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文檔簡介
1、<p><b> 摘 要</b></p><p> 搶答器是一種常見的電子產(chǎn)品,尤其是在各類智力競猜中,為了實現(xiàn)選手的公平性,性能優(yōu)良的搶答器往往更能得到各單位的青睞。這里通過兩種設(shè)計方案的對比,最終選定了用單片機實現(xiàn)搶答器電路。由于單片機具有可編程定時器和中斷設(shè)備,便于實現(xiàn)編程和時間的精確控制。所用方案電路結(jié)構(gòu)簡單,易于實現(xiàn),它用4個七段數(shù)碼管來顯示,且具有簡單精準(zhǔn)的報警
2、電路。所選方案的一個很重要的特點在于具有靈活性,主持人可以根據(jù)題目難易進行時間設(shè)定,這樣進一步保證了公平性。由于它具有成本低廉,結(jié)構(gòu)簡單,且性能優(yōu)良的諸多優(yōu)點,必定會得到廣泛的應(yīng)用。</p><p> 關(guān)鍵詞:搶答器 ,單片機 ,七段數(shù)碼管,時間設(shè)定 </p><p><b> 目 錄</b></p><p><b> 一
3、 方案的概述1</b></p><p> 1.1 設(shè)計內(nèi)容及要求1</p><p> 1.1.1 設(shè)計內(nèi)容1</p><p> 1.1.2 設(shè)計要求1</p><p> 1.2 設(shè)計方框圖2</p><p> 1.3 搶答器的程序流程3</p><p>
4、; 二 搶答器單元設(shè)計及其說明8</p><p> 2.1主要芯片的介紹8</p><p> 2.2程序流程圖10</p><p> 2.3 MAX721912</p><p> 2.3.1 MAX7219引腳說明12</p><p> 2.3.2 基本的工作方法13</p>&l
5、t;p> 2.3.3 MAX7219初始化14</p><p> 2.3.4 部分程序功能介紹14</p><p> 2.4LCD簡介16</p><p> 2.4.1LCD和LED的區(qū)別16</p><p> 2.4.3顯示電路設(shè)計和LCD的引腳功能說明17</p><p> 2.4.4
6、液晶顯示模塊18</p><p> 三 搶答器電路原圖及仿真20</p><p> 3.1搶答器原理圖20</p><p> 3.2仿真軟件介紹21</p><p> 3.3仿真測試效果22</p><p><b> 設(shè)計小結(jié)25</b></p><p&
7、gt;<b> 參考文獻26</b></p><p><b> 附錄一27</b></p><p><b> 附錄二28</b></p><p><b> 一 方案的概述</b></p><p> 1.1 設(shè)計內(nèi)容及要求</p>
8、;<p> 1.1.1 設(shè)計內(nèi)容</p><p> 1設(shè)計一個智力競賽搶答器,可同時供8名選手或8個代表隊參加比賽,他們的編號分別是1、2、3、4、5、6、7、8,各用一個搶答按鈕,按鈕的編號與選手的編號相對應(yīng),分別是S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7。</p><p> 2給節(jié)目主持人設(shè)置一個控制開關(guān),用來控制系統(tǒng)的清零(編號顯示數(shù)碼管滅燈)和搶答的開始
9、。</p><p> 3搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能。搶答開始后,若有選手按動搶答按鈕,編號立即鎖存,并在LED數(shù)碼管上顯示出選手的編號,同時蜂鳴器給出音響提示。此外,要封鎖輸入電路,禁止其他選手搶答。優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。</p><p> 4用中小規(guī)模集成電路組成智力競賽搶答器電路,畫出各單元電路圖和總體邏輯框圖,正確描述各單元功能,合理選用電路器件,
10、畫出完整的電路設(shè)計圖以及寫出設(shè)計總結(jié)報告</p><p> 1.1.2 設(shè)計要求</p><p> 1、如果想調(diào)節(jié)搶答時間或答題時間,按"搶答時間調(diào)節(jié)"鍵或"答題時間調(diào)節(jié)" 鍵進入調(diào)節(jié)狀態(tài),此時會顯示現(xiàn)在設(shè)定的搶答時間或回答時間值,如想加一秒按一下"加1s"鍵,如果想減一秒按一下"-1s"
11、;鍵,時間LED上會顯示改變后的時間,調(diào)整范圍為0s~99s, 0s時再減1s會跳到99,99s時再加1s會變到0s。 </p><p> 2、主持人按"搶答開始"鍵,會有提示音,并立刻進入搶答倒計時(預(yù)設(shè)30s搶答時間),如有選手搶答,會有提示音,
12、并會顯示其號數(shù)并立刻進入回答倒計時(預(yù)設(shè)60s搶答時間),不進行搶答查詢,所以只有第一個按搶答的選手有效。倒數(shù)時間到小于5s會每秒響一下提示音。 </p><p> 3、如倒計時期間,主持人想停止倒計時可以隨時按"停止
13、"按鍵,系統(tǒng)會自動進入準(zhǔn)備狀態(tài),等待主持人按"搶答開始"進入下次搶答計時。 </p><p> 4、如果主持人未按"搶答開始"鍵,而有人按了搶答按鍵,犯規(guī)搶答
