基于單片機(jī)的新型搶答器設(shè)計(jì)-說(shuō)明書

1、目 錄摘要1關(guān)鍵詞11前言21.1單片機(jī)的應(yīng)用及其發(fā)展?fàn)顩r21.2選題背景及其意義82需求分析83系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)103.1搶答器工作流程103.2功能模塊設(shè)計(jì)103.3方案一113.4方案二113.5方案三124硬件電路設(shè)計(jì)134.1電源的設(shè)計(jì)134.2復(fù)位電路134.3時(shí)鐘晶振電路154.4搶答電路164.5主持人控制臺(tái)電路174.6顯示電路174.7報(bào)警電路設(shè)計(jì)215系統(tǒng)程序開發(fā)225.1系統(tǒng)主程序開發(fā)225.2延時(shí)子程序開發(fā)255.3倒計(jì)時(shí)程序開發(fā)266總結(jié)27參考文獻(xiàn)27致謝28附錄29基于單片機(jī)的新型搶答器設(shè)計(jì)學(xué) 生：張 加指導(dǎo)老師：劉旭紅（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)東方科技學(xué)院，長(zhǎng)沙 ）摘 要：本

2、設(shè)計(jì)介紹一種利用AT89C51單片機(jī)及其外圍接口電路實(shí)現(xiàn)的搶答系統(tǒng)，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。本設(shè)計(jì)功能齊全，可通過(guò)LED數(shù)碼管顯示出獲得搶答權(quán)的編組號(hào)，搶答器要有自動(dòng)定時(shí)功能，并且一次搶答時(shí)間由主持人任意設(shè)定。當(dāng)主持人啟動(dòng)“開始”鍵后，定時(shí)器自動(dòng)減計(jì)時(shí)，并在顯示器上顯示。同時(shí)揚(yáng)聲器上發(fā)出短暫聲響，并能顯示各組選手的得分情況；實(shí)現(xiàn)進(jìn)行倒計(jì)時(shí)、發(fā)光提示、違例判別和不同分值的加減、不同分值的賦初值等功能。主持人的控制臺(tái)上，設(shè)有開始鍵、加分鍵、初值加分鍵、3分鍵、5分鍵，方便主持人在整個(gè)搶答過(guò)程中進(jìn)行控制，保證了整個(gè)搶答過(guò)程在公正、公平的環(huán)境下進(jìn)行。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；AT89C51；LED數(shù)碼管；競(jìng)賽搶答器D

3、esign of A New Answering Device Based on SCMStudent : Zhang JiaTutor : Liu Xun Hong(Oriental Science Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha )Abstract: This design introduces a peripheral interface using AT89C51 Microcontroller and its circuit implementation of the answer in th

4、e system, has a strong practical. The design of functional LED digital display can be answer in the right of the grouping number, Responder should have automatic timing, and an answer in time, arbitrarily set by the moderator. When the host started the Start button, the timer automatically by time,

5、and on the display. At the same time send a short sound speakers, and players can display the scores of each group; achieve the countdown, luminous tips, scores of illegal discrimination and different addition and subtraction, the different scores assigned initial functions. Host console, with the S

6、tart button, plus keys, plus the initial value key, 3 keys, 5 key, easy answer in the course of the entire host to control the entire answer in the process to ensure a just, fair the environment.Keywords: single slice machine；AT89C51；the LED figures tube;display multi-channel responder.1 前言1.1 單片機(jī)的應(yīng)

7、用及其發(fā)展?fàn)顩r更新域”，然后“更新整個(gè)目錄”。打印前，不要忘記把上面“Abstract”這一行后加一空行單片機(jī)是指一個(gè)集成在一塊芯片上的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個(gè)完整計(jì)算機(jī)所需要的大部分部件：CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會(huì)具有外存。同時(shí)集成諸如通訊接口、定時(shí)器，實(shí)時(shí)時(shí)鐘等外圍設(shè)備。而現(xiàn)在最強(qiáng)大的單片機(jī)系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。早期的單片機(jī)都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因?yàn)楹?jiǎn)單可靠而性能不錯(cuò)獲得了很大的好評(píng)。此后在8031上發(fā)展出了MCS51系列單片機(jī)系統(tǒng)。基于這一系統(tǒng)的

8、單片機(jī)系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開始出現(xiàn)了16位單片機(jī)，但因?yàn)樾詢r(jià)比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。90年代后隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)得到了巨大的提高。隨著INTEL i960系列特別是后來(lái)的ARM系列的廣泛應(yīng)用，32位單片機(jī)迅速取代16位單片機(jī)的高端地位，并且進(jìn)入主流市場(chǎng)。而傳統(tǒng)的8位單片機(jī)的性能也得到了飛速提高，處理能力比起80年代提高了數(shù)百倍。目前，高端的32位單片機(jī)主頻已經(jīng)超過(guò)300MHz，性能直追90年代中期的專用處理器，而普通的型號(hào)出廠價(jià)格跌落至1美元，最高端的型號(hào)也只有10美元。當(dāng)代單片機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸機(jī)環(huán)境下開發(fā)和使用，大量專用的嵌入式操作

9、系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在全系列的單片機(jī)上。而在作為掌上電腦和手機(jī)核心處理的高端單片機(jī)甚至可以直接使用專用的Windows和Linux操作系統(tǒng)。單片機(jī)比專用處理器更適合應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了最多的應(yīng)用。事實(shí)上單片機(jī)是世界上數(shù)量最多的計(jì)算機(jī)?，F(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會(huì)集成有單片機(jī)。手機(jī)、電話、計(jì)算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標(biāo)等電腦配件中都配有1-2部單片機(jī)。而個(gè)人電腦中也會(huì)有為數(shù)不少的單片機(jī)在工作。汽車上一般配備40多部單片機(jī)，復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺(tái)單片機(jī)在同時(shí)工作！單片機(jī)的數(shù)量不僅遠(yuǎn)超過(guò)PC機(jī)和其他計(jì)算的綜合，甚至比人類的數(shù)量還要多。 單片機(jī)又稱單

10、片微控制器,它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片,而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。概括的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時(shí)，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。單片機(jī)內(nèi)部也用和電腦功能類似的模塊，比如CPU，內(nèi)存，并行總線，還有和硬盤作用相同的存儲(chǔ)器件，不同的是它的這些部件性能都相對(duì)我們的家用電腦弱很多，不過(guò)價(jià)錢也是低的，一般不超過(guò)10元即可.用它來(lái)做一些控制電器一類不是很復(fù)雜的工作足矣了。我們現(xiàn)在用的全自動(dòng)滾筒洗衣機(jī)、排煙罩、VCD等等的家電里面都可以看到它的身影！.它主要是作為控制部分的核心部件。 它是一種在線式實(shí)

