基于單片機(jī)的八路搶答器設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

1、文章編號:1008-1402(2009 03-0350-03基于單片機(jī)的八路搶答器設(shè)計與實(shí)現(xiàn)王冬梅, 張建秋(大慶石油學(xué)院電氣信息工程學(xué)院, 黑龍江大慶163318摘 要: 以A T89S51單片機(jī)為核心器件, 設(shè)計實(shí)現(xiàn)了八路搶答器系統(tǒng). 軟件仿真和硬件實(shí)現(xiàn)的結(jié)果表明該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了八路搶答器的功能. 具有反應(yīng)快、操作簡便、實(shí)用性強(qiáng)等特點(diǎn). 關(guān)鍵詞: 單片機(jī); 搶答器; 數(shù)碼管中圖分類號: TP368. 2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A0 概 述隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和普及, 各種各樣的競賽越來越多, 其中搶答器的作用也就顯而易見. 目前很多搶答器基本上采用小規(guī)模數(shù)字集成電路設(shè)計, 使用起來不夠理想. 因此設(shè)計一

2、更易于使用和區(qū)分度高的搶答器成了非常迫切的任務(wù). 現(xiàn)在單片機(jī)已進(jìn)入各個領(lǐng)域, 以其功耗小、智能化而著稱, 所以若利用單片機(jī)來設(shè)計搶答器, 便使以上問題得以解決. 針對以上情況, 本文設(shè)計出以A T89S51單片機(jī)為核心的八路搶答器. 它能根據(jù)不同的搶答輸入信號, 經(jīng)過單片機(jī)的控制處理并產(chǎn)生不同的與輸入信號相對應(yīng)的輸出信號, 最后通過LED 數(shù)碼管顯示相應(yīng)的路數(shù), 即使兩組的搶答時間相差幾微秒, 也可分辨出是哪組優(yōu)先按下的按鍵1-2.1 搶答器硬件系統(tǒng)設(shè)計1. 1 系統(tǒng)整體方案設(shè)計本文以A T89S51單片機(jī)為核心設(shè)計的八路搶答器方案是:該搶答器能根據(jù)不同的八個不同按鍵輸入搶答輸入信號, 經(jīng)過單

3、片機(jī)的控制處理并產(chǎn)生與按鍵相對應(yīng)路數(shù)的輸出信號, 最后通過7段L ED 數(shù)碼管顯示相應(yīng)的路數(shù), 同時發(fā)光二極管亮起表示有人搶答成功. 該搶答器系統(tǒng)整體方案如圖1所示. 1. 2 系統(tǒng)硬件組成根據(jù)系統(tǒng)框圖和設(shè)計方案本文硬件電路主要分為三個部分:第一部分為按鍵和上拉電阻組成的輸入模塊, 第二部分為以A T89S51單片機(jī)為核心的控制模塊, 第三部分為由L ED 數(shù)碼管和發(fā)光二極管組成的顯示模塊.2 搶答器電路原理圖設(shè)計2. 1 電源電路設(shè)計由于單片機(jī)工作時需要的+5V 電壓, 所以在設(shè)計電源電路時, 需要一個電子元件能夠提供+5V 電壓, 本文采用最典型的7805提供電壓的電路, 即在7805的1

4、腳和公共接地端(即2腳 之間接入0. 47L F 的電容, 在公共接地端和三腳+5V 電壓輸出端之間接入0. 15L F 的電容 .圖1 系統(tǒng)原理框圖2. 2 復(fù)位電路設(shè)計M CS-51的復(fù)位輸入引腳RST 為M CS-51提供了初始化的手段, 可以使程序從指定處開始執(zhí)行, 在M CS-51的時鐘電路工作后, 只要RST 引腳上出現(xiàn)超過兩個機(jī)器周期以上的高電平時, 即可產(chǎn)生復(fù)位的操作. 只要RST 保持高電平, 則M CS-51循環(huán)復(fù)位. 只有當(dāng)RS T 由高電平變低電平以后, M CS-51才從0000H 地址開始執(zhí)行程序. 本系統(tǒng)采用按鍵復(fù)位方式的復(fù)位電路.收稿日期:2009-04-13作

5、者簡介:王冬梅(1977- , 女, 黑龍江大慶人, 大慶石油學(xué)院電氣信息工程學(xué)院講師.第27卷第3期 佳木斯大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版 Vol. 27No. 3 2009 年05月 Journal of Jiamusi University (Natural Science EditionM ay 20092. 3 時鐘電路設(shè)計M CS-51的時鐘可以由兩種方式產(chǎn)生, 一種是內(nèi)部方式, 利用芯片內(nèi)部的振蕩電路; 另外一種為外部方式. 本論文根據(jù)實(shí)際需要和簡便, 采用內(nèi)部振蕩方式. M CS-51內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器, 引腳X T AL1和X TA L2分別是此放大器的輸入端和

6、輸出端. 這個放大器與作為反饋元件的片外晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成一個自激振蕩器.M CS-51雖然有內(nèi)部振蕩電路, 但要形成時鐘, 必須外接元件所以實(shí)際構(gòu)成的振蕩時鐘電路. 外接晶體以及電容C1和C2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路接在放大器的反饋回路中. 對接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求, 但電容的大小會影響振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性. 晶體頻率可在1. 2M Hz12M Hz 之間任選, 電容C1和C2的典型值在20pF100pF 之間選擇, 考慮到本系統(tǒng)對于外接晶體的頻率穩(wěn)定性要求不高, 所以采取比較廉價的12M Hz 陶瓷諧振器, 根據(jù)調(diào)試電容選擇30pF. 2. 4

