基于單片機(jī)的搶答器設(shè)計(jì)【畢業(yè)論文】

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)</p><p><b>　　( 屆)</b></p><p>　　論文題目 基于單片機(jī)的搶答器設(shè)計(jì)</p><p>　　(英文) Design of Responser Device</p><p>　　basd on Singlechip </p><

2、;p>　　所在學(xué)院 電子信息學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 電子信息工程 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期

3、 年 月 日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文以C8051F005單片機(jī)為核心結(jié)合數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)一款八路搶答器進(jìn)行探討。搶答器電路硬件電路主要由單片機(jī)最小系統(tǒng)、數(shù)碼管顯示，聲音報(bào)警器、主持人操作鍵盤和74系列芯片基本外圍電路所組成。軟件部分采用C語(yǔ)言設(shè)計(jì)編寫。</p><p

4、>　　本設(shè)計(jì)的搶答器，利用單片機(jī)及外圍接口實(shí)現(xiàn)搶答系統(tǒng)。搶答器可提供八位選手搶答，顯示搶答選手號(hào)，并具有搶答倒計(jì)時(shí)功能（時(shí)間可調(diào)）、違規(guī)搶答報(bào)警等功能。在搶答開始后，第一個(gè)搶答信號(hào)鎖存，其他搶答信號(hào)無(wú)效。只要對(duì)軟件部分的修改可以增減搶答器的功能，充分體現(xiàn)了單片機(jī)搶答器的靈活性。</p><p>　　關(guān)鍵詞:單片機(jī)；搶答器；倒計(jì)時(shí)；違規(guī)</p><p><b>　　Abstr

5、act</b></p><p>　　This toptic is with C8051F005 single-chip processor core realize a responser for 8 competitors to vies to answer first.The circuit hardware of responser mainly by singlechip microcompu

6、ter system,LED display,the voice alarm,host operating keyboard and 74 series chip preiphery of basic circuit.The software part uses C programming language.</p><p>　　The design of the responser,using single c

7、hip microcomputer and peripheral circuit to achieve the responser system.The responser provides 8 competitos to compete,displaying the player’s number who vies to answer first.Has the countdown function(Time can be adjus

8、ted),foul alarm function and so on.When the responser system began,the first vies to answer signal will be latched,after the first vies to answer signal is invalid.As long as modify the software part of the responser sys

9、tem,we can modify </p><p>　　Key Words: singlechip-micirocomputer ;Vies to answer first;counttdown function;illegal</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 引言1</b&g

10、t;</p><p>　　1.1搶答器的發(fā)展背景1</p><p>　　1.2 本文的主要內(nèi)容及課題要求2</p><p><b>　　2 方案論證3</b></p><p>　　2.1 基于中規(guī)模數(shù)字電路的實(shí)現(xiàn)方法3</p><p>　　2.2 采用單片機(jī)的實(shí)現(xiàn)方法4</p>

11、;<p>　　2.3本文擬采用的實(shí)現(xiàn)方案5</p><p><b>　　2.4小結(jié)6</b></p><p><b>　　3 硬件設(shè)計(jì)7</b></p><p>　　3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)7</p><p>　　3.2 選手按鍵電路8</p><p>

12、;　　3.3 主持人控制電路9</p><p>　　3.4 主控電路9</p><p>　　3.4.1 74LS373八D觸發(fā)器9</p><p>　　3.4.2 主控電路工作原理10</p><p>　　3.5 狀態(tài)指示電路12</p><p>　　3.6 數(shù)碼管顯示電路13</p><

13、;p>　　3.7 蜂鳴報(bào)警電路14</p><p><b>　　3.8 小結(jié)14</b></p><p><b>　　4 軟件設(shè)計(jì)15</b></p><p>　　4.1 搶答器工作過(guò)程15</p><p>　　4.2 程序流程圖15</p><p><

14、b>　　4.3 小結(jié)17</b></p><p>　　5 制作和調(diào)試18</p><p><b>　　6 總結(jié)21</b></p><p><b>　　致謝22</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)23</b></p><

15、p><b>　　1 引言 </b></p><p>　　1.1 搶答器的發(fā)展背景 </p><p>　　隨著社會(huì)的發(fā)展，人們的生活也越來(lái)越豐富。無(wú)論是學(xué)校、工廠、軍隊(duì)還是益智性電視節(jié)目，都會(huì)舉辦智力競(jìng)賽，都會(huì)用到搶答器。目前市場(chǎng)上已有各種各樣的智力競(jìng)賽搶答器，但絕大多數(shù)是早期設(shè)計(jì)的，以模擬電路、數(shù)字電路或者模擬電路與數(shù)字電路相結(jié)合的產(chǎn)品[1]。</p

16、><p>　　搶答器又稱第一信號(hào)鑒別器，顧名思義，是要對(duì)第一個(gè)搶答信號(hào)進(jìn)行判別。搶答器的應(yīng)用非常的廣泛，在各種搶答場(chǎng)合中，迅速又客觀的辨別出最先搶答的選手。最早期的搶答器又幾個(gè)三極管，發(fā)光二極管，可控硅組成，通過(guò)發(fā)光二極管指示辨認(rèn)出選手號(hào)碼[2]。但是最早期的搶答器不能防止選手的提前搶答的犯規(guī)行為，現(xiàn)在幾乎被淘汰。但由于這種搶答器的電路非常簡(jiǎn)單，在一些比較小型的比賽中仍有利用。數(shù)字電路搶答器，由硬件邏輯設(shè)計(jì)電路構(gòu)成（

