基于51單片機(jī)的無線搶答器模塊系統(tǒng)設(shè)計(jì)

韋宏利，王 偉

（西安工業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院，西安710021）

基于51單片機(jī)的無線搶答器模塊系統(tǒng)設(shè)計(jì)

韋宏利，王 偉

（西安工業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院，西安710021）

針對現(xiàn)今無線通信技術(shù)的發(fā)展，和無線技術(shù)在控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，設(shè)計(jì)采用51單片機(jī)作為控制模塊，PT2262進(jìn)行編碼，PT2272進(jìn)行譯碼，用數(shù)碼管進(jìn)行顯示?？刂颇K要完成對不同命令的切換處理，它負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各個模塊之間的工作。譯碼編碼模塊負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)對數(shù)字信號的處理。數(shù)字顯示模塊提供了直觀的外圍顯示。該系統(tǒng)采用高頻無線信號傳遞，具有很好的穩(wěn)定性。詳細(xì)討論了該系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)通過控制按鍵器實(shí)現(xiàn)無線搶答的功能，此外搶答器可以適應(yīng)多種場合，尤其對場景布置要求比較高的場所具有特定的使用價值。

控制模塊；編碼模塊；譯碼模塊；顯示模塊；無線技術(shù)；51單片機(jī)

1 引 言

搶答器的應(yīng)用比較廣泛，主要應(yīng)用在比賽中，傳統(tǒng)搶答器主要是模擬電路、數(shù)字電路、或者模擬電路與數(shù)字電路相結(jié)合。這類搶答器技術(shù)比較成熟但是電路復(fù)雜、成本高、故障較多、顯示方式簡單?，F(xiàn)今單片機(jī)應(yīng)用比較廣泛，通過無線射頻技術(shù)和單片機(jī)連接模塊整合應(yīng)用在搶答器設(shè)計(jì)上面［1］，不僅可以減少人為干擾，保證比賽的公平性，也可以減少有線網(wǎng)絡(luò)布線的麻煩，克服線路故障難以檢查可移動性差等缺點(diǎn)。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 硬件設(shè)計(jì)方案

硬件設(shè)計(jì)分為：編碼發(fā)射模塊、接收譯碼模塊、單片機(jī)控制模塊、顯示模塊［2］。方案設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

圖1 整體結(jié)構(gòu)圖

2.1.1 編碼發(fā)射模塊

編碼發(fā)射模塊如圖2所示，由PT2262編碼芯片和F05P發(fā)射模塊組成，另外還需要一根拉直長24cm長的天線。編碼芯片PT2262是采用CMOS工藝制造的低功耗，低價位通用編碼芯片［3］，由地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成，工作電壓為3-15V，A0-A11為地址引腳，D0-D5為數(shù)據(jù)引腳，其地址引腳必須和PT2272引腳的地址引腳相同。當(dāng)有發(fā)射按鍵按下（也就是數(shù)據(jù)引腳上電）時PT2262上電工作，其第17引腳輸出經(jīng)調(diào)制的串行數(shù)據(jù)信號，當(dāng)17引腳上電時315MHz高頻發(fā)射電路齊振并發(fā)射等幅高頻信號。當(dāng)17引腳為低電平時315MHz高頻發(fā)射電路不工作。

F05P是一款低成本、小體積低功耗的ASK無線發(fā)射模塊；采用SMT工藝，內(nèi)部具有一級調(diào)制電路和限流電阻，無數(shù)據(jù)時休眠，電壓工作范圍較寬，適合短距離無線遙控報(bào)警及單片機(jī)無線數(shù)據(jù)傳輸，工作電壓在3-12V［4］。

A0-A7為地址輸入端且為空接，PT2262的17管腳和F05P的3管腳（數(shù)據(jù)端）相連。PT2262的10-13管腳為數(shù)據(jù)輸入端與按鍵相連。

