畢業(yè)設(shè)計論文----基于單片機的智能搶答器

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　基于單片機的控制系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、電力、電子、智能樓宇等行業(yè)，微型計算機作為嵌入式控制系統(tǒng)的主體與核心，代替了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)的常規(guī)電子線路。</p><p>　　搶答計分器在搶答過程中，為了知道哪一組或哪一位選手先答題，必須要設(shè)計一個系統(tǒng)來完成這個任務(wù)。如果在搶答中，靠視覺是很難判斷出哪組先

2、答題。利用單片機系統(tǒng)來設(shè)計搶答器，使以上問題得以解決，即使兩組的搶答時間相差幾微秒，也可分辨出哪組優(yōu)先答題。搶答組數(shù)可以在八組以內(nèi)任意使用，本系統(tǒng)設(shè)計為模塊形式采用九針插頭進行連接，系統(tǒng)工作原理本系統(tǒng)采用AT89S51單片機作為核心?？刂葡到y(tǒng)的五個模塊分別為：單片機最小系統(tǒng)（六位并行數(shù)碼顯示、4*4矩陣式鍵盤）、顯示模塊、顯示驅(qū)動模塊、搶答開關(guān)模塊、音樂音頻輸出模塊。</p><p>　　關(guān)鍵詞：單片機；矩陣式鍵

3、盤；顯示；驅(qū)動；搶答</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p><b>　　引言1</b></p><p>　　1 單片機的應(yīng)用技術(shù)1</p><p>　　2 系統(tǒng)設(shè)計要點1&l

4、t;/p><p>　　2.1 搶答器的硬件設(shè)計要求2</p><p>　　2．2 計分器系統(tǒng)的軟件流程3</p><p>　　2.3 計分器的硬件設(shè)計要求3</p><p>　　2.4 人機交互程序設(shè)計4</p><p>　　2.4.1計分器系統(tǒng)的軟件鍵盤掃描程序流程圖4</p><p>

5、　　2.5 搶答器系統(tǒng)軟件的流程圖5</p><p>　　2.6 搶答數(shù)碼顯示軟件程序設(shè)計6</p><p>　　2.7 音樂音頻輸出程系流程圖7</p><p>　　3 各模塊方案選擇和論證8</p><p>　　3.1 搶答器顯示模塊8</p><p>　　3.2 控制器模塊9</p>&

6、lt;p>　　3.3 電源方案的選擇10</p><p>　　3.4 槍答器鍵盤的選擇10</p><p>　　3.5 計分器顯示模塊11</p><p>　　3.6 計分器鍵盤的選擇12</p><p>　　4 模塊的最終方案13</p><p>　　5 電子智能搶答器系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計13<

7、;/p><p>　　5.1 計分器的電路設(shè)計13</p><p>　　5.1.1計分器系統(tǒng)的硬件電路13</p><p>　　5.1.2計分顯示模塊15</p><p>　　5.2 搶答器的電路設(shè)計15</p><p>　　5.2.1搶答電路模塊15</p><p>　　5.2.2搶答按鍵

8、模塊的設(shè)計16</p><p>　　6 程序設(shè)計17</p><p>　　6.1計分器顯示程序17</p><p>　　6.2搶答器軟件程序23</p><p>　　7 單片機干擾防護25</p><p>　　7.1 采用隔離技術(shù)25</p><p>　　7.2 正確的接地措施

9、25</p><p><b>　　結(jié)論26</b></p><p><b>　　謝 辭27</b></p><p><b>　　參考文獻28</b></p><p><b>　　引言</b></p><p>　　電子技術(shù)和微

10、型計算機的迅速發(fā)展，促進微型計算機測量和控制技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，單片機（單片微型計算機）的應(yīng)用已經(jīng)滲透到國民經(jīng)濟的各個</p><p>　　部門和領(lǐng)域，它起到了越來越重要的作用。單片微型計算機就是將中央處理單元、存儲器、定時/計數(shù)器和多種接口都集成到一塊集成電路芯片上的微型計算機。</p><p>　　電子智能搶答器分別用兩片單片機控制，分別為計分器和搶答器。計分器的工作原理是采用最

11、小系統(tǒng)，用4x4鍵盤來輸入是選手需要加減進行分數(shù)的加減輸入。主板上的6個數(shù)碼顯示，加幾分的數(shù)，按確定鍵后分數(shù)值從串口P3.0，P3.1傳到計分器顯示模塊上再通過數(shù)碼管驅(qū)動模塊顯示。搶答器的工作原理是采用單片機最小系統(tǒng)，用查詢式鍵盤進行搶答。采用串行靜態(tài)顯示組號。</p><p>　　1 單片機的應(yīng)用技術(shù)</p><p>　　單片機是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機系統(tǒng)。盡管它的大部分功

12、能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個完整計算機所需要的大部分部件：CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會具有外存。同時集成諸如通訊接口、定時器，實時時鐘等外圍設(shè)備。而現(xiàn)在最強大的單片機系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。單片機由硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)組成。軟件系統(tǒng)與硬件系統(tǒng)共同構(gòu)成完整的單片微型計算機系統(tǒng)，兩者相輔相成，缺一不可。</p><p><b>　　2

13、系統(tǒng)設(shè)計要點</b></p><p>　　系統(tǒng)設(shè)計主要包括硬件和軟件兩大部分，依據(jù)控制系統(tǒng)的工作原理和技術(shù)性能，將硬件和軟件分開設(shè)計。硬件設(shè)計部分包括電路原理圖、合理選擇元器件、繪制線路圖，然后對硬件進行調(diào)試、測試，以達到設(shè)計要求。軟件設(shè)計部分，首先在總體設(shè)計中完成系統(tǒng)總框圖和各模塊的功能設(shè)計，擬定詳細的工作計劃；然后進行具體設(shè)計，包括各模塊的流程圖，選擇合適的編程語言和工具，進行代碼設(shè)計等；最后是對