17、中、小規(guī)模集成電路），這種搶答器，采用數(shù)字電路技術(shù)，靈敏精確。但是由于數(shù)字電路搶答器都是采用導(dǎo)線布線，受環(huán)境影響很大。制作成本高，制作周期比較長(zhǎng)。因此設(shè)計(jì)一款既不失精確度，又能減少制作成本，制作工藝簡(jiǎn)單的智能搶答器成了非常迫切的任務(wù)。單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，這個(gè)問(wèn)題也迎刃而解。</p><p>　　自20世紀(jì)90年代以來(lái)，單片機(jī)已進(jìn)入到了一個(gè)高速發(fā)展的階段，世界上著名的半導(dǎo)體廠商都重視新型單片機(jī)的研制、生產(chǎn)和推廣。單片

18、機(jī)的應(yīng)用已深入到國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域，由單片機(jī)控制的微電腦產(chǎn)品比比皆是。對(duì)單片機(jī)應(yīng)用的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，選擇單片機(jī)的自由度大了[3]。</p><p>　　現(xiàn)在單片機(jī)已經(jīng)進(jìn)入各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒(méi)有單片機(jī)的蹤跡。單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、主用設(shè)備的智能化管理。單片機(jī)以其功耗小、智能化而著稱。并且又較強(qiáng)的抗干擾能力，成本也比較低。單片機(jī)主要靠程序運(yùn)行的，并且可以修改，設(shè)計(jì)靈活、節(jié)省硬

19、件資源。通過(guò)不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是特殊的獨(dú)特的一些功能的實(shí)現(xiàn)，用別的器件實(shí)現(xiàn)需要很大力氣才能做到，甚至有些則是花很大力氣都很難做到。 </p><p>　　基于單片機(jī)的各種各樣的優(yōu)點(diǎn)，以單片機(jī)為核心的搶答器，代替了傳統(tǒng)的搶答器。單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的搶答器可以通過(guò)修改編程語(yǔ)言，就可以應(yīng)場(chǎng)合不同而增減智能搶答器的功能，非常的靈活方便。這在傳統(tǒng)搶答器上，幾乎是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)結(jié)合數(shù)字電路設(shè)計(jì)一款搶答器，綜

20、合數(shù)字電路搶答器和單片機(jī)搶答器的優(yōu)點(diǎn)，取長(zhǎng)補(bǔ)短。</p><p>　　1.2 本文的主要內(nèi)容及課題要求</p><p>　　本設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心控制，結(jié)合數(shù)字電路應(yīng)用的一款搶答器。結(jié)合單片機(jī)和數(shù)字電路的原理，了解各個(gè)電路實(shí)現(xiàn)的功能；另外還需用掌握Silicon labs編寫程序。</p><p>　　本課題要求主要有4個(gè)：</p><p>　

21、　1. 搶答器能提供八名選手搶答</p><p>　　2. 提供倒計(jì)時(shí)功能</p><p>　　3. 具有犯規(guī)識(shí)別功能</p><p>　　4. 具有聲音報(bào)警功能</p><p>　　本文將分為四個(gè)章節(jié)，各章節(jié)安排及內(nèi)容如下：</p><p>　　第一章：簡(jiǎn)要的介紹搶答器的發(fā)展背景。</p><p&

22、gt;　　第二章：綜述比較常用的搶答器實(shí)現(xiàn)方法，設(shè)計(jì)出本課題所采用的方案，并對(duì)所采用方案的思路進(jìn)行概述。</p><p>　　第三章：對(duì)主要的芯片進(jìn)行介紹，并對(duì)搶答器整體硬件電路各個(gè)子電路的原理進(jìn)行詳細(xì)的介紹和講解。</p><p>　　第四章：對(duì)搶答器電路軟件部分進(jìn)行詳解。</p><p>　　第五章：對(duì)搶答器的調(diào)試結(jié)果進(jìn)行展示。</p><p

23、><b>　　2 方案論證</b></p><p>　　搶答器的實(shí)現(xiàn)方法多種多樣，搶答器的功能也可以根據(jù)場(chǎng)合的不同進(jìn)行設(shè)計(jì)。最常見主要有以中規(guī)模數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的搶答器和采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的搶答器?；谡n題要求，本文對(duì)實(shí)現(xiàn)課題的兩種實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行探討并對(duì)本設(shè)計(jì)采用的方案進(jìn)行介紹。</p><p>　　2.1 基于中規(guī)模數(shù)字電路的實(shí)現(xiàn)方法</p><p&

24、gt;　　基于中規(guī)模數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的搶答器根據(jù)電路本身來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)思路比較簡(jiǎn)單，但電路所用到的門電路比較多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜 [4]。</p><p>　　文獻(xiàn)[5]采用了一種用74系列常用集成電路設(shè)計(jì)的數(shù)碼顯示八路搶答器的設(shè)計(jì)方案，該方案的搶答器具有基本的搶答器功能之外，具有定時(shí)和犯規(guī)報(bào)警功能。此方案實(shí)現(xiàn)的搶答器其工作原理為：在接通電源之后，主持人將清零開關(guān)按下并彈起，編碼器處于工作狀態(tài)，編號(hào)顯示并閃爍0，定時(shí)器顯示00；

