基于51單片機的8路搶答器

1、摘 要搶答器作為一種工具，已廣泛應(yīng)用于各種智力和知識競賽場合。但搶答器的使用頻率較低，且有的要么制作復(fù)雜，要么可靠性低。作為一個單位，如果專門購一臺搶答器雖然在經(jīng)濟上可以承受，但每年使用的次數(shù)極少，往往因長期存放使（電子器件的）搶答器損壞，再購置的麻煩和及時性就會影響活動的開展，因此設(shè)計了本搶答器。本設(shè)計是以八路搶答為基本理念?？紤]到依需設(shè)定限時回答的功能，利用AT89C51單片機及外圍接口實現(xiàn)的搶答系統(tǒng)，利用單片機的定時器/計數(shù)器定時和記數(shù)的原理，將軟、硬件有機地結(jié)合起來，使得系統(tǒng)能夠正確地進行計時，同時使數(shù)碼管能夠正確地顯示時間。用開關(guān)做鍵盤輸出，揚聲器發(fā)生提示。同時系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)：在搶答中

2、，只有開始后搶答才有效，如果在開始搶答前搶答為無效；搶答限定時間和回答問題的時間可在1-99s設(shè)定；可以顯示是哪位選手有效搶答和無效搶答，正確按鍵后有音樂提示；搶答時間和回答問題時間倒記時顯示，滿時后系統(tǒng)計時自動復(fù)位及主控強制復(fù)位；按鍵鎖定，在有效狀態(tài)下，按鍵無效非法。關(guān)鍵詞：51單片機，搶答器，時間設(shè)定 目錄1 搶答器設(shè)計功能分析11.1 數(shù)字搶答器的概述11.2 設(shè)計任務(wù)與要求12 方案設(shè)計23 硬件電路設(shè)計33.1 總體設(shè)計33.2 外部振蕩電路33.3 復(fù)位電路的設(shè)計43.4 顯示電路的設(shè)計43.5 按鈕輸入電路的設(shè)計43.6 發(fā)聲54 系統(tǒng)軟件設(shè)計64.1 程序系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖64.2 程

3、序流程圖64.3 程序代碼：9 查詢程序:10 非法搶答處理程序:10 倒計時程序(包括有效搶答程序):11 正常搶答處理程序：13 犯規(guī)搶答程序:14 顯示程序:15 延時(顯示和去抖動用到):164.3.8 TO溢出中斷(響鈴程序):174.3.9 T1溢出中斷(計時程序):17總結(jié)18參考文獻191 搶答器設(shè)計功能分析1.1 數(shù)字搶答器的概述對于搶答器我們大家來說都不陌生，它是用于很多競賽場合，真正實現(xiàn)先搶先答，讓最先搶到題的選手來回答問題。搶答器不僅考驗選手的反應(yīng)速度同時也要求選手具備足夠的知識面和一定的勇氣。選手們都站在同一個起跑線上，體現(xiàn)了公平公正的原則。1.2 設(shè)計任務(wù)與要求基本

4、要求：1. 給主持人設(shè)置一個開關(guān)，用來控制系統(tǒng)的清零（編號顯示數(shù)碼管滅燈）和搶答器的開始。2. 搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能。搶答開始后，若有選手按動搶答器按鈕，編號立即鎖存，并在LED數(shù)碼上顯示選手的編號，同時揚聲器給出音響提示。此外，要封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。發(fā)揮部分：1. 搶答器具有定時搶答的功能，且一次搶答的時間可以由主持人設(shè)定（如30秒）。當節(jié)目主持人啟動“開始”鍵后，要求定時器立即減計時，并用顯示器顯示，同時揚聲器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)時間0.5秒左右。2. 參加選手在設(shè)定的時間內(nèi)搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答時刻的時間，并保持到主持人將系

5、統(tǒng)清零為止。3. 如果定時搶答的時間已到，卻沒有選手搶答時，本次搶答無效，系統(tǒng)短暫報警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時后搶答，時間顯示器上顯示00。4. 選手如果在主持人按開始鍵之前違規(guī)搶答，系統(tǒng)報警，LED顯示違規(guī)選手號碼和FF，直到主持人按下停止鍵。2 方案設(shè)計 該系統(tǒng)采用51系列單片機AT89C51作為控制核心，該系統(tǒng)可以完成運算控制、信號識別以及顯示功能的實現(xiàn)。由于用了單片機，使其技術(shù)比較成熟，應(yīng)用起來方便、簡單并且單片機周圍的輔助電路也比較少，便于控制和實現(xiàn)。整個系統(tǒng)具有極其靈活的可編程性，能方便地對系統(tǒng)進行功能的擴張和更改。MCS-51單片機特點如下： <1>可靠性好：單

