基于單片機(jī)的搶答器設(shè)計【畢業(yè)論文】

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(論文)</p><p><b>　　( 屆)</b></p><p>　　論文題目 基于單片機(jī)的搶答器設(shè)計</p><p>　　(英文) Design of Responser Device</p><p>　　basd on Singlechip </p><

2、;p>　　所在學(xué)院 電子信息學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級 電子信息工程 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號 </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期

3、 年 月 日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文以C8051F005單片機(jī)為核心結(jié)合數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)一款八路搶答器進(jìn)行探討。搶答器電路硬件電路主要由單片機(jī)最小系統(tǒng)、數(shù)碼管顯示，聲音報警器、主持人操作鍵盤和74系列芯片基本外圍電路所組成。軟件部分采用C語言設(shè)計編寫。</p><p

4、>　　本設(shè)計的搶答器，利用單片機(jī)及外圍接口實(shí)現(xiàn)搶答系統(tǒng)。搶答器可提供八位選手搶答，顯示搶答選手號，并具有搶答倒計時功能（時間可調(diào)）、違規(guī)搶答報警等功能。在搶答開始后，第一個搶答信號鎖存，其他搶答信號無效。只要對軟件部分的修改可以增減搶答器的功能，充分體現(xiàn)了單片機(jī)搶答器的靈活性。</p><p>　　關(guān)鍵詞:單片機(jī)；搶答器；倒計時；違規(guī)</p><p><b>　　Abstr

5、act</b></p><p>　　This toptic is with C8051F005 single-chip processor core realize a responser for 8 competitors to vies to answer first.The circuit hardware of responser mainly by singlechip microcompu

6、ter system,LED display,the voice alarm,host operating keyboard and 74 series chip preiphery of basic circuit.The software part uses C programming language.</p><p>　　The design of the responser,using single c

7、hip microcomputer and peripheral circuit to achieve the responser system.The responser provides 8 competitos to compete,displaying the player’s number who vies to answer first.Has the countdown function(Time can be adjus

8、ted),foul alarm function and so on.When the responser system began,the first vies to answer signal will be latched,after the first vies to answer signal is invalid.As long as modify the software part of the responser sys

9、tem,we can modify </p><p>　　Key Words: singlechip-micirocomputer ;Vies to answer first;counttdown function;illegal</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 引言1</b&g

10、t;</p><p>　　1.1搶答器的發(fā)展背景1</p><p>　　1.2 本文的主要內(nèi)容及課題要求2</p><p><b>　　2 方案論證3</b></p><p>　　2.1 基于中規(guī)模數(shù)字電路的實(shí)現(xiàn)方法3</p><p>　　2.2 采用單片機(jī)的實(shí)現(xiàn)方法4</p>

11、;<p>　　2.3本文擬采用的實(shí)現(xiàn)方案5</p><p><b>　　2.4小結(jié)6</b></p><p><b>　　3 硬件設(shè)計7</b></p><p>　　3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)7</p><p>　　3.2 選手按鍵電路8</p><p>

12、;　　3.3 主持人控制電路9</p><p>　　3.4 主控電路9</p><p>　　3.4.1 74LS373八D觸發(fā)器9</p><p>　　3.4.2 主控電路工作原理10</p><p>　　3.5 狀態(tài)指示電路12</p><p>　　3.6 數(shù)碼管顯示電路13</p><

13、;p>　　3.7 蜂鳴報警電路14</p><p><b>　　3.8 小結(jié)14</b></p><p><b>　　4 軟件設(shè)計15</b></p><p>　　4.1 搶答器工作過程15</p><p>　　4.2 程序流程圖15</p><p><

14、b>　　4.3 小結(jié)17</b></p><p>　　5 制作和調(diào)試18</p><p><b>　　6 總結(jié)21</b></p><p><b>　　致謝22</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)23</b></p><

15、p><b>　　1 引言 </b></p><p>　　1.1 搶答器的發(fā)展背景 </p><p>　　隨著社會的發(fā)展，人們的生活也越來越豐富。無論是學(xué)校、工廠、軍隊還是益智性電視節(jié)目，都會舉辦智力競賽，都會用到搶答器。目前市場上已有各種各樣的智力競賽搶答器，但絕大多數(shù)是早期設(shè)計的，以模擬電路、數(shù)字電路或者模擬電路與數(shù)字電路相結(jié)合的產(chǎn)品[1]。</p

16、><p>　　搶答器又稱第一信號鑒別器，顧名思義，是要對第一個搶答信號進(jìn)行判別。搶答器的應(yīng)用非常的廣泛，在各種搶答場合中，迅速又客觀的辨別出最先搶答的選手。最早期的搶答器又幾個三極管，發(fā)光二極管，可控硅組成，通過發(fā)光二極管指示辨認(rèn)出選手號碼[2]。但是最早期的搶答器不能防止選手的提前搶答的犯規(guī)行為，現(xiàn)在幾乎被淘汰。但由于這種搶答器的電路非常簡單，在一些比較小型的比賽中仍有利用。數(shù)字電路搶答器，由硬件邏輯設(shè)計電路構(gòu)成（

