基于51單片機設(shè)計的16路搶答器

唐小虎+李慶達+彭浪

摘 要 本設(shè)計采用AT89C51單片機為MCU核心控制，由16路矩陣檢測、led+蜂鳴器聲光報警、4位數(shù)碼管顯示三個硬件部分和相應(yīng)的軟件部分組成。主持人按下開始按鈕后哪一位選手先按下?lián)尨鹌鲃t在數(shù)碼管上顯示相應(yīng)選手編號并給出聲音提醒并封鎖搶答電路，具有定時搶答，限時報警等功能，同時還可自行設(shè)置相應(yīng)的限定時間。

關(guān)鍵詞 16路；聲光報警；AT89C51

中圖分類號：TP368 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）17-0019-02

現(xiàn)代生活中，隨著單片機設(shè)計的應(yīng)用不斷深入，無論大型還是小型的各種比賽，都少不了搶答器，傳統(tǒng)的四路或八路搶答器在很多場合往往會因為路數(shù)不夠而帶來不便，為此我們設(shè)計了能適應(yīng)更高要求的16路搶答器。

1 硬件設(shè)計

硬件總體設(shè)計：本設(shè)計采用的是AT89C51單片機控制，AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個I/O口線，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。在單片機引腳分配方面，因為引腳充足，故沒有使用75HC573鎖存器來作為輔助，以此簡化設(shè)計。單片機的P0.0到P0.7口接數(shù)碼管段選端，P2.0到P2.3接數(shù)碼管的位選端；P1.0到P1.3分別是加、減，開始，清零按鈕，P1.4到P1.6分別接蜂鳴器和LED燈；P3口接矩陣按鍵。設(shè)計的功能模塊是時鐘和復(fù)位電路，搶答電路，顯示及聲光報警電路。硬件總體設(shè)計仿真電路圖如圖1所示。

圖1 硬件總體設(shè)計

1.1 時鐘和復(fù)位電路硬件設(shè)計

通過外接時鐘電路，為單片機提供時序脈沖，設(shè)計采用11.0592石英晶體振蕩器，其兩端分別接引腳XTAL1和XTAL2端，外接晶振時還需要加兩個30PF左右的電容對時鐘頻率微調(diào)。AT80C501復(fù)位方式分為兩種：一是上電復(fù)位與手動復(fù)位，二是上電復(fù)位，開始時+5的電源迅速給22PF電容充電，當(dāng)按下復(fù)位鍵以后電容迅速放電并持續(xù)一段時間，使RST引腳端出現(xiàn)兩個機器周期以上的復(fù)位脈沖。

1.2 搶答電路設(shè)計

考慮到獨立式按鍵電路占用I/O口過多因此本設(shè)計采用矩陣行列式鍵盤電路。鍵盤檢測時。P3口高四位作為行線，P3口低四位作為列線。行與列線之間是隔開的，所有行線輸入全部為高電平，當(dāng)鍵盤上某個按鍵被按下而閉合時。對應(yīng)行與列線接通。則通過讀取行線輸入值的狀態(tài)是否全為“1”判斷有無鍵按下。

1.3 顯示及聲光報警電路設(shè)計采用四位數(shù)碼管顯示

高兩位為倒計時顯示，低兩位顯示選手編號。由于P0口不帶上拉電阻，所以在設(shè)計中需要另外接上拉電阻以提供一定的拉電流。用單片機設(shè)計的報警電路，相對來說比較簡單。硬件電路只要使用P3口的任意一個口來外接蜂鳴器就可以實現(xiàn)。

2 軟件設(shè)計

2.1 軟件總體設(shè)計流程

系統(tǒng)上電后初始化，數(shù)碼管顯示搶答倒計時時間同時掃描鍵盤，當(dāng)開始鍵按下后綠燈亮起倒計時開始同時開始掃描選手矩陣按鍵，哪位選手按下后數(shù)碼管低兩位進行顯示同時封鎖搶答電路，若倒數(shù)五秒還未有選手搶答，則紅燈亮起同時蜂鳴器報警提醒，未按開始鍵，而按下加值鍵或減值鍵時，倒計時值依次加一秒或減一秒。程序流程圖如圖2所示。

