基于單片機(jī)的四路搶答器的設(shè)計(jì)

1、目 錄0.前言21. 四路搶答器的基本理論22.方案設(shè)計(jì)33. 硬件電路的工作原理43.1搶答器的電路圖43.1.1 液晶屏顯示電路43.2按鍵控制電路44. 軟件編程55. 系統(tǒng)調(diào)試和結(jié)果分析66. 結(jié)論及進(jìn)一步設(shè)想9參考文獻(xiàn)9附錄1 元件清單10附錄2 源程序11課設(shè)體會17基于單片機(jī)的四路搶答器的設(shè)計(jì)2摘要：搶答器可以在競賽、文體娛樂活動（搶答活動）中，能準(zhǔn)確、公正、直觀地判斷出搶答成功者。通過搶答者的指示燈、液晶屏顯示和聲音顯示等手段指示出第一搶答者。一般搶答器由單片機(jī)以及外圍電路組成，分為四路、八路等不同，四路和八路的差別是，搶答器背面的接口有幾組，和外形沒有關(guān)系。通過自主的設(shè)計(jì)、編

2、程和調(diào)試出一個(gè)簡單的四路搶答并在液晶屏顯示搶答成功者號碼；熟悉C語言編程；了解單片機(jī)仿真系統(tǒng)的使用方法，達(dá)到提高綜合運(yùn)用相關(guān)知識的能力；進(jìn)一步熟悉和掌握Proteus7的使用方法；掌握單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)全部過程的目的。關(guān)鍵字: 搶答 單片機(jī) 液晶屏顯示0. 前言電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，促進(jìn)微型計(jì)算機(jī)測量和控制技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，單片機(jī)（單片微型計(jì)算機(jī)）的應(yīng)用已經(jīng)滲透到國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門和領(lǐng)域，它起到了越來越重要的作用。單片微型計(jì)算機(jī)就是將中央處理單元、存儲器、定時(shí)/計(jì)數(shù)器和多種接口都集成到一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)。因此一塊芯片就構(gòu)成了一臺計(jì)算機(jī)。它已成為工業(yè)控制領(lǐng)域、智能儀器儀

3、表、尖端武器、日常生活中最廣泛使用的計(jì)算機(jī)。隨著我國經(jīng)濟(jì)和文化事業(yè)的發(fā)展，在很多公開競爭場合要求有公正的競爭裁決，諸如證券、股票交易及各種智力競賽等,因此出現(xiàn)了搶答器。搶答器一般是由很多電路組成的，線路復(fù)雜，可靠性不高，功能也比較簡單，特別是當(dāng)搶答路數(shù)很多時(shí)，實(shí)現(xiàn)起來就更為困難。因此我們設(shè)計(jì)了以單片機(jī)為核心的新型智能的搶答器，在保留了原始搶答器的基本功能的同時(shí)又增加一系列的實(shí)用功能。并簡化其電路結(jié)構(gòu)。控制系統(tǒng)的三個(gè)模塊為：顯示模塊、存儲模塊、搶答開關(guān)模塊。該系統(tǒng)通過開關(guān)電路四個(gè)按鍵輸入搶答信號，利用1602液晶屏來完成顯示功能，用按鍵來讓選手進(jìn)行搶答，在液晶屏上顯示搶答最快的號碼及時(shí)間，從而實(shí)

4、現(xiàn)整個(gè)搶答過程。本文主要介紹了單片機(jī)搶答器設(shè)計(jì)及工作原理，以及它的實(shí)際用途。系統(tǒng)工作原理本系統(tǒng)采用AT89C52單片機(jī)作為核心。工作時(shí)，用按鍵通過開關(guān)電路輸入各路的搶答信號，經(jīng)單片機(jī)的處理， 輸出控制信號，單片機(jī)控制的智能搶答器設(shè)計(jì)。1. 四路搶答器的基本理論本設(shè)計(jì)是采用單片機(jī)設(shè)計(jì)的四人比賽用搶答器系統(tǒng)。它具有電路簡單、功能齊全、制作成本低、性價(jià)比高等特點(diǎn)，是一種經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的比賽用搶答器。硬件部分主要由單片機(jī)AT89c52、74HC573鎖存器、1602液晶屏、主持人操作鍵盤和其它基本外圍電子電路組成。2.方案設(shè)計(jì)搶答器的設(shè)計(jì)方案要實(shí)現(xiàn)以下功能：(1)搶答器同時(shí)供4名選手或4個(gè)代表隊(duì)比賽，分別