25、主持人將“時(shí)間調(diào)整”撥到30s，然后按下并彈起“開始搶答”按鍵，宣布搶答器開始工作，定時(shí)器開始倒計(jì)時(shí)。在倒計(jì)時(shí)間完成后，無(wú)選手搶答，系統(tǒng)報(bào)警并封鎖電路，禁止選手再次搶答。選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)完成搶答時(shí)，搶答器進(jìn)行對(duì)搶答信號(hào)的優(yōu)先判斷，編號(hào)鎖存、編號(hào)顯示并且定時(shí)器停止倒計(jì)時(shí)。如果選手在主持人開關(guān)按下“開始”之前按下?lián)尨鸢粹o，則屬于犯規(guī)電路，系統(tǒng)報(bào)警，閃爍顯示犯規(guī)搶答選手編號(hào)。當(dāng)一輪搶答完成后，二次搶答無(wú)效。再次搶答，需要主持人再次操作“清零”

26、 和“開始“后方可進(jìn)行新一輪的搶答。</p><p>　　搶答器各部分采用中小規(guī)模集成數(shù)字電路，用機(jī)械開關(guān)按鈕作為控制開關(guān)，完成搶答輸入信號(hào)的觸發(fā)。該方案的特點(diǎn)是中小規(guī)模集成電路應(yīng)用技術(shù)成熟，性能可靠，能方便地完成選手搶答的基本功能[6]。文獻(xiàn)[5]提出的設(shè)計(jì)方案電路比較嚴(yán)密，電路的核心部分主要由時(shí)序控制電路、編碼鎖存電路、譯碼顯示電路和定時(shí)電路所組成。主持人開關(guān)“清零” 和“開始”控制了時(shí)序控制電路。以中規(guī)模數(shù)

27、字電路實(shí)現(xiàn)的搶答器精確可靠，但是可以明顯看出這樣的實(shí)現(xiàn)方法涉及到的電路較多，布線復(fù)雜。</p><p>　　2.2 采用單片機(jī)的實(shí)現(xiàn)方法</p><p>　　以單片機(jī)為核心的八路搶答器系統(tǒng)，它充分利用了單片機(jī)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)大、實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn)[7]。文獻(xiàn)[8]介紹一種以STC89C51單片機(jī)為核心的其中一種方案。較之中規(guī)模數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)方法，采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的搶答器功能基本相同

28、，總體原理框圖如2-1所示</p><p>　　圖2-1 搶答器原理框圖</p><p>　　相對(duì)于以中規(guī)模數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)方法來(lái)說(shuō)，單片機(jī)的應(yīng)用，減少了外圍電路。犯規(guī)識(shí)別也只需單片機(jī)的判別就可實(shí)現(xiàn)。按鍵輸入“開始”和“結(jié)束”由主持人控制。在搶答開始后，有人搶答，搶答信號(hào)被單片機(jī)記錄，并識(shí)別最先的搶答信號(hào)，經(jīng)過(guò)單片機(jī)進(jìn)行判斷，判斷搶答信號(hào)是在主持人按下“開始”鍵之前還是之后，若在主持人按下“開

29、始”鍵之前則計(jì)為犯規(guī)電路，系統(tǒng)報(bào)警并顯示犯規(guī)信號(hào)。如果是正常搶答，顯示編號(hào)，時(shí)鐘開始進(jìn)行倒計(jì)時(shí)。主持人通過(guò)“結(jié)束”來(lái)禁止本輪選手的搶答，再次搶答需主持人按“開始”鍵重新開始。</p><p>　　文獻(xiàn)[8]方案相比較以中規(guī)模數(shù)字電路的實(shí)現(xiàn)方法，采用了單片機(jī)在電路上簡(jiǎn)單了許多，但是這樣的方案也有不足之處。從圖2-1中我們可以看到選手的按鍵是直接與單片機(jī)的I/O口相連，單片機(jī)在循環(huán)讀取搶答信息時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)記錄的選手

30、信號(hào)不是第一個(gè)搶答信號(hào)，造成早搶答晚識(shí)別的情況，搶答器的精確度不能得以保證，這勢(shì)必對(duì)比賽的公正造成影響。</p><p>　　綜合分析前兩節(jié)所介紹的兩種實(shí)現(xiàn)方案，可以得出文獻(xiàn)[5]提出的方案實(shí)現(xiàn)的搶答器精確，但是電路比較復(fù)雜。文獻(xiàn)[8]提出的方案實(shí)現(xiàn)的搶答器電路簡(jiǎn)單、功能靈活但由于選手按鍵是直接連單片機(jī)I/O口的，可能造成早搶答晚識(shí)別的情況，在精確度上存在瑕疵。為了設(shè)計(jì)一款電路簡(jiǎn)單卻不失精確的搶答器，綜合以上兩種