圖2 編碼發(fā)射模塊原理圖

2.1.2 接收譯碼模塊

接收譯碼模塊如圖3所示由PT2272解碼芯片和J04P接收模塊組成。當(dāng)PT2262的TE端是發(fā)射允許端，接收低電平時，17引腳的DOUT端輸出一串編碼。該串碼在載波上發(fā)送出去，被接收端接收和解調(diào)，輸入PT2272的14腳，當(dāng)?shù)刂放鋵r，VT解碼有效端輸出高電平，數(shù)據(jù)端口就會輸出與PT2262發(fā)射端口一致的數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)遙控功能［5］。

J04P為微型無線接收模塊。其特點(diǎn)是超再生、低功耗（接收電流0.2mA）、接收靈敏度高（5uv）、輸出無噪聲、抗干擾強(qiáng)。無數(shù)據(jù)時2腳輸出為零電平，3腳為高電平，可輸出2mA的驅(qū)動電流。J04P頂部的鍍銀電感不要碰壓，否則會引起頻率偏移距離變近。其內(nèi)部具有放大整流電路，只適合數(shù)據(jù)信號的接收而不適合模擬信號。

PT2272的14管腳（數(shù)據(jù)接收端）和J04P的3管腳（接收模塊的數(shù)據(jù)接收端）相連，PT2272的 A0-A7地址管腳空接［6］。

2.1.3 顯示模塊

顯示模塊如圖4所示，為單片機(jī)最小系統(tǒng)擴(kuò)展上面的DS1數(shù)碼管控制倒計(jì)時時間，下面的DS2數(shù)碼管顯示搶答的組號，在位段碼兩個數(shù)碼管都接地，下面的DS2數(shù)碼管采用了CD4511譯碼器用以驅(qū)動數(shù)碼管DS2，CD4511電源采用5V電源供電，通過單片機(jī)IO口控制數(shù)碼管的顯示［7］。

單片機(jī)型號為89C51，P3.0和P3.2控制二極管，P2.4-P2.7輸入CD4511芯片從而控制DS2數(shù)碼管，P0.0-P0.6控制DS1數(shù)碼管。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)主要完成對PT2262編碼F05P發(fā)送模塊發(fā)送信號和J04P接收模塊接收信號，信號傳送給PT2272譯碼，發(fā)送給單片機(jī)，單片機(jī)對顯示模塊控制。

先對單片機(jī)進(jìn)行初始化，判斷是否有開始按鍵按下，這個開始按鍵通過把按鈕連接在INT1上，當(dāng)按鈕按下時則進(jìn)入中斷，在中斷程序里面設(shè)置一個標(biāo)志位，只有標(biāo)志位被置位進(jìn)入外部中斷0，當(dāng)標(biāo)志位沒有置位進(jìn)入犯規(guī)程序，然后判斷開始鍵［8］。主程序流程圖如圖5所示。

圖3 接收譯碼模塊結(jié)構(gòu)圖

圖4 控制顯示模塊

圖5 主程序流程圖

在犯規(guī)程序設(shè)計(jì)過程中，先記錄犯規(guī)的組號并綠燈顯示，然后在DS2數(shù)碼管上顯示相應(yīng)的犯規(guī)組號并返回?fù)尨?。犯?guī)程序流程設(shè)計(jì)如圖6所示。

圖6 犯規(guī)子程序流程圖

進(jìn)入搶答程序在外部中斷0進(jìn)行程序編寫，首先綠燈顯示以提醒可以進(jìn)行搶答，進(jìn)行定時器T1的初始化，DS1五秒倒計(jì)時顯示并紅燈閃爍，此時程序判斷是否有搶答按鍵按下。如果有按鍵按下，此時綠燈點(diǎn)亮提醒數(shù)碼管DS1顯示組號，DS2顯示剩余時間；如果沒有搶答按鍵按下則判斷時間是否到，如果沒到繼續(xù)等待搶答按鍵按下，如果時間到了則停止搶答。外部中斷0服務(wù)程序流程圖如圖7所示。

圖7 外部中斷0程序流程圖

在實(shí)現(xiàn)搶答組號和剩余時間的程序設(shè)計(jì)中先將定時器T0初始化，然后在數(shù)碼管上顯示剩余10秒回答時間和搶答組的組號，然后判斷時間是否到，到了之后停止搶答。搶答組號和剩余時間顯示流程圖如圖8所示。