17、中、小規(guī)模集成電路），這種搶答器，采用數(shù)字電路技術(shù)，靈敏精確。但是由于數(shù)字電路搶答器都是采用導(dǎo)線布線，受環(huán)境影響很大。制作成本高，制作周期比較長。因此設(shè)計一款既不失精確度，又能減少制作成本，制作工藝簡單的智能搶答器成了非常迫切的任務(wù)。單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，這個問題也迎刃而解。</p><p>　　自20世紀(jì)90年代以來，單片機(jī)已進(jìn)入到了一個高速發(fā)展的階段，世界上著名的半導(dǎo)體廠商都重視新型單片機(jī)的研制、生產(chǎn)和推廣。單片

18、機(jī)的應(yīng)用已深入到國民經(jīng)濟(jì)各個領(lǐng)域，由單片機(jī)控制的微電腦產(chǎn)品比比皆是。對單片機(jī)應(yīng)用的技術(shù)人員來說，選擇單片機(jī)的自由度大了[3]。</p><p>　　現(xiàn)在單片機(jī)已經(jīng)進(jìn)入各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、主用設(shè)備的智能化管理。單片機(jī)以其功耗小、智能化而著稱。并且又較強(qiáng)的抗干擾能力，成本也比較低。單片機(jī)主要靠程序運(yùn)行的，并且可以修改，設(shè)計靈活、節(jié)省硬

19、件資源。通過不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是特殊的獨(dú)特的一些功能的實(shí)現(xiàn)，用別的器件實(shí)現(xiàn)需要很大力氣才能做到，甚至有些則是花很大力氣都很難做到。 </p><p>　　基于單片機(jī)的各種各樣的優(yōu)點(diǎn)，以單片機(jī)為核心的搶答器，代替了傳統(tǒng)的搶答器。單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的搶答器可以通過修改編程語言，就可以應(yīng)場合不同而增減智能搶答器的功能，非常的靈活方便。這在傳統(tǒng)搶答器上，幾乎是無法實(shí)現(xiàn)的。本設(shè)計采用單片機(jī)結(jié)合數(shù)字電路設(shè)計一款搶答器，綜

20、合數(shù)字電路搶答器和單片機(jī)搶答器的優(yōu)點(diǎn)，取長補(bǔ)短。</p><p>　　1.2 本文的主要內(nèi)容及課題要求</p><p>　　本設(shè)計以單片機(jī)為核心控制，結(jié)合數(shù)字電路應(yīng)用的一款搶答器。結(jié)合單片機(jī)和數(shù)字電路的原理，了解各個電路實(shí)現(xiàn)的功能；另外還需用掌握Silicon labs編寫程序。</p><p>　　本課題要求主要有4個：</p><p>　

21、　1. 搶答器能提供八名選手搶答</p><p>　　2. 提供倒計時功能</p><p>　　3. 具有犯規(guī)識別功能</p><p>　　4. 具有聲音報警功能</p><p>　　本文將分為四個章節(jié)，各章節(jié)安排及內(nèi)容如下：</p><p>　　第一章：簡要的介紹搶答器的發(fā)展背景。</p><p&

22、gt;　　第二章：綜述比較常用的搶答器實(shí)現(xiàn)方法，設(shè)計出本課題所采用的方案，并對所采用方案的思路進(jìn)行概述。</p><p>　　第三章：對主要的芯片進(jìn)行介紹，并對搶答器整體硬件電路各個子電路的原理進(jìn)行詳細(xì)的介紹和講解。</p><p>　　第四章：對搶答器電路軟件部分進(jìn)行詳解。</p><p>　　第五章：對搶答器的調(diào)試結(jié)果進(jìn)行展示。</p><p

23、><b>　　2 方案論證</b></p><p>　　搶答器的實(shí)現(xiàn)方法多種多樣，搶答器的功能也可以根據(jù)場合的不同進(jìn)行設(shè)計。最常見主要有以中規(guī)模數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的搶答器和采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的搶答器?；谡n題要求，本文對實(shí)現(xiàn)課題的兩種實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行探討并對本設(shè)計采用的方案進(jìn)行介紹。</p><p>　　2.1 基于中規(guī)模數(shù)字電路的實(shí)現(xiàn)方法</p><p&

