been widely used in various industries. The intelligent today, SCM system has replaced the traditional control system of conve

3、ntional electronic route.Electronic only in vies to answer first process vies to answer first, in order to know what a group or a player to answer, must design a system to complete this task. This system USES AT89S51 as the core. Control system of four modules: SCM system, display module, the smalle

4、st display driver module, vies to answer first switch module.Keywords: SCM, Display, Drive, Vies to answer first前言随着我国经济和文化事业的发展，在很多公开竞争场合要求有公正的竞争裁决，诸如证券，股票交易及各种智力竞赛等，因此出现了抢答器。抢答器一般是由很多电路组成的，线路复杂，可靠性不高，功能也比较简单，特别是当抢答路数很多时，实现起来就更为困难。因此我们设计了以单片机为核心的新型智能的抢答器，在保留了原始抢答器的基本功能的同时又增加一系列的实用功能并简化其电路结构.抢答器又称为第

5、一信号鉴别器，其主要应用于各种知识竞赛，文艺活动等场合。传统普通抢答器主要存在以下缺陷：(一)、在一次抢答过程中，当出现超前违规抢答时，只能处理违规抢答信号，而对没有违规的有效抢答信号不能进行处理，因而使该次抢答过程变为无效。(二)、当有多个违规抢答时，普通抢答器或采用优先编码电路选择其中一个，或利用抢答电路电子元件的竞争选择其中一个。对于后者由于抢答电路制作完毕后电子元件被固定。各路抢答信号的竞争能力也被固定，因而本质上也有优先权。普通抢答器存在不公平性.(三)、当有多个违规抢答时,普通抢答器只能抓住其中一个而出现漏洞。 1. 方案设计1.1.功能要求（1）抢答器可同时提供8名参赛队员参加比

6、赛。（2）设置有个总控制开关，由主持人控制系统清除和抢答。（3）抢答有效后在数码管上显示抢答选手队号，并由主持人控制答题时间。（3）有定时抢答功能。即可设定抢答时间，并可倒计时，最后10秒发出报警，如在规定时间内没有参赛队抢答，显示器显示“FF”本题目作废。（4）有答题时间倒计时功能，并在最后10秒有报警声。1.2方案论证抢答器是为智力竞赛参赛者答题时进行抢答而设计的一种优先判决器电路,竞赛者可以分为若干组,抢答时各组对主持人提出的问题要在最短的时间内做出判断,并按下抢答按键回答问题。当第一个人按下按键后,则在显示器上显示该组的号码,同时电路将其他各组按键封锁,使其不起作用。回答完问题后,由主

7、持人将所有按键恢复,重新开始下一轮抢答。该电路包括输入开关、声光显示、判别组控制以及组号锁存等部分。接通电源后，主持人将开关拨到清除状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定时间；主持人将开关置“开始”状态，宣布开始抢答器工作。定时器倒计时，扬声器给出声响提示。选手在定时时间内抢答时，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。如果再次抢答必须由主持人再次操作清除和开始状态开关。开始程序初始化主持人按键是否开始抢答选手是否抢答按键处理结束本次抢答倒计时间到选手是否抢答超时处理犯规处理是是是否否 主流程图2 硬

8、件设计(1)控制系统主要由单片机应用电路、存储器接口电路、显示接口电路组成，其中单片机AT89C52是系统工作的核心。它主要负责控制各个部分协调工作。(2)硬件组成及所需元件：该系统的核心器件是AT89C52。在其外围接上复位电路、上拉电阻、数码管、按钮及扬声器。元件为晶振X1、电容电阻。控制系统仿真用到了伟福软件，集成调试环境，集成了编译器，编辑器，调试器，支持软件模拟，支持项目管理功能强大的观察窗口，支持所有的数据类型。树状结构显示，一目了然，支持ASM（汇编）、C语言、多语言多模块源程序混合调试，在线直接修改、编译、调试源程序，错误指令定位。总之功能十分强大。抢答器要求同时供8名选手或者

9、8个代表队比赛，分别用8个按钮S1S8表示。抢答器具有锁存和显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在LED数码管上显示，同时扬声器发出报警声响提示。选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到系统清除为止。其中，XTAL1和XTAL2为晶振输入引脚，VCC接电源（+5V），RESET复位引脚，GND接地，P0、P2、P3分别连接LED七段数码管，P1口连接独立式键盘。另外需外接上拉电阻限制电流。电路原理图见附录.2.1AT89S52的结构与功能单片机选用的是Atmel公司推出的AT89S51，它是一种低功效、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用At

10、mel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。在单芯片上拥有灵巧的8位CPU和在线系统可编程Flash，使得AT89S51具有以下标准功能：8K字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。AT89S51管脚图空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器串口、中断继续工作。掉电保护方式下RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。而且，它还具有一个看门狗(WDT)定时/计数器。如果程序没有正常工作

11、，就会强制整个系统复位，还可以在程序陷入死循环的时候，让单片机复位而不用整个系统断电，从而保护你的硬件电路。输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中端口，2个16位可编程定时计数器，2个全双工 串行通信口，片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。单片机管脚说明（1）Vcc：供电电压。（2）GND：接地。（3）P0口：P9口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数