14、,LED上不斷閃爍FF和犯規(guī)號數(shù)并響個不停,直到按下"停止" 鍵為止。 </p><p> 5、P3.0為開始搶答,P3.1為停止,p1.0-p1.7為八路搶答輸入 數(shù)碼管段選P0口,位選P2口低3位,蜂鳴器輸出為P3.6口。P3.2搶答時間調(diào)整整,P3.3回答時間調(diào)整,P3.4為時間加1調(diào)整,P3.5為時間減1調(diào)整。</p><p> 6、當(dāng)參賽選手在回答問
15、題時要求使用錦囊,則主持人按下?lián)尨痖_始鍵,計時重新開始。</p><p> 1.2 設(shè)計方框圖</p><p> 如圖(1-1)所示為八路智力搶答器設(shè)計的物理模塊劃分如下:</p><p> 圖1-1 設(shè)計物理框圖</p><p> 通過主持人的相關(guān)操作(包括開始、停止、調(diào)時、錦囊使用等),以及選手的搶答,顯示模塊與語音模塊應(yīng)能迅
16、速做出正確回應(yīng)。如主持人按下開始,語音模塊立刻給以語音提示,顯示模塊立刻顯示搶答倒計時;當(dāng)有選手搶答,顯示模塊應(yīng)馬上顯示最先搶答的選手號,并進入答題倒計時… 而這一切,都有賴于本設(shè)計的核心模塊—51單片機來控制。通過一系列的匯編程序,來控制、實現(xiàn)相應(yīng)的邏輯功能。</p><p> 本設(shè)計中大部分的較為復(fù)雜的邏輯控制,都是用相應(yīng)的匯編程來控制實現(xiàn)的。</p><p> 根據(jù)相應(yīng)的設(shè)計要求
17、,對本設(shè)計可作如下分析:</p><p> 1、由設(shè)計要求1,本設(shè)計應(yīng)具有搶答時間調(diào)整和回答時間調(diào)整程序,并由相應(yīng)引腳來控制:P3.2搶答時間調(diào)整,P3.3回答時間調(diào)整,P3.4為加1s,P3.5為減1s;</p><p> 2、根據(jù)設(shè)計要求2,本設(shè)計應(yīng)具有搶答、回答倒計時功能,即倒計時程序。通過查詢開始鍵的狀態(tài)來決定是否進入搶答倒計時,開始鍵按下后有人搶答便立即進入回答倒計時,倒計時
18、小于5s時,調(diào)用發(fā)聲程序;</p><p> 3、程序中應(yīng)不斷查詢"停止" 鍵的狀態(tài),一旦其按下,應(yīng)立即退出,并進入查詢程序(用來查詢開始鍵與八路搶答鍵的狀態(tài));</p><p> 4、 為使本設(shè)計具有錦囊功能,在回答倒計時過程中,若按下開始鍵,回答倒計時重新開始。</p><p> 1.3 搶答器的程序流程</p><
19、;p> 本設(shè)計采用P3.2、P3.3分別接搶答時間調(diào)節(jié)和答題時間調(diào)節(jié)按鈕,即通過外部中斷0、外部中斷1分別控制搶答、答題時間的調(diào)整。因此,設(shè)計的軟件部分可分為工作模塊、外部中斷0模塊、外部中斷1模塊。對流程圖的分析,也分三部分來介紹。</p><p> ?。?)工作時(非調(diào)節(jié)時間時)的流程</p><p> 平時正常工作時,程序的流程圖繪制如圖1-2:</p>&l
20、t;p> 對工作流程圖中的某些部分解釋如下:</p><p> 初始化部分:包括對定時計數(shù)器的工作方式、初始化數(shù)值的設(shè)置,還包括對搶答時間與答題時間的預(yù)設(shè),另外,還應(yīng)對外部中斷0、外部中斷1進行開放。</p><p> 搶答倒計時、回答倒計時部分:由于二者功能的相似性,本設(shè)計將二者在一個子程序——倒計時程序中一起編寫。</p><p> 犯規(guī)程序部分:
21、包括對犯規(guī)選手號的顯示、報警器的間斷工作。</p><p> 另外,由于在設(shè)計要求主持人能隨時對工作過程終止,因此,要不斷查詢停止鍵的狀態(tài),一旦按下,便回到初始化后的狀態(tài);在倒計時過程中還要不斷將與5S比較,當(dāng)小于5S時,還需調(diào)用發(fā)聲程序;小于5S后, 又需要不斷將與0較,當(dāng)其等于零時,立即返回。</p><p> 圖1-2 工作流程圖</p><p> ?。?/p>
22、2)外部中斷0(搶答時間調(diào)整)流程</p><p> 外部中斷0(搶答時間調(diào)整)的流程圖見圖1-3:</p><p> 圖1-3 INT0流程圖</p><p> 一旦因P3.2對應(yīng)鍵的按下,便進入INT0中斷過程。通過不斷對P3.4(加1s)和P3.5(減1s)進行不斷的查詢,來對搶答時間進行調(diào)整:發(fā)現(xiàn)P3.4按下,就對原搶答時間加1s, 發(fā)現(xiàn)P3.5下,
23、就對原搶答時間減1s并調(diào)用顯示程序。</p><p> 根據(jù)設(shè)計要求,當(dāng)加至99s時,若再加1s,則時間變?yōu)?;當(dāng)減至0s后,若再減一秒,時間變?yōu)?9s。因此,流程中應(yīng)該對當(dāng)前時間于99s或0s比較,再作出相應(yīng)處理。</p><p> 另外,在中斷過程中還需要不時對停止按鈕進行查詢,一旦發(fā)現(xiàn)其按下,立即中斷返回。由于本中斷過程在返回前一直是循環(huán)執(zhí)行的,因此,只需要在每次循環(huán)末查詢一次即
24、可,如流程圖所示</p><p> (3)外部中斷1(答題時間調(diào)整)流程</p><p> 外部中斷1(答題時間調(diào)整)流程與外部中斷1流程大同小異。其程序流程參見圖1-4:</p><p> 與搶答時間調(diào)整類似,一旦因P3.3對應(yīng)的按鈕按下,便進入INT1中斷過程。通過不斷對P3.4(加1s)和P3.5(減1s)進行不斷的查詢,來對搶答時間進行調(diào)整:發(fā)現(xiàn)P3.