24、gt;　　基于中規(guī)模數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的搶答器根據(jù)電路本身來說，設(shè)計思路比較簡單，但電路所用到的門電路比較多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜 [4]。</p><p>　　文獻(xiàn)[5]采用了一種用74系列常用集成電路設(shè)計的數(shù)碼顯示八路搶答器的設(shè)計方案，該方案的搶答器具有基本的搶答器功能之外，具有定時和犯規(guī)報警功能。此方案實(shí)現(xiàn)的搶答器其工作原理為：在接通電源之后，主持人將清零開關(guān)按下并彈起，編碼器處于工作狀態(tài)，編號顯示并閃爍0，定時器顯示00；

25、主持人將“時間調(diào)整”撥到30s，然后按下并彈起“開始搶答”按鍵，宣布搶答器開始工作，定時器開始倒計時。在倒計時間完成后，無選手搶答，系統(tǒng)報警并封鎖電路，禁止選手再次搶答。選手在定時時間內(nèi)完成搶答時，搶答器進(jìn)行對搶答信號的優(yōu)先判斷，編號鎖存、編號顯示并且定時器停止倒計時。如果選手在主持人開關(guān)按下“開始”之前按下?lián)尨鸢粹o，則屬于犯規(guī)電路，系統(tǒng)報警，閃爍顯示犯規(guī)搶答選手編號。當(dāng)一輪搶答完成后，二次搶答無效。再次搶答，需要主持人再次操作“清零”

26、 和“開始“后方可進(jìn)行新一輪的搶答。</p><p>　　搶答器各部分采用中小規(guī)模集成數(shù)字電路，用機(jī)械開關(guān)按鈕作為控制開關(guān)，完成搶答輸入信號的觸發(fā)。該方案的特點(diǎn)是中小規(guī)模集成電路應(yīng)用技術(shù)成熟，性能可靠，能方便地完成選手搶答的基本功能[6]。文獻(xiàn)[5]提出的設(shè)計方案電路比較嚴(yán)密，電路的核心部分主要由時序控制電路、編碼鎖存電路、譯碼顯示電路和定時電路所組成。主持人開關(guān)“清零” 和“開始”控制了時序控制電路。以中規(guī)模數(shù)

27、字電路實(shí)現(xiàn)的搶答器精確可靠，但是可以明顯看出這樣的實(shí)現(xiàn)方法涉及到的電路較多，布線復(fù)雜。</p><p>　　2.2 采用單片機(jī)的實(shí)現(xiàn)方法</p><p>　　以單片機(jī)為核心的八路搶答器系統(tǒng)，它充分利用了單片機(jī)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，具有結(jié)構(gòu)簡單、功能強(qiáng)大、實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn)[7]。文獻(xiàn)[8]介紹一種以STC89C51單片機(jī)為核心的其中一種方案。較之中規(guī)模數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)方法，采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的搶答器功能基本相同

28、，總體原理框圖如2-1所示</p><p>　　圖2-1 搶答器原理框圖</p><p>　　相對于以中規(guī)模數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)方法來說，單片機(jī)的應(yīng)用，減少了外圍電路。犯規(guī)識別也只需單片機(jī)的判別就可實(shí)現(xiàn)。按鍵輸入“開始”和“結(jié)束”由主持人控制。在搶答開始后，有人搶答，搶答信號被單片機(jī)記錄，并識別最先的搶答信號，經(jīng)過單片機(jī)進(jìn)行判斷，判斷搶答信號是在主持人按下“開始”鍵之前還是之后，若在主持人按下“開

29、始”鍵之前則計為犯規(guī)電路，系統(tǒng)報警并顯示犯規(guī)信號。如果是正常搶答，顯示編號，時鐘開始進(jìn)行倒計時。主持人通過“結(jié)束”來禁止本輪選手的搶答，再次搶答需主持人按“開始”鍵重新開始。</p><p>　　文獻(xiàn)[8]方案相比較以中規(guī)模數(shù)字電路的實(shí)現(xiàn)方法，采用了單片機(jī)在電路上簡單了許多，但是這樣的方案也有不足之處。從圖2-1中我們可以看到選手的按鍵是直接與單片機(jī)的I/O口相連，單片機(jī)在循環(huán)讀取搶答信息時，可能會出現(xiàn)記錄的選手

30、信號不是第一個搶答信號，造成早搶答晚識別的情況，搶答器的精確度不能得以保證，這勢必對比賽的公正造成影響。</p><p>　　綜合分析前兩節(jié)所介紹的兩種實(shí)現(xiàn)方案，可以得出文獻(xiàn)[5]提出的方案實(shí)現(xiàn)的搶答器精確，但是電路比較復(fù)雜。文獻(xiàn)[8]提出的方案實(shí)現(xiàn)的搶答器電路簡單、功能靈活但由于選手按鍵是直接連單片機(jī)I/O口的，可能造成早搶答晚識別的情況，在精確度上存在瑕疵。為了設(shè)計一款電路簡單卻不失精確的搶答器，綜合以上兩種

