单片机八路抢答器计设计_基于单片机的三路抢答器设计

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一、设计任务与要求

一、题目：8路比赛抢答器

二、基本要求：
利用8051单片机中断系统，制作一个有8个按键的比赛抢答器。在有人按键时进行对应选手显示。
三、设计任务：
1．设计硬件电路，画出电路原理图；
2．画出程序流程图；
3．编制程序，写出源程序代码；
4．写出5000字的详细说明书，要求字迹工整，原理叙述正确，会计算主要元器件的一些参数，并选择元器件；
5．个人总结。
四、参考资料：
1.教材；
2.单片机实验指导书》
**

二、方案设计

**
方案:该系统采用51系列单片机AT89C51作为控制核心，该系统可以完成运算控制、信号识别以及显示功能的实现。由于用了单片机，使其技术比较成熟，应用起来方便、简单并且单片机周围的辅助电路也比较少，便于控制和实现。整个系统具有极其灵活的可编程性，能方便地对系统进行功能的扩张和更改。MCS-51单片机特点如下：
<1>可靠性好：单片机按照工业控制要求设计，抵抗工业噪声干扰优于一般的CPU，程序指令和数据都可以写在ROM里，许多信号通道都在同一芯片，因此可靠性高，易扩充。
<2>单片机有一般电脑所必须的器件，如三态双向总线，串并行的输入及输出引脚，可扩充为各种规模的微电脑系统。
<3> 控制功能强：单片机指令除了输入输出指令，逻辑判断指令外还有更丰富的条件分支跳跃指令。其原理框图如下:
在这里插入图片描述

三、硬件电路设计

1、抢答器的电路框图
如图1所示为电路框图。其工作原理为：接通电源后，主持人将开关拨到“清除”状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定时间；主持人将开关置，“开始”状态，宣布“开始”抢答器工作。定时器倒计时，扬声器给出声响提示。选手在定时时间内抢答时，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。如果再次抢答必须由主持人再次操作”开始、停止”状态开关。

                           图1抢答器框图

在这里插入图片描述
如图1所示为电路框图。其工作原理为：接通电源后，主持人将开关拨到“清除”状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定时间；主持人将开关置，“开始”状态，宣布“开始”抢答器工作。定时器倒计时，扬声器给出声响提示。选手在定时时间内抢答时，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。如果再次抢答必须由主持人再次操作“开始、停止”状态开关。
在这里插入图片描述图2抢答电路的接口电路
2、单元电路设计
(1)抢答器电路
参考电路如图2所示。该电路完成两个功能：一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号；二是禁止其他选手按键操作无效。如有再次抢答需由主持人将S开关重新置,“清除”然后再进行下一次抢答。
(2)时序控制电路设计
时序控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下功能：
a.主持人将控制开关拨到”开始”位置时，扬声器发声，抢答电路和定时电路进人正常抢答工作状态。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
b.当参赛选手按动抢答键时，扬声器发声，抢答电路和定时电路停止工作。
(3)复位电路的设计
外部中断和内部中断并存，单片机硬件复位端，只要持续4个机器周期的高电平即可实现复位，硬件复位后的各状态可知寄存器以及存储器的值都恢复到了初始值，因为本设计中功能中有倒计时时间的记忆功能，所以不能对单片机进行硬件复位，只能用软件复位，软件复位实际上就是当程序执行完之后，将程序通过一条跳转指令让它完成复位。复位电路如图3所示：
在这里插入图片描述
3、时钟震荡电路
时钟震荡电路单片机必须在AT89C51的驱动下才能工作，在单片机内部有一个时钟震荡电路，只需要外接一个振荡器就能产生一定的时钟信号送到单片机内部的各个单元，时钟震荡电路如图4所示。
4、报警电路设计
报警电路用于报警，当遇到报警信号时，发出警报。一般喇叭是一种电感性图5报警电路图。8951驱动喇叭的信号为各种频率的脉冲。因此，最简单的喇叭驱动方式就是利用达林顿晶体管，或者以两个常用的小晶体管连接成达林顿架势。在右图中电阻R为限流电阻，在此利用晶体管的高电流增益，以达到电路快速饱和的目的。不过，如果要由P0输出到此电路，还需要连接一个10K的上拉电阻。
选手在设定的时间内抢答时，实现：优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。如果再次抢答必须由主持人再次作”清除”和”开始”状态开关。
在这里插入图片描述