31、方案，結(jié)合兩種方案的優(yōu)點(diǎn)，得出本文的擬采用實(shí)現(xiàn)方案。</p><p>　　2.3本文擬采用的實(shí)現(xiàn)方案</p><p>　　本文采用單片機(jī)和數(shù)字電路相結(jié)合的設(shè)計(jì)思路，綜合了前兩章節(jié)介紹實(shí)現(xiàn)方案的優(yōu)點(diǎn)。本文采用的實(shí)現(xiàn)方案特點(diǎn)在于不僅能實(shí)現(xiàn)搶答的功能，而且實(shí)現(xiàn)了將搶答過(guò)程中的所有違規(guī)搶答的信號(hào)識(shí)別出來(lái)的功能，數(shù)字電路的結(jié)合使得整個(gè)搶答電路更加的完善和精確。解決了文獻(xiàn)[5]中可能出現(xiàn)早搶答卻晚識(shí)別

32、的弊端，而且單片機(jī)的應(yīng)用相比中規(guī)模數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)方法，功能上也更靈活，電路更簡(jiǎn)單。整體電路系統(tǒng)框圖如圖2-2所示。</p><p>　　圖 2-2 搶答器系統(tǒng)框圖</p><p>　　本方案采用C8051F005單片機(jī)，結(jié)合數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的一款性能精確，操作方便的智能搶答器。其工作原理是，主持人按下控制開關(guān)并宣布搶答開始，主控電路的鎖存搶答信號(hào)，第一個(gè)搶答信號(hào)被顯示，這次搶答屬于正常搶答，其他

33、選手再搶答無(wú)效。主持人按下沒(méi)按下控制開關(guān)之前，主控電路不鎖存搶答信號(hào)，在此時(shí)按下?lián)尨饘儆谶`規(guī)信號(hào)，都被單片機(jī)記錄并顯示，數(shù)碼管顯示犯規(guī)信號(hào)，系統(tǒng)報(bào)警。若在主持人開關(guān)按下之后，倒計(jì)時(shí)間內(nèi)無(wú)人搶答，系統(tǒng)報(bào)警。</p><p><b>　　2.4小結(jié)</b></p><p>　　本章節(jié)分別對(duì)他人的實(shí)現(xiàn)方案進(jìn)行論證并在他人實(shí)現(xiàn)經(jīng)驗(yàn)上，取長(zhǎng)補(bǔ)短，給出自己擬定的設(shè)計(jì)方案。并給出了

34、搶答器電路的系統(tǒng)框圖，介紹了本設(shè)計(jì)的搶答器的工作原理。下一章節(jié)會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)模塊和各個(gè)子電路的工作原理和實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行做詳細(xì)的介紹和討論。</p><p><b>　　3 硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　根據(jù)圖2-2所給出的搶答器系統(tǒng)框圖，本設(shè)計(jì)的搶答器硬件電路主要由單片機(jī)最小系統(tǒng)、選手按鍵電路、主控電路、主持人控制電路、狀態(tài)顯示電路、報(bào)警電路和數(shù)碼管顯示電路組

35、成。</p><p>　　3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng) </p><p>　　C8051F005是完全集成的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)芯片，具有與8051兼容的高速CIP-51內(nèi)核，與MCS-51指令集完全兼容，內(nèi)置32KB的FLASH程序存儲(chǔ)器、具有256B內(nèi)部RAM和2048B的XRAM，執(zhí)行速度可達(dá)25MIPS。具有一個(gè)可編程增益放大器、兩個(gè)12位DAC、兩個(gè)電壓比較器、一個(gè)電壓基準(zhǔn)、一個(gè)具有32

36、K字節(jié)FLASH存儲(chǔ)器。還有硬件實(shí)現(xiàn)的（不是在用戶軟件中用位操作模擬）12C/SMBus、UART、SPI串行接口及一個(gè)具有5個(gè)捕捉/比較模塊的可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器陣列（PCA）。還有4個(gè)通用的16位定時(shí)器和4字節(jié)寬的通用數(shù)字I/O端口。C8051F005單片機(jī)具有片內(nèi)調(diào)試電路，可通過(guò)JTAG接口可以進(jìn)行非侵入式、全速的在系統(tǒng)調(diào)試。

37、 </p><p>　　通過(guò)對(duì)芯片的引腳進(jìn)行配置，通過(guò)P3口直接連接主控電路的信號(hào)搶答輸入，該單片機(jī)供電電壓為2.7~3.6V,本設(shè)計(jì)采用3.3V電壓。整個(gè)系統(tǒng)有時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、單片機(jī)組成,如圖3-1所示。</p><p>　　圖 3-1 單片機(jī)最小系統(tǒng)</p><p>　　3.2 選手按鍵電路</p

38、><p>　　選手通過(guò)按鍵來(lái)進(jìn)行搶答，利用8個(gè)常開按鈕開關(guān)S1~S8和8只電阻R1~R8組成搶答器的選手按鍵輸入電路，分別作為8位搶答按鈕，與它相連的8只電阻為下拉電阻以保證按鈕為按下時(shí)產(chǎn)生信號(hào)為高電平。搶答信號(hào)傳入到八D觸發(fā)器74LS373的D0~D7輸入端，電路如圖3-2所示。</p><p>　　圖3-2 選手按鍵電路</p><p>　　3.3 主持人控制電路&

