基于MCS-51单片机控制的八路答器设计

摘要抢答器是一种常见的电子产品，尤其是在各类智力竞猜中，为了实现选手的公平性，性能优良的抢答器往往更能得到各单位的青睐。这里通过两种设计方案的对比，最终选定了用单片机实现抢答器电路。由于单片机具有可编程定时器和中断设备，便于实现编程和时间的精确控制。所用方案电路结构简单，易于实现，它用4个七段数码管来显示，且具有简单精准的报警电路。所选方案的一个很重要的特点在于具有灵活性，主持人可以根据题目难易进行时间设定，这样进一步保证了公平性。由于它具有成本低廉，结构简单，且性能优良的诸多优点，必定会得到广泛的应用。关键词：抢答器，单片机，七段数码管，时间设定目录一绪论..............................................................21.1课程设计任务................................................11.2原理示意图..................................................11.3抢答器的程序流程.............................................2二抢答器单元设计及其说明............................................82.1主要芯片的介绍................................................82.2程序流程图...................................................112.3MAX7219.....................................................122.3.1MAX7219引脚说明.......................................122.3.2基本的工作方法.........................................132.3.3MAX7219初始化........................................152.3.4部分程序功能介绍.......................................152.4LCD简介......................................................172.4.1LCD和LED的区别........................................172.4.3显示电路设计和LCD的引脚功能说明.......................182.4.4液晶显示模块...........................................19三设计总结........................................................19四参考文献.........................................................20五元件清单.........................................................201一绪论1.1课程设计要求（1）抢答器同时为8组选手分别提供抢答按钮，按钮分别为PB1、PB2、PB3、PB4、PB5、PB6、PB7、PB8；（2）设置一个复位按钮PB9，实现系统电路的复位，由主持人控制；（3）设置一个启动按钮PB10，由主持人控制；（4）设置一个限时开关PB11，由主持人控制；（5）当主持人打开启动开关PB10后，在设定时间T0内，如果某一组抢先按下抢答按钮，则驱动音效电路发出声响，指示灯L1亮，并且在七段LED显示出抢答成功的组号，此时电路实现互锁，其它组再按下抢答按钮为无效；（6）如果在时间T0内，无人应答，则驱动音效电路发出声响，指示灯L2亮，表示抢答者均放弃该题；（7）在抢答成功后，主持人打开限时开关PB11，启动定时器，显示倒计时时间，在设定的时间T1内回答有效，当到达设定时间T1时，驱动音效电路，指示灯L3亮，表示答题时间到。1.2原理示意图如图（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设计物理框图单片机抢答模块（八路输入）控制模块（主持人操作）显示模块（倒计时、选手号）语音提示模块2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、程序中应不断查询停止键的状态，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3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。4图1-2工作流程图5（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INT0中断Y显示当前抢答时间P3.4按下？P3.5按下？抢答时间加1sNYN结果为100s?结果置0N结果为0s?结果置100抢答时间减1sYYN停止键按下？中断返回NY6一旦因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。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。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。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。7图1-4INT1流程图INT1中断Y显示当前答题时间P3.4按下？P3.5按下？答题时间加1sNYN结果为100s?结果置0N结果为0s?结果置100答题时间减1sYYN停止键按下？中断返回NY8二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9At89sc52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2-110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