圖2 程序流程圖

2.2 部分源程序

/*************************矩陣檢測**********************************/

void KEYS_SCAN（） //按鍵檢測部分

{while（1）

{P3=0xff； //先將P3口全部拉為高電平

P3_4=0； //P3=0xef

TEMP=P3；

TEMP=TEMP & 0x0f； //“與”運算判斷低四位是否為0

if （TEMP！=0x0f） //若有鍵被按下

{

delay（5）； //延時去抖操作

TEMP=P3； //重新讀一次P3口操作

TEMP=TEMP & 0x0f；//重新進行一次“與”運算

if （TEMP！=0x0f） //確定第一行確實有鍵被按下

{ TEMP=P3；TEMP=TEMP & 0x0f；

switch（TEMP） //讀出具體鍵值

{case 0x0e：{delay（5）；num1=4；l2=0；xianshi（）；} break；

case 0x0d：{delay（5）；num1=3；l2=0；xianshi（）；}break；

case 0x0b：{delay（5）；num1=2；l2=0；xianshi（）；}break；

case 0x07：{delay（5）；num1=1；l2=0；xianshi（）；} break；

}

}

} ....

}

3 結(jié)論

本次設(shè)計的16路搶答器在實物測試中達到了仿真和預(yù)期的效果，不足的地方主要是整個過程的完整性須進一步完善，進一步補充不同比賽場合根據(jù)比賽規(guī)則不同加上相應(yīng)的子程序，程序需要進一步優(yōu)化。

參考文獻

[1]郭天祥編.新概念51單片機c語言教程[M].電子工業(yè)出版，2013： 450-456.

[2]徐愛鈞，徐陽.單片機原理與應(yīng)用—基于Proteus虛擬仿真技術(shù)[M].機械工業(yè)出版社，2013.

[3]楊曉輝，張彤，姜俊海.智能搶答器的設(shè)計與制作[J].長春大學(xué)學(xué)報，2000（06）：24-25.

[4]封伯燕.8路搶答器的制作原理及制作過程[J].重慶三峽學(xué)院學(xué)報，2012（03）：69-71.

[5]韋穗林.四路搶答器的設(shè)計和制作[J].電子制作，2010（01）：26-28.

[6]康麗杰，康迪.基于單片機的8路搶答器簡單設(shè)計[J].信息系統(tǒng)工程，2010（02）：60-61.

作者簡介

唐小虎（1994-），男，漢族，重慶榮昌縣人，本科，學(xué)生，信息工程。endprint

摘 要 本設(shè)計采用AT89C51單片機為MCU核心控制，由16路矩陣檢測、led+蜂鳴器聲光報警、4位數(shù)碼管顯示三個硬件部分和相應(yīng)的軟件部分組成。主持人按下開始按鈕后哪一位選手先按下?lián)尨鹌鲃t在數(shù)碼管上顯示相應(yīng)選手編號并給出聲音提醒并封鎖搶答電路，具有定時搶答，限時報警等功能，同時還可自行設(shè)置相應(yīng)的限定時間。

關(guān)鍵詞 16路；聲光報警；AT89C51

中圖分類號：TP368 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）17-0019-02

現(xiàn)代生活中，隨著單片機設(shè)計的應(yīng)用不斷深入，無論大型還是小型的各種比賽，都少不了搶答器，傳統(tǒng)的四路或八路搶答器在很多場合往往會因為路數(shù)不夠而帶來不便，為此我們設(shè)計了能適應(yīng)更高要求的16路搶答器。