6、片機按照工業(yè)控制要求設(shè)計，抵抗工業(yè)噪聲干擾優(yōu)于一般的CPU，程序指令和數(shù)據(jù)都可以寫在ROM里，許多信號通道都在同一芯片，因此可靠性高，易擴充。 <2>單片機有一般電腦所必須的器件，如三態(tài)雙向總線，串并行的輸入及輸出引腳，可擴充為各種規(guī)模的微電腦系統(tǒng)。 <3> 控制功能強：單片機指令除了輸入輸出指令，邏輯判斷指令外還有更豐富的條件分支跳躍指令。搶答按扭優(yōu)先編碼電路鎖存器譯碼電路譯碼顯示主持人控制開關(guān)控制電路報警電路秒脈沖產(chǎn)生電路定時電路譯碼電路顯示電路原理框圖如下： 圖2-1 原理框圖3 硬件電路設(shè)計3.1 總體設(shè)計根據(jù)搶答器的基本功能，可以設(shè)計出如下的單片機外圍電路：圖

7、3-1 總體設(shè)計如圖3-1，P3.0為開始搶答，P3.2為停止，P1.0-P1.7為八路搶答輸入，數(shù)碼管段選P0口，位選P2口低3位，蜂鳴器（用綠燈代替）輸出為P3.6口。P3.2為時間加1調(diào)整，P3.3為時間減1調(diào)整。3.2 外部振蕩電路圖3-2 外部振蕩電路一般選用石英晶體振蕩器。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。電路中兩個電容 C1,C2的作用有兩個:一是幫助振蕩器起振;二是對振蕩器的頻率進行微調(diào)。C1,C2的典型值為30PF。3.3 復(fù)位電路的設(shè)計單片機的第9腳RST為硬件復(fù)位端,只要將該端

8、持續(xù)4個機器周期的高電平即可實現(xiàn)復(fù)位,復(fù)位后單片機的各狀態(tài)都恢復(fù)到初始化狀態(tài)，其電路圖如圖所示:圖3-3 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器的值都恢復(fù)到初始值,而前面的功能提到了倒計時間需要有記憶功能,該功能實現(xiàn)的前提條件就是不能對單片機進行硬件復(fù)位,所以設(shè)定了軟復(fù)位功能。軟復(fù)位實際上就是當程序執(zhí)行完畢之后,將程序指針通過一條跳轉(zhuǎn)指令讓它跳轉(zhuǎn)到程序執(zhí)行的起始地址。3.4 顯示電路的設(shè)計顯示電路使用了七段數(shù)碼管7SEG-MPX4-CC，它是共陰極的，由高電平點亮。圖3-4 陰極七段數(shù)碼管按鈕輸入電路的設(shè)計搶答器的輸入按鈕使用常開開關(guān)，圖3-5

9、搶答按鍵這些常開開關(guān)組成了搶答按鍵，硬件電路簡單，在程序設(shè)計上也不復(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。這里采用最常用的方法即延時法，其的原理為：因為“毛刺”脈沖一般持續(xù)時間短，約為幾ms，而按鍵的時間一般遠遠大于這個時間,所以當單片機檢測到有按鍵動靜后再延時一段時間(這里取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。3.6 發(fā)聲這里能利用程序來控制單片機P3.6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，接上揚聲器就能發(fā)出一定頻率的聲音，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)，使揚聲器

10、發(fā)出不同的聲音。4 系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1 程序系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖硬件電路確定后，軟件的編程要與硬件相匹配，軟硬件才能結(jié)合完成所要實現(xiàn)的功能。由功能分析得到以下的軟件結(jié)構(gòu)圖：系統(tǒng)初始化模塊按鍵模塊正確搶答模塊非法搶答模塊調(diào)整時間模塊顯示模塊圖4-1 軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖4.2 程序流程圖整個程序主要由定時器T0、定時器T1、外部中斷0和主程序構(gòu)成。P3.7取反定時器重新賦值返回主函數(shù)響鈴標志為1？NY定時器T0用于使揚聲器發(fā)聲，當需要響鈴時，把響鈴標志位置一，每次中斷都對P3.7取反，揚聲器發(fā)聲，改變定時器初值，可改變揚聲器頻率。定時器程流程圖如下：圖4-2 響鈴程序流程圖定時器T1用于倒計時，每次中斷為50m

