课程设计八路智力竞赛抢答器的设计Word文件下载.docx
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P3.2抢答时间调整整，P3.3回答时间调整，P3.4为时间加1调整，P3.5为时间减1调整。
6、当参赛选手在回答问题时要求使用锦囊，则主持人按下抢答开始键，计时重新开始。
1.2设计方框图
如图（1-1）所示为八路智力抢答器设计的物理模块划分如下：
图1-1设计物理框图
通过主持人的相关操作（包括开始、停止、调时、锦囊使用等），以及选手的抢答，显示模块与语音模块应能迅速做出正确回应。
如主持人按下开始，语音模块立刻给以语音提示，显示模块立刻显示抢答倒计时；
当有选手抢答，显示模块应马上显示最先抢答的选手号，并进入答题倒计时…而这一切，都有赖于本设计的核心模块—51单片机来控制。
通过一系列的汇编程序，来控制、实现相应的逻辑功能。
本设计中大部分的较为复杂的逻辑控制，都是用相应的汇编程来控制实现的。
根据相应的设计要求，对本设计可作如下分析：
1、由设计要求1，本设计应具有抢答时间调整和回答时间调整程序，并由相应引脚来控制：
P3.2抢答时间调整，P3.3回答时间调整，P3.4为加1s，P3.5为减1s；
2、根据设计要求2，本设计应具有抢答、回答倒计时功能，即倒计时程序。
通过查询开始键的状态来决定是否进入抢答倒计时，开始键按下后有人抢答便立即进入回答倒计时，倒计时小于5s时，调用发声程序；
3、程序中应不断查询"
键的状态，一旦其按下，应立即退出，并进入查询程序（用来查询开始键与八路抢答键的状态）；
4、为使本设计具有锦囊功能，在回答倒计时过程中，若按下开始键，回答倒计时重新开始。
1.3抢答器的程序流程
本设计采用P3.2、P3.3分别接抢答时间调节和答题时间调节按钮，即通过外部中断0、外部中断1分别控制抢答、答题时间的调整。
因此，设计的软件部分可分为工作模块、外部中断0模块、外部中断1模块。
对流程图的分析，也分三部分来介绍。
（1）工作时（非调节时间时）的流程
平时正常工作时，程序的流程图绘制如图1-2：
对工作流程图中的某些部分解释如下：
初始化部分：
包括对定时计数器的工作方式、初始化数值的设置，还包括对抢答时间与答题时间的预设，另外，还应对外部中断0、外部中断1进行开放。
抢答倒计时、回答倒计时部分：
由于二者功能的相似性，本设计将二者在一个子程序——倒计时程序中一起编写。
犯规程序部分：
包括对犯规选手号的显示、报警器的间断工作。
另外，由于在设计要求主持人能随时对工作过程终止，因此，要不断查询停止键的状态，一旦按下，便回到初始化后的状态；
在倒计时过程中还要不断将与5S比较，当小于5S时，还需调用发声程序；
小于5S后，又需要不断将与0较，当其等于零时，立即返回。
图1-2工作流程图
（2）外部中断0（抢答时间调整）流程
外部中断0（抢答时间调整）的流程图见图1-3：
图1-3INT0流程图
一旦因P3.2对应键的按下，便进入INT0中断过程。
通过不断对P3.4（加1s）和P3.5（减1s）进行不断的查询，来对抢答时间进行调整：
发现P3.4按下，就对原抢答时间加1s,发现P3.5下，就对原抢答时间减1s并调用显示程序。
根据设计要求，当加至99s时，若再加1s，则时间变为0；
当减至0s后，若再减一秒，时间变为99s。
因此，流程中应该对当前时间于99s或0s比较，再作出相应处理。
另外，在中断过程中还需要不时对停止按钮进行查询，一旦发现其按下，立即中断返回。
由于本中断过程在返回前一直是循环执行的，因此，只需要在每次循环末查询一次即可，如流程图所示
（3）外部中断1（答题时间调整）流程
外部中断1（答题时间调整）流程与外部中断1流程大同小异。
其程序流程参见图1-4：
与抢答时间调整类似，一旦因P3.3对应的按钮按下，便进入INT1中断过程。
当加至99s时，若再加1s，则时间变为0；
同上，在中断过程中，也还需要不时对停止按钮进行查询，一旦发现其按下，立即中断返回。
图1-4INT1流程图
二抢答器单元设计及其说明
2.1主要芯片的介绍
AT89SC52的引脚图如图2-1所示
图2-1AT89SC52芯片引脚图
1）主要性能
本方案所使用的主要芯片是AT89SC52，它与MCS-51单片机产品兼容、8K字节在系统可编程Flash存储器、1000次擦写周期、全静态操作：
0Hz～33Hz、三级加密程序存储器、32个可编程I/O口线、三个16位定时器/计数器八个中断源、全双工UART串行通道、低功耗空闲和掉电模式、掉电后中断可唤醒、看门狗定时器、双数据指针、掉电标识符。
2）功能特性描述
At89sc52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。
使用Atmel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。
片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。
