基于AT89S52單片機(jī)的無線搶答記分系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作

張智軍

（廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣工程系，廣東 韶關(guān) 512126）

無線搶答記分系統(tǒng)以AT89S52/51單片機(jī)為控制核心，可對(duì)搶答信號(hào)進(jìn)行無線發(fā)射與接收，具有識(shí)別超前違規(guī)信號(hào)、倒計(jì)時(shí)功能、驗(yàn)鍵、數(shù)碼管顯示等功能。其主要功能包括：1）能容許 2～8 組搶答；2）顯示搶答組號(hào)；3）顯示犯規(guī)組號(hào)；4）限時(shí)搶答；5）各組記分顯示；6）聲音提示與報(bào)警；7）時(shí)鐘計(jì)時(shí)顯示。

1 搶答器控制系統(tǒng)組成

根據(jù)系統(tǒng)要求，搶答器分為主持人控制電路和選手控制電路兩大部分。主持人控制電路組成如圖l所示。

圖1 搶答器主持人控制電路結(jié)構(gòu)框圖Fig.1 Structure diagram of the compere circuit

主機(jī)采用AT89S52單片機(jī)，其性能比較穩(wěn)定[1]，功能完全可以滿足本系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，包含以下幾部分：功能按鍵電路、選手搶答信號(hào)紅外接收譯碼電路、記分?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)編碼紅外發(fā)射電路、數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)電路、供電電源電路、系統(tǒng)復(fù)位電路、蜂鳴器提示報(bào)警電路等。

主持人控制電路是在單片機(jī)的最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加了P0口選手搶答信號(hào)譯碼輸入/記分?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)編碼輸出、P2口的數(shù)碼管段碼顯示輸出、P1口的主持人控制按鍵輸入[2]、P3口的紅外收發(fā)控制、蜂鳴器等功能。具體的管腳定義如表1所示。

選手控制電路包含以下幾部分：選手搶答信號(hào)編碼紅外發(fā)送電路、記分?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)紅外接收譯碼電路、數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)電路、供電電源電路、系統(tǒng)復(fù)位電路等。選手控制電路主機(jī)采用AT89S51單片機(jī)，具體的管腳定義如表2所示。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 選手無線搶答信號(hào)編碼發(fā)射電路

選手無線搶答信號(hào)編碼發(fā)射電路以AT89S51單片機(jī)為控制核心，并由其讀入選手搶答按鍵信號(hào)，由單片機(jī)的P0口來控制D0～D7，UM3758-108A編碼后由其串行數(shù)據(jù)輸出端TX/RX端送出相應(yīng)的串行數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)經(jīng)555構(gòu)成的調(diào)制電路后將產(chǎn)生38 kHz的信號(hào)，再由SE303紅外發(fā)射管發(fā)射出去，具體電路如圖2所示。

表1 主持人控制電路中AT89S52的引腳功能配置Tab.1 AT89S52 pin function configuration in the compere circuit

表2 選手控制電路中AT89S51的引腳功能配置Tab.2 AT89S51 pin function configuration in the competitor circuit

圖2 選手無線搶答信號(hào)編碼發(fā)射電路圖Fig.2 Coding and transmission of the wireless rush-answer signals in the competitor circuit

UM3758-108A是一種編碼/譯碼雙功能集成電路，它有10個(gè)3態(tài)地址編碼端A0～A9，8個(gè)鎖存式并行數(shù)據(jù)輸入 （編碼）/輸出（譯碼）端[3]，能方便地實(shí)現(xiàn)多地址、多路數(shù)字信息的傳遞和控制。當(dāng)AT89S51單片機(jī)識(shí)別到選手搶答信號(hào)，由P0口輸出形成UM3758-108A編譯碼器的8位數(shù)據(jù)碼D7～D0，同時(shí)由P3.6控制21腳T/R=1時(shí)為編碼狀態(tài)，以低3位地址碼A2～A0（高7位地址碼A9～A3接高電平）的不同編碼來區(qū)分8位不同選手的搶答信號(hào)，編碼后的串行數(shù)據(jù)由TX/RX端送至SE303紅外發(fā)射電路發(fā)射出去。

2.2 主持人無線搶答信號(hào)譯碼接收電路

主持人無線搶答信號(hào)譯碼接收電路以AT89S52單片機(jī)為控制核心，選手搶答信號(hào)先由一體化紅外接收頭HS0038H解調(diào)出38 kHz的紅外數(shù)據(jù)，送入U(xiǎn)M3758-108A的22腳，AT89S52單片機(jī)P3.2、P3.1、P3.0循環(huán)輸出3位二進(jìn)制地址編碼，當(dāng)檢測(cè)到選手搶答信號(hào)的串行輸入數(shù)據(jù)中包含的地址碼與接收電路中UM3758-108A地址碼一致時(shí)，發(fā)送芯片與接收芯片配對(duì)工作，將接收到的數(shù)據(jù)碼譯碼形成8位并行數(shù)據(jù)送到D7～D0輸出，同時(shí)23（TX/RX）腳輸出低電平（譯碼接收正確標(biāo)志），經(jīng)或門輸入給單片機(jī)的P3.7，當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到P3.7=0，由 P0口接收 D0～D7，從而進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器電路，同時(shí)在數(shù)碼管顯示有效的搶答選手組號(hào)，具體電路如圖3所示。