1 硬件設(shè)計

硬件總體設(shè)計：本設(shè)計采用的是AT89C51單片機控制，AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個I/O口線，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。在單片機引腳分配方面，因為引腳充足，故沒有使用75HC573鎖存器來作為輔助，以此簡化設(shè)計。單片機的P0.0到P0.7口接數(shù)碼管段選端，P2.0到P2.3接數(shù)碼管的位選端；P1.0到P1.3分別是加、減，開始，清零按鈕，P1.4到P1.6分別接蜂鳴器和LED燈；P3口接矩陣按鍵。設(shè)計的功能模塊是時鐘和復(fù)位電路，搶答電路，顯示及聲光報警電路。硬件總體設(shè)計仿真電路圖如圖1所示。

圖1 硬件總體設(shè)計

1.1 時鐘和復(fù)位電路硬件設(shè)計

通過外接時鐘電路，為單片機提供時序脈沖，設(shè)計采用11.0592石英晶體振蕩器，其兩端分別接引腳XTAL1和XTAL2端，外接晶振時還需要加兩個30PF左右的電容對時鐘頻率微調(diào)。AT80C501復(fù)位方式分為兩種：一是上電復(fù)位與手動復(fù)位，二是上電復(fù)位，開始時+5的電源迅速給22PF電容充電，當(dāng)按下復(fù)位鍵以后電容迅速放電并持續(xù)一段時間，使RST引腳端出現(xiàn)兩個機器周期以上的復(fù)位脈沖。

1.2 搶答電路設(shè)計

考慮到獨立式按鍵電路占用I/O口過多因此本設(shè)計采用矩陣行列式鍵盤電路。鍵盤檢測時。P3口高四位作為行線，P3口低四位作為列線。行與列線之間是隔開的，所有行線輸入全部為高電平，當(dāng)鍵盤上某個按鍵被按下而閉合時。對應(yīng)行與列線接通。則通過讀取行線輸入值的狀態(tài)是否全為“1”判斷有無鍵按下。

1.3 顯示及聲光報警電路設(shè)計采用四位數(shù)碼管顯示

高兩位為倒計時顯示，低兩位顯示選手編號。由于P0口不帶上拉電阻，所以在設(shè)計中需要另外接上拉電阻以提供一定的拉電流。用單片機設(shè)計的報警電路，相對來說比較簡單。硬件電路只要使用P3口的任意一個口來外接蜂鳴器就可以實現(xiàn)。

2 軟件設(shè)計

2.1 軟件總體設(shè)計流程

系統(tǒng)上電后初始化，數(shù)碼管顯示搶答倒計時時間同時掃描鍵盤，當(dāng)開始鍵按下后綠燈亮起倒計時開始同時開始掃描選手矩陣按鍵，哪位選手按下后數(shù)碼管低兩位進行顯示同時封鎖搶答電路，若倒數(shù)五秒還未有選手搶答，則紅燈亮起同時蜂鳴器報警提醒，未按開始鍵，而按下加值鍵或減值鍵時，倒計時值依次加一秒或減一秒。程序流程圖如圖2所示。

圖2 程序流程圖

2.2 部分源程序

/*************************矩陣檢測**********************************/

void KEYS_SCAN（） //按鍵檢測部分

{while（1）

{P3=0xff； //先將P3口全部拉為高電平

P3_4=0； //P3=0xef

TEMP=P3；

TEMP=TEMP & 0x0f； //“與”運算判斷低四位是否為0

if （TEMP！=0x0f） //若有鍵被按下

{

delay（5）； //延時去抖操作

TEMP=P3； //重新讀一次P3口操作

TEMP=TEMP & 0x0f；//重新進行一次“與”運算

if （TEMP！=0x0f） //確定第一行確實有鍵被按下

{ TEMP=P3；TEMP=TEMP & 0x0f；

switch（TEMP） //讀出具體鍵值

{case 0x0e：{delay（5）；num1=4；l2=0；xianshi（）；} break；

case 0x0d：{delay（5）；num1=3；l2=0；xianshi（）；}break；

case 0x0b：{delay（5）；num1=2；l2=0；xianshi（）；}break；

case 0x07：{delay（5）；num1=1；l2=0；xianshi（）；} break；

}

}

} ....