31、方案，結(jié)合兩種方案的優(yōu)點(diǎn)，得出本文的擬采用實(shí)現(xiàn)方案。</p><p>　　2.3本文擬采用的實(shí)現(xiàn)方案</p><p>　　本文采用單片機(jī)和數(shù)字電路相結(jié)合的設(shè)計思路，綜合了前兩章節(jié)介紹實(shí)現(xiàn)方案的優(yōu)點(diǎn)。本文采用的實(shí)現(xiàn)方案特點(diǎn)在于不僅能實(shí)現(xiàn)搶答的功能，而且實(shí)現(xiàn)了將搶答過程中的所有違規(guī)搶答的信號識別出來的功能，數(shù)字電路的結(jié)合使得整個搶答電路更加的完善和精確。解決了文獻(xiàn)[5]中可能出現(xiàn)早搶答卻晚識別

32、的弊端，而且單片機(jī)的應(yīng)用相比中規(guī)模數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)方法，功能上也更靈活，電路更簡單。整體電路系統(tǒng)框圖如圖2-2所示。</p><p>　　圖 2-2 搶答器系統(tǒng)框圖</p><p>　　本方案采用C8051F005單片機(jī)，結(jié)合數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的一款性能精確，操作方便的智能搶答器。其工作原理是，主持人按下控制開關(guān)并宣布搶答開始，主控電路的鎖存搶答信號，第一個搶答信號被顯示，這次搶答屬于正常搶答，其他

33、選手再搶答無效。主持人按下沒按下控制開關(guān)之前，主控電路不鎖存搶答信號，在此時按下?lián)尨饘儆谶`規(guī)信號，都被單片機(jī)記錄并顯示，數(shù)碼管顯示犯規(guī)信號，系統(tǒng)報警。若在主持人開關(guān)按下之后，倒計時間內(nèi)無人搶答，系統(tǒng)報警。</p><p><b>　　2.4小結(jié)</b></p><p>　　本章節(jié)分別對他人的實(shí)現(xiàn)方案進(jìn)行論證并在他人實(shí)現(xiàn)經(jīng)驗上，取長補(bǔ)短，給出自己擬定的設(shè)計方案。并給出了

34、搶答器電路的系統(tǒng)框圖，介紹了本設(shè)計的搶答器的工作原理。下一章節(jié)會對整個系統(tǒng)模塊和各個子電路的工作原理和實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行做詳細(xì)的介紹和討論。</p><p><b>　　3 硬件設(shè)計</b></p><p>　　根據(jù)圖2-2所給出的搶答器系統(tǒng)框圖，本設(shè)計的搶答器硬件電路主要由單片機(jī)最小系統(tǒng)、選手按鍵電路、主控電路、主持人控制電路、狀態(tài)顯示電路、報警電路和數(shù)碼管顯示電路組

35、成。</p><p>　　3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng) </p><p>　　C8051F005是完全集成的混合信號系統(tǒng)級芯片，具有與8051兼容的高速CIP-51內(nèi)核，與MCS-51指令集完全兼容，內(nèi)置32KB的FLASH程序存儲器、具有256B內(nèi)部RAM和2048B的XRAM，執(zhí)行速度可達(dá)25MIPS。具有一個可編程增益放大器、兩個12位DAC、兩個電壓比較器、一個電壓基準(zhǔn)、一個具有32

36、K字節(jié)FLASH存儲器。還有硬件實(shí)現(xiàn)的（不是在用戶軟件中用位操作模擬）12C/SMBus、UART、SPI串行接口及一個具有5個捕捉/比較模塊的可編程計數(shù)器/定時器陣列（PCA）。還有4個通用的16位定時器和4字節(jié)寬的通用數(shù)字I/O端口。C8051F005單片機(jī)具有片內(nèi)調(diào)試電路，可通過JTAG接口可以進(jìn)行非侵入式、全速的在系統(tǒng)調(diào)試。

37、 </p><p>　　通過對芯片的引腳進(jìn)行配置，通過P3口直接連接主控電路的信號搶答輸入，該單片機(jī)供電電壓為2.7~3.6V,本設(shè)計采用3.3V電壓。整個系統(tǒng)有時鐘電路、復(fù)位電路、單片機(jī)組成,如圖3-1所示。</p><p>　　圖 3-1 單片機(jī)最小系統(tǒng)</p><p>　　3.2 選手按鍵電路</p

38、><p>　　選手通過按鍵來進(jìn)行搶答，利用8個常開按鈕開關(guān)S1~S8和8只電阻R1~R8組成搶答器的選手按鍵輸入電路，分別作為8位搶答按鈕，與它相連的8只電阻為下拉電阻以保證按鈕為按下時產(chǎn)生信號為高電平。搶答信號傳入到八D觸發(fā)器74LS373的D0~D7輸入端，電路如圖3-2所示。</p><p>　　圖3-2 選手按鍵電路</p><p>　　3.3 主持人控制電路&

