基于單片機(jī)8路搶答器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

嚴(yán)敏

摘 要： 設(shè)計(jì)了一種以單片機(jī)AT89S51為控制核心的8路搶答器，從硬件電路制作和軟件程序編寫兩個(gè)方面詳細(xì)介紹了8路搶答器的設(shè)計(jì)方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該8路搶答器的設(shè)計(jì)達(dá)到了預(yù)期的要求，具有反應(yīng)快、操作簡(jiǎn)便、成本低廉、使用性強(qiáng)等特點(diǎn)，對(duì)于單片機(jī)產(chǎn)品的開發(fā)具有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞： 單片機(jī)； 搶答器； CD4068

中圖分類號(hào)： TP 368.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)： 1671-2153（2017）03-0089-03

0 引 言

隨著當(dāng)今社會(huì)的進(jìn)步和科技的發(fā)展，各類比賽、娛樂(lè)活動(dòng)層出不窮，其中搶答器的作用也就顯而易見，它能快速準(zhǔn)確、公平公正、直觀地判斷出搶答者的機(jī)器設(shè)備，并通過(guò)LED數(shù)碼管、LED指示燈等手段顯示出第一個(gè)搶答者。傳統(tǒng)的搶答器采用模擬電路、數(shù)字集成電路、模數(shù)混合電路制作完成，這類搶答器往往線路復(fù)雜，成本偏高，操作不簡(jiǎn)便。本文以AT89S51單片機(jī)為系統(tǒng)控制核心設(shè)計(jì)了一款8路搶答器：首先進(jìn)行硬件電路的設(shè)計(jì)與制作，然后進(jìn)行相應(yīng)軟件程序的設(shè)計(jì)與編寫，不斷調(diào)試直至成功。

1 設(shè)計(jì)分析

使用8個(gè)按鍵作為參賽選手搶答的8路搶答信號(hào)，當(dāng)主持人宣布搶答時(shí)，即按下開始鍵后，各路選手才可以搶答，對(duì)于第一個(gè)搶答的選手，通過(guò)一位LED數(shù)碼管直觀顯示出該搶答選手的編號(hào)，如果主持人尚未宣布比賽活動(dòng)開始，即沒(méi)有按下開始鍵，就有某一路選手進(jìn)行搶答，則這路的選手屬于犯規(guī)，亮起紅燈。本次設(shè)計(jì)中，用LED發(fā)光二極管來(lái)表示，并通過(guò)LED數(shù)碼管顯示出該犯規(guī)選手的編號(hào)，此時(shí)，按下復(fù)位鍵后重新開始搶答。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)以AT89S51單片機(jī)為系統(tǒng)控制核心制作8路搶答器，由于8路選手使用8個(gè)按鍵，假設(shè)采用8個(gè)獨(dú)立按鍵，按鍵的識(shí)別是通過(guò)逐個(gè)查詢每個(gè)按鍵的狀態(tài)來(lái)判斷是否按下的，如果有多個(gè)選手同時(shí)搶答，即幾路按鍵同時(shí)按下，先查詢的按鍵則被認(rèn)為是第一個(gè)搶答的，顯然就不公平了；假設(shè)采用4×4行列式按鍵，按鍵的識(shí)別如果采用輸入輸出線反轉(zhuǎn)法，則無(wú)法識(shí)別多個(gè)按鍵，按鍵的識(shí)別如果采用逐行掃描法，此時(shí)有多個(gè)選手同時(shí)搶答，則先掃描到行的按鍵存在優(yōu)先查詢的情況，同樣失去了公平性。因此，無(wú)論獨(dú)立按鍵還是4×4行列式按鍵，都不能做到對(duì)多個(gè)按鍵同時(shí)按下作出判斷。

為了解決這一問(wèn)題，可以使用高速的數(shù)字電路芯片，但這增加了設(shè)計(jì)的成本和復(fù)雜性。本設(shè)計(jì)的思路是：使用單片機(jī)的外部中斷，把8路上的按鍵信號(hào)作為外部設(shè)備，一旦有一個(gè)按鍵按下，立即進(jìn)入外部中斷服務(wù)子程序，先保存各路按鍵的狀態(tài)，再確定是哪一路的按鍵引起的中斷，在這期間，單片機(jī)的CPU不再響應(yīng)其他任何中斷。

由于8路搶答器的8個(gè)按鍵作為8個(gè)外部中斷源，而MCS-51單片機(jī)只有兩個(gè)外部中斷源，這就需要擴(kuò)展外部中斷源來(lái)滿足需要。本設(shè)計(jì)使用CD4068芯片來(lái)解決，結(jié)合中斷和查詢的方式來(lái)擴(kuò)展外部中斷源。CD406芯片是一個(gè)8輸入的與門/與非門集成電路，管腳圖和功能邏輯圖如1所示。圖1中：2，3，4，5，9，10，11，12是8路輸入；1管腳是8路與門輸出端；13管腳是8路與非門輸出端；7管腳接地；14管腳接電源。