}

3 結(jié)論

本次設(shè)計的16路搶答器在實物測試中達到了仿真和預(yù)期的效果，不足的地方主要是整個過程的完整性須進一步完善，進一步補充不同比賽場合根據(jù)比賽規(guī)則不同加上相應(yīng)的子程序，程序需要進一步優(yōu)化。

參考文獻

[1]郭天祥編.新概念51單片機c語言教程[M].電子工業(yè)出版，2013： 450-456.

[2]徐愛鈞，徐陽.單片機原理與應(yīng)用—基于Proteus虛擬仿真技術(shù)[M].機械工業(yè)出版社，2013.

[3]楊曉輝，張彤，姜俊海.智能搶答器的設(shè)計與制作[J].長春大學(xué)學(xué)報，2000（06）：24-25.

[4]封伯燕.8路搶答器的制作原理及制作過程[J].重慶三峽學(xué)院學(xué)報，2012（03）：69-71.

[5]韋穗林.四路搶答器的設(shè)計和制作[J].電子制作，2010（01）：26-28.

[6]康麗杰，康迪.基于單片機的8路搶答器簡單設(shè)計[J].信息系統(tǒng)工程，2010（02）：60-61.

作者簡介

唐小虎（1994-），男，漢族，重慶榮昌縣人，本科，學(xué)生，信息工程。endprint

摘 要 本設(shè)計采用AT89C51單片機為MCU核心控制，由16路矩陣檢測、led+蜂鳴器聲光報警、4位數(shù)碼管顯示三個硬件部分和相應(yīng)的軟件部分組成。主持人按下開始按鈕后哪一位選手先按下?lián)尨鹌鲃t在數(shù)碼管上顯示相應(yīng)選手編號并給出聲音提醒并封鎖搶答電路，具有定時搶答，限時報警等功能，同時還可自行設(shè)置相應(yīng)的限定時間。

關(guān)鍵詞 16路；聲光報警；AT89C51

中圖分類號：TP368 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）17-0019-02

現(xiàn)代生活中，隨著單片機設(shè)計的應(yīng)用不斷深入，無論大型還是小型的各種比賽，都少不了搶答器，傳統(tǒng)的四路或八路搶答器在很多場合往往會因為路數(shù)不夠而帶來不便，為此我們設(shè)計了能適應(yīng)更高要求的16路搶答器。

1 硬件設(shè)計

硬件總體設(shè)計：本設(shè)計采用的是AT89C51單片機控制，AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個I/O口線，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。在單片機引腳分配方面，因為引腳充足，故沒有使用75HC573鎖存器來作為輔助，以此簡化設(shè)計。單片機的P0.0到P0.7口接數(shù)碼管段選端，P2.0到P2.3接數(shù)碼管的位選端；P1.0到P1.3分別是加、減，開始，清零按鈕，P1.4到P1.6分別接蜂鳴器和LED燈；P3口接矩陣按鍵。設(shè)計的功能模塊是時鐘和復(fù)位電路，搶答電路，顯示及聲光報警電路。硬件總體設(shè)計仿真電路圖如圖1所示。

圖1 硬件總體設(shè)計

1.1 時鐘和復(fù)位電路硬件設(shè)計

通過外接時鐘電路，為單片機提供時序脈沖，設(shè)計采用11.0592石英晶體振蕩器，其兩端分別接引腳XTAL1和XTAL2端，外接晶振時還需要加兩個30PF左右的電容對時鐘頻率微調(diào)。AT80C501復(fù)位方式分為兩種：一是上電復(fù)位與手動復(fù)位，二是上電復(fù)位，開始時+5的電源迅速給22PF電容充電，當(dāng)按下復(fù)位鍵以后電容迅速放電并持續(xù)一段時間，使RST引腳端出現(xiàn)兩個機器周期以上的復(fù)位脈沖。