25、4按下,就對原搶答時間加1s, 發(fā)現(xiàn)P3.5下,就對原搶答時間減1s并調(diào)用顯示程序。當(dāng)加至99s時,若再加1s,則時間變?yōu)?;當(dāng)減至0s后,若再減一秒,時間變?yōu)?9s。因此,流程中應(yīng)該對當(dāng)前時間于99s或0s比較,再作出相應(yīng)處理。</p><p> 同上,在中斷過程中,也還需要不時對停止按鈕進行查詢,一旦發(fā)現(xiàn)其按下,立即中斷返回。</p><p> 圖1-4 INT1流程圖</
26、p><p> 二 搶答器單元設(shè)計及其說明</p><p> 2.1主要芯片的介紹</p><p> AT89SC52的引腳圖如圖2-1所示</p><p> 圖2-1 AT89SC52芯片引腳圖</p><p><b> 主要性能</b></p><p> 本方案所
27、使用的主要芯片是AT89SC52, 它與MCS-51單片機產(chǎn)品兼容 、8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器、 1000次擦寫周期、 全靜態(tài)操作:0Hz~33Hz 、 三級加密程序存儲器 、 32個可編程I/O口線 、三個16位定時器/計數(shù)器 八個中斷源 、全雙工UART串行通道、 低功耗空閑和掉電模式 、掉電后中斷可喚醒 、看門狗定時器 、雙數(shù)據(jù)指針 、掉電標(biāo)識符 。</p><p><b> 功能特
28、性描述</b></p><p> At89sc52 是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。使用Atmel 公司高密度非 易失性存儲器技術(shù)制造,與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程,亦適于 常規(guī)編程器。在單芯片上,擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng) 可編程Flash,使得AT89SC52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)
29、提 供高靈活、超有效的解決方案。 AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能: 8k字節(jié)Flash,256字節(jié)RAM, 32 位I/O 口線,看門狗定時器,2 個數(shù)據(jù)指針,三個16 位 定時器/計數(shù)器,一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu),全雙工串行口, 片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外,AT89S52 可降至0Hz 靜態(tài)邏 輯操作,支持2種軟件可選擇節(jié)電模式??臻e模式下,CPU 停止工作,允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工 作。掉電保護方式下,RAM內(nèi)容被保
30、存,振蕩器被凍結(jié), 單片機一切工作停止,直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。8 位微控制器 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash AT89S52。</p><p><b> P0、P1口介紹</b></p><p> P0 口:P0 口是一組8 位漏極開路型雙向I/O 口, 也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時,每位能吸收電流的方式驅(qū)動8 個TTL邏輯門電路,對端口P
31、0 寫“1”時,可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時,這組口線分時轉(zhuǎn)換地址(低8 位)和數(shù)據(jù)總線復(fù)用,在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在Flash 編程時,P0 口接收指令字節(jié),而在程序校驗時,輸出指令字節(jié),校驗時,要求外接上拉電阻。 P1 口:P1 是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口, P1 的輸出緩沖級可驅(qū)動(吸收或輸出電流)4 個TTL 邏輯門電路。對端口寫“1”,通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平,此
32、時可作輸入口。作輸入口使用時,因為內(nèi)部存在上拉電阻,某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流(IIL)?! ∨cAT89C51 不同之處是,P1.0 和P1.1 還可分別作為定時/計數(shù)器2 的外部計數(shù)輸入(P1.0/T2)和輸入(P1.1/T2EX),參見表2-1</p><p> 表2-1 P1.0 P2.0 引腳功能特性</p><p> 本方案中用到的一些引腳介紹</p>
33、;<p> XTAL1:振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。</p><p> XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。</p><p><b> 特殊功能寄存器:</b></p><p> 在AT89C52 片內(nèi)存儲器中,80H-FFH 共128 個單元為特殊功能寄存器(SFE)。</p><p
34、> 并非所有的地址都被定義,從80H—FFH 共128 個字節(jié)只有一部分被定義,還有相當(dāng)一部分沒有定義。對沒有定義的單元讀寫將是無效的,讀出的數(shù)值將不確定,而寫入的數(shù)據(jù)也將丟失。不應(yīng)將數(shù)據(jù)“1”寫入未定義的單元,由于這些單元在將來的產(chǎn)品中可能賦予新的功能,在這種情況下,復(fù)位后這些單元數(shù)值總是“0”。</p><p> AT89C52除了與AT89C51所有的定時/計數(shù)器0 和定時/計數(shù)器1 外,還增加了
35、一個定時/計數(shù)器2。定時/計數(shù)器2 的控制和狀態(tài)位位于T2CON,T2MOD,寄存器對(RCAO2H、RCAP2L)是定時器2 在16 位捕獲方式或16 位自動重裝載方式下的捕獲/自動重裝載寄存器。</p><p><b> 2.2程序流程圖</b></p><p> 圖2-2 程序流程圖</p><p> 2.3 MAX7219<
