基于单片机的八路智能抢答器.docx

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基于单片机的八路智能抢答器

基于单片机的八路智能抢答器

摘要

抢答器现如今主要应用比赛和竞赛中，在竞赛、文体娱乐活动（抢答活动）中，能公正、准确、直观地判断出抢答对象的一种机器。

单片机智能抢答器是根据单片计算机开发和设计的一个目前具有实用性的一种产品。

随着社会和科学技术，越来越多的比赛中迅速普及的飞速发展，响应也发挥了越来越重要的作用。

通过数字显示的八大核心AT89S51单片机的设备直接指令的设计，显示结果自动锁存，并且使其自动复位的设计思路,经过单片机的控制处理并产生不同的并且和输入信号相应的输出信号是根据抢答输入信号的不同产生的，最后，在适当的时间，甚至在不同的回答到几微秒两组之间，也可以设置通过一个数字显示来区分的主要优先，微控制器部结构简单，可靠的功能得到很好地利用。

关键词：

单片机，控制抢答，有效/无效抢答

Microcontroller-basedIntelligentRespondereight

Responderisnowthemajortournamentsandcompetitionsshould,incompetitions,sportsandrecreationalactivities（Responderactivities）,thefair,accurateandvisuallydeterminetheanswerlikeamachine.Responderisbasedonsingle-chipcomputerdevelopmentanddesignofapracticalpresentaproduct.Withthecurrentrapiddevelopmentofsocietyandtherapidpopularizationofscienceandtechnology,moreandmorecompetitions,Responderalsoplayedanincreasinglyimportantrole.ThedesignoftheeightcoreAT89S51MCUAdevicefordirectinstructionviadigitaldisplay,displaydynamiclatchknot,anditautomaticallyresetsdesignideasthatcananswerdependingontheinputsignal,afterasingle-chipcontrolprocessingandproducedifferentandthecorrespondingoutputandinputsignalnumber,andfinally,theappropriatetime,evenbetweenthetwogroupsindifferentanswerstoafewmicroseconds,canalsobesettodistinguishthekeyprioritiesthroughadigitaldisplay,fulluseofthemicrocontrollerDepartmentstructureissimple,reliable,andpowerfulfeatures,suchastoo.

Keyword：

Microcontroller，ControlResponder，Valid/invalidanswer

目录

1绪论1

1.1原理1

1.2基本功能1

1.3单片机的内部结构3

2实现的功能和电路4

2.1八路抢答器的总框图4

2.2总的电路图4

3子程序电路的设计6

3.1电源电路的设计6

3.2时钟电路设计6

3.3振荡方式的选择7

3.4复位电路设计8

3.5人工复位8

3.6判断电路9

3.7扫描电路的实现10

3.8显示模块在系统硬件中的安排10

3.9按钮输入的硬件处理11

3.10报警电路11

3.11系统复位12

结论13

参考文献14

1绪论

1.1原理

智力竞赛抢答器设计有着三种工作方式:

①主持人按下启动键后，秒时中开始计时，在20s的规定时间之内当某位选手在按下抢答键时，与其对应的席位指示灯变亮，视为正常的抢答，秒时钟计时自动停止;②主持人按下启动键后，秒时钟开始计时，在20s之内选手还没有一个按下抢答器，则表示放弃这轮抢答，秒时钟自动计时停止;③主持人在没有按下启动键时，其中有选手就提前按下抢答键，与其对应席位的指示闪烁，表示选手抢答犯规。