圖8 剩余時間顯示流程圖

3 結(jié)束語

基于51單片機(jī)的無線搶答器模塊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，采用PT2262編碼芯片和F05P組成編碼發(fā)送模塊，負(fù)責(zé)發(fā)送前的編碼和編碼發(fā)送。以PT2272譯碼芯片和J04P接收模塊組成的接收譯碼模塊，負(fù)責(zé)接收編碼和編碼的編譯，把接收到的信號傳輸給單片機(jī)，單片機(jī)控制顯示模塊［9］。相對于傳統(tǒng)的有線模式，該方案具有成本低廉、功耗低、操作方便靈活的優(yōu)勢，是實(shí)現(xiàn)短距離無線控制應(yīng)用的高效節(jié)能、性能可靠的技術(shù)。本設(shè)計(jì)適合開發(fā)各種低成本遙控系統(tǒng)，如可應(yīng)用于家用電器遙控、文教娛樂場館的電器設(shè)備遙控等方面。此系統(tǒng)的應(yīng)用不僅可以給人們的工作生活帶來很多的便利，同時具有較好的推廣應(yīng)用價值。

［1］ 張立科.單片機(jī)典型模塊設(shè)計(jì)實(shí)例導(dǎo)航［M］.北京：人民郵電出版社，2004. Zhang Like.a typicalmodule design examples of singlechip navigation［M］.Beijing：People＇s Posts and Telecommunications Press，2004.

［2］ 李金利.單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)［M］.北京：高等教育出版社，2004. Li Jinli.single chip microcomputer principle and application technology［M］.Beijing：Higher Education Press，2004.

［3］ 王振紅.數(shù)字電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用實(shí)踐教程［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2007. Wang Zhenhong.digital circuit design and application practice tutorial［M］.Beijing：Publishing House of electronics industry，2007.

［4］ 譚博學(xué)，苗江靜.集成電路原理及應(yīng)用［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2003. Tan Boxue，Miao Jiang Jing.Principle and application of integrated circuit［M］.Beijing：Publishing House of electronics industry，2003.

［5］ 鄒壽彬.電子技術(shù)基礎(chǔ)［M］.北京：高等教育出版社，2005. Zou Shoubin.the basis of electronic technology［M］. Beijing：Higher Education Press，2005.

［6］ 徐熙文.電路基礎(chǔ)［M］.北京：高等教育出版社，2003. Xu Xiwen.circuit foundation［M］.Beijing：Higher Education Press，2003.

［7］ 董曉紅.單片機(jī)原理及接口技術(shù)［M］.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2004. Dong Xiaohong.single chip microcomputer principle and interface technology［M］.Xi＇an：Xi＇an Electronic and Science University press，2004.

［8］ 潭浩強(qiáng).C程序設(shè)計(jì)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2003. Tan Haoqiang.C programming［M］.Beijing：Tsinghua University press，2003.

［9］ 付曉光.單片機(jī)原理與實(shí)用技術(shù)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2004. Fu Xiaoguang.single chip microcomputer principle and practical technology［M］.Beijing：Tsinghua University press，2004.

Design ofW ireless Responder Module System Based on SCM 51

Wei Hongli，WangWei
（Electronics and Information Engineering，Xi＇an Technological University，Xi＇an 710021，China）

According to the development of modern communication technology and wireless technology，a design，using the single-chip microcomputer（SCM）51 as controlmodule，PT2262 for coding，PT2272 for decoding and the digital tube for displaying，is put forward in this paper.The control module，for the coordination between the variousmoduleswork，is used to complete the switching process of different orders.The encoding／decoding module is used for digital signal processing.The digital display module provides an intuitive peripheral display.The system，with good stability，uses high frequency wireless signal transmission.The design of hardware and software is discussed in detail.The function of the wireless answer is realized by the key controller.The responder can be adapted in a variety of occasions，especially the special places to be required.

Control module；Coding module；Decoding module；Display module；Wireless technology；SCM 51

10.3969／j.issn.1002-2279.2016.06.022

TN919

A

1002-2279（2016）06-0089-04

韋宏利（1965-），男，陜西省西安市人，副教授，碩士研究生，主研方向：檢測技術(shù)與智能化裝置。

2016-03-14