5、用4個(gè)按鈕S0 S3表示。(2)設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清除S1和搶答控制開關(guān)S2，該開關(guān)由主持人控制。(3)搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應(yīng)的編號，并在1602液晶屏上顯示，同時(shí)蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲響提示。選手搶答實(shí)行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。(4)搶答器具有定時(shí)搶答功能，且一次搶答的時(shí)間由主持人設(shè)定（如10秒）。當(dāng)主持人啟動"開始"鍵后，定時(shí)器進(jìn)行減計(jì)時(shí) (5)如果定時(shí)時(shí)間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)禁止搶答，定時(shí)顯示器上顯示01s。該設(shè)計(jì)采用AT89C52單片機(jī)作為控制系統(tǒng)核心。該系統(tǒng)可以完成信號識別，運(yùn)算控制以及顯示功能。搶

6、答器的工作原理是采用單片機(jī)最小系統(tǒng)，用查詢式鍵盤進(jìn)行搶答。通過搶答按鍵模塊，連接按鍵進(jìn)行搶答。此電路完成的功能如圖1所示，當(dāng)主持人宣布搶答開始的時(shí)候，按下開始按鈕，此時(shí)電路進(jìn)入搶答狀態(tài)，選手的輸入采用了掃描式的輸入，之后把相應(yīng)的信息送往單片機(jī)，再由單片機(jī)輸出到顯示輸出電路中。此時(shí)有人第一按下相應(yīng)的搶答按鈕，經(jīng)過單片機(jī)的控制選擇，在液晶屏上顯示相應(yīng)的號碼，并鎖存，同時(shí)禁止其他按鈕的輸入。系統(tǒng)是采用模塊化設(shè)計(jì)的智能搶答器，主控與參賽者設(shè)為終端分系統(tǒng)。主控分系統(tǒng)有：開始與結(jié)束控制按鈕、時(shí)限設(shè)定、各種相關(guān)顯示調(diào)控功能等。參賽者分系統(tǒng)設(shè)有：搶答按紐、計(jì)時(shí)顯示、提示功能等。圖1 搶答器原理圖3. 硬件電路

7、的工作原理3.1搶答器的電路圖如圖（2）所示為電路圖，其工作原理為：接通電源后主持人將開關(guān)撥到“清零”狀態(tài)，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，定時(shí)器設(shè)定時(shí)間，主持人將開關(guān)置“開始”，宣布搶答開始時(shí)，選手要在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成搶答；定時(shí)器倒計(jì)時(shí)優(yōu)先判斷，編號鎖存，揚(yáng)聲器提示。 圖2 搶答器仿真電路圖3.1.1 液晶屏顯示電路使用液晶屏顯示搶答成功者號碼、時(shí)間。液晶顯示屏（LCD）具有輕薄短小、低耗電量、無輻射危險(xiǎn)，平面直角顯示以及影像穩(wěn)定不閃爍等優(yōu)勢，可視面積大，畫面效果好，分辨率高，抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。3.2按鍵控制電路鍵盤是單片機(jī)不可缺少的輸入設(shè)備，是實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話的紐帶。鍵盤按結(jié)構(gòu)形式可以分為非編碼鍵盤和編碼