11、時(shí)控制計(jì)算機(jī)，在線式就是現(xiàn)場(chǎng)控制，需要的是有較強(qiáng)的抗干擾能力，較低的成本，這也是和離線式計(jì)算機(jī)的（比如家用PC）的主要區(qū)別。 由于單片機(jī)對(duì)成本是敏感的，所以目前占統(tǒng)治地位的軟件還是最低級(jí)匯編語(yǔ)言，它是除了二進(jìn)制機(jī)器碼以上最低級(jí)的語(yǔ)言了，既然這么低級(jí)為什么還要用呢？很多高級(jí)的語(yǔ)言已經(jīng)達(dá)到了可視化編程的水平為什么不用呢？原因很簡(jiǎn)單，就是單片機(jī)沒(méi)有家用計(jì)算機(jī)那樣的CPU，也沒(méi)有像硬盤那樣的海量存儲(chǔ)設(shè)備。一個(gè)可視化高級(jí)語(yǔ)言編寫的小程序里面即使只有一個(gè)按鈕，也會(huì)達(dá)到幾十K的尺寸！對(duì)于家用PC的硬盤來(lái)講沒(méi)什么，可是對(duì)于單片機(jī)來(lái)講是不能接受的。 單片機(jī)在硬件資源方面的利用率必須很高才行，所以匯編雖然原始卻還

12、是在大量使用。一樣的道理，如果把巨型計(jì)算機(jī)上的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件拿到家用PC上來(lái)運(yùn)行，家用PC的也是承受不了的。 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、專用設(shè)備的智能化管理及過(guò)程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個(gè)范疇：1在智能儀器儀表上的應(yīng)用單片機(jī)具有體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實(shí)現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長(zhǎng)度、硬度、元素、壓力等物理量的測(cè)量。采用單片機(jī)控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強(qiáng)大。例如精密的測(cè)量設(shè)備（功率計(jì)，示波器，各種

13、分析儀）。2在工業(yè)控制中的應(yīng)用用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報(bào)警系統(tǒng)，與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級(jí)控制系統(tǒng)等。3在家用電器中的應(yīng)用可以這樣說(shuō)，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機(jī)控制，從電飯褒、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備，五花八門，無(wú)所不在。4在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)代的單片機(jī)普遍具備通信接口，可以很方便地與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)智能控制，從手機(jī)，電話機(jī)、小型程控交換機(jī)、樓宇自動(dòng)通信呼叫系統(tǒng)、列車無(wú)線通信、

14、再到日常工作中隨處可見的移動(dòng)電話，集群移動(dòng)通信，無(wú)線電對(duì)講機(jī)等。5單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機(jī)，各種分析儀，監(jiān)護(hù)儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。6在各種大型電器中的模塊化應(yīng)用某些專用單片機(jī)設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn)特定功能，從而在各種電路中進(jìn)行模塊化應(yīng)用，而不要求使用人員了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。如音樂(lè)集成單片機(jī)，看似簡(jiǎn)單的功能，微縮在純電子芯片中（有別于磁帶機(jī)的原理），就需要復(fù)雜的類似于計(jì)算機(jī)的原理。如：音樂(lè)信號(hào)以數(shù)字的形式存于存儲(chǔ)器中（類似于ROM），由微控制器讀出，轉(zhuǎn)化為模擬音樂(lè)電信號(hào)（類似于聲卡）。在大型電路中，這種模塊化應(yīng)用極大地縮小了體積，簡(jiǎn)化了電路，

15、降低了損壞、錯(cuò)誤率，也方便于更換。此外，單片機(jī)在工商，金融，科研、教育，國(guó)防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展已經(jīng)明顯的朝著三個(gè)方向發(fā)展，這三個(gè)方向是：巨型化、微型化、網(wǎng)絡(luò)化。以解決復(fù)雜系統(tǒng)計(jì)算和高速數(shù)據(jù)處理的仍然是巨型機(jī)在起作用。單片機(jī)在出現(xiàn)時(shí)，Intel公司就給其單片機(jī)取名為嵌入式微控制器（embedded microcontroller）。單片機(jī)的最明顯優(yōu)勢(shì)，就是可以嵌入到各種儀器、設(shè)備中。這一點(diǎn)是巨型機(jī)和網(wǎng)絡(luò)所不能替代的。自單片機(jī)出現(xiàn)至今，單片機(jī)技術(shù)已經(jīng)走過(guò)了近20年的發(fā)展路程。縱觀20年來(lái)單片機(jī)的發(fā)展歷程可以看出，單片機(jī)技術(shù)發(fā)展以微處理器（MPU）技術(shù)及超大規(guī)模集成

16、電路技術(shù)的發(fā)展為先導(dǎo)，以廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域拉動(dòng)，表現(xiàn)出較微處理器更具個(gè)性的發(fā)展趨勢(shì)。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，8位、16位、32位單片機(jī)共同發(fā)展，這是單片機(jī)技術(shù)發(fā)展的另一動(dòng)向。長(zhǎng)期以來(lái)，單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展是以8位機(jī)為主的。隨著移動(dòng)通訊、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)等高科技產(chǎn)品進(jìn)入家庭，32位單片機(jī)應(yīng)用得到了長(zhǎng)足發(fā)展。以Motorola 68K為CPU的32位單片機(jī)在97年的銷售量就高達(dá)8千萬(wàn)枚。過(guò)去由于8位單片機(jī)功能越來(lái)越強(qiáng)大，32位單片機(jī)越來(lái)越便宜，使16位單片機(jī)的生存空間有限，而16位單片機(jī)的發(fā)展無(wú)論從品種和產(chǎn)量方面，近年來(lái)都有了較大幅度的增長(zhǎng)。單片機(jī)的應(yīng)用在后PC時(shí)代得到了前所未有的發(fā)展，但對(duì)處理器的