四、软件设计

1、系统主程序设计
为了能够达到抢答的公平、公正、合理，应该在主持人发布抢答命令之前必须先设定抢答的时间，因而在编开始抢答前的程序得先编写设定时间的程序，当时间设好了之后，主持人发布抢答命令按下P1.7按键，程序开始打开定时中断开始倒计时，然后调用键盘扫描子程序，编写键盘扫描程序。当在扫描到有人按下了答题键，马上关闭T0、调用显示程序、封锁键盘。
在这里插入图片描述
五、代码

OK EQU 20H;抢答开始标志位
RING EQU 22H;响铃标志位
ORG 0000H
AJMP MAIN
ORG 0003H
AJMP INT0SUB
ORG 000BH
AJMP T0INT
ORG 0013H
AJMP INT1SUB
ORG 001BH
AJMP T1INT
ORG 0040H
MAIN: MOV R1,#30;初设抢答时间为30s
MOV R2,#60;初设答题时间为60s
MOV TMOD,#11H;设置未定时器/模式1
MOV TH0,#0F0H
MOV TL0,#0FFH;越高发声频率越高,越尖
MOV TH1,#3CH
MOV TL1,#0B0H;50ms为一次溢出中断
SETB EA
SETB ET0
SETB ET1
SETB EX0
SETB EX1;允许四个中断,T0/T1/INT0/INT1
CLR OK
CLR RING
SETB TR1
SETB TR0;一开始就运行定时器,以开始显示FFF.如果想重新计数,重置TH1/TL1就可以了
;=====查询程序=====
START: MOV R5,#0BH
MOV R4,#0BH
MOV R3,#0BH
ACALL DISPLAY;未开始抢答时候显示FFF
JB P3.0,NEXT;ddddddd
ACALL DELAY
JB P3.0,NEXT;去抖动,如果"开始键"按下就向下执行,否者跳到非法抢答查询
ACALL BARK;按键发声
MOV A,R1
MOV R6,A;送R1->R6,因为R1中保存了抢答时间
SETB OK;抢答标志位,用于COUNT只程序中判断是否查询抢答
MOV R7,#01H ;读抢答键数据信号标志，这里表示只读一次有用信号
MOV R3,#0AH;抢答只显示计时,灭号数
AJMP COUNT;进入倒计时程序,"查询有效抢答的程序"在COUNT里面
NEXT: JNB P1.0,FALSE1
JNB P1.1,FALSE2
JNB P1.2,FALSE3
JNB P1.3,FALSE4
JNB P1.4,FALSE5
JNB P1.5,FALSE6
JNB P1.6,FALSE7
JNB P1.7,FALSE8
AJMP START
;=====非法抢答处理程序=====
FALSE1: MOV R3,#01H
AJMP ERROR
FALSE2: MOV R3,#02H
AJMP ERROR
FALSE3: MOV R3,#03H
AJMP ERROR
FALSE4: MOV R3,#04H
AJMP ERROR
FALSE5: MOV R3,#05H
AJMP ERROR
FALSE6: MOV R3,#06H
AJMP ERROR
FALSE7: MOV R3,#07H
AJMP ERROR
FALSE8: MOV R3,#08H
AJMP ERROR
;=====INT0(抢答时间R1调整程序)=====
INT0SUB:MOV A,R1
MOV B,#0AH
DIV AB
MOV R5,A
MOV R4,B
MOV R3,#0AH
ACALL DISPLAY;先在两个时间LED上显示R1
JNB P3.4,INC0;P3.4为+1s键,如按下跳到INCO
JNB P3.5,DEC0;P3.5为-1s键,如按下跳到DECO
JNB P3.1,BACK0;P3.1为确定键,如按下跳到BACKO
AJMP INT0SUB
INC0: MOV A,R1
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。
MOV R1,#00H
ACALL DELAY1
AJMP INT0SUB
ADD0: INC R1
ACALL DELAY1
AJMP INT0SUB
DEC0: MOV A,R1
JZ SETR1;如果R1为0, R1就置99，
DEC R1