36、/p><p> 2.3.1 MAX7219引腳說明</p><p><b> 引腳說明見表2-2</b></p><p> 表2-2 MAX7219引腳說明</p><p> 2.3.2 基本的工作方法</p><p> MAX7219與8031單片機連接采用三線串行接口,典型應(yīng)用電路如表
37、2-3所示。Y&FeN;y-jGuest</p><p> 表2-3 16位數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)格式如下:</p><p> D7~D0:8位數(shù)據(jù)位,D7最高位,D0最低位;</p><p> D11~D8:4位地址位;</p><p> D15~D12:無關(guān)位,通常全取1。</p><p> MAX72
38、19通過D11~D84位地址位譯碼,可尋址14個內(nèi)部寄存器,分別是8個LED顯示位寄存器,5個控制寄存器和1個空操作寄存器。LED顯示寄存器由內(nèi)部8×8靜態(tài)RAM構(gòu)成,操作者可直接對位寄存器進行個別尋址,以刷新和保持?jǐn)?shù)據(jù),只要V+超過2V(一般為+5V)。a y6i/e8G(rW0n~Guest控制寄存器包括:譯碼模式,顯示亮度調(diào)節(jié),掃描限制(選擇掃描位數(shù)),關(guān)斷和顯示測試寄存器。 </p><p&g
39、t; EETOP專業(yè)博客---電子工程師自己的家園1w}m0@-?7B`-v&{Lt PGueste(|o'x*U `)vGuestMAX7219的驅(qū)動程序首先必須對5個控制寄存器(地址分配見表2-4)初始設(shè)置即初始化,各控制寄存器設(shè)置含義如下:譯碼模式選擇寄存器(地址=F9H);</p><p> 5G)sJ'wGm+C[GuestEETOP專業(yè)博客---電子工程師自己的家
40、園\xG/U9Y3O|共有4種譯碼模式供選擇,當(dāng)數(shù)據(jù)位全0時選擇“非譯碼方式”。在此方式下,8個數(shù)據(jù)位分別一一對應(yīng)7個段和小數(shù)點。通常選擇此方式。 1Qe{b#k qGuestk5{4q6Y+vGuest掃描限制寄存器:地址=FBH;用于設(shè)置顯示的LED個數(shù)(1~8),當(dāng)D2D1D0=111、D7D6D5D4D3無關(guān)時,可接8個LED管。EETOP專業(yè)博客---電子工程師自己的家園9rB3}Dw#Y0X 亮
41、度調(diào)節(jié)寄存器:地址=FAH;CB!iae rp-qGuest共有16級選擇,用于LED顯示亮度的強弱設(shè)置。EETOP專業(yè)博客---電子工程師自己的家園9^9lia(}8D$hw ^ 關(guān)斷模式寄存器:地址=FCH;EETOP專業(yè)博客---電子工程師自己的家園K@A|}Q 顯示測試寄存器:地址=FFH;有兩種選擇用于設(shè)置LED是測試狀態(tài)還是正常操作狀態(tài):當(dāng)在測試狀態(tài)時(D0=1)各位全應(yīng)亮,一般選擇正常操作狀態(tài)
42、(D0</p><p><b> =0)。</b></p><p> 表2-4 寄存器地址分配表</p><p> 2.3.3 MAX7219初始化</p><p> 表2-5 初始化設(shè)置各項的選擇及對應(yīng)數(shù)值</p><p> 2.3.4 部分程序功能介紹</p>&l
43、t;p> 全部程序見附錄二,下面僅介紹部分程序</p><p> 由于在讀搶答數(shù)據(jù)口的時候,單片機首先進入倒計時程序,再調(diào)用顯示程序,最后才檢測按鍵口,然而在檢測按鍵口時動態(tài)掃描要調(diào)用三次(4ms)延時程序.這樣就會導(dǎo)致讀數(shù)據(jù)口出現(xiàn)滯后,造成1號優(yōu)先最高.8號最低.故采用在延時子程序中加了讀數(shù)據(jù)口程序.保證了靈敏度和可靠性,程序如下:</p><p> ===加減時間延時(起到
44、不會按下就加N個數(shù))======</p><p> DELAY1: MOV 35H,#08H</p><p> LOOP0: ACALL DISPLAY</p><p> DJNZ 35H,LOOP0</p><p><b> RET</b></p><p> ;=====延時4236個
45、機器周期(去抖動用到)=====</p><p> DELAY: MOV 32H,#12H</p><p> LOOP: MOV 33H,#0AFH</p><p> LOOP1: DJNZ 33H,LOOP1</p><p> DJNZ 32H,LOOP</p><p> RET;=====延時4236個機
46、器周期(顯示用到)=====</p><p> DELAY2: MOV 32H,#43H</p><p> LOOP3: MOV 33H,#1EH</p><p> MOV A,R7 ;每隔60~70個機器周期讀一次P1口,全為1時為無效數(shù)據(jù),繼續(xù)讀,有一個不為1時,轉(zhuǎn)到正常搶答處理</p><p> JNZ AAAA1 ;沒讀到有效
47、數(shù)據(jù)時繼續(xù)轉(zhuǎn)到AAAA1</p><p> LOOP2: DJNZ 33H,LOOP2</p><p> DJNZ 32H,LOOP3</p><p> RET;=====讀搶答按鍵數(shù)據(jù)口程序=====</p><p> 主持人時間設(shè)定程序如下:</p><p> ACALL DISPLAY;先在兩個時間LE
48、D上顯示R1</p><p> JNB P3.4,INC0;P3.4為+1s鍵,如按下跳到INCO</p><p> JNB P3.5,DEC0;P3.5為-1s鍵,如按下跳到DECO</p><p> JNB P3.1,BACK0;P3.1為確定鍵,如按下跳到BACKO</p><p><b> 2.4LCD簡介</
49、b></p><p> 2.4.1LCD和LED的區(qū)別 </p><p> LED為英文(Light Emitting Diode)的縮寫,是發(fā)光二極管的一種,LCD是液晶顯示器,兩者相差太多.但是用LED的點陣也能組成顯示器,適用于戶外大屏幕顯示,分辨率較低。LCD為英文(Liquid Crystal Display)的縮寫,即液晶顯示器,是一種數(shù)字顯示技術(shù),通過液晶和彩色過濾
50、器過濾光源,在平面面板上產(chǎn)生圖象。與傳統(tǒng)的陰極射線管LCD占用空間小,低功耗,低輻射,無閃爍,降低視覺疲勞。 LCD技術(shù)能夠顯示更加清晰,明亮的圖象。 </p><p> LED是發(fā)光二極管 </p><p> 特點:自發(fā)光,從遠處可以看見,價格相對較低</p><p> 缺點;顯示的內(nèi)容少,一般是數(shù)碼,LED電子滾動顯示,等等,很耗電,控制復(fù)雜。</p