17、綜合性能要求也越來(lái)越高。綜觀單片機(jī)的發(fā)展以應(yīng)用需求為目標(biāo)，市場(chǎng)越來(lái)越細(xì)化，單片機(jī)系統(tǒng)作為嵌入式的一部分，主要集中在中、低端應(yīng)用領(lǐng)域（嵌入式高端應(yīng)用主要由DSP、ARM、MISP等高性能處理器構(gòu)成），在這些應(yīng)用中，目前也出現(xiàn)了一些新的需求，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(1)以電池供電的應(yīng)用越來(lái)越多，而且由于產(chǎn)品體積的限制，很多是用鈕扣電池供電，要求系統(tǒng)功耗盡可能低，如手持儀表、水表、玩具等。(2)隨著應(yīng)用的復(fù)雜，對(duì)處理器的功能和性能要求不斷提高。既要外設(shè)豐富、功能靈活；又要有一定的運(yùn)算能力，能做一些實(shí)時(shí)算法。而不再是僅僅做一些簡(jiǎn)單的控制。(3)產(chǎn)品更新速度快、開發(fā)時(shí)間短，希望開發(fā)工具簡(jiǎn)單、廉價(jià)、功能

18、完善。特別是仿真工具要有延時(shí)性，能適應(yīng)多種MCU，以免重復(fù)投資，增加開發(fā)費(fèi)用。(4)產(chǎn)品性能穩(wěn)定，可靠性高，既能加密保護(hù)，又能方便升級(jí)。 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)革命，將世界經(jīng)濟(jì)從資本經(jīng)濟(jì)帶入到知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代。在電子世界領(lǐng)域，從20世紀(jì)中的無(wú)線電時(shí)代也進(jìn)入到21世紀(jì)以計(jì)算機(jī)技術(shù)為中心的智能化現(xiàn)代電子系統(tǒng)時(shí)代?，F(xiàn)代電子系統(tǒng)的基本核心是嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱嵌入式系統(tǒng))，而單片機(jī)是最典型、最廣泛、最普及的嵌入式系統(tǒng)。在20世紀(jì)五六十年代，最具代表的先進(jìn)的電子技術(shù)就是無(wú)線電技術(shù)，包括無(wú)線電廣播、收音、無(wú)線通信(電報(bào))、業(yè)余無(wú)線電臺(tái)、無(wú)線電定位、導(dǎo)航等遙測(cè)、遙控、遙信技術(shù)。早期就是這些電子技術(shù)帶領(lǐng)著許多青少

19、年步入了奇妙的電子世界，無(wú)線電技術(shù)展示了當(dāng)時(shí)科技生活美妙的前景。電子科學(xué)開始形成了一門新興學(xué)科。無(wú)線電電子學(xué)、無(wú)線通信開始了電子世界的歷程。無(wú)線電技術(shù)不僅成為了當(dāng)時(shí)先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的代表，而且從普及到專業(yè)的科學(xué)領(lǐng)域，吸引了廣大青少年，并使他們從中找到了無(wú)窮的樂(lè)趣。從床頭的礦石收音機(jī)到超外差收音機(jī)；從無(wú)線電發(fā)報(bào)到業(yè)余無(wú)線電臺(tái)；從電話、電鈴到無(wú)線電操縱模型。無(wú)線電技術(shù)成為當(dāng)時(shí)青少年科普、科技教育最普及、最廣泛的內(nèi)容。至今，許多老一輩的工程師、專家、教授當(dāng)年都是無(wú)線電愛(ài)好者。無(wú)線電技術(shù)的無(wú)窮樂(lè)趣、無(wú)線電技術(shù)的全面訓(xùn)練，從電子學(xué)基本原理、電子元器件基礎(chǔ)到無(wú)線電遙控、遙測(cè)、遙信電子系統(tǒng)制作，培養(yǎng)出了幾代科技

20、英才。早期的無(wú)線電技術(shù)推動(dòng)了電子技術(shù)的發(fā)展，其中最主要的是真空管電子技術(shù)向半導(dǎo)體電子技術(shù)的發(fā)展。半導(dǎo)體電子技術(shù)使有源器件實(shí)現(xiàn)了微小型化和低成本，使無(wú)線電技術(shù)有了更大普及和創(chuàng)新，并大大地開闊了許多非無(wú)線電的控制領(lǐng)域。早期雖然有通用計(jì)算機(jī)改裝而成的嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，而真正意義上的嵌入式系統(tǒng)始于單片機(jī)的出現(xiàn)。因?yàn)閱纹瑱C(jī)是專門為嵌入式應(yīng)用設(shè)計(jì)的，單片機(jī)只能實(shí)現(xiàn)嵌入式應(yīng)用。單片機(jī)能最好地滿足嵌入式應(yīng)用的環(huán)境要求，例如，芯片級(jí)的物理空間、大規(guī)模集成電路的低價(jià)位、良好的外圍接口總線和突出控制功能的指令系統(tǒng)。單片機(jī)有計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)核，嵌入到電子系統(tǒng)中，為電子系統(tǒng)智能化奠定了基礎(chǔ)。因此，當(dāng)前單片機(jī)在電子系統(tǒng)中的廣

21、泛使用，使經(jīng)典電子系統(tǒng)迅速過(guò)渡到智能化的現(xiàn)代電子系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)源于計(jì)算機(jī)的嵌入式應(yīng)用，早期嵌入式系統(tǒng)為通用計(jì)算機(jī)經(jīng)改裝后嵌入到對(duì)象體系中的各種電子系統(tǒng)，如艦船的自動(dòng)駕駛儀，輪機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等。嵌入式系統(tǒng)首先是一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其次它被嵌入到對(duì)象體系中、在對(duì)象體系中實(shí)現(xiàn)對(duì)象要求的數(shù)據(jù)采集、處理、狀態(tài)顯示、輸出控制等功能，由于嵌入在對(duì)象體系中，嵌入式系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)沒(méi)有計(jì)算機(jī)的獨(dú)立形式及功能。單片機(jī)完全是按照嵌入式系統(tǒng)要求設(shè)計(jì)的，因此單片機(jī)是最典型的嵌入式系統(tǒng)。早期的單片機(jī)只是按嵌入式應(yīng)用技術(shù)要求設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)單芯片集成，故名單片機(jī)。隨后，單片機(jī)為滿足嵌入式應(yīng)用要求不斷增強(qiáng)其控制功能與外圍接口功能，尤其是突