此外，之后的一个选手迅速按下接听键，电路会被之前球员受阻，它不能发挥作用。

采用动态扫描模式时间显示模式。

电路会自动复位，或由主持人重置。

1.2基本功能

（1）8个选手同时竞争，分别用S0-S7表示。

（2）建立清晰的答案控制开关S的系统中，主持人来控制这个开关。

（3）抢答器具有锁存和显示。

抢答是有玩家按下按钮锁定相应的位置上的数字，促使扬声器的声音，和玩家对七段数字LED显示。

玩家回答降低系统清除之前，实施重点锁定主持人，选手人数已保存。

（4）抢答器有定时的功能，抢答答案再设置的有效时间（例如15秒）。

主持人按了“开始”的按键，计时就开始倒数。

（5）一组时间内玩家，有效地回答，计时器停止工作。

在液晶显示屏上显示播放器答题时间和数量，并保持系统被清零。

（6）如果计时器倒计时时间到了，没有答案。

这个答案是无效的，报警系统，并禁止答案，显示00上的时间显示器。

抢答器电路

74LS148的功能真值表

1、如果你想自动调整时间或回答的答案时，按“加一”键或“减一”的监管进入，然后显示该组的当前状态的时间来回答，回答的时间价值，如果你想增加一个第二次通过点击“加1”按钮，如果你想通过点击“减1”键切第二次，变更后的时间将在LED上显示出来，调整的范围为0-99秒，当与1秒耦合到成为0S时负99S，99S0S会跳。

2、主持人按“抢答开始”按钮后，被提示在倒计时输入答案并立即状态（默认15秒的时间回答），如果有球员的答案，将伴随着一个音，并显示相应的LED的数量，并立即输入号码接听倒计时（默认15秒的时间回答）回答查询不执行，所以才有了第一个球员迅速按下一个有效的答案。

3、如果在倒计时期间，要停止倒计时，主机可以随时按下“停止”按钮，系统会自动进入待机模式，主机按“抢答开始”在未来进入倒计时的答案。

4、主持人如果不是“回答开始”按钮，此时有人按下了接听键，视为无效答案，不显示在LED上，直到主持人按任何结果“停止”按钮。

1.3单片机的内部结构

AT89S51单片机内部由CPU、4KB的FPEROM，128B的RAM，两个16位的定时/计数器T0和T1，4个8位的I/O端P0、P1、P2、P3等组成。

单片微机内部最核心的部分是CPU。

按功能可分为两部分，CPU和控制器操作。

由程序状态字寄存器PSW，算术逻辑单元运算单元ALU，寄存器，BCD码运算调整电路。

所述控制器包括指令译码器，程序计数器PC，指令存储器，一个条件分支和实时控制逻辑电路。

。

它的功能是进行从由实时控制解码电路的存储器，可以在预定的时间内发出所需的各种操作的内部和外部的控制信号，从而使该指令来完成操作所需的各部分的协调。

2实现的功能和电路

2.1八路抢答器的总框图

根据整体设计，问答响应程序将被分为一个控制器和四个子系统。

其中，输入子系统由74LS297锁存器、抢答键组成;由一个定时器，动态扫描解码电路和LED数字时间显示子系统;座椅指示灯驱动电路子系统包括座椅，发光二极管;由分频器时钟子系统，其中包括一个时钟信号源;控制器是由启动按钮，启动电路，判断电路和复位电路共同组成。