51、><p> 由于LCD比LED的效果好,所以本設(shè)計我們選擇了LCD作為我們設(shè)計的顯示器。2.4.2單片機和分立元件的區(qū)別</p><p> 單片機相當(dāng)于一個集成電路,將一些功能都集成在一個芯片中,在一小塊芯片中能實現(xiàn)各種功能的器件。</p><p> 分立元件是指電阻\電感\(zhòng)電容等器件。這是相對于集成電路來說的,比如一個電路,他用了一個集成電路,外加一些零件即能實
52、現(xiàn)需要的功能,而一般來說,用分立元件也能實現(xiàn),但體積可能會大一些,可靠性可能也差一些。</p><p> 通過兩者的比較,單片機明顯優(yōu)于分立元件,所以本設(shè)計我們選擇了用單片機。其系統(tǒng)硬件設(shè)計如圖2-3</p><p> 圖2-3 單片機系統(tǒng)硬件設(shè)計</p><p> 2.4.3顯示電路設(shè)計和LCD的引腳功能說明</p><p> 液晶
53、顯示模塊是一種將液晶顯示器件、連接件、集成電路、PCB線路板、背光源、結(jié)構(gòu)件等裝配在一起的組件。英文名稱叫“LCD Module”,簡稱“LCM”,中文稱為“液晶顯示模塊”,其流程圖如2-4所示,實物圖如2-5所示。</p><p> 如圖2-4 LCD流程圖</p><p> 圖2-5 LCD1602實物圖</p><p> 2.4.4液晶顯示模塊</
54、p><p> 表2-6 LCD引腳功能</p><p> VDD:電源正極,4.5-5.5V,通常使用5V電壓;</p><p> VL:LCD對比度調(diào)節(jié)端,電壓調(diào)節(jié)范圍為0-5V。接正電源時對比度最弱,接地電源時對比度最高,但對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”,因此通常使用一個10K的電位器來調(diào)整對比度,或者直接串接一個電阻到地;</p><p>
55、; RS:MCU寫入數(shù)據(jù)或者指令選擇端。MCU要寫入指令時,使RS為低電平;MCU要寫入數(shù)據(jù)時,使RS為高電平;</p><p> R/W:讀寫控制端。R/W為高電平時,讀取數(shù)據(jù);R/W為低電平時,寫入數(shù)據(jù);</p><p> E:LCD模塊使能信號控制端。寫數(shù)據(jù)時,需要下降沿觸發(fā)模塊。</p><p> D0-D7:8位數(shù)據(jù)總線,三態(tài)雙向。如果MCU的I/
56、O口資源緊張的話,該模塊也可以只使用4位數(shù)據(jù)線D4-D7接口傳送數(shù)據(jù)。本充電器就是采用4位數(shù)據(jù)傳送方式;</p><p> BLA: LED背光正極。需要背光時,BLA串接一個限流電阻接VDD,BLK接地,實測該模塊的背光電流為50mA左右;</p><p> BLK: LED背光地端。</p><p> 數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管,八段數(shù)碼管比七
57、段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元(多一個小數(shù)點顯示);按能顯示多少個“8”可分為1位、2位、4位等等數(shù)碼管;按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到+5V,當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時,相應(yīng)字段就點亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時,相應(yīng)字段就不亮。。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(
58、COM)的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到地線GND上,當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時,相應(yīng)字段就點亮。當(dāng)某一字段的陽極為低電平時,相應(yīng)字段就不亮。</p><p> 三 搶答器電路原圖及仿真</p><p><b> ?。?1搶答器原理圖</b></p><p> 搶答器電路原理框圖如圖3-1所示,其中右上部分是4個
59、七段數(shù)碼管,作為顯示輸出部分,左上部分是鐘控部分,除了S1-S8是選手控制按鈕,其余按鈕式主持人控制系統(tǒng)。</p><p> 圖3-1 搶答器電路原理框圖</p><p> 各按鍵功能介紹如下:</p><p> ①SET鍵為復(fù)位鍵,按下復(fù)位鍵系統(tǒng)進入就緒狀態(tài);</p><p> ?、贐1、B2分別為30s、60s預(yù)置時間鍵;</
60、p><p> ?、邸?”、“-”鍵可以調(diào)節(jié)時間;</p><p> ④EN鍵用來確定自設(shè)時間;</p><p> ?、軴N鍵用來確定一切就緒,按下它系統(tǒng)就進入倒計時搶答;</p><p> ?、轘1-S8為8個搶答按鍵。</p><p><b> 3.2仿真軟件介紹</b></p>
61、<p> Proteus軟件簡介</p><p> Proteus組合了高級原理布圖、混合模式SPICE仿真,PCB設(shè)計以及自動布線來實現(xiàn)一個完整的電子設(shè)計系統(tǒng)。 ISIS是Proteus系統(tǒng)的中心,它遠不僅是一個圖表庫。它是具有控制原理圖畫圖的外觀設(shè)計環(huán)境 。</p><p> Proteus軟件是一種低投資的電子設(shè)計自動化軟件,提供可仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)千種元
62、器件和多達30多個元件庫。Proteus軟件提供多種現(xiàn)實存在的虛擬儀器儀表。此外,Proteus還提供圖形顯示功能,可以將線路上變化的信號,以圖形的方式實時地顯示出來。這些虛擬儀器儀表具有理想的參數(shù)指標(biāo),例如極高的輸入阻抗、極低的輸出阻抗,盡可能減少儀器對測量結(jié)果的影響,Proteus軟件提供豐富的測試信號用于電路的測試。這些測試信號包括模擬信號和數(shù)字信號。提供Schematic Drawing、SPICE仿真與PCB設(shè)計功能,同時可以
63、仿真單片機和周邊設(shè)備,可以仿真51系列、AVR、PIC等常用的MCU,并提供周邊設(shè)備的仿真,例如373、led、示波器等。Proteus提供了大量的元件庫,有RAM、ROM、鍵盤、馬達、LED、LCD、AD/DA、部分SPI器件、部分IIC器件,編譯方面支持Keil和MPLAB等編譯器。 一臺計算機、一套電子仿真軟件,在加上一本虛擬實驗教程,就可相當(dāng)于一個設(shè)備先進的實驗室。以虛代實、以軟代硬,就建立一個完善的虛擬實驗室。在計算機