22、出控制功能，因此國(guó)際上已將單片機(jī)正名為微控制器(MCU，Microcontroller Unit)。單片機(jī)是器件級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它可以嵌入到任何對(duì)象體系中去，實(shí)現(xiàn)智能化控制。小到微型機(jī)械，如手表、助聽器。集成器件級(jí)的低價(jià)位，低到幾元、十幾元，足以使單片機(jī)普及到許多民用家電、電子玩具中去。單片機(jī)構(gòu)成的現(xiàn)代電子系統(tǒng)已深入到各家各戶，正改變我們的生活，如家庭中的音響、電視機(jī)、洗衣機(jī)、微波爐、電話、防盜系統(tǒng)、空調(diào)機(jī)等。單片機(jī)革新了原有電子系統(tǒng)，如微波爐采用單片機(jī)控制后，可方便地進(jìn)行時(shí)鐘設(shè)置、程序記憶、功率控制；空調(diào)機(jī)采用單片機(jī)后不但遙控參數(shù)設(shè)置方便，運(yùn)行狀態(tài)自動(dòng)變換，還可實(shí)現(xiàn)變頻控制。目前許多家用電器如

23、VCD、DVD只有單片機(jī)出現(xiàn)后才可能實(shí)現(xiàn)其功能。目前電子元器件產(chǎn)業(yè)除了微處理器、嵌入式系統(tǒng)器件外，大多是圍繞現(xiàn)代電子系統(tǒng)配套的元器件產(chǎn)業(yè)，例如滿足人機(jī)交互用的按鍵，LED/LCD顯示驅(qū)動(dòng)、LED/LCD顯示單元、語(yǔ)音集成器件等，滿足數(shù)據(jù)采集通道要求的數(shù)字傳感器、ADC、數(shù)據(jù)采集模塊、信號(hào)調(diào)理模塊等，滿足伺服驅(qū)動(dòng)控制的DAC、固體繼電器、步進(jìn)電機(jī)控制器、變頻控制單元等，滿足通信要求的各種總線驅(qū)動(dòng)器、電平轉(zhuǎn)換器等。世界電子元器件在嵌入式系統(tǒng)帶動(dòng)下，沿著充分滿足嵌入式應(yīng)用的現(xiàn)代電子系統(tǒng)要求發(fā)展。這就使原來(lái)經(jīng)典電子系統(tǒng)的天地愈來(lái)愈小。電子系統(tǒng)中的各類從業(yè)人員應(yīng)盡早轉(zhuǎn)向現(xiàn)代電子系統(tǒng)的康莊大道。如果說(shuō)五十

24、年代起，無(wú)線電世界造就了幾代精英，那么當(dāng)今的單片機(jī)世界將會(huì)造就出新一代電子精英。電子系統(tǒng)的智能化為無(wú)止境境界，常常不需硬件資源的增添就能實(shí)現(xiàn)各種翻新功能。這也是當(dāng)前許多家用電器功能大量增設(shè)的因素之一。21世紀(jì)是全人類進(jìn)入計(jì)算機(jī)時(shí)代的世紀(jì)，許多人不是在制造計(jì)算機(jī)便是在使用計(jì)算機(jī)。在使用計(jì)算機(jī)的人們中，只有從事嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的人才真正地進(jìn)入到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)部軟、硬件體系中，才能真正領(lǐng)會(huì)計(jì)算機(jī)的智能化本質(zhì)并掌握智能化設(shè)計(jì)的知識(shí)。從學(xué)習(xí)單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)入手是當(dāng)今培養(yǎng)計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟、硬件技術(shù)人才的最佳道路之一。1.2 選題背景及其意義在生活和生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域中，凡是有自動(dòng)控制要求的地方都會(huì)有單片機(jī)的身影；從簡(jiǎn)

25、單到復(fù)雜，從空中、地面到地下，凡是能想象到的地方幾乎都有使用單片機(jī)的需求?，F(xiàn)在盡管單片機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)很普遍了，但仍然有許多可以用單片機(jī)控制而尚未實(shí)現(xiàn)的項(xiàng)目，因此單片機(jī)的應(yīng)用大有想象和拓展的空間。在此次設(shè)計(jì)中選用的8051類單片機(jī)，最早由Intel公司推出，8051/31類單片機(jī)是世界上用量最大的幾種單片機(jī)之一。由于Intel公司將重點(diǎn)放在186、386、奔騰等與PC類兼容的高檔芯片的開發(fā)上，8051類單片機(jī)則主要由Philips、Atmel、三星、華邦等公司生產(chǎn)，這些公司都在保持與8051單片機(jī)兼容的基礎(chǔ)上改善了8051許多特性（如時(shí)序特性），提高了速度、降低了時(shí)鐘頻率、放寬了電源電壓的動(dòng)態(tài)范圍

26、，降低了產(chǎn)品價(jià)格。設(shè)計(jì)中使用的AT89C51單片機(jī)是由ATMEL公司生產(chǎn)的，具有功耗低、可靠性好等特點(diǎn)。單片機(jī)應(yīng)用的意義絕不僅限于它的廣闊范圍以及所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益上，而更重要的意義還在于：?jiǎn)纹瑱C(jī)的應(yīng)用正從根本上改變著傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。從前必須由模擬電路和數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能使用單片機(jī)通過(guò)軟件（編程序）的方法實(shí)現(xiàn)了，這種以軟件取代硬件并提高系統(tǒng)性能的控制系統(tǒng)“軟化”技術(shù)，是對(duì)傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。隨著單片機(jī)應(yīng)用的推廣普及，控制技術(shù)必將不斷發(fā)展自己、日益完善和更加充實(shí)。2 需求分析隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)、化事業(yè)的發(fā)展，各種各樣的競(jìng)賽如雨后春筍般的呈現(xiàn)了出來(lái)，校園、公司、政府機(jī)

27、關(guān)、電視節(jié)目等都常常舉辦一些搶答競(jìng)賽，有了這些競(jìng)賽，就需要有快速、公正、有效的競(jìng)賽裁決。有些搶答競(jìng)賽的舉辦方通過(guò)參賽選手舉起答題板，主持人憑感覺(jué)來(lái)決定參賽者的答題權(quán)。由于主持人主觀判斷失誤會(huì)造成競(jìng)賽的不公平性；而好一些的競(jìng)賽舉辦方會(huì)使用搶答器，這就使得競(jìng)賽答題權(quán)的分配公平準(zhǔn)確了許多。搶答器的發(fā)展也是比較快的，從一開始的光具有搶答鎖定功能的一個(gè)電路，到現(xiàn)在的具有倒計(jì)時(shí)、定時(shí)、自動(dòng)（或手動(dòng)）復(fù)位、報(bào)警（即聲響提示，有的以音樂(lè)的方式來(lái)體現(xiàn)）、屏幕顯示、按鍵發(fā)光等多種功能的技術(shù)合并，這就可以說(shuō)明其多種功用及發(fā)展的快速。現(xiàn)在的搶答器有JLQ-2 普通型搶答器、JLQ-3型 帶到計(jì)時(shí)型搶答器、JLJ-2型