在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89SC52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
AT89S52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。
另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。
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。
8位微控制器8K字节在系统可编程FlashAT89S52。
3）P0、P1口介绍
P0口：
P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。
作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口P0写“1”时，可作为高阻抗输入端用。
在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。
在Flash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。
P1口：
P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。
对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。
作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。
与AT89C51不同之处是，P1.0和P1.1还可分别作为定时/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和输入（P1.1/T2EX），参见表2-1
表2-1P1.0P2.0引脚功能特性
4）本方案中用到的一些引脚介绍
XTAL1：
振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。
XTAL2：
振荡器反相放大器的输出端。
特殊功能寄存器：
在AT89C52片内存储器中，80H-FFH共128个单元为特殊功能寄存器（SFE）。
并非所有的地址都被定义，从80H—FFH共128个字节只有一部分被定义，还有相当一部分没有定义。
对没有定义的单元读写将是无效的，读出的数值将不确定，而写入的数据也将丢失。
不应将数据“1”写入未定义的单元，由于这些单元在将来的产品中可能赋予新的功能，在这种情况下，复位后这些单元数值总是“0”。
AT89C52除了与AT89C51所有的定时/计数器0和定时/计数器1外，还增加了一个定时/计数器2。
定时/计数器2的控制和状态位位于T2CON,T2MOD，寄存器对（RCAO2H、RCAP2L）是定时器2在16位捕获方式或16位自动重装载方式下的捕获/自动重装载寄存器。
2.2程序流程图
图2-2程序流程图
2.3MAX7219
2.3.1MAX7219引脚说明
引脚说明见表2-2
表2-2MAX7219引脚说明
引脚号
名称
功能说明
1
Din
串行数据输入端在CLK的上升沿数据被锁入芯片内部16位移位寄存器。
2．3．5～8.10.11
DIG0～DIG7
8位LED位选线，从共阴极LED中吸入电流。
4．9
GND
地线（两个GND必须连在一起）。
12
Load
锁入输入的数据在Load上升沿最后的16位串行数据被锁入。
13
CLK
时钟输入，最高时钟频率为10MHZ，在CLK的上升沿数据被锁入内部移位寄存器，在CLK的下降沿，数据从Dout脚被输出。
14～1720～23
SegA～SegG.DP
7段驱动和小数点驱动
18
Iset
该脚通过一个电阻与V+相连，设置峰值段电流。
19
V+
电源电压，+5V。
24
Dout
串行数据输出。
输入到Din的数据在16.5个时钟周期后在Dout脚发出，该脚用于与级联扩展
2.3.2基本的工作方法
MAX7219与8031单片机连接采用三线串行接口，典型应用电路如表2-3所示。
_Y&
F_e
N;
y-jGuest
表2-316位数据包的数据格式如下：
D0～D7
D8～D11
D12
D13
D14
D15
LSBDATAMSB
ADDRESS
ⅹ
D7~D0：
8位数据位，D7最高位，D0最低位；
D11~D8：
4位地址位；
D15~D12：
无关位，通常全取1。
MAX7219通过D11～D84位地址位译码，可寻址14个内部寄存器，分别是8个LED显示位寄存器，5个控制寄存器和1个空操作寄存器。
LED显示寄存器由内部8×
8静态RAM构成，操作者可直接对位寄存器进行个别寻址，以刷新和保持数据，只要V＋超过2V（一般为＋5V）。
_ay6i/e8G（rW0n_~Guest控制寄存器包括：
译码模式，显示亮度调节，扫描限制（选择扫描位数），关断和显示测试寄存器。
EETOP专业博客---电子工程师自己的家园1w_}_m_0@-?