ACALL DELAY1
AJMP INT0SUB
SETR1: MOV R1,#63H
ACALL DELAY1
AJMP INT0SUB
BACK0: RETI
;=====INT1(回答时间R2调整程序)=====
INT1SUB:MOV A,R2
MOV B,#0AH
DIV AB
MOV R5,A
MOV R4,B
MOV R3,#0AH
ACALL DISPLAY
JNB P3.4,INC1
JNB P3.5,DEC1
JNB P3.1,BACK1
AJMP INT1SUB
INC1: MOV A,R2
CJNE A,#63H,ADD1
MOV R2,#00H
ACALL DELAY1
AJMP INT1SUB
ADD1: INC R2
ACALL DELAY1
AJMP INT1SUB
DEC1: MOV A,R2
JZ SETR2
DEC R2
ACALL DELAY1
AJMP INT1SUB
SETR2: MOV R2,#63H
ACALL DELAY1
AJMP INT1SUB
BACK1: RETI
;=====倒计时程序(抢答倒计时和回答倒计时都跳到改程序)=====
REPEAT:MOV A,R2 ;使用锦囊时重新计时
MOV R6,A
CLR RING
COUNT: MOV R0,#00H;重置定时器中断次数
MOV TH1,#3CH
MOV TL1,#0B0H;重置定时器
RECOUNT:MOV A,R6;R6保存了倒计时的时间,之前先将抢答时间或回答时间给R6
MOV B,#0AH
DIV AB;除十分出个位/十位
MOV 30H,A;十位存于(30H)
MOV 31H,B;个位存于(31H)
MOV R5,30H;取十位
MOV R4,31H;取个位
MOV A,R6
SUBB A,#07H
JNC LARGER;大于5s跳到LARGER,小于等于5s会提醒
MOV A,R0
CJNE A,#0AH,FULL;1s中0.5s向下运行
CLR RING
AJMP CHECK
FULL: CJNE A,#14H,CHECK;下面是1s的情况,响并显示号数并清R0,重新计
SETB RING
MOV A,R6
JZ QUIT;计时完毕
MOV R0,#00H
DEC R6;一秒标志减1
AJMP CHECK
LARGER: MOV A,R0
CJNE A,#14H,CHECK;如果1s向下运行,否者跳到查"停/显示"
DEC R6;计时一秒R6自动减1
MOV R0,#00H
CHECK: JNB P3.1,QUIT;如按下停止键退出
JNB OK,CHECKK ;只在回答倒计时才有效
AJMP NEXTT
CHECKK:JNB P3.0,REPEAT ;判断是否使用锦囊
NEXTT: ACALL DISPLAY
JB OK,ACCOUT;如果是抢答倒计时,如是则查询抢答,否者跳过查询继续倒数(这里起到锁抢答作用)
AJMP RECOUNT
ACCOUT:
MOV A,36H
JNB ACC.0,TRUE1
JNB ACC.1,TRUE2
JNB ACC.2,TRUE3
JNB ACC.3,TRUE4
JNB ACC.4,TRUE5
JNB ACC.5,TRUE6
JNB ACC.6,TZ1
JNB ACC.7,TZ2
AJMP RECOUNT
TZ1:JMP TRUE7
TZ2:JMP TRUE8
QUIT: CLR OK;如果按下了"停止键"执行的程序
CLR RING
AJMP START
;=====正常抢答处理程序=====
TRUE1: ACALL BARK
MOV A,R2
MOV R6,A;抢答时间R2送R6
MOV R3,#01H
CLR OK;因为答题的计时不再查询抢答,所以就锁了抢答
AJMP COUNT
TRUE2:ACALL BARK
MOV A,R2
MOV R6,A
MOV R3,#02H
CLR OK
AJMP COUNT
TRUE3:ACALL BARK
MOV A,R2
MOV R6,A
MOV R3,#03H
CLR OK
AJMP COUNT
TRUE4:ACALL BARK
MOV A,R2
MOV R6,A
MOV R3,#04H
CLR OK
AJMP COUNT
TRUE5:ACALL BARK
MOV A,R2
MOV R6,A
MOV R3,#05H
CLR OK