14、軟件進行調(diào)試、測試，達到所需功能要求。</p><p>　　在系統(tǒng)設(shè)計中設(shè)計方法的選用是系統(tǒng)設(shè)計能否成功的關(guān)鍵。硬件電路是采用結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)設(shè)計方法，該方法保證設(shè)計電路的標準化、模塊化。硬件電路的設(shè)計</p><p>　　最重要的選擇用于控制的單片機，并確定與之配套的外圍芯片，使所設(shè)計的系統(tǒng)既經(jīng)濟又高性能。硬件電路設(shè)計還包括輸入輸出接口設(shè)計，畫出詳細電路圖，標出芯片的型號、器件參數(shù)值，根據(jù)電路

15、圖在仿真機上進行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)設(shè)計不當(dāng)及時修改，最終達到設(shè)計目的。軟件設(shè)計的方法與開發(fā)環(huán)境的選取有著直接的關(guān)系，本系統(tǒng)由于是采用51系列單片機，因此使用匯編語言進行開發(fā)。本系統(tǒng)軟件設(shè)計采用模塊化系統(tǒng)設(shè)計方法，先編寫各個功能模塊子程序，然后進行組合與調(diào)整，經(jīng)過調(diào)試后，達到設(shè)計功能要求。</p><p>　　2.1 搶答器的硬件設(shè)計要求</p><p>　　搶答器同時供8名選手或8個代表隊比賽，分

16、別用8個按鈕S1~S8表示。設(shè)置一個系統(tǒng)清除和搶答控制按扭，該按扭由主持人控制。搶答器具有鎖存與顯示功能。</p><p>　　即選手按動按鈕，鎖存相應(yīng)的編號，并在LED數(shù)碼管上顯示，同時揚聲器發(fā)出報警聲響提示。選手搶答實行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。</p><p>　　2．2 計分器系統(tǒng)的軟件流程</p><p>　　2.3 計分

17、器的硬件設(shè)計要求</p><p>　　加減計分有三位顯示，用串行通信口，顯示分數(shù)，用4*4陣列式鍵盤進行同時加減和單組加分。</p><p>　　2.4 人機交互程序設(shè)計</p><p>　　系統(tǒng)的人機交互程序設(shè)計，主要是解決按鍵的掃描與信息的顯示，讓操作者能夠靈活地控制系統(tǒng)工作。鍵盤用來輸入指令，發(fā)光數(shù)碼管用來顯示單片機的狀態(tài)，這是一個比較簡單的人機交互形式。&l

18、t;/p><p>　　2.4.1計分器系統(tǒng)的軟件鍵盤掃描程序流程圖</p><p>　　本系統(tǒng)的鍵盤采用的是4×4矩陣式鍵盤，矩陣式鍵盤由行線和列線組成，按鍵位于行、列線的交叉點上。一個4×4的行、列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成一個含有16個按鍵的鍵盤，顯然，在按鍵數(shù)量較多時，矩陣式鍵盤較之獨立式按鍵鍵盤要節(jié)省很多I/O口。</p><p>　　矩陣式鍵盤中，行、列

19、線分別連接到按鍵開關(guān)的兩端，在進行鍵盤掃描時，首先把矩陣鍵盤列線的第一根線置高，然后分別再檢測矩陣鍵盤行線是否有高電平的信號，如果有信號，那么就證明這根行線與第一根列線相交處的按鍵被按下了，單片機就讀入這個鍵值。如果所有的四根行線都沒有信號，那么就把第一根列線置低，把第二根列線置高，再一次檢測行線有沒有信號，然后依次類推。</p><p>　　由于鍵盤掃描的速度很快，而人按鍵總會持續(xù)一定的時間，因此只要單片機處在

20、等待輸入的狀態(tài)，這個鍵盤掃描程序基本上不會錯過任何一個按鍵信號。由于一般人按鍵會有抖動，抖動信號造成鍵盤掃描時會出現(xiàn)一些錯誤的信號，要不就是掃描不進數(shù)據(jù)，要不就是重復(fù)輸入很多次數(shù)據(jù)，因此需要有一個消除抖動的程序。讓單片機不響應(yīng)一些相關(guān)的抖動信號，而只響應(yīng)一次確實存在的按鍵信號。消抖動程序是這樣實現(xiàn)的，當(dāng)檢測到一個脈沖信號時，并不立即認為是一次按鍵，而是延時一段時間以后再進行檢測，如果三次檢測都有信號，那么就認為有一次按鍵動作發(fā)生了。延時

21、的選擇非常重要，太快了，起不到消除抖動的效果，太慢了又讓鍵盤太不靈活，錯過較多的按鍵信號。鍵盤掃描程序的流程圖如圖2所示。</p><p>　　鍵盤掃描程序流程圖2</p><p>　　2.5 搶答器系統(tǒng)軟件的流程圖</p><p>　　搶答組數(shù)可以在八組以內(nèi)任意使用，其流程如圖3</p><p>　　2.6 搶答數(shù)碼顯示軟件程序設(shè)計<

22、/p><p>　　采用靜態(tài)顯示，顯示器由9個共陽極數(shù)碼管組成。輸入只有兩個信號，它們是串行數(shù)據(jù)線DIN和移位信號CLK。9個串/并移位寄存器芯片74LS164首尾相連，了九位共陽極七段數(shù)碼管，共陽極數(shù)碼管的8個發(fā)光二極管的陽極（二極管正端）連接在一起，通常，公共陽極接高電平（一般接電源），七它管腳接段驅(qū)動電路輸出端。當(dāng)某段驅(qū)動電路的輸出端為低電平時，則該端所連接的字段導(dǎo)通并點亮，根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字

23、或字符。此時，要求段驅(qū)動電路能吸收額定的段導(dǎo)通電流，還需根據(jù)外接電源及額定段導(dǎo)通電流來確定相應(yīng)的限流電阻，這里的限流電阻選為100Ω。數(shù)碼顯示程序流程如圖4。</p><p>　　數(shù)碼顯示程序流程圖4</p><p>　　2.7 音樂音頻輸出程系流程圖</p><p>　　音樂音頻輸出由P3.7輸出，如圖5</p><p>　　3 各模塊方案