39、lt;/p><p>　　主持人控制電路與單片機(jī)的P1.0相連，它控制了主控電路的鎖存功能，當(dāng)主持人控制開關(guān)按下之后搶答才正常開始。按下主持人開關(guān)信號(hào)會(huì)被鎖存，未按下主控電路不鎖存搶答信號(hào)。這樣的設(shè)置保證了在主持人開關(guān)按下之前的犯規(guī)信號(hào)都可以輸入到單片機(jī)，并被單片機(jī)所記錄，而在主持人開關(guān)按下之后，選手搶答，第一個(gè)搶答信號(hào)將會(huì)被鎖存。電路如圖3-3所示。</p><p>　　圖3-3 主持人控制電

40、路</p><p>　　主持人電路中設(shè)置的上拉電阻在實(shí)際應(yīng)用中可以省略，由于主持人產(chǎn)生的電平是傳輸至單片機(jī)的I/O口，因C8051系列單片機(jī)I/O端口可以通過(guò)相應(yīng)的寄存器配置設(shè)定其上拉電阻，因此在實(shí)際電路中該電阻可以不接。</p><p><b>　　3.4 主控電路</b></p><p>　　3.4.1 74LS373八D觸發(fā)器</p

41、><p>　　74LS373是常用的地址鎖存器芯片，它實(shí)質(zhì)是一個(gè)是帶三態(tài)緩沖輸出的8D觸發(fā)器，在單片機(jī)系統(tǒng)中為了擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器，通常需要一塊74LS373芯片。當(dāng)三態(tài)允許控制端OE為低電平時(shí)，O0~O7 為正常邏輯狀態(tài)，可用來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載或總線。當(dāng) OE 為高電平時(shí)，O0~O7 呈高阻態(tài)，即不驅(qū)動(dòng)總線，也不為總線的負(fù)載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。當(dāng)鎖存允許端 LE 為高電平時(shí)，輸出端O 隨數(shù)據(jù)D而變。當(dāng) LE 為低

42、電平時(shí)，輸出端O被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平[9]。當(dāng)LE端施密特觸發(fā)器的輸入滯后作用，使交流和直流噪聲抗擾度被改善400mV，74LS373芯片真值表如表3-1所示。</p><p>　　表3-1 74LS373芯片真值表</p><p>　　H—表示高電平；L—表示低電平；X—表示不定電平（任何電平狀態(tài)都可以）；Z—表示是高阻態(tài)；Dn—數(shù)據(jù)輸入端；Qn—數(shù)據(jù)輸出端；Q0—表示建立穩(wěn)態(tài)前的電

43、平；OE—輸出控制端，接GND；LE—使能端：</p><p>　　當(dāng)LE為上升沿時(shí)，74LS373輸出端1Q-8Q與輸入端1D—8D相同；</p><p>　　當(dāng)LE為下降沿時(shí)，將輸入數(shù)據(jù)鎖存。</p><p>　　3.4.2 主控電路工作原理</p><p>　　主控電路主要完成以下幾個(gè)功能：

44、 </p><p>　　1．將選手搶答信號(hào)傳輸至單片機(jī)P3.0~P3.7八個(gè)I/O口。</p><p>　　2. 結(jié)合單片機(jī)控制搶答信號(hào)的鎖存。</p><p>　　3. 協(xié)助單片機(jī)完成犯規(guī)信號(hào)的識(shí)別。</p><p>　　整個(gè)主控電路由八D觸發(fā)器74LS3

45、73、八輸入或非CD4078和四輸入或門74LS32組成，電路圖如圖3-4所示。</p><p>　　圖 3-4 主控電路原理圖</p><p>　　D0~D7為八路搶答信號(hào)輸入端；Q0~Q7為八路搶答信號(hào)輸出端，連接至單片機(jī)P3口。U2A的第1引腳接CTRL端連接單片機(jī)的I/O口，初始為高電平，在主持人開關(guān)按下后置為低電平；第2引腳連接單片機(jī)中斷INT0；U2B第4引腳連接單片機(jī)的I/O

46、口，用來(lái)傳輸單片機(jī)主持人復(fù)位信號(hào)，初始為高電平，主持人開關(guān)按下RESET鍵后置為低電平。</p><p>　　整個(gè)搶答結(jié)果可以分三種情況，一是在主持人開關(guān)按下之前的搶答屬于犯規(guī)搶答；二是在主持人開關(guān)按下之后的搶答屬于正常搶答；三是在倒計(jì)時(shí)內(nèi)沒(méi)有選手搶答屬于無(wú)人搶答。</p><p><b>　　1．犯規(guī)搶答</b></p><p>　　在主持人

47、按下開關(guān)之前，中斷INT0不開放，單片機(jī)初始輸入給CTRL端高電平。從電路圖中可以得知，根據(jù)74LS32的邏輯特性，CTRL端初始為高電平，LE使能端也肯定為高電平。74LS373的使能端為高電平，信號(hào)不會(huì)被鎖存。在按下主持人開關(guān)之前，如果有選手進(jìn)行了違規(guī)搶答，違規(guī)信號(hào)會(huì)立即出現(xiàn)在Q0~Q7端，單片機(jī)將一直讀取Q0~Q7狀態(tài)，并判斷違規(guī)情況，所有的犯規(guī)信號(hào)都將被單片機(jī)記錄，蜂鳴報(bào)警，對(duì)應(yīng)犯規(guī)選手的LED燈點(diǎn)亮，數(shù)碼管顯示違規(guī)選手編號(hào)。&