8、鍵盤，前者用軟件方法產(chǎn)生鍵碼，而后者則用硬件方法來產(chǎn)生鍵碼。在單片機(jī)中使用的都是非編碼鍵盤，因?yàn)榉蔷幋a鍵盤結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，非編碼鍵盤的類型很多，常用的有獨(dú)立式鍵盤，行列式鍵盤等。獨(dú)立式鍵盤，鍵盤接口中使用多少根I/O線，鍵盤中就有幾個(gè)按鍵，鍵盤接口使用了8根I/O口線，該鍵盤就有8個(gè)按鍵，這種類型的鍵盤，其按鍵比較少，且鍵盤中各按鍵的工作互不干擾。因此可以根據(jù)實(shí)際需要對鍵盤中的按鍵靈活的編碼。如圖3所示。圖3 獨(dú)立式鍵盤原理圖最簡單的編碼方式就是根據(jù)I/O輸入口所直接反映的相應(yīng)按鍵，按下的狀態(tài)進(jìn)行編碼，稱按鍵直接狀態(tài)碼，對于這樣編碼的獨(dú)立式鍵盤，CPU可以通過直接讀取I/O口的狀態(tài)來獲取按

9、鍵的直接狀態(tài)編碼值，根據(jù)這個(gè)值直接進(jìn)行按鍵識別，這樣形式的鍵盤結(jié)構(gòu)簡單，按鍵識別容易。獨(dú)立式鍵盤的缺點(diǎn)是需要占用比較多的I/O口線，當(dāng)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)鍵盤中需要的按鍵比較少或I/O口線比較富余時(shí)，可以采用這樣類型的鍵盤。4. 軟件編程本設(shè)計(jì)的搶答器的程序采用的是C程序設(shè)計(jì)，C語言的顯著特點(diǎn)是用二進(jìn)制來編寫程序,程序的各個(gè)部分除了必要的信息交流外彼此之間相互獨(dú)立。這種結(jié)構(gòu)化方式可使程序?qū)哟吻逦? 便于使用、維護(hù)以及調(diào)試。C語言是以函數(shù)形式提供給用戶的,這些函數(shù)可方便的調(diào)用,并具有多種循環(huán)、條件語句控制程序流向,從而使程序完全結(jié)構(gòu)化。雖然C語言也是強(qiáng)類型語言，但它的語法比較靈活，允許程序編寫者有較大

10、的自由度。本次設(shè)計(jì)的主程序中包括時(shí)鐘設(shè)計(jì)程序，定時(shí)器中斷子程序，數(shù)碼管顯示程序以及按鍵控制子程序。搶答器主流程圖如圖4所示：圖4 搶答器主程序流程圖搶答器定時(shí)中斷流程圖如圖5：圖5 搶答器定時(shí)器中斷流程圖5. 系統(tǒng)調(diào)試和結(jié)果分析系統(tǒng)調(diào)試包括硬件調(diào)試和軟件調(diào)試，而且兩者是密不可分的。我們設(shè)計(jì)好的硬件電路和軟件程序，只有經(jīng)過聯(lián)合調(diào)試，才能驗(yàn)證其正確性；軟硬件的配人情況以及是否達(dá)到設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，也只有經(jīng)過調(diào)試，才能發(fā)現(xiàn)問題并加以解決、完善，最終開發(fā)成實(shí)用產(chǎn)品。硬件調(diào)試分單元電路調(diào)試和聯(lián)機(jī)調(diào)試，單元電路試驗(yàn)在硬件電路設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)進(jìn)行，這里的調(diào)試只是將其制成印刷電路板后試驗(yàn)電路是否正確，并排除一些加工工