24、選擇和論證</p><p>　　3.1 搶答器顯示模塊</p><p>　　在步進電機控制過程中，系統(tǒng)需要對運行的時間和轉(zhuǎn)向、相數(shù)做必要的顯示。我們考慮有以下兩種顯示方案。</p><p>　　方案一：使用液晶屏顯示時間。液晶顯示屏（LCD）具有輕薄短小、低耗電量、無輻射危險，平面直角顯示以及影像穩(wěn)定不閃爍等優(yōu)勢，可視面積大，畫面效果好，分辨率高，抗干擾能力強的特點

25、。但由于只需要顯示時間和轉(zhuǎn)向、相數(shù)這樣的數(shù)字，信息量比較少，且由于液晶是以點陣的模式顯示各種符號，需要利用控制芯片創(chuàng)建字符庫，編程工作量大，控制器的資源占用較多，其成本也偏高。在使用時，不能有靜電干擾，否則易燒壞液晶顯示芯片，不易維護。</p><p>　　方案二：在使用傳統(tǒng)的數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管具有：低能耗、低損耗、低壓、壽命長、耐老化、防曬、防潮、防火、防高（低）溫，對外界環(huán)境要求低，易于維護，同時其精度高，稱

26、量快，精確可靠，操作簡單。數(shù)碼顯示是采用BCD編碼顯示數(shù)字，程序編譯容易，資源占用較少。</p><p>　　靜態(tài)顯示，電路圖中所示。顯示器由9個共陽極數(shù)碼管組成。輸入只有兩個信號，它們是串行數(shù)據(jù)線DIN和移位信號CLK。9個串/并移位寄存器芯片74LS164首尾相連，每片的并行輸出作為LED數(shù)碼管的段碼74LS164的引腳圖如圖6所示：</p><p>　　74LS164為8位串入并出移

27、位寄存器，1、2為串行輸入端，Q0-Q7為并行輸出端，CLK為移位時鐘脈沖上升沿移入一位；MR為清零端，低電平時并行輸出為零。</p><p>　　根據(jù)以上的論述，采用方案二。</p><p><b>　　3.2 控制器模塊</b></p><p>　　控制器主要用于各模塊控制對顯示、搶答、音樂、計分等?？刂破鞯倪x擇有以下兩鐘方案。</p

28、><p>　　方案一：采用FPGA（現(xiàn)場可編程門列陣）作為系統(tǒng)的控制器。FPGA可以實現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能，規(guī)模大，密度高，它將所有器件集成在一塊芯片上，減小了體積，提高了穩(wěn)定性，并且可以應(yīng)用EDA軟件仿真、調(diào)試，易于進行功能擴展。FPGA采用并行的輸入輸出方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)模實時系統(tǒng)的控制核心。但由于本設(shè)計對數(shù)據(jù)處理的速度要求不高，F(xiàn)PGA的高速處理的優(yōu)勢得不到充分體現(xiàn)，并且由于其集成度高，使

29、其成本偏高，同時由于芯片的引腳較多，實物硬件電路板布線復(fù)雜，加重了電路設(shè)計和實際焊接的工作。</p><p>　　方案二：采用ATMEL公司的AT89C51作為系統(tǒng)控制器的CPU方案。單片機算術(shù)運算功能強，軟件編程靈活、自由度大，可以用軟件編程實現(xiàn)各種算法和邏輯控制，并且由于其功耗低、體積小、技術(shù)成熟和成本低等優(yōu)點，使其在各個領(lǐng)域應(yīng)用廣泛?；谝陨戏治鰯M訂方案二。</p><p>　　3.

30、3 電源方案的選擇</p><p>　　系統(tǒng)需要多個電源，AT89C51使用5V穩(wěn)壓電源，驅(qū)動芯片需要5-50V電壓驅(qū)動，步進電機等需要12V穩(wěn)壓電源。</p><p>　　方案一：采用升壓型穩(wěn)壓電路。用兩片MC34063芯片分別將3V的電池電壓進行直流嶄波調(diào)壓，得到5V和12V的穩(wěn)壓輸出。只需使用兩節(jié)電池，既節(jié)省了電池，又減小系統(tǒng)體積重量但該電路供電電流小，供電時間短，無法使相對龐大的系

31、統(tǒng)穩(wěn)定運作。</p><p>　　方案二：采用三端穩(wěn)壓集成7805與7812分別得到5V和12V的穩(wěn)定電壓。利用該方法方便簡單，工作穩(wěn)定可靠。</p><p>　　綜上所述，選擇方案二，采用三端穩(wěn)壓器電路。</p><p>　　3.4 槍答器鍵盤的選擇</p><p>　　鍵盤是單片機不可缺少的輸入設(shè)備，是實現(xiàn)人機對話的紐帶。鍵盤按結(jié)構(gòu)形式可

32、以分為非編碼鍵盤和編碼鍵盤，前者用軟件方法產(chǎn)生鍵碼，而后者則用硬件方法來產(chǎn)生鍵碼。在單片機中使用的都是非編碼鍵盤，因為非編碼鍵盤結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，非編碼鍵盤的類型很多，常用的有獨立式鍵盤，行列式鍵盤等。</p><p><b>　　方案一：獨立式鍵盤</b></p><p>　　鍵盤接口中使用多少根I/O線，鍵盤中就有幾個按鍵，鍵盤接口使用了8根I/O口線，該鍵盤就

33、有8個按鍵，這種類型的鍵盤，其按鍵比較少，且鍵盤中各按鍵的工作互不干擾。因此可以根據(jù)實際需要對鍵盤中的按鍵靈活的編碼。如圖7。</p><p>　　最簡單的編碼方式就是根據(jù)I/O輸入口所直接反映的相應(yīng)按鍵，按下的狀態(tài)進行編碼，稱按鍵直接狀態(tài)碼，對于這樣編碼的獨立式鍵盤，CPU可以通過直接讀取I/O口的狀態(tài)來獲取按鍵的直接狀態(tài)編碼值，根據(jù)這個值直接進行按鍵識別，這樣形式的鍵盤結(jié)構(gòu)簡單，按鍵識別容易。</p&g