11、s，當計數(shù)標志為20時即為一秒，顯示數(shù)字減一。其流程圖如下：返回主函數(shù)計時標志加一計數(shù)器重新賦值圖4-3 倒計時中斷流程圖外部中斷0用于調(diào)整倒計時時間，流程圖如下：顯示時間R1R1減1返回主函數(shù)R1置0R1增1R1置99加1鍵按下？減1鍵按下？R1到0？R1到99？返回鍵按下？YNYYYNNNNY 圖4-4 調(diào)整搶答時間流程圖主程序協(xié)調(diào)三個中斷一起工作，實現(xiàn)搶答功能,其流程圖如下：按鍵發(fā)聲顯示搶答號，剩余時間停止鍵按下?搶答鍵按下?停止鍵按下?開始鍵按下？程序初始化倒計時顯示倒計時開始按鍵發(fā)聲準備狀態(tài)，顯示FFF倒計時大于5s?顯示法規(guī)號碼按鍵發(fā)聲非法搶答?停止鍵按下?提醒發(fā)聲倒計時結(jié)束?YN

12、NYNNNNNYYYYY圖4-5 主程序流程圖4.3 程序代碼：P3.0為開始搶答，P3.1為停止，P1.0-P1.7為八路搶答輸入，數(shù)碼管段選P0口，位選P2的低三位口，蜂鳴器輸出為P3.6口。 ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003H AJMP INT0SUB ORG 000BH AJMP T0INT ORG 001BH AJMP T1INTOK EQU 20H ; 搶答開始標志位RING EQU 22H ; 響鈴標志位 ORG 0040HMAIN: MOV R1,#0FH; 初設(shè)搶答時間為15s MOV R2,#0AH; 初設(shè)答題時間為10s MOV TMOD,#11H

13、; 設(shè)置未定時器/模式1 MOV TH0,#0F0H MOV TL0,#0FFH; 越高發(fā)聲頻率越高,越尖 MOV TH1,#3CH MOV TL1,#0B0H; 50ms為一次溢出中斷 SETB EA SETB ET0 SETB ET1 SETB EX0 SETB EX1; 允許四個中斷,T0/T1/INT0/INT1 CLR OK CLR RING SETB TR1 SETB TR0; 一開始就運行定時器,以開始顯示FFF.如果想重新計數(shù),重置TH1/TL1就可以了查詢程序:START: MOV R5,#0BH MOV R4,#0BH MOV R3,#0BH ACALL DISPLAY;

14、未開始搶答時候顯示FFF JB P3.0,NEXT ACALL DELAY JB P3.0,NEXT;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 ACALL BARK;按鍵發(fā)聲 MOV A,R1 MOV R6,A; 送R1->R6,因為R1中保存了搶答時間 SETB OK; 搶答標志位,用于COUNT只程序中判斷是否查詢搶答 MOV R3,#0AH; 搶答只顯示計時,滅號數(shù) AJMP COUNT;進入倒計時程序,"查詢有效搶答的程序"在COUNT里面NEXT: JNB P1.0,FALSE1 JNB P1.1,FALSE2 JNB

15、P1.2,FALSE3 JNB P1.3,FALSE4 JNB P1.4,FALSE5 JNB P1.5,FALSE6 JNB P1.6,FALSE7JNB P1.7,FALSE8 AJMP START非法搶答處理程序:FALSE1: ACALL BARK; 按鍵發(fā)聲 MOV R3,#01H AJMP ERRORFALSE2: ACALL BARK MOV R3,#02H AJMP ERRORFALSE3: ACALL BARK MOV R3,#03H AJMP ERRORFALSE4: ACALL BARK MOV R3,#04H AJMP ERRORFALSE5: ACALL BARK M

16、OV R3,#05H AJMP ERRORFALSE6: ACALL BARK MOV R3,#06H AJMP ERRORFALSE7: ACALL BARK MOV R3,#07H AJMP ERRORFALSE8: ACALL BARK MOV R3,#08H AJMP ERROR倒計時程序(包括有效搶答程序): COUNT: MOV R0,#00H; 重置定時器中斷次數(shù) MOV TH1,#3CH MOV TL1,#0B0H； 重置定時器RECOUNT: MOV A,R6; R6保存了倒計時的時間 MOV B,#0AH DIV AB; 除十分出個位/十位 MOV 30H,A; 十位存于(