64、上學(xué)習(xí)電工基礎(chǔ),模擬電路、</p><p> 5.保存文件。3)使用Proteus軟件的便利?! ?.培養(yǎng)學(xué)習(xí)者實驗設(shè)計能力,并降低科研投入,不擔(dān)心燒壞設(shè)備和元器件?! ?.支持創(chuàng)新性設(shè)計?! ?.培養(yǎng)團隊合作能力?! ?.提高實驗質(zhì)量,擴展學(xué)習(xí)者的思路和提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣。</p><p><b> 3.3仿真測試效果</b></p>
65、<p> 經(jīng)測試達到了設(shè)計的效果,下面用發(fā)光LED代替報警系統(tǒng),則可以看到測試效果。</p><p> 操作說明:主持人按下復(fù)位鍵SET,如果題目比較容易調(diào)節(jié)搶答時間為22s,按下B1鍵,然后調(diào)節(jié)“-”按鈕,顯示從30的倒計時,等顯示時間減到22時,停止按動“-”按鈕,再按EN鍵確定,然后按下ON開始搶答,同時揚聲器響,顯示如圖3-2所示;5號選手按下鍵搶答成功,立即進入倒計時答題狀態(tài)如圖3-3所示
66、;如果在所設(shè)時間內(nèi)選手未能按時答題,則發(fā)出報警,如圖3-4和3-5所示。若8位選手均未能在設(shè)定時間內(nèi)正常搶答,系統(tǒng)同樣進入報警狀態(tài),本系統(tǒng)所有的報警時間都設(shè)置為5s。</p><p> 圖3-2 搶答器搶答狀態(tài)</p><p> 圖3-3 搶答器倒計時答題狀態(tài)</p><p> 圖3-4 搶答器報警狀態(tài)</p><p> 圖3-5 搶
67、答器報警狀態(tài)終</p><p> OK EQU 20H;搶答開始標(biāo)志位</p><p> RING EQU 22H;響鈴標(biāo)志位</p><p><b> ORG 0000H</b></p><p><b> AJMP MAIN</b></p><p><b>
68、; ORG 0003H</b></p><p> AJMP INT0SUB</p><p><b> ORG 000BH</b></p><p> AJMP T0INT</p><p><b> ORG 0013H</b></p><p> AJMP
69、INT1SUB</p><p><b> ORG 001BH</b></p><p> AJMP T1INT</p><p><b> ORG 0040H</b></p><p> MAIN: MOV R1,#30;初設(shè)搶答時間為30s</p><p> MOV R
70、2,#60;初設(shè)答題時間為60s</p><p> MOV TMOD,#11H;設(shè)置未定時器/模式1</p><p> MOV TH0,#0F0H</p><p> MOV TL0,#0FFH;越高發(fā)聲頻率越高,越尖</p><p> MOV TH1,#3CH</p><p> MOV TL1,#0B0H;5
71、0ms為一次溢出中斷</p><p><b> SETB EA</b></p><p><b> SETB ET0</b></p><p><b> SETB ET1</b></p><p><b> SETB EX0</b></p>
72、<p> SETB EX1;允許四個中斷,T0/T1/INT0/INT1</p><p><b> CLR OK</b></p><p><b> CLR RING</b></p><p><b> SETB TR1</b></p><p><b>
73、; SETB TR0;</b></p><p> START: MOV R5,#0BH</p><p> MOV R4,#0BH</p><p> MOV R3,#0BH</p><p> ACALL DISPLAY;未開始搶答時候顯示FFF</p><p> JB P3.0,NEXT;dddd
74、ddd</p><p> ACALL DELAY</p><p> JB P3.0,NEXT;去抖動,如果"開始鍵"按下就向下執(zhí)行,否者跳到非法搶答查詢</p><p> ACALL BARK;按鍵發(fā)聲</p><p><b> MOV A,R1</b></p><p>
75、; MOV R6,A;送R1->R6,因為R1中保存了搶答時間</p><p> SETB OK;搶答標(biāo)志位,用于COUNT只程序中判斷是否查詢搶答</p><p> MOV R7,#01H ;讀搶答鍵數(shù)據(jù)信號標(biāo)志,這里表示只讀一次有用信號</p><p> MOV R3,#0AH;搶答只顯示計時,滅號數(shù)</p><p> A
76、JMP COUNT;進入倒計時程序,"查詢有效搶答的程序"在COUNT里面</p><p> NEXT: JNB P1.0,FALSE1</p><p> JNB P1.1,FALSE2</p><p> JNB P1.2,FALSE3</p><p> JNB P1.3,FALSE4</p><
77、;p> JNB P1.4,FALSE5</p><p> JNB P1.5,FALSE6</p><p> JNB P1.6,FALSE7</p><p> JNB P1.7,FALSE8</p><p> AJMP START;=====非法搶答處理程序=====</p><p> FALSE1:
78、MOV R3,#01H</p><p> AJMP ERROR</p><p> FALSE2: MOV R3,#02H</p><p> AJMP ERROR</p><p> FALSE3: MOV R3,#03H</p><p> AJMP ERROR</p><p> FAL
79、SE4: MOV R3,#04H</p><p> AJMP ERROR</p><p> FALSE5: MOV R3,#05H</p><p> AJMP ERROR</p><p> FALSE6: MOV R3,#06H</p><p> AJMP ERROR</p><p>
80、 FALSE7: MOV R3,#07H</p><p> AJMP ERROR</p><p> FALSE8: MOV R3,#08H</p><p> AJMP ERROR;=====INT0(搶答時間R1調(diào)整程序)=====</p><p> INT0SUB:MOV A,R1</p><p> MO
81、V B,#0AH</p><p><b> DIV AB</b></p><p><b> MOV R5,A</b></p><p><b> MOV R4,B</b></p><p> MOV R3,#0AH</p><p> ACALL D
82、ISPLAY;先在兩個時間LED上顯示R1</p><p> JNB P3.4,INC0;P3.4為+1s鍵,如按下跳到INCO</p><p> JNB P3.5,DEC0;P3.5為-1s鍵,如按下跳到DECO</p><p> JNB P3.1,BACK0;P3.1為確定鍵,如按下跳到BACKO</p><p> AJMP IN