39、lt;/p><p>　　主持人控制電路與單片機(jī)的P1.0相連，它控制了主控電路的鎖存功能，當(dāng)主持人控制開關(guān)按下之后搶答才正常開始。按下主持人開關(guān)信號會被鎖存，未按下主控電路不鎖存搶答信號。這樣的設(shè)置保證了在主持人開關(guān)按下之前的犯規(guī)信號都可以輸入到單片機(jī)，并被單片機(jī)所記錄，而在主持人開關(guān)按下之后，選手搶答，第一個搶答信號將會被鎖存。電路如圖3-3所示。</p><p>　　圖3-3 主持人控制電

40、路</p><p>　　主持人電路中設(shè)置的上拉電阻在實(shí)際應(yīng)用中可以省略，由于主持人產(chǎn)生的電平是傳輸至單片機(jī)的I/O口，因C8051系列單片機(jī)I/O端口可以通過相應(yīng)的寄存器配置設(shè)定其上拉電阻，因此在實(shí)際電路中該電阻可以不接。</p><p><b>　　3.4 主控電路</b></p><p>　　3.4.1 74LS373八D觸發(fā)器</p

41、><p>　　74LS373是常用的地址鎖存器芯片，它實(shí)質(zhì)是一個是帶三態(tài)緩沖輸出的8D觸發(fā)器，在單片機(jī)系統(tǒng)中為了擴(kuò)展外部存儲器，通常需要一塊74LS373芯片。當(dāng)三態(tài)允許控制端OE為低電平時，O0~O7 為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅(qū)動負(fù)載或總線。當(dāng) OE 為高電平時，O0~O7 呈高阻態(tài)，即不驅(qū)動總線，也不為總線的負(fù)載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。當(dāng)鎖存允許端 LE 為高電平時，輸出端O 隨數(shù)據(jù)D而變。當(dāng) LE 為低

42、電平時，輸出端O被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平[9]。當(dāng)LE端施密特觸發(fā)器的輸入滯后作用，使交流和直流噪聲抗擾度被改善400mV，74LS373芯片真值表如表3-1所示。</p><p>　　表3-1 74LS373芯片真值表</p><p>　　H—表示高電平；L—表示低電平；X—表示不定電平（任何電平狀態(tài)都可以）；Z—表示是高阻態(tài)；Dn—數(shù)據(jù)輸入端；Qn—數(shù)據(jù)輸出端；Q0—表示建立穩(wěn)態(tài)前的電

43、平；OE—輸出控制端，接GND；LE—使能端：</p><p>　　當(dāng)LE為上升沿時，74LS373輸出端1Q-8Q與輸入端1D—8D相同；</p><p>　　當(dāng)LE為下降沿時，將輸入數(shù)據(jù)鎖存。</p><p>　　3.4.2 主控電路工作原理</p><p>　　主控電路主要完成以下幾個功能：

44、 </p><p>　　1．將選手搶答信號傳輸至單片機(jī)P3.0~P3.7八個I/O口。</p><p>　　2. 結(jié)合單片機(jī)控制搶答信號的鎖存。</p><p>　　3. 協(xié)助單片機(jī)完成犯規(guī)信號的識別。</p><p>　　整個主控電路由八D觸發(fā)器74LS3

45、73、八輸入或非CD4078和四輸入或門74LS32組成，電路圖如圖3-4所示。</p><p>　　圖 3-4 主控電路原理圖</p><p>　　D0~D7為八路搶答信號輸入端；Q0~Q7為八路搶答信號輸出端，連接至單片機(jī)P3口。U2A的第1引腳接CTRL端連接單片機(jī)的I/O口，初始為高電平，在主持人開關(guān)按下后置為低電平；第2引腳連接單片機(jī)中斷INT0；U2B第4引腳連接單片機(jī)的I/O

46、口，用來傳輸單片機(jī)主持人復(fù)位信號，初始為高電平，主持人開關(guān)按下RESET鍵后置為低電平。</p><p>　　整個搶答結(jié)果可以分三種情況，一是在主持人開關(guān)按下之前的搶答屬于犯規(guī)搶答；二是在主持人開關(guān)按下之后的搶答屬于正常搶答；三是在倒計時內(nèi)沒有選手搶答屬于無人搶答。</p><p><b>　　1．犯規(guī)搶答</b></p><p>　　在主持人