48、lt;/p><p>　　主持人通過(guò)RESET鍵復(fù)位電路重新的搶答，同時(shí)圖3-4中U2B的第4引腳立即傳輸給單片機(jī)一個(gè)復(fù)位信號(hào)來(lái)解除蜂鳴報(bào)警。</p><p><b>　　2.正常搶答</b></p><p>　　在正常搶答時(shí)，單片機(jī)檢測(cè)到主持人開關(guān)按下，中斷INT0開放，單片機(jī)立刻將CTRL端置為低電平并開始10秒倒計(jì)時(shí)。在倒計(jì)時(shí)間內(nèi)，有選手按下?lián)?/p>

49、答開關(guān)，Q0~Q7至少出現(xiàn)一個(gè)高電平。根據(jù)CD4078八輸入或非門的邏輯公式Y(jié)=A+B+C+D+E+F+G+H，八路輸入中只要出現(xiàn)一路輸入為高電平，Y就為低電平，即圖3-4中INT0信號(hào)會(huì)清零，從而觸發(fā)單片機(jī)INT0中斷。INT0信號(hào)清零后，圖中74LS32的第五引腳變?yōu)榈碗娖?，而CTRL信號(hào)此時(shí)已經(jīng)為0，所以U3B的第6引腳輸出0電平。又U3A的第1引腳此時(shí)為低電平，故U3A的第3引腳也為低電平，所以74LS373的LE端清零，信號(hào)被

50、立即鎖存，此后的搶答信號(hào)無(wú)法到達(dá)Q0~Q7端，從而完成識(shí)別第一個(gè)搶答信號(hào)的功能。此時(shí)單片機(jī)可以在INT0中斷產(chǎn)生時(shí)讀取搶答信號(hào)，并顯示搶答選手編號(hào)。主持人通過(guò)RESET復(fù)位電路，開始新一輪的搶答。</p><p><b>　　3．無(wú)人搶答</b></p><p>　　當(dāng)主持人開關(guān)按下之后，時(shí)鐘開始10秒鐘倒計(jì)時(shí)，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)無(wú)人搶答，系統(tǒng)報(bào)警，或顯示搶答失敗信息。&l

51、t;/p><p>　　3.5 狀態(tài)指示電路</p><p>　　狀態(tài)指示電路設(shè)置八個(gè)發(fā)光二極管，與單片機(jī)P2.0~P2.7八個(gè)I/O相連，電路圖如圖3-5所示，分別對(duì)應(yīng)八個(gè)選手，完成三個(gè)作用：</p><p>　　1. 犯規(guī)指示：搶答中違規(guī)搶答的選手對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管被點(diǎn)亮</p><p>　　2. 搶答指示：正常搶答時(shí)，選手按下?lián)尨鸢粹o，對(duì)應(yīng)的發(fā)

52、光二極管被點(diǎn)亮。</p><p>　　3. 復(fù)位檢查：在一次搶答結(jié)束后，主持人復(fù)位整個(gè)搶答系統(tǒng)，可以通過(guò)發(fā)光二極管的亮滅來(lái)判別，復(fù)位成功，八個(gè)發(fā)光二極管皆滅。</p><p>　　圖3-5 LED指示燈電路</p><p>　　3.6 數(shù)碼管顯示電路</p><p>　　HD7279A是具有串行接口、可同時(shí)驅(qū)動(dòng)8位共陰式數(shù)碼管（或64只獨(dú)立L

53、ED）的智能顯示驅(qū)動(dòng)芯片，該芯片同時(shí)可連接多達(dá)64鍵的鍵盤矩陣[10]，一片即可完成LED顯示及鍵盤接口的全部功能。HD7279A和微處理器之間采用串行接口，其接口和外圍電路比較簡(jiǎn)單，且占用口線少，加之它具有較高的性能價(jià)格比，因此，在微型控制器、智能儀表、控制面板和家用電器等領(lǐng)域獲得了日益廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　HD7279A內(nèi)部含有譯碼器，可直接接受BCD碼或16進(jìn)制碼，并同時(shí)具有2種譯碼方式，此外，

54、還具有多種控制指令，如消隱、閃爍、左移、右移、段尋址等。HD7279A具有片選信號(hào)，可方便地實(shí)現(xiàn)多于8位的顯示或多于64鍵的鍵盤接口。</p><p>　　數(shù)碼管顯示電路提供了八位搶答選手的編號(hào)顯示和倒計(jì)時(shí)時(shí)鐘顯示，整體電路由HD7279和C8051F005單片機(jī)構(gòu)成，電路圖如圖3-6所示。</p><p>　　3-6 LED顯示電路</p><p>　　3.7 蜂

55、鳴報(bào)警電路</p><p>　　該電路為搶答過(guò)程提供報(bào)警提示功能，來(lái)提示搶答選手，電路的BEEP端接單片機(jī)的P1.1。電路原理圖如3-7所示。</p><p>　　圖 3-7 蜂鳴報(bào)警電路</p><p><b>　　3.8 小結(jié) </b></p><p>　　本章節(jié)主要介紹了搶答器電路各個(gè)部分的設(shè)計(jì)方案，給出了詳細(xì)的電