28、 3位LED電子記分器、SPC-7A單屏小型、SPC-7B 單屏中型、智力競(jìng)賽搶答器、有鎖定功能搶答器、多功能智力搶答器可以說(shuō)是多不勝數(shù)。對(duì)搶答器使用的需求使得我們這里設(shè)計(jì)的基于AT89C51單片機(jī)的競(jìng)賽搶答器有了很好的發(fā)揮空間，這種搶答器不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)大、可靠性高、操作簡(jiǎn)單方便、成本也很低。能夠被大眾所接受，具有很高的推廣價(jià)值。競(jìng)賽搶答器應(yīng)當(dāng)具有優(yōu)先裁決能力，對(duì)最先搶答的選手給予答題權(quán)；應(yīng)具有違例處罰功能，對(duì)搶答違例的選手扣分，以確保搶答競(jìng)賽的公正進(jìn)行；還應(yīng)具有計(jì)時(shí)功能，以避免選手搶答后無(wú)限制的拖延時(shí)間；比賽結(jié)束或賽中可以查詢每組參賽選手的分?jǐn)?shù)，以最高分?jǐn)?shù)選出優(yōu)勝者。因此設(shè)計(jì)應(yīng)包含以下

29、內(nèi)容：1搶答開始時(shí)，無(wú)人按下?lián)尨疰I，主持人可以按下控制鍵，結(jié)束本題的搶答，進(jìn)入下一題的搶答。2主持人在沒(méi)有按下開始鍵之前，如果有選手按下?lián)尨疰I，就會(huì)違例，被扣分，并有紅色發(fā)光二極管發(fā)光，提示主持人和參賽選手。3 控制臺(tái)上應(yīng)設(shè)有搶答開始、加分、調(diào)整時(shí)間以及分?jǐn)?shù)查詢等按鍵。4 在選手搶答后會(huì)有倒計(jì)時(shí)，選手應(yīng)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)回答完問(wèn)題。5搶答器要有自動(dòng)定時(shí)功能，并且一次搶答時(shí)間由主持人任意設(shè)定。當(dāng)主持人啟動(dòng)“開始”鍵后，定時(shí)器自動(dòng)減計(jì)時(shí)，并在顯示器上顯示。同時(shí)揚(yáng)聲器上發(fā)出短暫聲響；6競(jìng)賽搶答器還應(yīng)具有將選手編號(hào)和選手分?jǐn)?shù)送到數(shù)碼管顯示的功能，使大家對(duì)分?jǐn)?shù)一目了然。3 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)3.1 搶答器工作流程

30、此次設(shè)計(jì)的競(jìng)賽搶答系統(tǒng)采用八路搶答，最多可以有八組選手參與比賽，各位選手的分?jǐn)?shù)最多可以顯示到十位，但這不影響本設(shè)計(jì)的功能。如有需要，我們可以將其擴(kuò)展到百位分?jǐn)?shù)、千位分?jǐn)?shù)。競(jìng)賽搶答器在最初會(huì)分別顯示每名選手的編號(hào)和與其相對(duì)應(yīng)的初始分?jǐn)?shù)值，每名選手的初始分為10分，以避免有選手在競(jìng)賽中違例，將分值扣至負(fù)分。在顯示了選手編號(hào)和分?jǐn)?shù)后，會(huì)顯示每道題的分值，默認(rèn)為每題2分；如果在搶答器開機(jī)時(shí)按下分值調(diào)整的開關(guān)，每道題的分值就可以改變，分別可以調(diào)整為每題3分或每題5分。接下來(lái)將顯示選手搶答后的計(jì)時(shí)時(shí)間，選手回答的問(wèn)題必須在時(shí)限內(nèi)完成并回答正確，主持人才會(huì)為選手加分。計(jì)時(shí)的時(shí)間也是可以調(diào)整的，默認(rèn)為30秒；

31、主持人可以通過(guò)按鍵將時(shí)間設(shè)置為60秒或90秒。在主持人按下開始鍵，允許搶答前，如果有選手提前按下了搶答鍵，則會(huì)因?yàn)槠溥`例而扣掉1分，紅色發(fā)光二極管會(huì)提示主持人和選手有人違例，并伴有蜂鳴聲，同時(shí)數(shù)碼管上會(huì)顯示出違例選手的號(hào)碼以及其扣掉1分后的得分。主持人按下開始鍵后，所有數(shù)碼管熄滅，選手們可以開始搶答，當(dāng)有選手搶答后，數(shù)碼管上會(huì)顯示搶到答題權(quán)的選手的編號(hào)，并開始倒計(jì)時(shí)，其他選手再按下?lián)尨疰I是無(wú)效的，因?yàn)橹挥幸幻x手可以答題。當(dāng)計(jì)時(shí)結(jié)束后，數(shù)碼管會(huì)顯示選手當(dāng)前分?jǐn)?shù)，等待主持人判斷選手是否回答正確?；卮鹫_主持人會(huì)為選手加分，選手的分?jǐn)?shù)會(huì)顯示出來(lái)；若不正確，則跳到下一輪競(jìng)賽，不為選手加分。如果主持人

32、按下開始鍵后，無(wú)人搶答，則主持人可以控制搶答器，進(jìn)入下一輪的搶答競(jìng)賽。當(dāng)中場(chǎng)休息或比賽結(jié)束時(shí)，主持人可以通過(guò)查分按鍵來(lái)查詢每組選手的得分情況，數(shù)碼管會(huì)依次顯示出選手的編號(hào)和與其相對(duì)應(yīng)的分?jǐn)?shù)。主持人和參賽選手可以憑此來(lái)了解自己的得分情況并評(píng)出優(yōu)勝者。3.2 功能模塊設(shè)計(jì)由以上需求分析，我們對(duì)競(jìng)賽搶答器作出了相應(yīng)的功能模塊設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)的主要功能模塊有：（1）鍵盤輸入：8個(gè)按鍵，供給8組參賽選手進(jìn)行搶答，單片機(jī)識(shí)別到有按鍵按下時(shí)，可以識(shí)別具體是哪位選手按下了搶答按鍵；主持人有搶答開始按鍵，題目的分值調(diào)整按鍵，計(jì)時(shí)調(diào)整按鍵，為選手加分的按鍵以及跳轉(zhuǎn)到下一輪競(jìng)賽的按鍵。（2）譯碼顯示：利用單片機(jī)的部分P

