四路智力搶答器

張艷紅　劉祖衡　賈書貴

摘要：本設(shè)計(jì)是四路智力搶答器。使用51系列單片機(jī)，編寫應(yīng)用程序來實(shí)現(xiàn)智力搶答功能。設(shè)計(jì)思路是先等待主持人按鍵，當(dāng)有主持人按鍵時(shí)，開始計(jì)時(shí)一分鐘，并顯示時(shí)間。有人搶答時(shí)，報(bào)警電路啟動(dòng)，并顯示組號(hào)，同時(shí)計(jì)時(shí)顯示停止。若在計(jì)時(shí)時(shí)間內(nèi)無人搶答，一分鐘到時(shí)，無報(bào)警，且計(jì)時(shí)停止，重新開始等待主持人按鍵，進(jìn)行下一輪搶答。

關(guān)鍵詞：四路智力搶答器單片機(jī)

0引言

軟件設(shè)計(jì)利用中斷系統(tǒng)的基本構(gòu)成原理編寫中斷服務(wù)程序，使用80C51單片機(jī)串行接口P1口、P2口、P3口的輸入/輸出功能向CPU輸入信號(hào)，其信號(hào)由按鍵電路提供，由CPU響應(yīng)中斷，并輸出響應(yīng)。用到了查詢按鍵模塊、定時(shí)器模塊、顯示時(shí)間模塊、顯示組號(hào)模塊、報(bào)警模塊等。軟件涉及51系列單片機(jī)的中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行接口及外圍電路的功能。

硬件設(shè)計(jì)使用的是51系列單片機(jī)中的80C51，其他部件有74LS48、八段數(shù)碼顯示管、蜂鳴器、LED閃光燈，按鍵等。硬件設(shè)計(jì)采通過外部12M的X1提供時(shí)鐘的脈沖，利用其中斷控制程序進(jìn)行搶答部分的處理，通過多輸入與門的控制去申請(qǐng)單片機(jī)內(nèi)部的中斷，以達(dá)到顯示搶答的目的。用分模塊設(shè)計(jì)思想，以CPU為中心逐一設(shè)計(jì)了時(shí)鐘電路和復(fù)位電路，然后設(shè)計(jì)了按鈕電路為CPU提供輸入信號(hào)，再次，為數(shù)碼管選擇輸入信號(hào)電路；還有就是提供了報(bào)警電路；最終就是修飾和完善總原理圖。

顯示結(jié)果是主持人按鍵時(shí)，數(shù)碼管顯示60，即定時(shí)器定從一分鐘開始計(jì)時(shí)，若一分鐘內(nèi)有人搶答，則此時(shí)定時(shí)器停止計(jì)時(shí)，數(shù)碼管顯示此時(shí)的時(shí)間，如計(jì)時(shí)56秒時(shí)有人搶答，數(shù)碼管就顯示56，同時(shí)蜂鳴器發(fā)出“嘀”聲，且警報(bào)燈閃爍一下，與此同時(shí)顯示搶答組的組數(shù)。如一分鐘內(nèi)無人按鍵搶答，計(jì)時(shí)時(shí)間一分鐘到時(shí)數(shù)碼管顯示00，并停止計(jì)時(shí)。此時(shí)等待主持人按鍵進(jìn)行下一輪搶答，若主持人不按鍵，數(shù)碼管就一直顯示00。

1系統(tǒng)總體方案

首先，以CPU為中心設(shè)計(jì)了時(shí)鐘電路和復(fù)位電路；然后設(shè)計(jì)了按鈕電路為CPU提供輸入信號(hào)：再次，為數(shù)碼管選擇輸入信號(hào)電路；還有就是進(jìn)一步完善設(shè)計(jì)而提供了報(bào)警電路。最終，完善總括電路，得到總設(shè)計(jì)原理圖。利用單片機(jī)內(nèi)部的時(shí)鐘中斷源，外部中斷源，利用P3口進(jìn)行第二功能進(jìn)行控制。當(dāng)外部中斷輸入時(shí)，我們利用鎖存，穩(wěn)定輸出剩余時(shí)間。利用硬件電路防止外部在開始及結(jié)束的時(shí)候出現(xiàn)誤操作。

2控制部分80C51的設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)中用的是80C51單片機(jī)，80C51有40條引腳中有2條專用于主電路，2條外接晶振，4條控制或與其它電源的復(fù)用引腳，32條I/O引腳。

2.1主電源引腳

Vss：接地。

Vcc：正常操作、對(duì)EPROM編程和驗(yàn)證時(shí)接+5V電源。

2.2外接晶振引腳

XTALl接外部晶振的一個(gè)引腳。

XTAL2接外部晶振的一個(gè)引腳。

2.3控制或與其它電源復(fù)用引腳RST/Vpd當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單機(jī)復(fù)位。一般在引腳與Vss引腳之間連接一個(gè)約8.2KΩ的下拉電阻，本設(shè)計(jì)使用的下拉電阻為1KΩ。與Vss引腳之間連接一個(gè)20uF的電容，以保證可靠復(fù)位。復(fù)位以后，P0、P3口輸出高電平，SP指針重新賦值為07H，其它特殊功能寄存器和程序計(jì)數(shù)器PC被清0。只要REST保持高電平，80C51就會(huì)循環(huán)復(fù)位。RESET由高電平變?yōu)榈碗娖胶螅?0C51初始復(fù)位不影響內(nèi)部RAM的狀態(tài)，包括工作寄存器R0～R7。