83、T0SUB</p><p> INC0: MOV A,R1</p><p> CJNE A,#63H,ADD0;如果不是99,R2加1,如果加到99,R1就置0,重新加起。</p><p> MOV R1,#00H</p><p> ACALL DELAY1</p><p> AJMP INT0SUB<
84、/p><p> ADD0: INC R1</p><p> ACALL DELAY1</p><p> AJMP INT0SUB</p><p> DEC0: MOV A,R1</p><p> JZ SETR1;如果R1為0, R1就置99,</p><p><b> DEC
85、 R1</b></p><p> ACALL DELAY1</p><p> AJMP INT0SUB</p><p> SETR1: MOV R1,#63H</p><p> ACALL DELAY1</p><p> AJMP INT0SUB</p><p> BAC
86、K0: RETI ;=====INT1(回答時間R2調(diào)整程序)=====</p><p> INT1SUB:MOV A,R2</p><p> MOV B,#0AH</p><p><b> DIV AB</b></p><p><b> MOV R5,A</b></p>&l
87、t;p><b> MOV R4,B</b></p><p> MOV R3,#0AH</p><p> ACALL DISPLAY</p><p> JNB P3.4,INC1</p><p> JNB P3.5,DEC1</p><p> JNB P3.1,BACK1</
88、p><p> AJMP INT1SUB</p><p> INC1: MOV A,R2</p><p> CJNE A,#63H,ADD1</p><p> MOV R2,#00H</p><p> ACALL DELAY1</p><p> AJMP INT1SUB</p>
89、<p> ADD1: INC R2</p><p> ACALL DELAY1</p><p> AJMP INT1SUB</p><p> DEC1: MOV A,R2</p><p><b> JZ SETR2</b></p><p><b> DEC R2
90、</b></p><p> ACALL DELAY1</p><p> AJMP INT1SUB</p><p> SETR2: MOV R2,#63H</p><p> ACALL DELAY1</p><p> AJMP INT1SUB</p><p> BACK1:
91、 RETI ;=====倒計時程序(搶答倒計時和回答倒計時都跳到改程序)=====</p><p> REPEAT:MOV A,R2 ;使用錦囊時重新計時</p><p><b> MOV R6,A</b></p><p><b> CLR RING </b></p><p> COUNT:
92、 MOV R0,#00H;重置定時器中斷次數(shù)</p><p> MOV TH1,#3CH</p><p> MOV TL1,#0B0H;重置定時器</p><p> RECOUNT:MOV A,R6;R6保存了倒計時的時間,之前先將搶答時間或回答時間給R6</p><p> MOV B,#0AH</p><p>
93、; DIV AB;除十分出個位/十位</p><p> MOV 30H,A;十位存于(30H)</p><p> MOV 31H,B;個位存于(31H)</p><p> MOV R5,30H;取十位</p><p> MOV R4,31H;取個位</p><p><b> MOV A,R6<
94、;/b></p><p> SUBB A,#07H</p><p> JNC LARGER;大于5s跳到LARGER,小于等于5s會提醒</p><p><b> MOV A,R0</b></p><p> CJNE A,#0AH,FULL;1s中0.5s向下運行</p><p>&
95、lt;b> CLR RING </b></p><p> AJMP CHECK</p><p> FULL: CJNE A,#14H,CHECK;下面是1s的情況,響并顯示號數(shù)并清R0,重新計</p><p><b> SETB RING</b></p><p><b> MOV A
96、,R6</b></p><p> JZ QUIT;計時完畢</p><p> MOV R0,#00H</p><p> DEC R6;一秒標(biāo)志減1</p><p> AJMP CHECK</p><p> LARGER: MOV A,R0</p><p> CJNE A,
97、#14H,CHECK;如果1s向下運行,否者跳到查"停/顯示"</p><p> DEC R6;計時一秒R6自動減1</p><p> MOV R0,#00H</p><p> CHECK: JNB P3.1,QUIT;如按下停止鍵退出</p><p> JNB OK,CHECKK ;只在回答倒計時才有效</
98、p><p> AJMP NEXTT</p><p> CHECKK:JNB P3.0,REPEAT ;判斷是否使用錦囊</p><p> NEXTT: ACALL DISPLAY</p><p> JB OK,ACCOUT;如果是搶答倒計時,如是則查詢搶答,否者跳過查詢繼續(xù)倒數(shù)(這</p><p><b>
99、; 里起到鎖搶答作用)</b></p><p> AJMP RECOUNT</p><p><b> ACCOUT:</b></p><p><b> MOV A,36H</b></p><p> JNB ACC.0,TRUE1</p><p> JN
100、B ACC.1,TRUE2</p><p> JNB ACC.2,TRUE3</p><p> JNB ACC.3,TRUE4</p><p> JNB ACC.4,TRUE5</p><p> JNB ACC.5,TRUE6</p><p> JNB ACC.6,TZ1</p><p&g
101、t; JNB ACC.7,TZ2</p><p> AJMP RECOUNT</p><p> TZ1:JMP TRUE7</p><p> TZ2:JMP TRUE8 </p><p> QUIT: CLR OK;如果按下了"停止鍵"執(zhí)行的程序</p><p><b> CL
102、R RING</b></p><p> AJMP START;=====正常搶答處理程序=====</p><p> TRUE1: ACALL BARK</p><p><b> MOV A,R2</b></p><p> MOV R6,A;搶答時間R2送R6</p><p>
103、 MOV R3,#01H</p><p> CLR OK;因為答題的計時不再查詢搶答,所以就鎖了搶答</p><p> AJMP COUNT</p><p> TRUE2:ACALL BARK</p><p><b> MOV A,R2</b></p><p><b> MO
104、V R6,A</b></p><p> MOV R3,#02H</p><p><b> CLR OK</b></p><p> AJMP COUNT</p><p> TRUE3:ACALL BARK</p><p><b> MOV A,R2</b>