AJMP COUNT
TRUE6: ACALL BARK
MOV A,R2
MOV R6,A
MOV R3,#06H
CLR OK
AJMP COUNT
TRUE7:ACALL BARK
MOV A,R2
MOV R6,A
MOV R3,#07H
CLR OK
AJMP COUNT
TRUE8:ACALL BARK
MOV A,R2
MOV R6,A
MOV R3,#08H
CLR OK
AJMP COUNT
;=====犯规抢答程序=====
ERROR: MOV R0,#00H
MOV TH1,#3CH
MOV TL1,#0B0H
MOV 34H,R3;犯规号数暂存与(34H)
HERE: MOV A,R0
CJNE A,#06H,FLASH;0.3s向下运行->灭并停响
CLR RING
MOV R3,#0AH
MOV R4,#0AH
MOV R5,#0AH;三灯全灭
AJMP CHECK1
FLASH: CJNE A,#0CH,CHECK1;下面是0.8s的情况,响并显示号数并清R0,重新计
SETB RING
MOV R0,#00H
MOV R3,34H;取回号数
MOV R5,#0BH
MOV R4,#0BH;显示FF和号数
AJMP CHECK1
CHECK1: JNB P3.1,QUIT1
ACALL DISPLAY
AJMP HERE
QUIT1: CLR RING
CLR OK
AJMP START
;=====显示程序=====
DISPLAY:MOV DPTR,#DAT1;查表显示程序,利用P0口做段选码口输出/P2低三位做位选码输出,
MOV A,R3
MOVC A,@A+DPTR
MOV P2,#0feH
MOV P0,A
ACALL DELAY2
MOV DPTR,#DAT2
MOV A,R5
MOVC A,@A+DPTR
MOV P2,#0fdH
MOV P0,A
ACALL DELAY2
MOV A,R4
MOVC A,@A+DPTR
MOV P2,#0fbH
MOV P0,A
ACALL DELAY2
RET
DAT1:DB 00h,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,71H
;"灭","1","2","3","4","5","6","7","8","9","灭","F"
DAT2:DB 3fh,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,71H
;第一个为零,其他与上相同,因为十位如果为零显示熄灭
;====加减时间延时(起到不会按下就加N个数)======
DELAY1: MOV 35H,#08H
LOOP0: ACALL DISPLAY
DJNZ 35H,LOOP0
RET
;=====延时4236个机器周期(去抖动用到)=====
DELAY: MOV 32H,#12H
LOOP: MOV 33H,#0AFH
LOOP1: DJNZ 33H,LOOP1
DJNZ 32H,LOOP
RET
;=====延时4236个机器周期(显示用到)=====
DELAY2: MOV 32H,#43H
LOOP3: MOV 33H,#1EH
MOV A,R7 ;每隔60~70个机器周期读一次P1口,全为1时为无效数据,继续读,有一个不为1时,转到正常抢答处理
JNZ AAAA1 ;没读到有效数据时继续转到AAAA1
LOOP2: DJNZ 33H,LOOP2
DJNZ 32H,LOOP3
RET
;=====读抢答按键数据口程序=====
;由于在读抢答数据口的时候，单片机首先进入倒计时程序，再调用显示程序，最后才检测按键口
;然而在检测按键口时动态扫描要调用三次(4ms)延时程序.这样就会导致读数据口出现滞后,造成1号优先最高.8号最低.
;故采用在延时子程序中加了读数据口程序.保证了灵敏度和可靠性
AAAA1: MOV A,P1
CJNE A,#0FFH,AA1 ;当不全为1时的数据为有效数据
AA0: MOV 36H,A ;将有效数据送到36H暂存
AJMP LOOP2
AA1: DEC R7
AJMP AA0

;=====发声程序=====
BARK: SETB RING
ACALL DELAY1
ACALL DELAY1
CLR RING;按键发声
RET