33、1口和全部的P2口構(gòu)成的輸出口，信號(hào)經(jīng)由驅(qū)動(dòng)CD4511鎖存譯碼進(jìn)行顯示。系統(tǒng)主要有兩個(gè)顯示部分，既選手編號(hào)的顯示和選手分?jǐn)?shù)的顯示。3.3 方案一由變壓器T、橋式整流器、三端穩(wěn)壓器7812、7805組成直流穩(wěn)壓電源電路，分別輸出+12V和+5V的直流電壓。搶答器電路主要由各路的搶答按鍵、開關(guān)二極管、晶閘管、發(fā)光二極管及共用的VT1、VT2兩個(gè)三極管和揚(yáng)聲器B1組成。超時(shí)報(bào)警電路使用C5充電回路、非門4069、音樂(lè)集成電路KD152G和揚(yáng)聲器B2等器件構(gòu)成。電子記分電路由六個(gè)按鍵（個(gè)、十、百、千位計(jì)分鍵、減分鍵、復(fù)零鍵）、可預(yù)置加減計(jì)數(shù)器CC4029、BCD7段鎖存譯碼驅(qū)動(dòng)器CC4543及七段數(shù)

34、碼管組成。方案一的設(shè)計(jì)有以上四個(gè)模塊構(gòu)成，功能框圖如圖1所示。圖1 方案一功能框圖Fig.1 Plan one function diagram3.4 方案二在第二種設(shè)計(jì)方案中，整個(gè)搶答器由主控機(jī)和多個(gè)分機(jī)構(gòu)成，如圖2所示，主控機(jī)與所有分機(jī)由一根串行通信線連接在一起，各分機(jī)間又由一根搶答互鎖線相連。其中分機(jī)主要有完成對(duì)分機(jī)初始分?jǐn)?shù)的掃描顯示、主機(jī)發(fā)來(lái)的新分?jǐn)?shù)的接收和顯示，對(duì)本分機(jī)搶答信號(hào)的檢測(cè)、鄰臺(tái)封鎖信號(hào)的檢測(cè)以及是否發(fā)出聲光報(bào)告信號(hào)。由于各分機(jī)均由單片機(jī)完成，功能強(qiáng)大，主控機(jī)剩下的任務(wù)就較為簡(jiǎn)單了，主要是對(duì)各分機(jī)的分?jǐn)?shù)查詢，分?jǐn)?shù)加減及發(fā)送分?jǐn)?shù)，完成倒計(jì)時(shí)等功能。為了簡(jiǎn)化電路，我們將顯示和鍵

35、盤部分由單片機(jī)的I/O口直接連接，省去了接口芯片。圖2 方案二功能框圖Fig.2 Scheme ii function diagram3.5 方案三方案三功能框圖如3所示。圖3 方案三功能框圖Fig.3 Plan 3 function diagram方案三使用AT89C51、數(shù)碼管、發(fā)光二極管、CD4511等器件就可以實(shí)現(xiàn)所需功能。由以上三個(gè)方案可以看出，方案一過(guò)于簡(jiǎn)單，不利于以后的功能擴(kuò)展。方案二和方案三功能比較齊全。但方案二比較復(fù)雜，使用元件較多，特別是單片機(jī)的使用比較多，每片單片機(jī)的資源使用較少，浪費(fèi)了資源。而方案三的子模塊、功能結(jié)構(gòu)分明，控制起來(lái)容易，方便。綜合經(jīng)濟(jì)、資源等方面考慮，方

36、案二相對(duì)成本較高，大大浪費(fèi)了資源，相比之下，方案三所使用的元件較少，價(jià)格也適中，實(shí)現(xiàn)起來(lái)也比較容易。依此我們選用方案三來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。4 硬件電路設(shè)計(jì)4.1 電路的設(shè)計(jì)由于AT89C51單片機(jī)和CD4511鎖存譯碼器件的工作電壓范圍都是+5V，因此本系統(tǒng)所使用的電源是由220V的交流電通過(guò)變壓器換為9V，再通過(guò)橋式整流器，三端穩(wěn)壓器7805組成的直流穩(wěn)壓電源電路，可以穩(wěn)定的輸出+5V電壓。電源電路需要一個(gè)橋式整流器、三端穩(wěn)壓器7805、104電容2枚、50V/470F電容和25V/100F電容各一個(gè)。電源電路如圖4所示。4.2 復(fù)位電路計(jì)算機(jī)在啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)都需要復(fù)位，使中央處理器CPU和系統(tǒng)中的其他

37、部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。MCS51單片機(jī)有一個(gè)復(fù)位引腳RST，它是史密特觸發(fā)器（對(duì)于CHMOS單片機(jī)，RST引腳內(nèi)部有一個(gè)拉低電阻），當(dāng)振蕩器起振后，該引腳上出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期（既24個(gè)時(shí)鐘周期）以上的高電平，使器件復(fù)位，只要RST保持高電平，MCS51就保持復(fù)位狀態(tài)。復(fù)位電路有兩種:上電自動(dòng)復(fù)位電路和人工復(fù)位電路，在這里我們采用人工復(fù)位。當(dāng)復(fù)位鍵按下時(shí)，單片機(jī)會(huì)初始化為0000H，使單片機(jī)從起始地址0000H單元開始執(zhí)行程序。AT89C51單片機(jī)復(fù)位后內(nèi)部寄存器狀態(tài)如表1。此外，當(dāng)程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，可以利用按下復(fù)位鍵來(lái)重新啟動(dòng)。復(fù)位電路的核心

38、是使RST的引腳出現(xiàn)10毫秒以上的穩(wěn)定高電平，這樣就能實(shí)現(xiàn)可靠的復(fù)位，復(fù)位端RST（9引腳）經(jīng)電阻，開關(guān)（復(fù)位按鍵）與Vcc電源接通，同時(shí)并聯(lián)一個(gè)電容，這樣能提供足夠?qū)挾鹊拈撝惦妷和瓿蓮?fù)位。復(fù)位電路如圖5。D1Bridge1IN12OUT3GNDU2LM7805CT50v/470uFC1Cap Pol1104C2Cap25v/100uFC3Cap Pol1104C4Cap+5S1SW-SPST123J1PWR圖4 電源電路圖 Fig.4 Power supply circuit diagram表1復(fù)位后的內(nèi)部寄存器狀態(tài)Tab.1 Reattachment internal registers