7、輸入模塊電路設(shè)計搶答器輸入信號由八個小按鍵控制, 當(dāng)有鍵按下的時候, 就產(chǎn)生了有效的輸入信號, 本文使用了上拉電阻把輸入信號先嵌位在高電平. 當(dāng)有按鍵按下時便使與這個按鍵相連的引腳變?yōu)榈碗娖? 產(chǎn)生一個低電平的輸入信號. 本模塊由8個10K 的電阻和8個按鍵構(gòu)成. 2. 5 顯示模塊電路設(shè)計該模塊由共陽極L ED 數(shù)碼管和2K 的電阻組成, 用來顯示搶答器信號的具體路數(shù)的, 數(shù)碼管的兩個接地端同時接電源, 其余8個引腳分別單片機(jī)8個輸出口連接, 根據(jù)單片機(jī)引腳與數(shù)碼管的連接關(guān)系, 可以列出顯示不同數(shù)字的段選碼. 從而準(zhǔn)確的輸出搶答路數(shù)3.根據(jù)上述對搶答器系統(tǒng)各個部分的電路設(shè)計, 本文設(shè)計的完整

8、系統(tǒng)電路圖如圖2所示:3 軟件設(shè)計在單片機(jī)開發(fā)中除了必要的硬件設(shè)計外, 同樣離不開軟件設(shè)計.結(jié)合系統(tǒng)方案和硬件電路, 軟件設(shè)計思路是:根據(jù)本文的電路求出要顯示不同路數(shù)的數(shù)字所需的編碼, 將它們存在一個表中待用時取出. 8路搶答輸入信號由8個按鍵控制, 程序一直判斷是否有按鍵按下, 若沒有按鍵按下則循環(huán)判斷; 直到有按鍵按下后, 立即把通過按鍵輸入的信號儲存起來, 然后對8路輸入信號進(jìn)行逐位掃描判斷, 最后根據(jù)掃描結(jié)果轉(zhuǎn)入查表程序取數(shù)并通過數(shù)碼管顯示輸出結(jié)果, 同時發(fā)光二極管亮起, 表示搶答成功. 程序流程圖如圖3所示 :圖2 八路搶答器電路圖依據(jù)程序流程圖設(shè)計的部分實(shí)現(xiàn)程序如下:O RG 00

9、00HS TAR T:M OV P1, #0FFH ; 初始化操作MO V P0, #0FFH SE TB P2. 3L1: MO V A, P1; 儲存輸入信號CJN E A, #0FFH, L2; 判斷是否有搶答信號 AJMP L1; 無搶答, 則重新儲存輸入信號L2:CL R P2. 3; 有搶答, 指示燈亮MO V R0, #00H L3:JNB P1. 0, N1;JN B P1. 1, N2, , N1:MO V A, #0AJMP XS E ND351第3期王冬梅, 等:基于單片機(jī)的八路搶答器設(shè)計與實(shí)現(xiàn) 4 基于Pro teus 軟件的系統(tǒng)仿真實(shí)現(xiàn)Proteus 是英國Labce

10、nter 公司開發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件. 它運(yùn)行于Window s 操作系統(tǒng)上, 可以仿真、分析(S PICE 各種模擬器件和集成電路.通過在Capacitors, S witches &Relays, Optoelectronic s, Resistors, M iscellaneous 這些庫中尋找所需要的電容、開關(guān)、七段L ED 共陽極數(shù)碼管、發(fā)光二極管、電阻和晶振等元件, 繪制出實(shí)現(xiàn)上述系統(tǒng)功能的仿真電路. 載入在軟件設(shè)計中的得到的. HEX 文件、仿真運(yùn)行.仿真結(jié)果表明, 設(shè)計的電路原理圖和程序能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)既定的目標(biāo).5 八路搶答器硬件實(shí)現(xiàn)通過上述仿真實(shí)現(xiàn)了預(yù)定的設(shè)計目標(biāo), 證明

11、了設(shè)計的方案合理可行. 通過對A T89S51專用底座的焊接、時鐘電路的焊接、復(fù)位電路的焊接、輸入電路的焊接、顯示電路和電源電路的焊接4, 最后完成了本文設(shè)計的八路搶答器系統(tǒng)硬件實(shí)物如圖4所示. 通過編程器把. HE X 文件加載到芯片, 通電進(jìn)行調(diào)試后該系統(tǒng)能夠根據(jù)不同的按鍵現(xiàn)實(shí)不同搶答路數(shù), 同時發(fā)光二級光亮起, 證明該硬件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了八路搶答器的功能.6 結(jié) 論本文以A T89S51單片機(jī)為核心設(shè)計了八路搶答器系統(tǒng). 軟件仿真和硬件實(shí)現(xiàn)表明該搶答器能夠及時準(zhǔn)確的顯示第一有效搶答信號, 具有反應(yīng)快、區(qū)分度高、操作簡便和實(shí)用性強(qiáng)等特點(diǎn).參考文獻(xiàn):1 周功明, 周陳琛. 基于單片機(jī)A T89C2

12、051的九路多功能智力競賽搶答器的設(shè)計J.現(xiàn)代電子技術(shù), 2006(20 :4-6. 2 劉開緒. 數(shù)字式搶答器的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)J.電子工程師, 2005, (9:69-71.3 張義和, 陳敵北. 例說8051M.北京:人民郵電出版社, 2006. 4 單海校. 電子綜合實(shí)訓(xùn)M.北京:北京大學(xué)出版社, 2008.Design and Realization of Eight -way Contest Device based on S inglechipW A NG Dong -mei , Z HA NG Jian -qiu(Faculty of Electricity and Infor mation Engineering , Daqing Petroleum Institute , Daqing 163318, China Abstract : The paper designed an eight-way c ontest device syste m with A T89S51as the central c omponent. The results of the simulation experiment and the hardw are implementati