11、藝性錯誤（如錯線、開路、短路等）。這種調(diào)試可單獨(dú)模擬進(jìn)行，也可通過開發(fā)裝置由軟件配合進(jìn)行。硬件聯(lián)機(jī)調(diào)試則必須在系統(tǒng)軟件的配合下進(jìn)行。軟件調(diào)試一般包括分塊調(diào)試和聯(lián)機(jī)調(diào)試兩個(gè)階段。程序的分塊調(diào)試一般在單片機(jī)開發(fā)裝置上進(jìn)行，可根據(jù)所調(diào)程序功能塊的入口參量初值編制一個(gè)特殊的程序段，并連同被調(diào)程序功能塊一起在開發(fā)裝置上運(yùn)行；也可配合對應(yīng)硬件電路單獨(dú)運(yùn)行某程序功能塊，然后檢查是否正確，如果執(zhí)行結(jié)果與預(yù)想的不一致，可以通過單步運(yùn)行或設(shè)置斷點(diǎn)的方法，查出原因并加以改正，直到運(yùn)行結(jié)果正確為止。這時(shí)該 程序功能塊已調(diào)試完畢，可去掉附加程序段。其它程序功能塊可按此法進(jìn)行調(diào)試。程序聯(lián)機(jī)調(diào)試就是將已調(diào)試好的各程序功能塊

12、按總體結(jié)構(gòu)聯(lián)成一個(gè)完整程序，在所研制的硬件電路上運(yùn)行。從而試驗(yàn)程序整體運(yùn)行的完整性、正確性和與硬件電路的配合情況。在聯(lián)調(diào)中可能會有某些支路上的程序、功能塊因受條件制約而得不到相應(yīng)的輸入?yún)?shù)，這時(shí)，調(diào)試人員應(yīng)創(chuàng)造條件進(jìn)行模擬調(diào)試。在聯(lián)調(diào)中如發(fā)現(xiàn)硬件問題也應(yīng)及時(shí)修正，直到單片機(jī)系統(tǒng)的軟件、硬件全部調(diào)試成功為止。系統(tǒng)調(diào)試完成后，還要進(jìn)行一段時(shí)間的試運(yùn)行，從而檢驗(yàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力，驗(yàn)證系統(tǒng)功能是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，是否達(dá)到預(yù)期的效果。具有清零裝置和搶答控制，可由主持人操縱。具有定時(shí)功能，在10S內(nèi)無人搶答表示所有參賽選手對本題棄權(quán)。10S時(shí)仍無人搶答其報(bào)警電路工作表示搶答時(shí)間耗盡并禁止搶答。電路中

13、的六個(gè)按鍵從上到下分別是清零鍵、開始鍵和四組選手的按鍵。仿真現(xiàn)象及調(diào)試結(jié)果如圖6、圖7、圖8所示。1）圖6為主持人按下清零鍵后的截圖，此時(shí)液晶屏兩項(xiàng)均顯示0.圖62）主持人按下啟動鍵后的截圖，液晶屏顯示從10秒開始倒計(jì)時(shí)。如圖7：圖73）選手按下時(shí)的截圖，顯示對應(yīng)的選手編號，例如2號選手，如圖8所示：圖86. 結(jié)論及進(jìn)一步設(shè)想本設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)四路搶答并在液晶屏顯示搶答成功者號碼及時(shí)間，可用于娛樂節(jié)目等活動當(dāng)中。但是這只是個(gè)簡易的四路搶答器，還可以加入蜂鳴，報(bào)警等功能，更可實(shí)現(xiàn)多路搶答的功能。參考文獻(xiàn)1 于海生等，微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)M，清華大學(xué)出版社，2008.2 郭天祥，51單片機(jī)C語言教程入門

14、、提高、開發(fā)、拓展全攻略M，電子工業(yè)出版社附錄1 元件清單元件名稱型號數(shù)量單片機(jī)AT89C521鎖存器74HC5731開 關(guān)Button7電 阻R（1k）1電 阻R（10k）1晶 振CRYSTAL1電 容10uf2液晶屏16021電 源5v2 附錄2 源程序#include<reg52.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar num;/定義中斷變量，num計(jì)滿20表示1秒時(shí)間到uchar num1;/十秒倒計(jì)時(shí)顯示初始值uchar flag1,flag2;/清零鍵及開始鍵按下標(biāo)志位uchar flag3