34、t;<p>　　獨立式鍵盤的缺點是需要占用比較多的I/O口線，當(dāng)單片機應(yīng)用系統(tǒng)鍵盤中需要的按鍵比較少或I/O口線比較富余時，可以采用這樣類型的鍵盤。</p><p><b>　　方案二：行列式鍵盤</b></p><p>　　行列式鍵盤是用N條I/O線作為行線，M條I/O線作為列線組成的鍵盤，在行線和列線的每個交叉點上，設(shè)置一個按鍵中按鍵的個數(shù)是M*N個

35、。這種形式的鍵盤結(jié)構(gòu)，能夠有效的提高單片機系統(tǒng)中I/O的利用率，列線接P1.0~P1.3行線接P1.4~P1.7，行列適用于按鍵輸入多的情況。</p><p>　　CPU對鍵盤的掃描可以采用取程序控制的隨機方式，即只有在CPU空閑是時才去掃描鍵盤，響應(yīng)操作人員的鍵盤輸入，但CPU在執(zhí)行應(yīng)用程序的過程中，不能響應(yīng)鍵盤輸入，對鍵盤的掃描可以采用定時方式，即利用單片機內(nèi)部定時器每隔一定時間對鍵盤掃描一次，這樣控制方式，

36、不管鍵盤上有無鍵閉合，CPU總是定時的關(guān)心鍵盤狀態(tài)。</p><p>　　在大多數(shù)情況下，CPU對鍵盤可能進行空掃描。為了提高CPU的效率而又能及時響應(yīng)鍵盤輸入，可以采用中斷方式，既CPU平時不必掃描鍵盤，只要當(dāng)鍵盤上有鍵盤閉合時就產(chǎn)生中斷請求，向CPU申請中斷后，立即對鍵盤上有鍵盤進性掃描，識別閉合鍵，并做相應(yīng)的處理。</p><p>　　根據(jù)以上的論述，采用方案一，在本系統(tǒng)中采用了獨立

37、式鍵盤，其按鍵比較少，且鍵盤中各個按鍵的工作互不干擾。如圖8所示。</p><p>　　3.5 計分器顯示模塊</p><p>　　顯示模塊必須要顯示三位數(shù)為一組,本系統(tǒng)設(shè)計為八組,共要顯示27位數(shù)。采用靜態(tài)顯示，其方案如下：</p><p>　　方案一：不帶鎖存方式。顯示器由9個共陰極數(shù)碼管組成。輸入只有兩個信號，它們是串行數(shù)據(jù)線DIN和移位信號CLK。9個串/并

38、移位寄存器芯片74LS164首尾相連，74LS164為8位串入并出移位寄存器，1、2為串行輸入端，Q0-Q7為并行輸出端，CLK為移位時鐘脈沖上升沿移入一位；MR為清零端，低電平時并行輸出為零。實驗證明在顯示位數(shù)超出6位，數(shù)碼管有閃爍的現(xiàn)象。</p><p>　　方案二：帶鎖存方式。采用帶有鎖存功能的移位寄存器74LS595芯片，74595的數(shù)據(jù)端：QA--QH: 八位并行輸出端，可以直接控制數(shù)碼管的8個段。QH

39、': 級聯(lián)輸出端。我將它接下一個595的SI端。SI: 串行數(shù)據(jù)輸入端。74595的控制端說明：SRCLR(10腳): 低點平時將移位寄存器的數(shù)據(jù)清零。通常接Vcc。SRCK(11腳)：上升沿時數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)移位。QA-->QB-->QC-->...-->QH；下降沿移位寄存器數(shù)據(jù)不變。（脈沖寬度：5V時，大于幾十納秒就行了。我通常都選微秒級）RCK(12腳)：上升沿時移位寄存器的數(shù)據(jù)進入數(shù)據(jù)存儲寄存器

40、，下降沿時存儲寄存器數(shù)據(jù)不變。(通常我將RCK置為低電平，) 當(dāng)移位結(jié)束后，在RCK端產(chǎn)生一個正脈沖（5V時，大于幾十納秒就行了。我通常都選微秒級），更新顯示數(shù)據(jù)。13腳: 高電平時禁止輸出（高阻態(tài)）。如果單片機的引腳不緊張，用一個引腳控制它，可以方便地產(chǎn)生閃爍和熄滅效果。比通過數(shù)據(jù)端移位控制要省時省力。74164和74595功能相仿，都是8位串行輸入轉(zhuǎn)并行輸出移位寄存器。74164的驅(qū)動電流(25mA)比74595(35mA)的要小,

41、</p><p>　　根據(jù)以上論證，采用方案二。</p><p>　　3.6 計分器鍵盤的選擇</p><p><b>　　方案一：行列式鍵盤</b></p><p>　　行列式鍵盤是用N條I/O線作為行線，M條I/O線作為列線組成的鍵盤，在行線和列線的每個交叉點上，設(shè)置一個按鍵中按鍵的個數(shù)是M*N個。這種形式的鍵盤結(jié)構(gòu)

42、，能夠有效的提高單片機系統(tǒng)中I/O的利用率，列線接P1.0~P1.3行線接P1.4~P1.7，行列適用于按鍵輸入多的情況。</p><p><b>　　方案二：獨立式鍵盤</b></p><p>　　鍵盤接口中使用多少根I/O線，鍵盤中就有幾個按鍵，鍵盤接口使用了16根I/O口線，需要占用比較多的I/O口線這種類型的鍵盤，</p><p>　　

43、根據(jù)以上論證，采用方案一。</p><p><b>　　4 模塊的最終方案</b></p><p>　　主控制器模塊：采用AT89C51單片幾機控制</p><p>　　搶答器顯示模塊：數(shù)碼管顯示</p><p>　　電源方案的選擇：采用三端穩(wěn)壓器電路</p><p>　　槍答器鍵盤模塊：獨立式鍵