39、state寄存器內(nèi)容寄存器內(nèi)同PC0000HTMOD00HACC00HTCON00HB00HTH000HPSW00HTL000HSP07HTH100HDRTR0000HTL100HP0P30FFHSCON00HIP(00000B)SBUF不定IE(000000B)PCON（0B）P1.0/T21P1.1/T2EX2P1.2/ECI3P1.3/CEX04P1.4/CEX15P1.5/CEX26P1.6/CEX37P1.7/CEX48RST9P3.0/RxD10P3.1/TxD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.5/T115P3.6/WR16P3.7/RD17X

40、TAL218XTAL119VSS20P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427P2.7/A1528PSEN29ALE/PROG30EA/VPP31P0.7/AD732P0.6/AD633P0.5/AD534P0.4/AD435P0.3/AD336P0.2/AD237P0.1/AD138P0.0/AD039VCC40U1AT89C51R2R1SSW-PBC+5v+5v圖5 復(fù)位電路圖Fig .5 Reset circuit diagram4.3 時(shí)鐘晶振電路時(shí)鐘電路是計(jì)算機(jī)的心臟，它控制著計(jì)算機(jī)的工作節(jié)

41、奏。MCS51單片機(jī)允許的時(shí)鐘頻率因型號(hào)而異。MCS51單片機(jī)內(nèi)部都有一個(gè)反向放大器，XTAL1、XTAL2分別為反向放大器輸入和輸出端，外接定時(shí)反饋元件以后就組成了振蕩電路，產(chǎn)生時(shí)鐘送至單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)部件。XTAL1(19腳)和XTAL2(18腳)兩端跨接石英晶體及兩個(gè)電容，就構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器。石英晶體在起振后能在XTAL2線上輸出一個(gè)3V左右的正弦波，以便使單片機(jī)內(nèi)的振蕩器OSC（OSCillator）電路按石英晶振相同的頻率自激振蕩。在本系統(tǒng)中，電容器C1和C2取33pF，對(duì)振蕩頻率有微調(diào)作用；晶振頻率為12MHz，使系統(tǒng)得到更精確的時(shí)鐘。圖6 時(shí)鐘晶振電路圖Fig .6 Clo

42、ck crystal resonance circuit diagram4.4 搶答電路利用按鍵輸入作為搶答信號(hào)的輸入，電路連接簡(jiǎn)單，通過(guò)程序可以實(shí)現(xiàn)很多功能。鍵盤輸入分為獨(dú)立聯(lián)接式和行列式（矩陣式）兩類。在按鍵數(shù)目比較多時(shí)可以采用行列式，以減少與單片機(jī)接口時(shí)所用的輸入/輸出線的數(shù)目，本設(shè)計(jì)模擬8路搶答，加上開始鍵，加分鍵、時(shí)間設(shè)置按鍵、分?jǐn)?shù)設(shè)置按鍵、查分鍵和兩個(gè)進(jìn)入下一輪搶答的按鍵一共是16個(gè)按鍵，故采用獨(dú)立聯(lián)接式即可。各按鍵相互獨(dú)立的接通一條輸入數(shù)據(jù)線，該電路使用的是查詢方式。8個(gè)搶答按鍵與AT89C51單片機(jī)的P0口連接，P1、P2、P3口內(nèi)部都有拉高電路是準(zhǔn)雙向口。使用P1、P2、P3

43、口做為輸入口時(shí)，可以直接接按鍵，按鍵的另一端直接接地。當(dāng)按鍵按下時(shí)，P1、P2、P3口就可以讀取低電平。達(dá)到通過(guò)按鍵對(duì)單片機(jī)進(jìn)行控制的目的。P0口是開漏輸出的，內(nèi)部沒(méi)有拉高電路，是三態(tài)雙向I/O口，用P0口作為輸入口時(shí)，一般需要連接10K的拉高電阻3。我們?cè)诖嗽O(shè)計(jì)中使用P0口的八位作為輸入口，接收八組選手的搶答信號(hào)時(shí)必須連接10K的拉高電阻。搶答電路見圖7。當(dāng)打開競(jìng)賽搶答器的電源開關(guān)時(shí)，單片機(jī)AT89C51開始初始化，由程序?qū)0口的每一位都置為高電平。當(dāng)有按鍵按下時(shí)，P0口中與按鍵相對(duì)應(yīng)的那一位就會(huì)變?yōu)榈碗娖剑瑱z測(cè)出P0口的哪一位變成了低電平，系統(tǒng)就會(huì)得知是幾號(hào)選手按下了搶答按鍵，如果主持人

44、已經(jīng)按下了開始搶答按鍵，程序則會(huì)跳轉(zhuǎn)到與之相對(duì)應(yīng)的選手搶答子程序，進(jìn)行倒計(jì)時(shí)以及等待主持人對(duì)答案的正確與否判定，對(duì)選手加分還是不加分；若選手按下?lián)尨鸢存I時(shí)，主持人并沒(méi)有按下?lián)尨痖_始按鍵，則系統(tǒng)會(huì)跳轉(zhuǎn)到選手違例懲罰的子程序，對(duì)違例犯規(guī)的選手扣分并將分?jǐn)?shù)和選手號(hào)的信息傳送到顯示電路，顯示出選手的編號(hào)和分?jǐn)?shù)。 4.5 主持人控制臺(tái)電路在比賽開始前，主持人可以對(duì)答題時(shí)間和每道題的分值進(jìn)行調(diào)整。將答題時(shí)間調(diào)整為30秒、60秒和90秒；而每道題的分值可以設(shè)置在2分、3分、和5分不等。由于P1口和P3口是準(zhǔn)雙向口，它們的每一位可以分別定義為輸入線和輸出線，并且內(nèi)部都具有拉高電路，因此當(dāng)使用他們作為輸入口時(shí)，

45、不需要加拉高電阻，直接連在按鍵上即可。P3.2口至P3.7口分別為開始控制鍵、加分按鍵、回答錯(cuò)誤轉(zhuǎn)至下一題搶答按鍵、無(wú)人搶答直接跳至下一輪搶答按鍵、答題時(shí)間調(diào)整按鍵和分?jǐn)?shù)查詢按鍵。P1.6口和P1.7口上連接的是自鎖開關(guān)，開關(guān)閉合時(shí)，與開關(guān)相連接的那一位將檢測(cè)到高電平，程序跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的調(diào)分子程序。當(dāng)兩個(gè)開關(guān)同時(shí)按下時(shí)，以先按下的為準(zhǔn)，開關(guān)都沒(méi)有按下時(shí)，每道題的分值為默認(rèn)的兩分。主持人控制臺(tái)電路見圖8.4.6 顯示電路為了能夠顯示選手的編號(hào)、得分情況和倒計(jì)時(shí)時(shí)間，我們就必須加入顯示電路，這里的顯示電路是使用CD4511來(lái)為共陰極數(shù)碼管提供驅(qū)動(dòng)譯碼實(shí)現(xiàn)的。LED數(shù)碼管是由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器

