基于AT89S52單片機控制的八路搶答器的設(shè)計與仿真

文/何勉

1 引言

搶答器可以采用數(shù)字電路來實現(xiàn)，但電路較為復(fù)雜，也可以采用單片機來實現(xiàn)，主要通過軟件編寫來完成，不但可以簡化電路，而且可以降低成本。本文主要介紹一種以AT89S52單片機為核心的簡易搶答器，它充分利用單片機控制系統(tǒng)的特點，結(jié)構(gòu)簡單、可靠性好、成本較低，實用性強。

2 搶答器工作原理

本系統(tǒng)以AT89S52單片機為核心，使用8個獨立按鍵作為搶答輸入信號，驅(qū)動一位數(shù)碼管顯示搶答成功者的編號。本系統(tǒng)所具備的功能如下：

2.1 搶答按鍵

設(shè)置8個按鍵同時供8名（或8組）選手進(jìn)行搶答。

2.2 開始按鍵

當(dāng)主持人按下開始鍵后，才可以搶答，用1位數(shù)碼管顯示出第一搶答者編號。若主持人還沒有按下開始鍵，有人搶答，則屬于犯規(guī)，數(shù)碼管顯示犯規(guī)者編號并點亮小數(shù)點。

2.3 復(fù)位按鍵

按下復(fù)位按鍵后，開始新一輪的搶答。

3 系統(tǒng)設(shè)計

3.1 硬件支持

使用的元器件有：核心芯片AT89S52，輕觸開關(guān)，8輸入與門/與非門集成電路CD4068以及一位共陽極數(shù)碼管顯示器。

3.2 軟件設(shè)計

本系統(tǒng)軟件主要包括主程序模塊及按鍵模塊。系統(tǒng)程序流程包括主程序流程及外部中斷流程，如圖1、圖2所示。

3.2.1 主程序模塊

主程序模塊主要用于完成外部中斷的初始化、查詢開始搶答按鍵是否按下等。

3.2.2 按鍵模塊

這是本系統(tǒng)的難點。用單片機來設(shè)計搶答器，無論使用獨立式按鍵還是行列鍵盤，都無法對多個按鍵同時按下作出正確判斷。本系統(tǒng)采用中斷與查詢相結(jié)合的方法，把所有的按鍵都作為外部設(shè)備連接到到單片機的P2口，當(dāng)其中的一個按鍵被按下，單片機將進(jìn)入中斷服務(wù)程序，并將所有按鍵的狀態(tài)保存起來，然后查詢是哪個按鍵按下引起的中斷，在此期間，CPU不再響應(yīng)其他任何按鍵，從而確定誰是第一搶答者。按鍵中斷服務(wù)程序如下：

圖1：主程序流程圖

圖2：外部中斷程序流程圖

圖3：八路搶答器仿真原理圖

圖4：CD4068引腳圖

4 系統(tǒng)仿真

采用 Proteus軟件進(jìn)行仿真，仿真圖如圖3所示。

4.1 搶答按鍵

按鍵S1-S8為8個搶答按鍵，與8個搶答按鍵連接的是一組8輸入與門/與非門集成電路CD4068，其 中2，3，4，5，9，10，11，12腳是輸入引腳，1腳為與門輸出引腳，13腳為與非門輸出引腳，其引腳圖如圖4所示。

其工作過程為：按鍵S1 ~S8在沒有按下時，輸人到與門輸人端為高電平，當(dāng)某個按鍵被按下時，根據(jù)與非門邏輯關(guān)系CD4068輸出為1，再經(jīng)過非門CD40106取反輸出為低電平0，單片機的INT1 (P3. 3)腳變?yōu)榈碗娖?，從而引發(fā)外部中斷1的中斷請求，同時，單片機通過對這8個按鍵狀態(tài)的查詢來確定哪個按鍵引腳引起的中斷，確定第一搶答者。

4.2 功能鍵

功能鍵分為“開始”鍵和“復(fù)位”鍵，當(dāng)主持人按下“開始”鍵，選手進(jìn)人開始搶答狀態(tài)當(dāng)答題結(jié)束進(jìn)人下一題搶答時或者當(dāng)主持人還未按下“開始”鍵有選手搶答違規(guī)時主持人按下“復(fù)位”鍵，本設(shè)計中“復(fù)位”鍵采用復(fù)位電路中的按鍵來實現(xiàn)復(fù)位，既可以減少電路的復(fù)雜性，讓初學(xué)者更容易掌握。

4.3 數(shù)碼管顯示電路

本設(shè)計采用一位共陽極8段數(shù)碼管顯示器，采用靜態(tài)掃描方式，顯示出第一搶答者編號，如果有人犯規(guī)，數(shù)碼管除顯示犯規(guī)者編號外同時點亮數(shù)碼管小數(shù)點，以示區(qū)別。

5 結(jié)束

該系統(tǒng)利用AT89S52單片機及外圍借口實現(xiàn)搶答系統(tǒng)，將軟件和硬件有機地結(jié)合起來，實現(xiàn)8人同時參賽，并可清晰顯示第一搶答選手編號，并能提示違規(guī)狀態(tài)。今后，還可以擴展其他功能，如利用軟件實現(xiàn)倒計時，在搶答賽中進(jìn)行倒計時提醒，并增加報警電路。