7B_`-v&
{L_tPGueste（|_o'
x*U`）vGuestMAX7219的驱动程序首先必须对5个控制寄存器（地址分配见表2-4）初始设置即初始化，各控制寄存器设置含义如下：
译码模式选择寄存器（地址=F9H）；
5G）s_J'
w_G_m+C_[GuestEETOP专业博客---电子工程师自己的家园_\_x_G/U9Y3O_|共有4种译码模式供选择，当数据位全0时选择“非译码方式”。
在此方式下，8个数据位分别一一对应7个段和小数点。
通常选择此方式。
1Q_e
{_b#kqGuest_k5{4q6Y+vGuest扫描限制寄存器：
地址＝FBH；
用于设置显示的LED个数（1～8），当D2D1D0＝111、D7D6D5D4D3无关时，可接8个LED管。
EETOP专业博客---电子工程师自己的家园9r_B3}_D_w#Y0X
亮度调节寄存器：
地址＝FAH；
_CB!
i_a_er_p-qGuest共有16级选择，用于LED显示亮度的强弱设置。
EETOP专业博客---电子工程师自己的家园9^9l_i_a（}8D$h_w^
关断模式寄存器：
地址＝FCH；
EETOP专业博客---电子工程师自己的家园_K__*{_a_V_@_SI
有两种模式选择：
一种是关断状态模式（D0＝0）；
一种是正常操作状态（D0＝1），通常选择正常操作状态。
EETOP专业博客---电子工程师自己的家园b_j_@_A_|_}_Q
显示测试寄存器：
地址＝FFH；
有两种选择用于设置LED是测试状态还是正常操作状态：
当在测试状态时（D0＝1）各位全应亮，一般选择正常操作状态（D0
=0）。
表2-4寄存器地址分配表
寄存器名称
地址
D15～D12
D11
D10
D9
D8
空操作
ⅹⅹⅹⅹ
Digit0
Digit1
Digit2
Digit3
Digit4
Digit5
Digit6
Digit7
译码模式
亮度调节
扫描限制
关断模式
显示测试
2.3.3MAX7219初始化
表2-5初始化设置各项的选择及对应数值
设置项目
选择
颠倒后的数值（16位）
显示亮度
17/32
5F1FH
0～7位
DFEFH
译码方式
非译码方式
9F00H
正常操作
FF00H
关断方式
3F80H
2.3.4部分程序功能介绍
全部程序见附录二，下面仅介绍部分程序
由于在读抢答数据口的时候，单片机首先进入倒计时程序，再调用显示程序，最后才检测按键口，然而在检测按键口时动态扫描要调用三次（4ms）延时程序.这样就会导致读数据口出现滞后,造成1号优先最高.8号最低.故采用在延时子程序中加了读数据口程序.保证了灵敏度和可靠性，程序如下：
===加减时间延时（起到不会按下就加N个数）======
DELAY1:
MOV35H,#08H
LOOP0:
ACALLDISPLAY
DJNZ35H,LOOP0
RET
;
=====延时4236个机器周期（去抖动用到）=====
DELAY:
MOV32H,#12H
LOOP:
MOV33H,#0AFH
LOOP1:
DJNZ33H,LOOP1
DJNZ32H,LOOP
RET;
=====延时4236个机器周期（显示用到）=====
DELAY2:
MOV32H,#43H
LOOP3:
MOV33H,#1EH
MOVA,R7;
每隔60~70个机器周期读一次P1口,全为1时为无效数据,继续读,有一个不为1时,转到正常抢答处理
JNZAAAA1;
没读到有效数据时继续转到AAAA1
LOOP2:
DJNZ33H,LOOP2
DJNZ32H,LOOP3
=====读抢答按键数据口程序=====
主持人时间设定程序如下：
ACALLDISPLAY;
先在两个时间LED上显示R1
JNBP3.4,INC0;
P3.4为+1s键,如按下跳到INCO
JNBP3.5,DEC0;
P3.5为-1s键,如按下跳到DECO
JNBP3.1,BACK0;
P3.1为确定键,如按下跳到BACKO
2.4LCD简介
2.4.1LCD和LED的区别
LED为英文（LightEmittingDiode）的缩写，是发光二极管的一种,LCD是液晶显示器,两者相差太多.但是用LED的点阵也能组成显示器,适用于户外大屏幕显示,分辨率较低。
LCD为英文（LiquidCrystalDisplay）的缩写，即液晶显示器，是一种数字显示技术，通过液晶和彩色过滤器过滤光源，在平面面板上产生图象。
与传统的阴极射线管LCD占用空间小，低功耗，低辐射，无闪烁，降低视觉疲劳。
LCD技术能够显示更加清晰，明亮的图象。
LED是发光二极管
特点：
自发光，从远处可以看见，价格相对较低
缺点；
显示的内容少，一般是数码，LED电子滚动显示，等等，很耗电，控制复杂。