47、按下開關(guān)之前，中斷INT0不開放，單片機(jī)初始輸入給CTRL端高電平。從電路圖中可以得知，根據(jù)74LS32的邏輯特性，CTRL端初始為高電平，LE使能端也肯定為高電平。74LS373的使能端為高電平，信號不會被鎖存。在按下主持人開關(guān)之前，如果有選手進(jìn)行了違規(guī)搶答，違規(guī)信號會立即出現(xiàn)在Q0~Q7端，單片機(jī)將一直讀取Q0~Q7狀態(tài)，并判斷違規(guī)情況，所有的犯規(guī)信號都將被單片機(jī)記錄，蜂鳴報警，對應(yīng)犯規(guī)選手的LED燈點(diǎn)亮，數(shù)碼管顯示違規(guī)選手編號。&

48、lt;/p><p>　　主持人通過RESET鍵復(fù)位電路重新的搶答，同時圖3-4中U2B的第4引腳立即傳輸給單片機(jī)一個復(fù)位信號來解除蜂鳴報警。</p><p><b>　　2.正常搶答</b></p><p>　　在正常搶答時，單片機(jī)檢測到主持人開關(guān)按下，中斷INT0開放，單片機(jī)立刻將CTRL端置為低電平并開始10秒倒計時。在倒計時間內(nèi)，有選手按下?lián)?/p>

49、答開關(guān)，Q0~Q7至少出現(xiàn)一個高電平。根據(jù)CD4078八輸入或非門的邏輯公式Y(jié)=A+B+C+D+E+F+G+H，八路輸入中只要出現(xiàn)一路輸入為高電平，Y就為低電平，即圖3-4中INT0信號會清零，從而觸發(fā)單片機(jī)INT0中斷。INT0信號清零后，圖中74LS32的第五引腳變?yōu)榈碗娖?，而CTRL信號此時已經(jīng)為0，所以U3B的第6引腳輸出0電平。又U3A的第1引腳此時為低電平，故U3A的第3引腳也為低電平，所以74LS373的LE端清零，信號被

50、立即鎖存，此后的搶答信號無法到達(dá)Q0~Q7端，從而完成識別第一個搶答信號的功能。此時單片機(jī)可以在INT0中斷產(chǎn)生時讀取搶答信號，并顯示搶答選手編號。主持人通過RESET復(fù)位電路，開始新一輪的搶答。</p><p><b>　　3．無人搶答</b></p><p>　　當(dāng)主持人開關(guān)按下之后，時鐘開始10秒鐘倒計時，在規(guī)定時間內(nèi)無人搶答，系統(tǒng)報警，或顯示搶答失敗信息。&l

51、t;/p><p>　　3.5 狀態(tài)指示電路</p><p>　　狀態(tài)指示電路設(shè)置八個發(fā)光二極管，與單片機(jī)P2.0~P2.7八個I/O相連，電路圖如圖3-5所示，分別對應(yīng)八個選手，完成三個作用：</p><p>　　1. 犯規(guī)指示：搶答中違規(guī)搶答的選手對應(yīng)的發(fā)光二極管被點(diǎn)亮</p><p>　　2. 搶答指示：正常搶答時，選手按下?lián)尨鸢粹o，對應(yīng)的發(fā)

52、光二極管被點(diǎn)亮。</p><p>　　3. 復(fù)位檢查：在一次搶答結(jié)束后，主持人復(fù)位整個搶答系統(tǒng)，可以通過發(fā)光二極管的亮滅來判別，復(fù)位成功，八個發(fā)光二極管皆滅。</p><p>　　圖3-5 LED指示燈電路</p><p>　　3.6 數(shù)碼管顯示電路</p><p>　　HD7279A是具有串行接口、可同時驅(qū)動8位共陰式數(shù)碼管（或64只獨(dú)立L

53、ED）的智能顯示驅(qū)動芯片，該芯片同時可連接多達(dá)64鍵的鍵盤矩陣[10]，一片即可完成LED顯示及鍵盤接口的全部功能。HD7279A和微處理器之間采用串行接口，其接口和外圍電路比較簡單，且占用口線少，加之它具有較高的性能價格比，因此，在微型控制器、智能儀表、控制面板和家用電器等領(lǐng)域獲得了日益廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　HD7279A內(nèi)部含有譯碼器，可直接接受BCD碼或16進(jìn)制碼，并同時具有2種譯碼方式，此外，

54、還具有多種控制指令，如消隱、閃爍、左移、右移、段尋址等。HD7279A具有片選信號，可方便地實(shí)現(xiàn)多于8位的顯示或多于64鍵的鍵盤接口。</p><p>　　數(shù)碼管顯示電路提供了八位搶答選手的編號顯示和倒計時時鐘顯示，整體電路由HD7279和C8051F005單片機(jī)構(gòu)成，電路圖如圖3-6所示。</p><p>　　3-6 LED顯示電路</p><p>　　3.7 蜂