56、路設(shè)計(jì)過(guò)程。完成了單片機(jī)系統(tǒng)電路和外圍硬件電路的設(shè)計(jì)，對(duì)主體電路的工作原理和實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行了分析。具體講解了主控電路如何實(shí)現(xiàn)搶答和犯規(guī)識(shí)別。對(duì)電路中應(yīng)用到的一些重要芯片也做了相應(yīng)的介紹，說(shuō)明了芯片的一些重要指標(biāo)。</p><p><b>　　4 軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本章節(jié)主要對(duì)搶答器的工作過(guò)程和程序流程進(jìn)行介紹。程序流程將分為主程序中斷和定時(shí)器中斷兩

57、個(gè)部分進(jìn)行介紹。</p><p>　　4.1 搶答器工作過(guò)程</p><p>　　1. 首先主持人復(fù)位搶答器電路，八個(gè)數(shù)碼管顯示均顯示“00”。</p><p>　　2 .主持人開關(guān)按下之后，單片機(jī)開始10s倒計(jì)時(shí)，數(shù)碼管顯示倒計(jì)時(shí)時(shí)間。</p><p>　　3 .如果有選手率先在倒計(jì)時(shí)時(shí)間內(nèi)按下?lián)尨疰I，對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管被點(diǎn)亮， 數(shù)碼管顯

58、示搶答成功的選手編號(hào)。</p><p>　　4 .如果在主持人開關(guān)按下之前有選手搶答，蜂鳴器報(bào)警，違規(guī)搶答選手對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，數(shù)碼管顯示違規(guī)搶答的選手編號(hào)。</p><p>　　5. 如果在規(guī)定時(shí)間內(nèi)無(wú)人按鍵，蜂鳴器報(bào)警報(bào)警，數(shù)碼管顯示“EE”以指示無(wú)人搶答。</p><p>　　6.無(wú)論是犯規(guī)搶答、正常搶答或者是無(wú)人搶答，再重新開始新的一輪搶答，都需要主持

59、人通過(guò)圖3-4中RESET鍵來(lái)恢復(fù)到初始狀態(tài)，準(zhǔn)備重新開始新一輪的搶答。</p><p><b>　　4.2 程序流程圖</b></p><p>　　流程圖是一種使用圖形表示算法思路的非常好的方法，在匯編語(yǔ)言和早期的BASIC語(yǔ)言環(huán)境中得到應(yīng)用，對(duì)C語(yǔ)言也極適用。流程圖對(duì)總體框圖的各個(gè)子模塊結(jié)合具體教學(xué)模型和算法進(jìn)行描述，以便程序的編寫和閱讀。</p>

60、<p>　　我們將整個(gè)搶答流程分為搶答主程序流程、定時(shí)器中斷流程兩個(gè)部分。</p><p><b>　　1．主程序流程</b></p><p>　　搶答器程序流程如圖4-1所示。</p><p>　　圖 4-1 主程序流程圖</p><p>　　系統(tǒng)初始化階段，INT0中斷不開放。主持人復(fù)位整個(gè)搶答器電路準(zhǔn)備開

61、始一輪搶答的開始。主持人開關(guān)按下前有選手搶答，屬于犯規(guī)搶答，報(bào)警并顯示選手編號(hào)。主持人按下開關(guān)后，INT0中斷開放，時(shí)鐘倒計(jì)時(shí)，有選手搶答，記錄第一個(gè)搶答選手，顯示選手編號(hào)。若倒計(jì)時(shí)結(jié)束時(shí)，仍無(wú)選手搶答，系統(tǒng)報(bào)警。主持人復(fù)位，系統(tǒng)回歸初始化狀態(tài)再由主持人準(zhǔn)備開始新一輪搶答。</p><p><b>　　2．定時(shí)器中斷</b></p><p>　　當(dāng)主持人開關(guān)按下之后，

62、INT0中斷開放，同時(shí)定時(shí)器中斷產(chǎn)生，定時(shí)器中斷流程如圖4-2所示。</p><p>　　圖4-2 定時(shí)器中斷</p><p>　　C8051F005單片機(jī)定時(shí)器中斷每50ms中斷一次，每20次中斷預(yù)置倒計(jì)時(shí)間（本次初始設(shè)定為10秒）減一秒。</p><p><b>　　4.3 小結(jié)</b></p><p>　　本章節(jié)對(duì)

63、搶答器電路的主程序流程、定時(shí)中斷流程進(jìn)行介紹并給出相應(yīng)的流程圖。在軟件的設(shè)計(jì)方面，還存在著一些瑕疵以待改進(jìn)。</p><p><b>　　5 制作和調(diào)試</b></p><p>　　本章節(jié)對(duì)搶答器進(jìn)行了調(diào)試，并對(duì)調(diào)試過(guò)程進(jìn)行演示。</p><p><b>　　1．系統(tǒng)初始</b></p><p>　

64、　主持人復(fù)位搶答電路，電路回到初始狀態(tài)，數(shù)碼管顯示“00”。此時(shí)可由主持人開始一輪新的搶答。</p><p><b>　　圖5-1 初始狀態(tài)</b></p><p><b>　　2．搶答開始</b></p><p>　　如果沒(méi)有人犯規(guī)，主持人開關(guān)被按下，選手準(zhǔn)備開始搶答。此時(shí)，時(shí)鐘開始“10s”倒計(jì)時(shí)</p>