44、盤</p><p>　　計分器顯示模塊：采用帶有鎖存功能的移位寄存器74LS595芯片</p><p>　　計分器鍵盤模塊：行列式鍵盤</p><p>　　5 電子智能搶答器系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計</p><p>　　5.1 計分器的電路設(shè)計</p><p>　　主控制器采用AT89C51單片機作為微處理器，AT89C5

45、1是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含4K bytes的可反復(fù)擦寫的Flash</p><p>　　只讀程序存儲器和128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash 存儲單元。</p><p>　　5.1.1計分器系統(tǒng)的硬件電路

46、</p><p>　　計分器的工作原理是采用最小系統(tǒng)，用4x4鍵盤來輸入是選手需要加減進行分數(shù)的加減輸入。主板上的6個數(shù)碼顯示，加幾分的數(shù)，按確定鍵后分數(shù)值從串口p3.0，p3.1傳到計分器顯示模塊上再通過數(shù)碼管驅(qū)動模塊顯示。原理圖如圖9所示</p><p><b>　　圖9</b></p><p>　　5.1.2計分顯示模塊</p>

47、;<p>　　計分顯示模塊是采用74LS595移位寄存器。并帶鎖存功能，在數(shù)碼顯示不會閃。具有很好的觀看效果。如圖10</p><p>　　圖10 計分顯示模塊</p><p>　　5.2 搶答器的電路設(shè)計</p><p>　　5.2.1搶答電路模塊</p><p>　　搶答器的工作原理是采用單片機最小系統(tǒng)，用查詢式鍵盤進行搶

48、答。通過搶答按鍵模塊，連接按鍵進行搶答。其工作原理為： 主持人按清零鍵后，選手可按鍵搶答，單片機鎖存信號，屏蔽外界信號。串顯示編號，并有丁冬聲輸出。搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。搶答器原理如圖11。</p><p>　　圖11 搶答器原理圖</p><p>　　5.2.2搶答按鍵模塊的設(shè)計</p><p>　　搶答按鍵模塊的設(shè)計是通過利用光電耦合器

49、，光電偶合器的輸入/輸出之間沒有接觸，能有效地防止輸入端的電磁干擾以電藕合的方式進入應(yīng)用系統(tǒng)，而且光電偶合器的輸入阻抗很小，干擾源的內(nèi)阻很大，所以能輸入到光電偶合器的干擾電壓很小。把單片機信號和按鈕的信號隔開，采用+12V電源給單片機開關(guān)量的控制。其原理圖如圖12。</p><p>　　圖12 輸入隔離電路</p><p><b>　　6 程序設(shè)計</b><

50、/p><p>　　6.1計分器顯示程序</p><p>　　//搶答器加減記分顯示程序2</p><p>　　DBUFEQU30H;三位顯示緩沖區(qū)首址</p><p>　　ORG0000H</p><p><b>　　AJMPMAIN</b></p><p>

51、<b>　　ORG0030H</b></p><p>　　MAIN:MOVSP,#60H</p><p>　　ACALLKEYSCAN;調(diào)用鍵盤掃描子程序判斷是加分或減分</p><p>　　CJNEA,#0EH,NEXT2;不是加分鍵,則轉(zhuǎn)移判斷是減分鍵?</p><p>　　NEXT1:ACALL

52、KEYSZ;是加分鍵,調(diào)用鍵盤設(shè)置子程序</p><p>　　ACALLDISPLAY;調(diào)用串口靜態(tài)顯示子程序</p><p><b>　　SJMPMAIN</b></p><p>　　NEXT2:CJNEA,#0FH,MAIN;都不是,則轉(zhuǎn)MAIN</p><p>　　AJMPNEXT1;是減

53、分鍵,調(diào)用鍵盤設(shè)置子程序</p><p><b>　　ORG0100H</b></p><p>　　KEYSZ:PUSHPSW;鍵盤設(shè)置子程序</p><p><b>　　PUSHACC</b></p><p><b>　　SETBRS1</b></p&g

54、t;<p>　　MOVR0,#DBUF;R0指向顯示緩沖區(qū)首地址</p><p>　　MOVR7,#3;設(shè)置鍵盤輸入位數(shù)</p><p>　　L1:CLRRS1</p><p>　　ACALLKEYSCAN;調(diào)用鍵盤掃描子程序取按下鍵的鍵號</p><p><b>　　SETBRS1<

55、;/b></p><p>　　CJNEA,#0AH,L2;鍵入數(shù)合法性檢測（是否大于9）</p><p>　　L2:JNCL1;大于9,重新鍵入</p><p>　　MOVR0,A;鍵號送顯示緩沖區(qū)</p><p><b>　　INCR0</b></p><p>

56、;　　DJNZR7,L1;3位數(shù)值輸入完否？未完繼續(xù),否則返回</p><p><b>　　POPACC</b></p><p><b>　　POPPSW</b></p><p><b>　　CLRRS1</b></p><p><b>　　RET&

57、lt;/b></p><p>　　KEYSCAN:MOVR3, #0F7H;掃描初值（P1.3=0）</p><p>　　MOVR1,#00H;取碼指針</p><p>　　L3:MOVA,R3;開始掃描</p><p>　　MOVP1,A;將掃描值輸出至P1</p><p>

58、;　　MOVA,P1;讀入P1值,判斷是否有鍵按下</p><p>　　MOVR4,A;存入R4,以判斷按鍵是否放開</p><p>　　SETBC;C=1</p><p>　　MOVR5,#04H;掃描P1.4～P1.7</p><p>　　L4:RLCA;將按鍵左移一位</p>

59、<p>　　JNCKEYIN;判斷C=0?有鍵按下則C=0,跳至KEYIN</p><p>　　INCR1;C=1,則無鍵按下,將取碼指針值加1</p><p>　　DJNZR5,L4;4列掃描完畢了嗎?</p><p>　　MOVA,R3;掃描值載入</p><p>　　SETBC;