2.3 4.5寸數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)電路

本智能搶答記分系統(tǒng)采用4.5寸數(shù)碼管進(jìn)行搶答組號(hào)、選手分?jǐn)?shù)等數(shù)據(jù)顯示，其工作電壓12 V和驅(qū)動(dòng)電流每段數(shù)碼管要20 mA[4]，當(dāng)電流達(dá)到豐滿程度，驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)到40 mA，為滿足4.5寸數(shù)碼管工作電壓與工作電流的要求，采用光電耦合器和達(dá)林頓管，具體電路如圖4所示。數(shù)碼管使用動(dòng)態(tài)掃描顯示方式，通過單片機(jī)的P2口輸出信號(hào)經(jīng)過達(dá)林頓管ULN2803進(jìn)行電流放大，再對(duì)光電耦合器TLP521-4進(jìn)行通斷控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)碼管的段碼驅(qū)動(dòng)；通過單片機(jī)的P1.5、P1.6、P1.7三引腳輸出信號(hào)經(jīng)過達(dá)林頓管 ULN2803進(jìn)行電流放大后動(dòng)態(tài)掃描方式選通三數(shù)碼管，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)碼管的位碼驅(qū)動(dòng)。

圖4 4.5寸數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)電路Fig.4 4.5 inch LED display driver circuit

本系統(tǒng)還包含功能按鍵電路、蜂鳴器提示報(bào)警電路、供電電源電路、系統(tǒng)復(fù)位電路、晶振電路等，在此不加以詳述。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 主持人部分軟件設(shè)計(jì)

主持人控制模塊軟件的組成主要有主程序、定時(shí)器0、定時(shí)器1以及外部中斷1等幾部分[5-6]，其程序流程圖如圖5所示。

圖5 主持人程序流程圖Fig.5 Compere program flow graph

3.2 選手部分軟件設(shè)計(jì)

選手控制模塊軟件的組成主要是用于選手搶答信號(hào)的識(shí)別輸出和接收顯示選手的分?jǐn)?shù)，其程序流程圖如圖6所示。

4 調(diào)試與使用說明

1）進(jìn)行記分級(jí)別、倒計(jì)時(shí)時(shí)間設(shè)置。通過分?jǐn)?shù)改變按鍵與加減狀態(tài)按鍵配合使用進(jìn)行加減，設(shè)置完通過確認(rèn)按鍵進(jìn)人下一個(gè)流程。

圖6 選手程序流程圖Fig.6 Competitor program flow graph

2）當(dāng)屏幕顯示“000”時(shí)，表示已經(jīng)完成設(shè)置進(jìn)人等待搶答狀態(tài)，此時(shí)主持人可控制是否允許搶答。在沒有得到主持人的允許，選手就進(jìn)行搶答則判為違規(guī)，屏幕會(huì)顯示違規(guī)選手與違規(guī)標(biāo)志號(hào)，如1號(hào)機(jī)違規(guī)則顯示“1FF”。

3）當(dāng)主持人按下允許按鍵后，則系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入預(yù)定的搶答倒計(jì)時(shí)，選手可以進(jìn)行搶答。若在預(yù)定的搶答時(shí)間內(nèi)沒有選手進(jìn)行搶答，則判斷為無人搶答，進(jìn)入搶答超時(shí)處理，屏幕顯示“0EE”。通過主持人允許按鍵進(jìn)入下一輪的搶答。

4）當(dāng)選手正常搶中后，立刻停止倒計(jì)時(shí)，并顯示搶中的選手號(hào)，如1號(hào)機(jī)搶中，應(yīng)顯示“P01”。通過主持人允許接鍵可進(jìn)入回答倒計(jì)時(shí)。

5）進(jìn)入回答倒計(jì)時(shí)，選手必須在此段時(shí)間內(nèi)完成回答，工作人員執(zhí)行送分的工作。若超過回答時(shí)間，系統(tǒng)則進(jìn)入回答超時(shí)處理，顯示答題的選手號(hào)碼與超時(shí)標(biāo)記。以1號(hào)機(jī)為例，則應(yīng)顯示“1FF”。

6）當(dāng)選手確認(rèn)自己回答完畢，向工作人員示意，工作人員立刻按下確認(rèn)按鍵，停止倒計(jì)時(shí)。由主持人確認(rèn)回答是否正確，正確的把加減狀態(tài)按鍵設(shè)置為“加”狀態(tài)，則給選手加上與等級(jí)相應(yīng)的分?jǐn)?shù)；錯(cuò)誤的把加減狀態(tài)按鍵設(shè)置為”減”狀態(tài)，則給選手減去與等級(jí)相應(yīng)的分?jǐn)?shù)。再按下分?jǐn)?shù)加減鍵即可送分。

7）確認(rèn)操作完畢，主持人按下允許按鍵則進(jìn)入下一輪搶答。

5 結(jié) 論

本無線搶答記分系統(tǒng)以AT89S52/51單片機(jī)為控制核心，加上搶答信號(hào)發(fā)送與接收、搶答倒計(jì)時(shí)、答題倒計(jì)時(shí)、提示報(bào)警等功能電路，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能要求；主持人和選手之間通信采用UM3758-108A編譯碼器和紅外發(fā)送接收模塊配合實(shí)現(xiàn)，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

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