8路搶答器的電路原理圖如圖2所示。圖2中，P3.2為外部中斷0的中斷請(qǐng)求輸入端，將CD4068的1管腳接P3.2，8路搶答器的8個(gè)按鍵分別接CD4068的輸入端，作為擴(kuò)展的外部中斷源。當(dāng)沒(méi)有搶答按鍵按下，根據(jù)與邏輯關(guān)系，P3.2端口為高電平，不響應(yīng)。當(dāng)8路中有一路或者多路搶答按鍵按下，P3.2端口為低電平，響應(yīng)外部中斷0的中斷請(qǐng)求。然后，在外部中斷0的服務(wù)程序中，確定究竟是哪路搶答的。S2為搶答開始按鍵，只有主持人宣布比賽開始，8位選手才能進(jìn)行搶答。P3.1接紅色發(fā)光二極管，當(dāng)有選手違規(guī)時(shí)點(diǎn)亮。

3 軟件程序設(shè)計(jì)

3.1 主程序設(shè)計(jì)

在主程序main（）函數(shù)中主要完成外部中斷的初始化，如打開中斷、設(shè)置外部中斷信號(hào)的觸發(fā)方式等，不斷地查詢搶答開始鍵是否按下，即主持人是否宣布開始搶答，只有宣布開始搶答之后，各路按下的按鍵才算有效，否則違規(guī)。一旦檢測(cè)到搶答開始鍵按下，置搶答標(biāo)志位keypress=1，否則等待，其流程圖如圖3所示。具體程序如下：

sbit key=P3^0；

bit keypress=0；

int main（） //主函數(shù)

{ IT0=0； //設(shè)置外部中斷0為電平觸發(fā)方式

EA=1；//打開中斷

EX0=1； //打開外部中斷0

while（1）； //死循環(huán)

{ if（！key）； //判斷搶答開始鍵是否按下

{ delay（）；

if（！key） //再次判斷搶答開始鍵是否按下

{ keypress=1； //設(shè)置搶答標(biāo)志位

while（！key）；}}}}

3.2 外部中斷0程序設(shè)計(jì)

當(dāng)8路搶答器中有選手按下?lián)尨疰I，自動(dòng)轉(zhuǎn)入外部中斷0服務(wù)程序執(zhí)行，首先關(guān)閉中斷、保存各路按鍵的狀態(tài)，再通過(guò)逐位查詢獲取按鍵編號(hào)，確定究竟是哪一路的按鍵引起的中斷，最后判斷搶答標(biāo)志位keypress，如果keypress=1，說(shuō)明搶答開始鍵已經(jīng)按下，主持人已經(jīng)宣布搶答開始，則數(shù)碼管顯示搶答選手的編號(hào)；如果keypress=0，說(shuō)明主持人尚未宣布搶答開始，則屬于犯規(guī)，亮起紅燈并顯示犯規(guī)選手的編號(hào)，其流程圖如圖4所示。具體程序如下：

unsigned char code seg[]={0xc0，0xf9，0xa4，

0xb0，0x99，0x92，0x82，0xf8，0x80，0x90}；

unsigned char state，number；

sbit led=P3^1；

void int0（） interrupt 0

{ EX0=0； //關(guān)外部中斷0

state=P2；

switch（state） //switch語(yǔ)句獲取按鍵編號(hào)

{ case 0xfe：number =1；break；

case 0xfd：number =2；break；

case 0xfb：number =3；break；

case 0xf7：number =4；break；

case 0xef：number =5；break；

case 0xdf：number =6；break；

case 0xbf：number =7；break；

case 0x7f：number =8；break；}

if（keydown）

{ P1=seg[number]；} //如果搶答標(biāo)志位置1，顯示按鍵編號(hào)

else

{P1=seg[number]；led=0；}}//如果犯規(guī)，亮起紅燈并顯示按鍵編號(hào)

4 結(jié)束語(yǔ)

本文以AT89S51單片機(jī)為主控制器設(shè)計(jì)了一款8路搶答器。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該8路搶答器的設(shè)計(jì)穩(wěn)定可靠，達(dá)到了預(yù)期的要求，具有反應(yīng)快、操作簡(jiǎn)便、成本低廉、使用性強(qiáng)等特點(diǎn)，對(duì)于單片機(jī)產(chǎn)品的開發(fā)具有一定的參考價(jià)值。

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