15、,flag4=0;/定義鍵盤按下標(biāo)志位#define LCDPORT P0sbit LCD1602_RS = P20;sbit LCD1602_EN = P21;sbit sp=P22;/定義蜂鳴器端口sbit clear=P10;/定義清零鍵sbit start=P11;/開始鍵sbit key1=P12;sbit key2=P13;sbit key3=P14;sbit key4=P15;/key1到key4為選手按鍵void delay(uint z)/延時(shí)函數(shù)uint i,j;for(i=z;i>0;i-)for(j=110;j>0;j-);void WriteCmd_160

16、2(uchar cmd)LCD1602_RS = 0;LCDPORT = cmd;delay(1);LCD1602_EN = 1;delay(1);LCD1602_EN = 0;void WriteByte_1602(uchar date)LCD1602_RS = 1;LCDPORT = date;delay(1);LCD1602_EN = 1;delay(1);LCD1602_EN = 0;void Init_1602()LCD1602_EN = 0;WriteCmd_1602(0x38);WriteCmd_1602(0x0c); /光標(biāo)不顯示地址 WriteCmd_1602(0x06);W

17、riteCmd_1602(0x01);void beep()/定義蜂鳴器函數(shù)sp=0;delay(500);sp=1;/delay(500);void dis(uchar * p)while(*p != '0')WriteByte_1602(*p+);void display_init()WriteCmd_1602(0x80);dis("Serial Number:");WriteCmd_1602(0x80 + 0x40);dis("Surplus Time:");WriteCmd_1602(0x80 + 0x40 + 13);dis(&

18、quot;00s");void display_num(uchar a) /選手編號顯示函數(shù) WriteCmd_1602(0x80 + 15);WriteByte_1602(a);void clr()/清零函數(shù)(主持人按下清零鍵后數(shù)碼管顯示0) WriteCmd_1602(0x80 + 15);WriteByte_1602('0');void dis10s()/十秒倒計(jì)時(shí)顯示函數(shù)uchar shi,ge;shi=num1/10;ge=num1%10;WriteCmd_1602(0x80 + 0x40 + 13);WriteByte_1602(shi + 0x30);W

19、riteCmd_1602(0x80 + 0x40 + 14);WriteByte_1602(ge + 0x30); void player()/選手按鍵檢測函數(shù)if(key1=0&&flag4=0)delay(10);if(key1=0&&flag4=0)display_num('1');TR0=0;flag1=flag2=0;flag4=1;beep();while(!key1);if(key2=0&&flag4=0)delay(10);if(key2=0&&flag4=0)display_num('2&

20、#39;);TR0=0;flag1=flag2=0;flag4=1;beep();while(!key2);if(key3=0&&flag4=0)delay(10);if(key3=0&&flag4=0)display_num('3');TR0=0;flag1=flag2=0;flag4=1;beep();while(!key3);if(key4=0&&flag4=0)delay(10);if(key4=0&&flag4=0)display_num('4');TR0=0;flag1=flag2=0;

21、flag4=1;beep();while(!key4);void key_scan()/檢測按鍵if(clear=0&&flag2!=1)/判斷清零鍵，判斷語句的作用是按下開始鍵清零鍵失效delay(10);if(clear=0&&flag2!=1)while(!clear);/等待按鍵釋放flag1=0;flag2=0;flag3=0;flag4=0;num=0;num1=10;clr();/清零flag1=1;/按下清零鍵標(biāo)志位if(flag1=1)/如果按下清零鍵if(start=0&&flag3=0)/判斷開始鍵,判斷語句的作用是按下開始

22、鍵后開始鍵失效delay(10);if(start=0&&flag3=0)flag2=1;flag3=1;while(!start);if(flag2=1)/按下開始鍵TR0=1; /啟動定時(shí)器0dis10s();player();void main()TMOD=0x01; /設(shè)置定時(shí)器0工作方式1TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;EA=1;/開總中斷ET0=1;/開定時(shí)器0中斷Init_1602();display_init();while(1)/一直檢測按鍵keyscan();void T0_ser() interrupt 1TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;num+;if(num=20)num=0;num1-;if(num1=0)TR0=0; flag1=0;flag2=0;num=0;num1=