65、<p><b>　　圖5-2 搶答開始</b></p><p><b>　　3.選手正常搶答</b></p><p>　　主持人開關(guān)按下之后，選手開始搶答。圖5-3所示的是2號(hào)選手成功搶答，對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，數(shù)碼管顯示成功搶答的選手編號(hào)。</p><p><b>　　圖5-3成功搶答</b

66、></p><p><b>　　4．違規(guī)搶答</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)的搶答器一大特點(diǎn)就是可以檢測(cè)到所有的違規(guī)信號(hào)。圖5-4演示了1號(hào)、4號(hào)和5號(hào)違規(guī)搶答的情況，搶答器顯示三位違規(guī)選手編號(hào)并且對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管被點(diǎn)亮。</p><p><b>　　圖5-4 搶答犯規(guī)</b></p><p

67、><b>　　5．無(wú)人搶答</b></p><p>　　在10s倒計(jì)時(shí)間內(nèi)，如果沒(méi)有選手搶答。倒計(jì)時(shí)結(jié)束后，數(shù)碼管顯示“EE”宣告搶答失敗。</p><p><b>　　圖5-5 無(wú)人搶答</b></p><p>　　本章節(jié)主要搶答過(guò)程進(jìn)行演示，演示結(jié)果滿足課題要求。但是，隨著搶答人數(shù)的增加，會(huì)存在I/O口不足的情況

68、。此時(shí)可考慮采用FPGA/CPLD的實(shí)現(xiàn)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。</p><p><b>　　6 總結(jié)</b></p><p>　　搶答器作為一種競(jìng)賽設(shè)備，設(shè)計(jì)的方案有很多，實(shí)現(xiàn)的功能也多種多樣。在本次設(shè)計(jì)中，結(jié)合數(shù)字電路和單片機(jī)課程所學(xué)習(xí)的知識(shí)設(shè)計(jì)了一款八路智能搶答器。通過(guò)學(xué)習(xí)他人的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)出了自己的一種實(shí)現(xiàn)方案，增加了自己的信心并且體會(huì)到了設(shè)計(jì)過(guò)程中的樂(lè)趣。</p

69、><p>　　在制作和調(diào)試的過(guò)程中，體驗(yàn)了用Protel99se畫電路圖、動(dòng)手制作電路、焊接電路，編寫程序和調(diào)試搶答器，每一項(xiàng)過(guò)程都讓我受益匪淺。</p><p>　　起初設(shè)計(jì)搶答器時(shí)，也設(shè)計(jì)了很多種方案，但是都有比較大的瑕疵。特別是在為了搶答器能識(shí)別所有犯規(guī)信號(hào)這一功能上，經(jīng)過(guò)張老師的指導(dǎo)，才得出最后相對(duì)比較完善的設(shè)計(jì)方案。由于時(shí)間倉(cāng)促，設(shè)計(jì)的方案也存在著一些瑕疵，但是能夠在老師幫助下自己完

70、成一個(gè)方案的設(shè)計(jì)，更加激發(fā)了我對(duì)專業(yè)知識(shí)的興趣和求知欲，這是我最大的收獲。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　在畢業(yè)設(shè)計(jì)制作的這一期間，張老師非常耐心指導(dǎo)我設(shè)計(jì)方案。張老師為了讓方案更加的完善，經(jīng)常在雙休日的時(shí)間也在辦公室里幫助我們，這讓我們都非常的感動(dòng)。張老師不辭辛勞地給我們指出每個(gè)錯(cuò)誤和不足，一絲不茍的工作態(tài)度，是我們?nèi)蘸蠊ぷ鞯陌駱印?

71、lt;/p><p>　　在此我還得感謝我的同學(xué)們，經(jīng)常放下自己手中的活，幫我找元件找芯片。在老師不在的時(shí)候，給予我很大的幫助。讓我深刻體會(huì)同學(xué)之間的友誼是多么的重要。</p><p>　　再次感謝我敬愛的老師和同學(xué)，在他們的幫助下，我才得以順利地完成畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）。祝愿老師和同學(xué)們?cè)诮窈蟮娜兆永锕ぷ黜橅樌?lt;/p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b

72、></p><p>　　[1] 周功明，周陳琛. 基于單片機(jī)AT89C2051的九路多功能智力競(jìng)賽搶答器的設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2006年 第29期,162-163.</p><p>　　[3] 梁超，肖靜，邱志誠(chéng).一款基于單片機(jī)技術(shù)的電子搶答器[J].機(jī)電工程技術(shù)，2005年 第34卷 第1期，48-49.</p><p>　　[4] 趙陽(yáng).數(shù)字電路觸發(fā)

73、器應(yīng)用分析[J].山東省管理干部學(xué)院學(xué)報(bào)， 2007年，第23卷 第2期，166-167.</p><p>　　[6] 康麗，康迪.基于單片機(jī)的8路搶答簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)[J].石家莊信息工程職業(yè)學(xué)院 2010年 第2期 60-61.</p><p>　　[7] 文明月．AT89S52單片機(jī)的搶答器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2009年 第28期,35-36.</p><p