通过74LS148优先编码器和74LS297锁存器可以实现两条功能：

第一，参加选手按下抢答器后判断出先后，并由74LS297锁存器锁存优先抢答选手的编号，同时通过七段数字数码显示管显示编号。

第二，禁止其他参加选手按抢答器，并使选手操作无效果。

2.2总的电路图

考虑到以下几方面可以是硬件电路最大化的合理：

（1）最大限度地利用强大的芯片，所以简化电路，更强大的芯片可以取代许多普通芯片，随着生产工艺的改进，新的芯片价格持续走低，比普通芯片价格的总数不一定高。

（2）留有一定的设计余地。

在硬件设计过程中，电路以后会修改。

电路设计很少一锤定音的，如果我们饶是对未来没有疼痛可能是因为一个小的修改或扩充被迫检修。

（3）程序空间，单片机内程序空间足够大的选用，采用AT89S51单片机。

（4）RAM空间，AT89S51内部RAM并不多，当你想加强数据处理功能，常常觉得不够用的软件。

所以留一些空间在系统配置的外部RAM中。

由于现在是逐步提高软件设计水平，只是改变或添加数据处理软件算法，使系统能够改善许多功能，系统升级，但没有做任何硬件更换。

只要最初的硬件电路设计考虑到这一点，应该是足够好，将来集RAM空间为系统，即使只多插槽设计一个RAM芯片。

（5）I/O端口：

当在原型实地测试进行的，经常会发现一些被忽视的问题，而这些问题不是简单地依赖于软件的措施来解决。

一些新的信号采集，它是必要的。

以增加检测的输入端;物理量需要控制，有必要以增加输出。

硬件电路设计时预留了一些I/O端口。

但是是空的，暂时没有用的，但在使用的时候派上用场。

P2.4开始抢答，P2.5加分，P2.6减分，P1.0-P1.7抢答输入，P0链接数码管段，位选P2口低3位，P2.7是蜂鸣器输出。

图2.1总电路图

3子程序电路的设计

3.1电源电路的设计

电子元件需要能够提供+5V的电压，D触发器和门电路的组成控制输出使能端的FS状态，锁存器初始状态（Q0-Q8都为0），F=0，从而使反转的启动电路图S=1后，启动电路是在此时处于等待状态。

当按下启动按钮，START端输入脉冲，D触发器设置为一个状态，即Q=1，这时候可以回答，计时器开始倒计时;如果主机玩家已经按下了启动按钮抢答器。

F=1，表示犯规的回答，经反相后使S=0后，启动电路被搁置，按下起动按钮是无效的。

图3.1电源电路

3.2时钟电路设计

控制着计算机的工作节奏的是时钟电路，他是一个计算机的心脏。

晶振的选择：

6MHz的晶振，其机器周期是2us。

12MHz晶振，机器周期为1us，即执行同一个指令。

一个12MHz晶振时使用了一半的时间的6MHz晶体。

我选择了一个可以提高系统的整体性能的12MHz晶体。

3.3振荡方式的选择

内部振荡器模式，MCS-51将有一个反相放大器的内部，反相放大器的输入和输出，分别XTAL1，XTAL2，接到外部反馈元件后振荡器组成，产生内部时钟的单片机的各组成部分。

就这样构成了内部振荡方式。

外部振荡办法是单片机被放入外部振荡器时钟信号。

微控制器的时钟与外部信号一致是允许的。

我选择了内部振荡器模式。

单片机有一个内部高增益反相放大器。

当外部晶体，构成了自激振荡时钟振荡器。

我选择了12MHz晶体，具有6MHz晶体相比，系统的运行速度变得更快。

从快速启动中的作用的稳定振荡频率。

电容C1，C2，我选择了的30pF电容。

由内部振荡器的高稳定性产生的时钟信号。

图3.2时钟电路的设计

单片机时钟驱动器下正常工作。

单片机会具有时钟振荡电路，时钟信号，以产生一定时钟信号，只需要一个外部振荡器源,影响单片机的工作速度。

石英晶体振荡器是我们最常用的。

该振荡器起振需要一个延时电路上电后大约是10ms时，XTAL2引脚产生大约3V时钟信号正弦波的振幅，石英晶体震荡决定他的震荡频率。

电路中C1,C2的作用主要有两个:

一是发挥帮助振荡器起振的角色;二是微调振荡器的频率。

C1,C2的常用值为30PF。

时钟周期当由内部振荡器或从外部直接输入的时钟信号的内部控制逻辑单元循环产生的时钟信号的周期。

其大小是时钟信号频率的倒数。

3.4复位电路设计

复位引脚在MCS-51上是RST。

在启动振荡器时，在这个引脚有两个机器周期（即24个时钟周期）以上的高电平。

该装置被复位，RST保持高位，MCS-51保持复位状态。

这时ALE、/PSEN、P0、P1、P2、P3口都输出高电平。

RST为复位退出，从初始状态CPU的工作。

内部寄存器复位后的初始状态（SP=07，P0，P1，P2，P3是0FFH，其他寄存器是零的RST复位VccHE端接一个终端电阻与一个电容。

只要连接到Vcc线电容电源可自动实现CMOS重置单片机。

在加电的一瞬间，通过电阻对电容充电，在RST端会出现一定时间的高电平，高电平只要时间够长，MCS-51就能有效的复位。

Vcc的上升时间和振荡器起振时间都包括在RST端加电时保持的高电平时间内，Vcc上升时间若为10ms，如果，振荡器的启动时间是由频率决定的。

10MHz的时间约为1毫秒，10毫秒时大约1MHz的，它通常能够可靠地复位，RST应保持在超过20ms的高功率。

时间越长，R，C较大的时间常数。

将能够维持长的时间高电平在RST端。

当振荡频率是12MHZ时，常用值为C=10uF,R=8.2kΩ.

图3.3上电复位电路

3.5人工复位

上电除了自动复位手动复位也是必不可少的，自动上电复位电路与一个按钮开关的同时，按下开关可以在一段时间出现的RST高端，可以使器件复位。

图3.4人工复位

这次的论文中我用的人工复位电路.由RST端子Vcc的电平复位通过电阻和电源接通实现电平复位。

选用12MHz的时钟频率时，选择10uF的电容，电阻择千欧。

3.6判断电路

多个门电路的判定电路。

D1〜D8的输入连接到锁存Q1-Q8的输出。

启用S​​连接启动电路输出Q时Q=1，S=Q=1，如果D1〜D8有一个状态。

T=1，F=0，这意味着信号锁存响应信号。

T=1，则定时器停止计数;Q=0时，S=0，如果D1〜D8具有一个状态，T=0，F=1，这意味着该信号被锁存犯规信号。

如图所示，T=1或F=1时，输出ON/OFF状态为0，则锁存器这时候处于保持状态时，复位电路呈计数状态。

图3.5判断电路

3.7扫描电路的实现

他们每个都有自己的特点，这独立键盘硬件电路简单，没有复杂的编程设计，在一个简单的电路要求不高的硬件电路中，一般使用;有独立的键盘矩阵键盘相比具有差别，首先，硬件电路，它比独立键盘复杂得多，并且该算法在比它复杂的程序，它是利用在节省端口资源，因此它有很大差异个适合于多按键电路。

然后，关键是在消除“毛刺”现象的过程中生成的。

在这里，最常用的方法，即，重复扫描延迟，原则延时方法：

如“毛刺”脉冲持续时间短，大约几毫秒，而我们的按键时间大于此键时，所以当单片机检测有按动按钮的一段时间（在这里我们取为10ms）后，然后确定这是否水平也保持在原来的状态，,假如是则为有效按键，不然则无效。