55、鳴報警電路</p><p>　　該電路為搶答過程提供報警提示功能，來提示搶答選手，電路的BEEP端接單片機(jī)的P1.1。電路原理圖如3-7所示。</p><p>　　圖 3-7 蜂鳴報警電路</p><p><b>　　3.8 小結(jié) </b></p><p>　　本章節(jié)主要介紹了搶答器電路各個部分的設(shè)計方案，給出了詳細(xì)的電

56、路設(shè)計過程。完成了單片機(jī)系統(tǒng)電路和外圍硬件電路的設(shè)計，對主體電路的工作原理和實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行了分析。具體講解了主控電路如何實(shí)現(xiàn)搶答和犯規(guī)識別。對電路中應(yīng)用到的一些重要芯片也做了相應(yīng)的介紹，說明了芯片的一些重要指標(biāo)。</p><p><b>　　4 軟件設(shè)計</b></p><p>　　本章節(jié)主要對搶答器的工作過程和程序流程進(jìn)行介紹。程序流程將分為主程序中斷和定時器中斷兩

57、個部分進(jìn)行介紹。</p><p>　　4.1 搶答器工作過程</p><p>　　1. 首先主持人復(fù)位搶答器電路，八個數(shù)碼管顯示均顯示“00”。</p><p>　　2 .主持人開關(guān)按下之后，單片機(jī)開始10s倒計時，數(shù)碼管顯示倒計時時間。</p><p>　　3 .如果有選手率先在倒計時時間內(nèi)按下?lián)尨疰I，對應(yīng)的發(fā)光二極管被點(diǎn)亮， 數(shù)碼管顯

58、示搶答成功的選手編號。</p><p>　　4 .如果在主持人開關(guān)按下之前有選手搶答，蜂鳴器報警，違規(guī)搶答選手對應(yīng)的發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，數(shù)碼管顯示違規(guī)搶答的選手編號。</p><p>　　5. 如果在規(guī)定時間內(nèi)無人按鍵，蜂鳴器報警報警，數(shù)碼管顯示“EE”以指示無人搶答。</p><p>　　6.無論是犯規(guī)搶答、正常搶答或者是無人搶答，再重新開始新的一輪搶答，都需要主持

59、人通過圖3-4中RESET鍵來恢復(fù)到初始狀態(tài)，準(zhǔn)備重新開始新一輪的搶答。</p><p><b>　　4.2 程序流程圖</b></p><p>　　流程圖是一種使用圖形表示算法思路的非常好的方法，在匯編語言和早期的BASIC語言環(huán)境中得到應(yīng)用，對C語言也極適用。流程圖對總體框圖的各個子模塊結(jié)合具體教學(xué)模型和算法進(jìn)行描述，以便程序的編寫和閱讀。</p>

60、<p>　　我們將整個搶答流程分為搶答主程序流程、定時器中斷流程兩個部分。</p><p><b>　　1．主程序流程</b></p><p>　　搶答器程序流程如圖4-1所示。</p><p>　　圖 4-1 主程序流程圖</p><p>　　系統(tǒng)初始化階段，INT0中斷不開放。主持人復(fù)位整個搶答器電路準(zhǔn)備開

61、始一輪搶答的開始。主持人開關(guān)按下前有選手搶答，屬于犯規(guī)搶答，報警并顯示選手編號。主持人按下開關(guān)后，INT0中斷開放，時鐘倒計時，有選手搶答，記錄第一個搶答選手，顯示選手編號。若倒計時結(jié)束時，仍無選手搶答，系統(tǒng)報警。主持人復(fù)位，系統(tǒng)回歸初始化狀態(tài)再由主持人準(zhǔn)備開始新一輪搶答。</p><p><b>　　2．定時器中斷</b></p><p>　　當(dāng)主持人開關(guān)按下之后，

62、INT0中斷開放，同時定時器中斷產(chǎn)生，定時器中斷流程如圖4-2所示。</p><p>　　圖4-2 定時器中斷</p><p>　　C8051F005單片機(jī)定時器中斷每50ms中斷一次，每20次中斷預(yù)置倒計時間（本次初始設(shè)定為10秒）減一秒。</p><p><b>　　4.3 小結(jié)</b></p><p>　　本章節(jié)對

63、搶答器電路的主程序流程、定時中斷流程進(jìn)行介紹并給出相應(yīng)的流程圖。在軟件的設(shè)計方面，還存在著一些瑕疵以待改進(jìn)。</p><p><b>　　5 制作和調(diào)試</b></p><p>　　本章節(jié)對搶答器進(jìn)行了調(diào)試，并對調(diào)試過程進(jìn)行演示。</p><p><b>　　1．系統(tǒng)初始</b></p><p>　

64、　主持人復(fù)位搶答電路，電路回到初始狀態(tài)，數(shù)碼管顯示“00”。此時可由主持人開始一輪新的搶答。</p><p><b>　　圖5-1 初始狀態(tài)</b></p><p><b>　　2．搶答開始</b></p><p>　　如果沒有人犯規(guī)，主持人開關(guān)被按下，選手準(zhǔn)備開始搶答。此時，時鐘開始“10s”倒計時</p>