12、据/地址的第八位。在Flash编程时，P0口作为原码输入口，当Flash进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。（4）P1口：P1口是一个内部提供的上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故，。在Flash编程和校验时，P1作为第八位地址接收。（5）P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。

13、这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在Flash编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。（6）P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。（7）RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。（8）A

14、LE/RPOG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平由于锁存地址的地位字节。在Flash编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6.因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳出一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0.此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令时ALE才起作用。另外该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。（9）/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在

15、访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。（10）/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH）,不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在Flash编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。（11）XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。（12）XTAL2：来自反向振荡器的输出。2.2.1模块性能分析模块部分主要分为AT89C52芯片、独立式键盘、LED数码管显示部分，下面对这后两部分进行介绍，其中对LED七段数码管显示器做详细介

16、绍，并根据实际工作情况采用合适的工作方2.2.2 独立式键盘利用8个常开按钮开关S1S8和8只电阻R1R8组成抢答器的输入电路。S1S8为自复式常开按钮开关，分别作为8位抢答按钮，与它相连的8只电阻为下拉电阻，以保证按钮未按下时，锁存器的输入端为低电平。当程序执行时，按下按键，七段数码管显示器上即显示相应的是哪个组按下抢答。2.2.3 LED数码管显示LED数码管分为共阳数码管跟共阴数码管，根据具体的实际情况，我们采用了共阴极数码管。点亮显示器分为静态和动态显示两种方法。所谓静态显示，就是当显示器显示某一字符时，相应的发光二极管恒定的导通或是截止。例如，其段数码管的a、b、c、d、e、f、导通

17、，g截止，则显示0.这对这种显示方式每一位都要有一个8位输出口控制，所占硬件较多，一般用于显示位数较少（很少）的场合。当位数较多时，用静态显示所需的I/O过多，一般采用动态显示方法。所谓动态显示，就是逐位地轮流点亮各位显示器（扫描），对于每一位显示器而言，每个一段时间点亮一次。显示器的点亮既与点亮时的导通电流有关，也与点亮时间和间隔时间比例有关。调整电流和时间参数，可是实现亮度较高、较为稳定的显示，同时可减少工作电流。时序控制电路时序控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下三项功能：主持人将控制开关拨到开始位置时，指示灯被点亮，抢答电路和定时电路进入正常抢答工作状态。当参赛选手按动抢答键时，数

18、码管显示是第几路选手抢答成功，抢答电路和定时电路停止工作。当设定的抢答时间到，无人抢答时，开始指示灯灭，同时抢答电路和定时电路停止工作。八路抢答器原理图 3软件设计系统软件由主程序和INT0中断服务组成。主程序由验键，违规显示，倒计时等功能子程序组成，系统完成初始化后循环检查各个功能当用户使用某个功能时，按下相应的按钮（或开关）单片机进入相应的功能处理。INT0中断服务程序完成抢答信号采样和识别处理。主程序流程图软件系统主要包括以下几个部分:(1) 主程序:主程序的功能主要是完成内部各寄存单元的初始化,对接口电路的初始化,内部定时器的初始化,中断的初始化及调用显示程序对初始状态的显示以及对外部

19、信号的等待处理,也就是说完成前期的准备工作等待随时对外部信号进行响应。 (2) 对开始抢答信号的处理:当主持人按下开始抢答键后开始抢答,程序部分采用中断方式进行处理。在中断处理程序中完成相应操作,修改计时单元的数据并使红色指示灯亮。 (3) 键盘扫描子程序:对行列式键盘的扫描方法有两种。一为扫描法,对键盘按行(或列) 逐行(或列) 扫描查询,其结构清晰但对处于最后行列的按键需经多次扫描;一为反转法,它先使行(或列) 全为零,读入列(或行) 的状态暂存,然后使列(或行) 全为零,读入行(或列) 的状态保存,对两次保存数据进行查询即可得知按下键的行列数从而确定键值。在程序中采用反转法对键盘进行扫描

20、。键盘扫描程序在确定键值后保存等待后续处理。 (4) 键值处理子程序:此子程序根据键盘扫描所取得的键值作出相应处理。4总结本设计以单片机AT89S51 为核心数据处理器件, 由数码管显示状态和结果, 由若干数据输入按键组成; 元件以低耗、高能、耐用、精确、易于操作等为优先考虑因素. 经对实验样机的多次检验,本抢答器的设计合理、结构简单、功能强大、抢答可靠、反应速度快、成本相对较低,达到了设计的预期目标并且具有较好的通用性。参考文献1 康华光，电子技术基础.数字部分（第四版），北京：高等教育出版社，20032李广弟，单片机基础M，北京：北航出版社，20013梁超，一款基于单片机技术的电子抢答器J ，机电工程技术，2005，34 (1)4 李朝青，单片机原理及接口技术M，北京：北京航空航天大学出版社，19995 齐向东，多功能数字显示抢答器J . 黄石高等专科学院学报，1996 .11