3.8显示模块在系统硬件中的安排

操作员主要从显示设备上获取微机系统的信息，每个什么操作，显示设备制造商有一定的反应。

这意味着，显示模块和操作有关系，监控程序需要调用显示模块。

服务得不同显示内容就不同，描述每个模块，显示模块的驱动的执行方法是不同的。

操作者在不操作的时候，显示屏也被改变。

在各个中断子程序配置的各种模块是自动执行的，也就是说，所有的中断例程必须掉用显示模块。

显示模块周围的不能直接调用，但是具有申请权。

显示请求标志在这时就有必要，该应用标志设置需要在模块显示时，显示的内容（或指针）需要设置。

由于显示模块，不会发生冲突。

应将显示安排在重复循环执行（如监测周期或时钟中断子程序）模块是为了显示器及时响应系统。

当监控程序（键盘解释器）来设置时钟中断子程序，加工更方便，只要在监控程序的汇合将能够调用显示。

这里我们使用的是七段LED显示器，显示一般包括两种类型：

一种是静态显示，一种是动态显示。

静态显示的特点不闪烁显示稳定，编程简单，但资源端口占用较多；显示的动态特性表现出良好的稳定性，程序的复杂性，但在一个相对静态的显示端口方面占有资源少。

在这个设计中，实际情况是使用动态显示方法。

数码管显示原理如下：

MOVA,R5

MOVCA,@A+DPTR；查字型码

MOVP2,#01H；送位选码

MOVP0,A；送字型码

ACALLDELAY；调延时，去闪烁

将七段数码管显示分为共阳极和共阴极两种类型极。

以共阴为例，要想a段亮，向a段送1就是，返之送0，共阳刚好相反。

3.9按钮输入的硬件处理

按钮关闭和打开接触可能引起抖动，接触逻辑电平这时是不稳定的，如果解决不够完善，该按钮将执行导致错误的命令或重复。

现在常用的软件的方法来避免时延抖动相位，延迟过程一般大于5毫秒，例如，需要10-20ms的中。

如果监控程序读取主程序（守护进程）或键盘中断（外部中断）按键操作安排的子程序，再延时子程序，按键可以直接读入过程。

如果读入的中断程序安排定时器的关键过程中，延时子程序可以使用间隔定时器中断来完成抖动处理来过程。

3.10报警电路

报警电路是NE555定时器和三极管两部分组成。

这之中NE555定时器是多谐振荡器最主要的构成，他的振荡的频率为

＝1.43／［（RI＋2R2）C］，从扬声器输出的信号通过促进工作的晶体管实现。

其中的PR是时

控制电路输出的控制信号，当PR为高电平时，多谐振荡器在工作状态下开始。

如图报警电路图。

图3.6报警电路图

3.11系统复位

让CPU进入初始状态，从系统实施过程中的程序地址0000H所谓的复位开始。

但从实现一个系统复位，系统复位可分为硬件复位和软件复位。

通过CPU硬件复位到CPU必须是外部硬件复位端加上一个高电势足够的时间来实现。

上电复位，手动复位和硬件看门狗复位按钮是一个硬件复位。

经过硬件复位，每个特殊寄存器的状态被初始化，芯片不会影响通用寄存器的内容。

然而，硬件复位也将自动清除中断标志被激活，从而中断系统，如一个事实，即许多程序员可以很容易被忽略的正常运行。

软件复位是使用一系列命令来摸拟硬件复位功能，最后开始从分支指令的程序地址0000H运行。

“冷启动”和“热启动”重新设置。

所有无效状态的“冷启动”。

系统初始化完成。

当选择性的初始化和维护的当前状态的“热启动”。

当电源首次投入运行系统必须是“冷启动”，之后一般是由复位操作的抗干扰措施是“热启动”。

为了使系统能够正确地决定哪一种方式来启动，可以常见的电动标志来区分。

图3.7系统复位流程

结论

这次论文也发现了自己许多的不足之处，对专业知识的认识不够，计算机能力的不足等，希望以后自己在生活工作中得到改善。

通过这次论文的完成，让我更深刻的了解到电路的制作完成，利用AT89S51单片机将软硬件连接，培养了自己的动手操作能力。

而且，通过这次论文的完成，自己被动学的毛病有所改善改为自己主动的学习探索。

在这次论文中，也遇到了许多的麻烦，自己也都克服了，培养了自己不怕麻烦克服麻烦的决心。

所以这次论文让我懂得了许许多多，也发现了自己不足，这将为以后的学习做出很好的榜样。

参考文献

[1]李广弟.单片机基础[M].北京:

北航出版社，2010

[2]胡学海.单片机原理及应用系统设计[M].北京：

京电子工业出版社，2005

[3]龚昌来.单片机控制的智能型控抢答器的设计[J].广东自动化与信息工程,2003

[4]《电子技术基础.数字部分（第四版）》，高等教育出版社2003年3月

[5]尹长华,赵海鸿,吕向阳,毛鹏翔.十六路微控抢答器的设计[J].电子工程师,2001

[6]胡学海.单片机原理及应用系统设计[M].北京：

京电子工业出版社，2005