17、30H) MOV 31H,B; 個位存于(31H) MOV R5,30H ; 取十位 MOV R4,31H ; 取個位 MOV A,R6 CLR C SUBB A,#07H JNC LARGER ;大于5s跳到LARGER,小于等于5s會提醒 MOV A,R0 CJNE A,#0AH,FULL;1s中0.5s向下運行 CLR RING AJMP CHECKFULL: CJNE A,#14H,CHECK ; 1s時,響并顯示號數(shù)并清R0,重新計時 SETB RING MOV A,R6 JZ QUIT ; 計時完畢 MOV R0,#00H DEC R6 ; 一秒標志減1 AJMP CHECKLAR

18、GER: MOV A,R0 CJNE A,#14H,CHECK ; 如果1s向下運行,否者跳到查"停/顯示" DEC R6; 計時一秒R6自動減1 MOV R0,#00HCHECK: JNB P3.1,QUIT; 如按下停止鍵退出 ACALL DISPLAY JNB P1.0,TRUE1 JNB P1.1,TRUE2 JNB P1.2,TRUE3 JNB P1.3,TRUE4 JNB P1.4,TRUE5 JNB P1.5,TRUE6 JNB P1.6,TRUE7 JNB P1.7,TRUE8 AJMP RECOUNTQUIT: CLR OK ; 如果按下了"停止

19、鍵"重新回到開始 CLR RING ACALL BARK AJMP START正常搶答處理程序：TRUE1: ACALL BARK; 按鍵發(fā)聲 MOV A,R2 MOV R6,A; 搶答時間R2送R6 MOV R3,#01H CLR OK; AJMP LOOP2TRUE2:ACALL BARK; MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#02H CLR OK AJMP LOOP2TRUE3:ACALL BARK; MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#03H CLR OK AJMP LOOP2TRUE4:ACALL BARK; MOV A,R2 MOV R6,

20、A MOV R3,#04H CLR OK AJMP LOOP2TRUE5: ACALL BARK; MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#05H CLR OK AJMP LOOP2TRUE6: ACALL BARK; MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#06H CLR OK AJMP LOOP2TRUE7: ACALL BARK; MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#07H CLR OK AJMP LOOP2TRUE8: ACALL BARK; MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#08H CLR OKLOOP2: AJMP DISP

21、LAY ;搶答后停止計時，等待返回SETB RING JNB P3.1 QUIT AJMP LOOP2犯規(guī)搶答程序:ERROR: SETB RING ;犯規(guī)響鈴 MOV R5,#0BH MOV R4,#0BH; 顯示FF和犯規(guī)號數(shù)LOOP3: ACALL DISPLAY JNB P3.1 QUIT1; 等待“停止”鍵按下 AJMP LOOP3 QUIT1: CLR RING CLR OK AJMP START顯示程序:DISPLAY:MOV DPTR,#DAT1; 查表顯示程序,利用P0口做段選碼口輸出/P2低三位做位選碼輸出 MOV A,R5 MOVC A,A+DPTR MOV P2,#01

22、H MOV P0,A ACALL DELAY MOV DPTR,#DAT2 MOV A,R4 MOVC A,A+DPTR MOV P2,#02H MOV P0,A ACALL DELAY MOV A,R3 MOVC A,A+DPTR MOV P2,#04H MOV P0,A ACALL DELAY RETDAT1:DB 00H,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,71H;"滅","1","2","3","4","5","6

23、","7","8","9","滅","F"DAT2:DB 3FH, 06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,71HDELAY1: MOV 35H,#08HLOOP0: ACALL DISPLAY DJNZ 35H,LOOP0 RET延時(顯示和去抖動用到):DELAY: MOV 32H,#12HLOOP: MOV 33H,#0AFHLOOP1: DJNZ 33H,LOOP1 DJNZ 32H,LOOP RET發(fā)聲程序:BARK: SETB RING ACALL DELAY1 ACALL DELAY1 CLR RING; 按鍵發(fā)聲 RETINT0(搶答時間R1調(diào)整程序): INT0SUB:MOV A,R1 MOV B,#0AH DIV AB MOV R5,A MOV R4,B MOV R3,#0AH ACALL DISPLAY；先在兩個時間LED上顯示R1 JNB P3.2,INC0; P3.2為+1s鍵,如按下跳到INCO JNB P3.3,DEC0; P3.3為-1s鍵,如按下跳到DECO JNB P3.4,BACK0; P3.4為確定鍵,如按下跳到BACKO AJM