46、件，由七個(gè)LED發(fā)光二極管排列成“8”字，形狀如圖9。我們?cè)谶@里使用的是共陰極數(shù)碼管，共陰極數(shù)碼管的公共端接地，另外的任意一端接高電平，數(shù)碼管的相應(yīng)字段就會(huì)被點(diǎn)亮。根據(jù)需要選擇段碼信號(hào)，數(shù)碼管就可以顯示“09”十個(gè)數(shù)字。abfcedgh圖9八段數(shù)碼管Fig. 9 Erection of digital tube圖7 搶答電路圖Fig.7 Contest diagram圖8 主持人控制臺(tái)電路圖Fig.8 Host console diagramCD4511是鎖存譯碼驅(qū)動(dòng)器，能夠?qū)CD碼直接譯成共陰極數(shù)碼管的段碼，顯示相應(yīng)的數(shù)字。CD4511是特具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、7段譯碼及驅(qū)動(dòng)功能

47、的CMOS電路，能提供較大電流，可直接驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管。CD4511的引腳見圖11，其中BI腳是消隱輸入控制端，當(dāng)BI=0時(shí)，不管其它輸入端狀態(tài)如何數(shù)碼管均處于熄滅狀態(tài)，不顯示數(shù)字。LT引腳是測(cè)試輸入端，當(dāng)BI為1，LT為0時(shí)，譯碼輸出全為1，不管輸入DCBA狀態(tài)如何，數(shù)碼管均發(fā)光，顯示為“8”。它主要用來(lái)測(cè)試數(shù)碼管是否損壞。LE引腳為鎖定控制端，當(dāng)LE=0時(shí)，允許譯碼輸出。LE=1時(shí)譯碼器是鎖定保持狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在LE=0時(shí)的數(shù)值。共陰極數(shù)碼管內(nèi)部電路如圖10所示。abcdefghCOMmMM圖10共陰極八段數(shù)碼管內(nèi)部電路圖Fig.10 Cathodic erection of di

48、gital tube internal diagram圖11 CD4511引腳圖Fig.11 CD4511 pins figure在顯示電路中CD4511的LT接高電平，LE接低電平，BI接AT89C51單片機(jī)的P1.4口，由P1.4口的信號(hào)變化來(lái)控制數(shù)碼管的亮和滅，部分P1口和全部分的P2口分別接CD4511的DCBA口，為顯示電路輸入BCD碼。在CD4511與數(shù)碼管之間一定要加限流電阻，防止數(shù)碼管燒壞。P1口電路負(fù)責(zé)顯示選手編號(hào)；P2口電路則用來(lái)顯示選手的分?jǐn)?shù)和倒計(jì)時(shí)的秒數(shù)。使用P1.5口連接一個(gè)紅色的發(fā)光二極管，當(dāng)有選手搶答違例時(shí)就會(huì)發(fā)光，提示主持人和參賽選手有人違例，以示報(bào)警。顯示電路

49、如圖12所示：P1.0/T21P1.1/T2EX2P1.2/ECI3P1.3/CEX04P1.4/CEX15P1.5/CEX26P1.6/CEX37P1.7/CEX48RST9P3.0/RxD10P3.1/TxD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.5/T115P3.6/WR16P3.7/RD17XTAL218XTAL119VSS20P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427P2.7/A1528PSEN29ALE/PROG30EA/VPP31P0.7/AD732P0.

50、6/AD633P0.5/AD534P0.4/AD435P0.3/AD336P0.2/AD237P0.1/AD138P0.0/AD039VCC40AT89C52+5vR1R2R3R4R5R6R7R8+5VA7B1C2D6LE5BI4LT3a13b12c11d10e9f15g14VDD16GND8CD4511A7B1C2D6LE5BI4LT3a13b12c11d10e9f15g14VDD16GND8CD4511A7B1C2D6LE5BI4LT3a13b12c11d10e9f15g14VDD16GND8CD4511123456789101112131234567891011121355R9R10R1

51、1R12R13R14R15R16R17R18R19R20R21K1f2g3e4d5K6c8DP7b9a10K1f2g3e4d5K6c8DP7b9a10K1f2g3e4d5K6c8DP7b9a10+5v+5v+5v圖12 顯示電路圖Fig.12 Display circuit diagram4.7 報(bào)警電路設(shè)計(jì)報(bào)警控制電路的控制信號(hào)由單片機(jī)AT89C51的P1.5口輸出，通過(guò)一個(gè)限流電阻與三極管C945的基極相連接。電路圖如圖13所示。（1）壓電蜂鳴器工作原理壓電蜂鳴器以壓電陶瓷制作而成。壓電陶瓷是一類有將壓力與電流相互轉(zhuǎn)換能力的特殊陶瓷。當(dāng)壓電陶瓷在一定方向上受到一個(gè)壓力使其晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生形變時(shí)

52、，它就會(huì)在內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)電流，電流的變化與壓力的變化密切相關(guān)。反之，當(dāng)在壓電陶瓷上加上一定頻率的電壓，就會(huì)在內(nèi)部產(chǎn)生一定頻率的電流，從而就會(huì)引起壓電陶瓷微小形變，這一形變帶動(dòng)空氣發(fā)生振動(dòng)。如果頻率適當(dāng)，就產(chǎn)生蜂鳴聲，可以被人耳所聽見。（2）報(bào)警控制電路工作過(guò)程報(bào)警控制信號(hào)由單片機(jī)AT89C51的P1.5端輸出，通過(guò)一個(gè)限流電阻加到三極管C945的基極5。當(dāng)P1.5端的輸出信號(hào)發(fā)生變化時(shí)，則三極管C945將交替的工作于截止、飽和狀態(tài)，形成高低電平的波，從而使壓電蜂鳴器發(fā)出聲音。保護(hù)電阻R4計(jì)算如下：設(shè)定P1.5腳電壓為4.5V，三極管C945基極電流為3mA，電壓為0.7V，那么R11取1.5K的標(biāo)稱阻值。Q1C945R111.5KU8BUZZERVCC12J2GNDP1.5圖13報(bào)警工作電路Fig