60、C=1</p><p>　　RRCA;掃描下一行(P1.3～P1.0)</p><p>　　MOVR3,A;存回掃描寄存器</p><p>　　JCL3;C=1?是則P1.0尚未掃描到</p><p>　　SJMPKEYSCAN;C=0,則四行已掃描完畢</p><p>　　KEYI

61、N:MOVR7,#60;延時消除抖動</p><p>　　D2:MOVR6,#248;</p><p>　　DJNZR6,$;</p><p>　　DJNZR7,D2;</p><p>　　D3:MOVA,P1;延時后再讀入P1值</p><p>　　XRLA

62、,R4;與上次讀入值作比較</p><p>　　JZD3;A=0,表示按鍵未放,等待按鍵釋放</p><p>　　MOVA,R1;按鍵已放開,取碼指針載入累加器</p><p>　　MOVDPTR,#TABLE;鍵盤碼表首地址送DPTR</p><p>　　MOVCA,@A+DPTR;查鍵碼</p&

63、gt;<p>　　RET;返回</p><p>　　TABLE:DB00H,01H,02H,03H;鍵碼安排表與鍵盤相同</p><p>　　DB04H,05H,06H,07H</p><p>　　DB08H,09H,0AH,0BH</p><p>　　DB0CH,0DH,0EH,0FH</p>

64、;<p><b>　　ORG0200H</b></p><p>　　DISPLAY:MOVR0,#DBUF;串口靜態(tài)顯示子程序</p><p>　　MOVR2,#3;顯示3位數(shù)碼</p><p>　　MOVDPTR,#SEGTAB;</p><p>　　DISP: MOVA,@R0

65、;</p><p>　　MOVCA,@A+DPTR;取字段碼</p><p>　　MOVSCON,#0;置串口工作方式0</p><p>　　MOVSBUF,A;開始發(fā)送</p><p>　　JNBTI,$;等待發(fā)送完畢</p><p>　　CLRTI;發(fā)送完畢,標志位清零</p&g

66、t;<p>　　INCR0;緩沖單元地址增1</p><p>　　DJNZR2,DISP;三位數(shù)碼發(fā)送完否?</p><p>　　RET;發(fā)送完畢,則返回</p><p>　　SEGTAB: DB0FCH,60H,0DAH,0F2H ;0,1,2,3（共陽極字段碼表）</p><p>　　DB

67、66H,0B6H, 0BEH,0E0H;4,5,6,7</p><p>　　DB0FEH,0F6H,0EEH,3EH;8,9,A,B</p><p>　　DB9CH,7AH,9EH,8EH ;C,D,+,-</p><p><b>　　END</b></p><p>　　DBUFEQU30H

68、;三位顯示緩沖區(qū)首址</p><p>　　ORG0000H</p><p><b>　　AJMPMAIN</b></p><p><b>　　ORG0030H</b></p><p>　　MAIN:MOVSP,#60H</p><p>　　ACALLKEY

69、SCAN;調(diào)用鍵盤掃描子程序判斷是加分或減分</p><p>　　CJNEA,#0EH,NEXT2;不是加分鍵,則轉(zhuǎn)移判斷是減分鍵?</p><p>　　NEXT1:ACALLKEYSZ;是加分鍵,調(diào)用鍵盤設(shè)置子程序</p><p>　　ACALLDISPLAY;調(diào)用串口靜態(tài)顯示子程序</p><p><b>

70、　　SJMPMAIN</b></p><p>　　NEXT2:CJNEA,#0FH,MAIN;都不是,則轉(zhuǎn)MAIN</p><p>　　AJMPNEXT1;是減分鍵,調(diào)用鍵盤設(shè)置子程序</p><p><b>　　ORG0100H</b></p><p>　　KEYSZ:PUSHPSW

71、;鍵盤設(shè)置子程序</p><p><b>　　PUSHACC</b></p><p><b>　　SETBRS1</b></p><p>　　MOVR0,#DBUF;R0指向顯示緩沖區(qū)首地址</p><p>　　MOVR7,#3;設(shè)置鍵盤輸入位數(shù)</p><p

72、>　　L1:CLRRS1</p><p>　　ACALLKEYSCAN;調(diào)用鍵盤掃描子程序取按下鍵的鍵號</p><p><b>　　SETBRS1</b></p><p>　　CJNEA,#0AH,L2;鍵入數(shù)合法性檢測（是否大于9）</p><p>　　L2:JNCL1;大于9

73、,重新鍵入</p><p>　　MOVR0,A;鍵號送顯示緩沖區(qū)</p><p><b>　　INCR0</b></p><p>　　DJNZR7,L1;3位數(shù)值輸入完否？未完繼續(xù),否則返回</p><p><b>　　POPACC</b></p><p&g

74、t;<b>　　POPPSW</b></p><p><b>　　CLRRS1</b></p><p><b>　　RET</b></p><p>　　KEYSCAN:MOVR3, #0F7H;掃描初值（P0.3=0）</p><p>　　MOVR1,#0

75、0H;取碼指針</p><p>　　L3:MOVA,R3;開始掃描</p><p>　　MOVP0,A;將掃描值輸出至P1</p><p>　　MOVA,P0;讀入P1值,判斷是否有鍵按下</p><p>　　MOVR4,A;存入R4,以判斷按鍵是否放開</p><p>　

76、　SETBC;C=1</p><p>　　MOVR5,#04H;掃描P1.4～P1.7</p><p>　　L4:RLCA;將按鍵左移一位</p><p>　　JNCKEYIN;判斷C=0?有鍵按下則C=0,跳至KEYIN</p><p>　　INCR1;C=1,則無鍵按下,將取碼指針值加1&l

77、t;/p><p>　　DJNZR5,L4;4列掃描完畢了嗎?</p><p>　　MOVA,R3;掃描值載入</p><p>　　SETBC;C=1</p><p>　　RRCA;掃描下一行(P1.3～P1.0)</p><p>　　MOVR3,A;存回掃描寄存器</p&

78、gt;<p>　　JCL3;C=1?是則P1.0尚未掃描到</p><p>　　SJMPKEYSCAN;C=0,則四行已掃描完畢</p><p>　　KEYIN:MOVR7,#60;延時消除抖動</p><p>　　D2:MOVR6,#248;</p><p>　　DJNZR6,$;