1.2 搶答電路設(shè)計

考慮到獨立式按鍵電路占用I/O口過多因此本設(shè)計采用矩陣行列式鍵盤電路。鍵盤檢測時。P3口高四位作為行線，P3口低四位作為列線。行與列線之間是隔開的，所有行線輸入全部為高電平，當(dāng)鍵盤上某個按鍵被按下而閉合時。對應(yīng)行與列線接通。則通過讀取行線輸入值的狀態(tài)是否全為“1”判斷有無鍵按下。

1.3 顯示及聲光報警電路設(shè)計采用四位數(shù)碼管顯示

高兩位為倒計時顯示，低兩位顯示選手編號。由于P0口不帶上拉電阻，所以在設(shè)計中需要另外接上拉電阻以提供一定的拉電流。用單片機設(shè)計的報警電路，相對來說比較簡單。硬件電路只要使用P3口的任意一個口來外接蜂鳴器就可以實現(xiàn)。

2 軟件設(shè)計

2.1 軟件總體設(shè)計流程

系統(tǒng)上電后初始化，數(shù)碼管顯示搶答倒計時時間同時掃描鍵盤，當(dāng)開始鍵按下后綠燈亮起倒計時開始同時開始掃描選手矩陣按鍵，哪位選手按下后數(shù)碼管低兩位進行顯示同時封鎖搶答電路，若倒數(shù)五秒還未有選手搶答，則紅燈亮起同時蜂鳴器報警提醒，未按開始鍵，而按下加值鍵或減值鍵時，倒計時值依次加一秒或減一秒。程序流程圖如圖2所示。

圖2 程序流程圖

2.2 部分源程序

/*************************矩陣檢測**********************************/

void KEYS_SCAN（） //按鍵檢測部分

{while（1）

{P3=0xff； //先將P3口全部拉為高電平

P3_4=0； //P3=0xef

TEMP=P3；

TEMP=TEMP & 0x0f； //“與”運算判斷低四位是否為0

if （TEMP！=0x0f） //若有鍵被按下

{

delay（5）； //延時去抖操作

TEMP=P3； //重新讀一次P3口操作

TEMP=TEMP & 0x0f；//重新進行一次“與”運算

if （TEMP！=0x0f） //確定第一行確實有鍵被按下

{ TEMP=P3；TEMP=TEMP & 0x0f；

switch（TEMP） //讀出具體鍵值

{case 0x0e：{delay（5）；num1=4；l2=0；xianshi（）；} break；

case 0x0d：{delay（5）；num1=3；l2=0；xianshi（）；}break；

case 0x0b：{delay（5）；num1=2；l2=0；xianshi（）；}break；

case 0x07：{delay（5）；num1=1；l2=0；xianshi（）；} break；

}

}

} ....

}

3 結(jié)論

本次設(shè)計的16路搶答器在實物測試中達到了仿真和預(yù)期的效果，不足的地方主要是整個過程的完整性須進一步完善，進一步補充不同比賽場合根據(jù)比賽規(guī)則不同加上相應(yīng)的子程序，程序需要進一步優(yōu)化。

參考文獻

[1]郭天祥編.新概念51單片機c語言教程[M].電子工業(yè)出版，2013： 450-456.

[2]徐愛鈞，徐陽.單片機原理與應(yīng)用—基于Proteus虛擬仿真技術(shù)[M].機械工業(yè)出版社，2013.

[3]楊曉輝，張彤，姜俊海.智能搶答器的設(shè)計與制作[J].長春大學(xué)學(xué)報，2000（06）：24-25.

[4]封伯燕.8路搶答器的制作原理及制作過程[J].重慶三峽學(xué)院學(xué)報，2012（03）：69-71.

[5]韋穗林.四路搶答器的設(shè)計和制作[J].電子制作，2010（01）：26-28.

[6]康麗杰，康迪.基于單片機的8路搶答器簡單設(shè)計[J].信息系統(tǒng)工程，2010（02）：60-61.

作者簡介

唐小虎（1994-），男，漢族，重慶榮昌縣人，本科，學(xué)生，信息工程。endprint