105、</p><p><b> MOV R6,A</b></p><p> MOV R3,#03H</p><p><b> CLR OK</b></p><p> AJMP COUNT</p><p> TRUE4:ACALL BARK</p><
106、p><b> MOV A,R2</b></p><p><b> MOV R6,A</b></p><p> MOV R3,#04H</p><p><b> CLR OK</b></p><p> AJMP COUNT</p><p>
107、 TRUE5:ACALL BARK </p><p><b> MOV A,R2</b></p><p><b> MOV R6,A</b></p><p> MOV R3,#05H</p><p><b> CLR OK</b></p><p&g
108、t; AJMP COUNT</p><p> TRUE6: ACALL BARK </p><p><b> MOV A,R2</b></p><p><b> MOV R6,A</b></p><p> MOV R3,#06H</p><p><b>
109、 CLR OK</b></p><p> AJMP COUNT</p><p> TRUE7:ACALL BARK </p><p><b> MOV A,R2</b></p><p><b> MOV R6,A</b></p><p> MOV R3,
110、#07H</p><p><b> CLR OK</b></p><p> AJMP COUNT</p><p> TRUE8:ACALL BARK </p><p><b> MOV A,R2</b></p><p><b> MOV R6,A</
111、b></p><p> MOV R3,#08H</p><p><b> CLR OK</b></p><p> AJMP COUNT;=====犯規(guī)搶答程序=====</p><p> ERROR: MOV R0,#00H</p><p> MOV TH1,#3CH</p&
112、gt;<p> MOV TL1,#0B0H</p><p> MOV 34H,R3;犯規(guī)號數(shù)暫存與(34H)</p><p> HERE: MOV A,R0</p><p> CJNE A,#06H,FLASH;0.3s向下運行->滅并停響</p><p><b> CLR RING </b>
113、;</p><p> MOV R3,#0AH</p><p> MOV R4,#0AH</p><p> MOV R5,#0AH;三燈全滅</p><p> AJMP CHECK1</p><p> FLASH: CJNE A,#0CH,CHECK1;下面是0.8s的情況,響并顯示號數(shù)并清R0,重新計<
114、/p><p><b> SETB RING</b></p><p> MOV R0,#00H</p><p> MOV R3,34H;取回號數(shù)</p><p> MOV R5,#0BH</p><p> MOV R4,#0BH;顯示FF和號數(shù)</p><p> AJ
115、MP CHECK1</p><p> CHECK1: JNB P3.1,QUIT1</p><p> ACALL DISPLAY</p><p><b> AJMP HERE</b></p><p> QUIT1: CLR RING</p><p><b> CLR OK<
116、;/b></p><p> AJMP START;=====顯示程序=====</p><p> DISPLAY:MOV DPTR,#DAT1</p><p><b> MOV A,R3</b></p><p> MOVC A,@A+DPTR</p><p> MOV P2,#0f
117、eH</p><p><b> MOV P0,A</b></p><p> ACALL DELAY2</p><p> MOV DPTR,#DAT2</p><p><b> MOV A,R5</b></p><p> MOVC A,@A+DPTR</p>
118、;<p> MOV P2,#0fdH</p><p><b> MOV P0,A</b></p><p> ACALL DELAY2</p><p><b> MOV A,R4</b></p><p> MOVC A,@A+DPTR</p><p>
119、 MOV P2,#0fbH</p><p><b> MOV P0,A</b></p><p> ACALL DELAY2</p><p><b> RET</b></p><p> DAT1:DB 00h,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,71
120、H </p><p> ;"滅","1","2","3","4","5","6","7","8","9","滅","F"</p><p> DAT2
121、:DB 3fh,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,71H</p><p> ;====加減時間延時(起到不會按下就加N個數(shù))======</p><p> DELAY1: MOV 35H,#08H</p><p> LOOP0: ACALL DISPLAY</p><p> DJNZ 35
122、H,LOOP0</p><p><b> RET</b></p><p> ;=====延時4236個機器周期(去抖動用到)=====</p><p> DELAY: MOV 32H,#12H</p><p> LOOP: MOV 33H,#0AFH</p><p> LOOP1: DJ
123、NZ 33H,LOOP1</p><p> DJNZ 32H,LOOP</p><p> RET;=====延時4236個機器周期(顯示用到)=====</p><p> DELAY2: MOV 32H,#43H</p><p> LOOP3: MOV 33H,#1EH</p><p> MOV A,R7 ;
124、</p><p> JNZ AAAA1 ;沒讀到有效數(shù)據(jù)時繼續(xù)轉(zhuǎn)到AAAA1</p><p> LOOP2: DJNZ 33H,LOOP2</p><p> DJNZ 32H,LOOP3</p><p> RET;=====讀搶答按鍵數(shù)據(jù)口程序=====</p><p> AAAA1: MOV A,P1<
125、;/p><p> CJNE A,#0FFH,AA1 ;當(dāng)不全為1時的數(shù)據(jù)為有效數(shù)據(jù)</p><p> AA0: MOV 36H,A ;將有效數(shù)據(jù)送到36H暫存</p><p> AJMP LOOP2</p><p> AA1: DEC R7 </p><p> AJMP AA0;=====發(fā)聲程序=====<
126、;/p><p> BARK: SETB RING</p><p> ACALL DELAY1</p><p> ACALL DELAY1</p><p> CLR RING;按鍵發(fā)聲</p><p> RET;=====TO溢出中斷(響鈴程序)=====</p><p> T0INT:
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