由于LCD比LED的效果好，所以本设计我们选择了LCD作为我们设计的显示器。
2.4.2单片机和分立元件的区别
单片机相当于一个集成电路，将一些功能都集成在一个芯片中，在一小块芯片中能实现各种功能的器件。
分立元件是指电阻\电感\电容等器件。
这是相对于集成电路来说的，比如一个电路,他用了一个集成电路,外加一些零件即能实现需要的功能,而一般来说,用分立元件也能实现,但体积可能会大一些,可靠性可能也差一些。
通过两者的比较，单片机明显优于分立元件，所以本设计我们选择了用单片机。
其系统硬件设计如图2-3
图2-3单片机系统硬件设计
2.4.3显示电路设计和LCD的引脚功能说明
液晶显示模块是一种将液晶显示器件、连接件、集成电路、PCB线路板、背光源、结构件等装配在一起的组件。
英文名称叫“LCDModule”，简称“LCM”，中文称为“液晶显示模块”，其流程图如2-4所示，实物图如2-5所示。
如图2-4LCD流程图
图2-5LCD1602实物图
2.4.4液晶显示模块
表2-6LCD引脚功能
编号
符号
引脚说明
VSS
电源地
9
D2
双向数据口
2
VDD
电源正极
10
D3
3
VL
对比度调节
11
D4
4
RS
数据/命令选择
D5
5
R/W
读/写选择
D6
6
E
模块使能端
14
D7
7
D0
15
BLK
背光源地
8
D1
16
BLA
背光源正极
VDD：
电源正极，4.5－5.5V，通常使用5V电压；
VL：
LCD对比度调节端，电压调节范围为0－5V。
接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，但对比度过高时会产生“鬼影”，因此通常使用一个10K的电位器来调整对比度，或者直接串接一个电阻到地；
RS：
MCU写入数据或者指令选择端。
MCU要写入指令时，使RS为低电平；
MCU要写入数据时，使RS为高电平；
R/W：
读写控制端。
R/W为高电平时，读取数据；
R/W为低电平时，写入数据；
E：
LCD模块使能信号控制端。
写数据时，需要下降沿触发模块。
D0－D7：
8位数据总线，三态双向。
如果MCU的I/O口资源紧张的话，该模块也可以只使用4位数据线D4－D7接口传送数据。
本充电器就是采用4位数据传送方式；
BLA：
LED背光正极。
需要背光时，BLA串接一个限流电阻接VDD，BLK接地，实测该模块的背光电流为50mA左右；
BLK：
LED背光地端。
数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；
按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管；
按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。
共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极（COM）的数码管。
共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。
当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。
。
共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极（COM）的数码管。
共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。
当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。
三 抢答器电路原图及仿真
３.１抢答器原理图
抢答器电路原理框图如图3-1所示，其中右上部分是4个七段数码管，作为显示输出部分，左上部分是钟控部分，除了S1-S8是选手控制按钮，其余按钮式主持人控制系统。
图3-1抢答器电路原理框图
各按键功能介绍如下：
①SET键为复位键，按下复位键系统进入就绪状态；
②B1、B2分别为30s、60s预置时间键；
③“+”、“-”键可以调节时间；
④EN键用来确定自设时间；
⑤ON键用来确定一切就绪，按下它系统就进入倒计时抢答；
⑥S1-S8为8个抢答按键。
3.2仿真软件介绍
1）Proteus软件简介
Proteus组合了高级原理布图、混合模式SPICE仿真,PCB设计以及自动布线来实现一个完整的电子设计系统。
ISIS是Proteus系统的中心,它远不仅是一个图表库。
它是具有控制原理图画图的外观设计环境。
Proteus软件是一种低投资的电子设计自动化软件，提供可仿
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