ALE(/PROG)：當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE的輸出用于鎖存地址低字節(jié)，即使不訪問外部存儲(chǔ)器，ALE仍以不變的頻率周期性地出現(xiàn)正脈沖信號(hào)，為振蕩器頻率的1/6，因此可用作對(duì)輸出的時(shí)鐘。/PSEN：此輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指令周期，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的PSEN信號(hào)不出現(xiàn)。/PSEN可以帶動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載。

/EA(Vpp)當(dāng)/EA保持高電平時(shí)訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，但當(dāng)PC值超過OFFF或1FFF時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器的程序。當(dāng)/EA端保持低電平時(shí)，則只訪問外部程序存儲(chǔ)器，而不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。

2.4輸入/輸出引腳

PO：是一個(gè)8位漏極開路的雙向輸入/輸出口。

P1：是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。

P2：是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向輸入/輸出口，訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)送高8位地址。

P3：是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。在MCS—51中，這8個(gè)引腳還用于專門的功能。其中，P3.0為串行輸入口，P31為串行輸出口，P3.2為外部中斷0輸入，P3 3為外部中斷1輸入，P3.4為定時(shí)器0的外部輸入，P3.5為定時(shí)器1的輸入，P3.6為外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的寫選通信號(hào)，P3.7為外部存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。

3數(shù)碼顯示部分LED的介紹

LED顯示器是目前最常用的一種數(shù)顯示器件。發(fā)光二極管是由半導(dǎo)體材料制成的，能將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的結(jié)型電致發(fā)光器件。如果把發(fā)光二極管制成條狀，再按照一定方式連接，組成數(shù)字“8”，就構(gòu)成LED數(shù)碼管。使用時(shí)按規(guī)定使某些筆段上的發(fā)光二極管發(fā)光，即可組成0—9的一系列數(shù)字。

本設(shè)計(jì)使用的是7SEG—COM—AN—GRN型數(shù)碼管。

4時(shí)鐘電路的介紹

51系列單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，此放大器的輸入和輸出分別是引腳XTAL1和XTAL2，在XTAL1和XTAL2上外接時(shí)鐘源即可構(gòu)成時(shí)鐘電路。CPU的一系列動(dòng)作都是在控制電路部件下工作的。

本設(shè)計(jì)采用的是內(nèi)部時(shí)鐘產(chǎn)生方式，即是在引腳XTAL1和XTAL2兩端跨接晶體或陶瓷振蕩器，與內(nèi)部反相器構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器。其發(fā)出的脈沖直接送給片內(nèi)定時(shí)控制部件。

5復(fù)位電路的介紹

復(fù)位是使CPU和系統(tǒng)中其他部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。51系列單片機(jī)通常采用上電自動(dòng)復(fù)位、按鈕電平復(fù)位、上電+按鈕電平復(fù)位、上電+按鈕電平復(fù)位、程序運(yùn)行監(jiān)視復(fù)位等方式。

本設(shè)計(jì)采用上電自動(dòng)復(fù)位方式，其實(shí)質(zhì)是一階充放電電路，系統(tǒng)上電時(shí)該電路提供有效的復(fù)位信號(hào)RST(高電平)直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后撤銷復(fù)位信號(hào)(低電平)。同時(shí)應(yīng)注意保證加在RST引腳上的高電平持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期，才能使單片機(jī)可靠復(fù)位。

6按鈕電路

本設(shè)計(jì)使用的是機(jī)械按鈕，按鈕電路主要用來為CPU串行口提供輸入信號(hào)。在實(shí)際應(yīng)用中機(jī)械按鈕的抖動(dòng)應(yīng)該考慮的，可用軟件的設(shè)計(jì)來消除機(jī)械抖動(dòng)。

7顯示管的輸入信號(hào)電路

本設(shè)計(jì)使用的輸入信號(hào)電路主要是74LS48，八段數(shù)碼顯示管的輸入信號(hào)是八位數(shù)，而CPU提供的信號(hào)是三位的，通過74LS48把三位的信號(hào)轉(zhuǎn)化為八位的信號(hào)。

8報(bào)警電路

該報(bào)警電路的作用是在參賽人員按鍵時(shí)進(jìn)行報(bào)警。當(dāng)主持人發(fā)出搶答信號(hào)，而有人員搶答就有報(bào)警。此時(shí)報(bào)警燈閃爍一次，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲，提示主持人有人要答題。

參考文獻(xiàn)：

[1]余發(fā)山.單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2003.21—209.

[2]赫建國，鄭燕，薛延俠.單片機(jī)在設(shè)計(jì)電路中的應(yīng)用北京：清華大學(xué)出版社2006.35—52

[3]李華.MCS—51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù)北京北京航空航天大學(xué)出版社1993.36—58.