79、</p><p>　　DJNZR7,D2;</p><p>　　D3:MOVA,P0;延時后再讀入P1值</p><p>　　XRLA,R4;與上次讀入值作比較</p><p>　　JZD3;A=0,表示按鍵未放,等待按鍵釋放</p><p>　　MOVA,R1;按鍵已

80、放開,取碼指針載入累加器</p><p>　　MOVDPTR,#TABLE;鍵盤碼表首地址送DPTR</p><p>　　MOVCA,@A+DPTR;查鍵碼</p><p>　　RET;返回</p><p>　　TABLE:DB00H,01H,02H,03H;鍵碼安排表與鍵盤相同</p><p&

81、gt;　　DB04H,05H,06H,07H</p><p>　　DB08H,09H,0AH,0BH</p><p>　　DB0CH,0DH,0EH,0FH</p><p><b>　　ORG0200H</b></p><p>　　DISPLAY:MOVR0,#DBUF;串口靜態(tài)顯示子程序</p&

82、gt;<p>　　MOVR2,#3;顯示3位數(shù)碼</p><p>　　MOVDPTR,#SEGTAB;</p><p>　　DISP: MOVA,@R0;</p><p>　　MOVCA,@A+DPTR;取字段碼</p><p>　　MOVSCON,#0;置串口工作方式0</p><

83、p>　　MOVSBUF,A;開始發(fā)送</p><p>　　JNBTI,$;等待發(fā)送完畢</p><p>　　CLRTI;發(fā)送完畢,標志位清零</p><p>　　INCR0;緩沖單元地址增1</p><p>　　DJNZR2,DISP;三位數(shù)碼發(fā)送完否?</p><p>　　RE

84、T;發(fā)送完畢,則返回</p><p>　　SEGTAB: DB0FCH,60H,0DAH,0F2H ;0,1,2,3（共陽極字段碼表）</p><p>　　DB66H,0B6H, 0BEH,0E0H;4,5,6,7</p><p>　　DB0FEH,0F6H,0EEH,3EH;8,9,A,B</p><p>

85、　　DB9CH,7AH,9EH,8EH ;C,D,+,-</p><p><b>　　END</b></p><p>　　6.2搶答器軟件程序</p><p>　　#include <REGX51.H></p><p>　　#define uchar unsigned char</p>

86、<p><b>　　//共陰碼</b></p><p>　　//uchar code table[]={0x00,0x60,0xda,0xf2,0x66,0xb6,0xbe,0xe0,0xfe }; /*代碼存儲區(qū)(64KB)*/ </p><p><b>　　//共陽碼</b></p><p>　　uch

87、ar code table[]={0x03,0x9f,0x25,0x0d,0x99,0xc2,0x41,0x1f,0x01,0xff }; </p><p>　　void delay (void) { /* delay 函數(shù)*/</p><p>　　uchar i,j; /*這個函數(shù)執(zhí)行時間的

88、延遲 */</p><p>　　for (i=0;i<20;i++)</p><p>　　for(j=0;j<250;j++)</p><p><b>　　;</b></p><p><b>　　} </b></p><p>　　void main (voi

89、d) {</p><p>　　uchar temp,key,j,time; /* 聲明變量temp */</p><p>　　while (1) { /* 無窮循環(huán) */</p><p>　　temp=P0;/* 將P2輸入的數(shù)據(jù)直接放入變量temp當(dāng)中 */</p&g

90、t;<p><b>　　delay();</b></p><p><b>　　temp=P0;</b></p><p>　　switch(temp) {</p><p>　　case 0xfe: key = 1;break;</p><p>　　case 0xfd: key = 2;

91、break;</p><p>　　case 0xfb: key = 3;break;</p><p>　　case 0xf7: key = 4;break;</p><p>　　case 0xef: key = 5;break;</p><p>　　case 0xdf: key = 6;break;</p><p>　

92、　case 0xbf: key = 7;break;</p><p>　　case 0x7f: key = 8;break;</p><p>　　default : break; }</p><p>　　if(temp==0xff) { for(time=1;time>0;time--)/*無鍵按下,則關(guān)顯示*/</p><p>　　

93、{ j=table[0];</p><p>　　SCON=0x00;</p><p><b>　　SBUF=j;</b></p><p>　　while(TI!=1);</p><p><b>　　TI=0;</b></p><p><b>　　}</b>

94、;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　else { j=table[key]; /*取鍵值并顯示*/</p><p>　　SCON=0x00;</p><p><b>　　SBUF=j;</b></p><p>　　while(TI!=1);&

95、lt;/p><p><b>　　TI=0; </b></p><p>　　for(;;)/*指示顯示,并實現(xiàn)鎖鍵功能*/</p><p>　　{ P1=temp;</p><p><b>　　delay();</b></p><p><b>　　}</b

96、></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　7 單片機干擾防護</p><p>　　單片機應(yīng)用系統(tǒng)在實際工作過程中，難免會受到各種外部或內(nèi)部的干擾

97、，使系統(tǒng)發(fā)生異常情況。比如，因干擾使程序指針發(fā)生錯誤時，可能會將非操作碼執(zhí)行，造成程序執(zhí)行的混亂（跑飛）或進入死循環(huán)，甚至可能會損壞元器件。</p><p>　　干擾竄入應(yīng)用系統(tǒng)的主要渠道有三條：通過電磁波輻射竄入系統(tǒng)的空間干擾；通過輸入/輸出通道竄入的通道干擾；電源的干擾。</p><p>　　7.1 采用隔離技術(shù)</p><p>　　對于供電系統(tǒng)的干擾，可以采用