65、<p><b>　　圖5-2 搶答開始</b></p><p><b>　　3.選手正常搶答</b></p><p>　　主持人開關(guān)按下之后，選手開始搶答。圖5-3所示的是2號選手成功搶答，對應(yīng)的發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，數(shù)碼管顯示成功搶答的選手編號。</p><p><b>　　圖5-3成功搶答</b

66、></p><p><b>　　4．違規(guī)搶答</b></p><p>　　本次設(shè)計的搶答器一大特點(diǎn)就是可以檢測到所有的違規(guī)信號。圖5-4演示了1號、4號和5號違規(guī)搶答的情況，搶答器顯示三位違規(guī)選手編號并且對應(yīng)的發(fā)光二極管被點(diǎn)亮。</p><p><b>　　圖5-4 搶答犯規(guī)</b></p><p

67、><b>　　5．無人搶答</b></p><p>　　在10s倒計時間內(nèi)，如果沒有選手搶答。倒計時結(jié)束后，數(shù)碼管顯示“EE”宣告搶答失敗。</p><p><b>　　圖5-5 無人搶答</b></p><p>　　本章節(jié)主要搶答過程進(jìn)行演示，演示結(jié)果滿足課題要求。但是，隨著搶答人數(shù)的增加，會存在I/O口不足的情況

68、。此時可考慮采用FPGA/CPLD的實(shí)現(xiàn)方法來實(shí)現(xiàn)。</p><p><b>　　6 總結(jié)</b></p><p>　　搶答器作為一種競賽設(shè)備，設(shè)計的方案有很多，實(shí)現(xiàn)的功能也多種多樣。在本次設(shè)計中，結(jié)合數(shù)字電路和單片機(jī)課程所學(xué)習(xí)的知識設(shè)計了一款八路智能搶答器。通過學(xué)習(xí)他人的設(shè)計經(jīng)驗，設(shè)計出了自己的一種實(shí)現(xiàn)方案，增加了自己的信心并且體會到了設(shè)計過程中的樂趣。</p

69、><p>　　在制作和調(diào)試的過程中，體驗了用Protel99se畫電路圖、動手制作電路、焊接電路，編寫程序和調(diào)試搶答器，每一項過程都讓我受益匪淺。</p><p>　　起初設(shè)計搶答器時，也設(shè)計了很多種方案，但是都有比較大的瑕疵。特別是在為了搶答器能識別所有犯規(guī)信號這一功能上，經(jīng)過張老師的指導(dǎo)，才得出最后相對比較完善的設(shè)計方案。由于時間倉促，設(shè)計的方案也存在著一些瑕疵，但是能夠在老師幫助下自己完

70、成一個方案的設(shè)計，更加激發(fā)了我對專業(yè)知識的興趣和求知欲，這是我最大的收獲。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　在畢業(yè)設(shè)計制作的這一期間，張老師非常耐心指導(dǎo)我設(shè)計方案。張老師為了讓方案更加的完善，經(jīng)常在雙休日的時間也在辦公室里幫助我們，這讓我們都非常的感動。張老師不辭辛勞地給我們指出每個錯誤和不足，一絲不茍的工作態(tài)度，是我們?nèi)蘸蠊ぷ鞯陌駱印?

71、lt;/p><p>　　在此我還得感謝我的同學(xué)們，經(jīng)常放下自己手中的活，幫我找元件找芯片。在老師不在的時候，給予我很大的幫助。讓我深刻體會同學(xué)之間的友誼是多么的重要。</p><p>　　再次感謝我敬愛的老師和同學(xué)，在他們的幫助下，我才得以順利地完成畢業(yè)論文（設(shè)計）。祝愿老師和同學(xué)們在今后的日子里工作順順利利。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b

72、></p><p>　　[1] 周功明，周陳琛. 基于單片機(jī)AT89C2051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年 第29期,162-163.</p><p>　　[3] 梁超，肖靜，邱志誠.一款基于單片機(jī)技術(shù)的電子搶答器[J].機(jī)電工程技術(shù)，2005年 第34卷 第1期，48-49.</p><p>　　[4] 趙陽.數(shù)字電路觸發(fā)

73、器應(yīng)用分析[J].山東省管理干部學(xué)院學(xué)報， 2007年，第23卷 第2期，166-167.</p><p>　　[6] 康麗，康迪.基于單片機(jī)的8路搶答簡單設(shè)計[J].石家莊信息工程職業(yè)學(xué)院 2010年 第2期 60-61.</p><p>　　[7] 文明月．AT89S52單片機(jī)的搶答器設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[J]. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2009年 第28期,35-36.</p><p