98、交流穩(wěn)壓器、不間斷電源（UPS）、隔離變壓器、底通慮波器等，以防止電源電壓的波動和干擾噪聲；在直流電源的抗干擾措施中，對應(yīng)用系統(tǒng)中的不同等級的直流電源采取集成穩(wěn)壓塊單獨供電，以避免模塊間的互相影響，使直流開關(guān)電源、DC-DC變換器以加強隔離提高電源穩(wěn)定性等。</p><p>　　在單片機應(yīng)用系統(tǒng)的輸入/輸出通道中，普遍采用通道隔離技術(shù)來防止通道干擾。其中應(yīng)用較多的是光電耦合器。光電耦合器的輸入/輸出之間沒有接觸，

99、能有效地防止輸入端的電磁干擾以電耦合的方式進入應(yīng)用系統(tǒng)，而且光電耦合器的輸入阻抗很小，干擾源的內(nèi)阻很大，所以能輸入到光電偶合器的干擾電壓很小。</p><p>　　7.2 正確的接地措施</p><p>　　在低頻電路中，因寄生電抗的影響不大，常采用一點接地，以減少地線造成的地環(huán)路。</p><p>　　在單片機系統(tǒng)中，數(shù)字地和模擬地應(yīng)分別接地，即使一個芯片上有兩種

100、地也要分別接地，然后再在一點處把兩種分別連接起來。</p><p>　　在研制印刷電路板時，對地線的分布、形狀、長度和寬度等也有一定的要求，比如地線要呈輻射狀，避免環(huán)行，地線要寬，連接旁路電容的地線不要太長等。</p><p>　　單片機應(yīng)用系統(tǒng)中的數(shù)字地、模擬地（低電平電路地）、大功率電氣設(shè)備等強電設(shè)備的地（噪聲地）、機殼或其他金屬構(gòu)件的屏蔽地應(yīng)分開布置并在一點上和電源地相連。每個單元宜

101、采用一個接地點，地線應(yīng)盡量加粗以減少地線的阻抗。</p><p>　　在采用屏蔽雙絞線傳遞信號時，應(yīng)將地與工作地連在一起。要注意只能在一個點接地，以免形成回路，在屏蔽體上產(chǎn)生較大的噪聲。</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　通過這次畢業(yè)設(shè)計。設(shè)計電子智能搶答計分器，采用了單片機技術(shù)、數(shù)字電子、模擬電子、制作電路板等相關(guān)

102、技術(shù)。把在學(xué)校三年所學(xué)知識連成一串。理論聯(lián)系實踐，體現(xiàn)出大學(xué)生動手能力。通過查資料和搜集有關(guān)的文獻，培養(yǎng)了自學(xué)能力和動手能力。并且由原先的被動的接受知識轉(zhuǎn)換為主動的尋求知識，這可以說是學(xué)習(xí)方法上的一個很大的突破。在以往的傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)模式下，我可能會記住很多的書本知識，但是通過畢業(yè)論文，我學(xué)會了如何將學(xué)到的知識轉(zhuǎn)化為自己的東西，學(xué)會了怎么更好的處理知識和實踐相結(jié)合的問題。把握重點、攻克難關(guān)，學(xué)到用到、活學(xué)活用。在設(shè)計過程中由于時間倉促有很多

103、地方難免存在不足之處，硬件設(shè)計已經(jīng)完成，在軟件設(shè)計中有些功能還尚未開發(fā)出來。但在以后的工作中，我會嚴格要求自己，追求完美。</p><p><b>　　謝 辭</b></p><p>　　時光匆匆，如白駒過隙。在論文完成之際，大學(xué)生涯已過去三載，遙想入學(xué)當(dāng)時，恍如隔日，不免感嘆時光易逝，韶華難追。其實這時光的相對，先人們也早有所感，如若不信，有詩為證：</p&

104、gt;<p>　　山中半日棋未盡，世上千年物已休。</p><p>　　閣中帝子隨風(fēng)逝，不盡長江滾滾流。</p><p>　　三年寒窗，所收獲的不僅僅是愈加豐厚的知識，更重要的是在閱讀、實踐中所培養(yǎng)的思維方式、表達能力和廣闊視野。很慶幸這些年來我遇到了許多恩師益友，無論在學(xué)習(xí)上、生活上還是工作上都給予了我無私的幫助和熱心的照顧，讓我在諸多方面都有所成長。感恩之情難以用語言量度

105、，謹以最樸實的話語致以最崇高的敬意。</p><p>　　首先要衷心感謝的是我可敬可親的****老師！您對我學(xué)習(xí)的悉心指導(dǎo)和諄諄教誨令我終身受益。在您的指導(dǎo)下，我在工廠電氣控制和自動檢測技術(shù)科目的能力都得到了相應(yīng)的提高。您的睿智、對知識孜孜不倦的追求、對教育科學(xué)研究的熱愛、嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度讓我學(xué)到了如何做事，您在生活中的幽默、寬容、豁達教會了我如何做人。千言萬語在此刻化為了一句“謝謝您！”。 </p>

106、<p>　　還要感謝我的父母，給予我生命并竭盡全力給予了我接受教育的機會，養(yǎng)育之恩沒齒難忘；無論在精神還是在物質(zhì)上都給予我莫大的支持；感謝我的同窗好，在我最困難的時候總能給予我安慰和鼓勵，讓我重拾信心。</p><p>　　還有許多人，也許他們只是我生命中匆匆的過客，但他們對我的支持和幫助依然在我記憶中留底了深刻的印象。在此無法一一羅列，但對他們，我始終心懷感激。</p><p&g

107、t;　　最后，我以《瓦爾登湖》里的一句話結(jié)束我的論文，并以此作為未來乘風(fēng)破浪的心靈腳注：使我們視而不見的光亮，對于我們就是黑暗。但我們清醒時，曙光才會破曉。來日方長，太陽只是顆啟明星。以此為記。 </p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 康華光,鄒壽彬編.電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分（第四版）[M].北京:高等教育出版社,2005</

108、p><p>　　[2] 何立民.MCS-51系列單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)配置與接口技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1999年</p><p>　　[3] 陸坤,奚大順,李之權(quán)等,電子設(shè)計技術(shù)[M].成都:電子科技大學(xué)出版社1997年</p><p>　　[4] 何立民.MCS-51系列單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)配置與接口技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社