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1、1系统主要功能抢答器原理：该抢答器供不多于四个的抢答比赛使用。每个选手的座位前安装一只抢 答按钮开关和一只信号灯。主持人的座位前安装一只复原按钮开关、一只蜂鸣器和一只抢 答器工作状态指示灯。每当主持人口头发出允许抢答的号令之后，哪个队先按下座位上的 按钮开关，该座位的信号灯就先被点亮，同时封锁其他按钮开关的活动。并且熄灭主持人 座位上的状态指示灯和发出3声类似于电话振铃的提示声，以“声明”此次抢答动作已 经完成。在主持人确认后，按下复原按钮，状态指示灯重新点亮，并且同时发出“笛 笛一一”声，为下一次的抢答作好准备。电路中的蜂鸣器FM是一只带有助音腔的压电陶 瓷蜂鸣器，用于模拟发出报警声的功率放
2、大器和喇叭。在FM发声的同时，灯D6也在发 光。FM可以看作是一个电容性负载，本身不能流过直流电流。发声的原理是，作用在两 个电极极板的电位在发生变化时，陶瓷材料就发生弯曲，从而振动空气发出声音。FM和4 只按钮开关SWaSWd以及4只电阻RaRd都是在演示板的基础上额外添加的。由于RB 端口内部具有上拉电阻，只要用软件设置其有效，即可省略在4只端口引脚上外接上拉电 阻。按钮开关和指示灯与座位的对应关系如表3所示。表1-1按钮开关和指示灯与座位的对应关系座位主持人席座位1座位2座位3座位4座位5座位6按钮开关SW1SWaSWbSWcSWdSWeSWf指示灯D7DOD1D2D3D4D5蜂鸣器有无
3、无无无无无2系统硬件设计为使硬件电路设计尽可能合理，应注意以下几方面：(1) 尽可能采用功能强的芯片，以简化电路，功能强的芯片可以代替若干普通芯片， 随着生产工艺的提高，新型芯片的的价格不断下降，并不一定比若干普通芯片价格的总和 高。(2) 留有设计余地。在设计硬件电路时，要考虑到将来修改扩展的方便。因为很少有 一锤定音的电路设计，如果现在不留余地，将来可能要为一点小小的修改或扩展而被迫进 行全面返工。(3) 程序空间，选用片内程序空间足够大的单片机，本设计采用AT89C51单片机。(4) I/O端口，在样机研制出来后进行现场试用时，往往会发现一些被忽视的问题， 而这些问题不是靠单纯的软件措施
4、来解决的。如有些新的信号需要采集，就必须增加输入检测端；有些物理量需要控制，就必须增加输出端。如果在硬件电路设计就预留出一些I/O端口，虽然当时空着没用，那么用的时候就派上用场了。3总体原理图如图3-1，P1.0为开始抢答，P1.7为停止，P1.1-P1.6为六路抢答输入，数码管段选P0 口，位选P2 口低3位，蜂鸣器输出为P3.6 口。P3.2为时间加1调整，P3.3为时间减1调整。pnnH.ra PD.1/AD1 PDi.h.EG PDZI.hEG PD.4/AD* PDi-AEiS P M PD.T/APTHQCrEFG C尸134hXTAL!XTAI2F.ETFSB ALE 0pin
5、P1.1 P12P13P1.* P1SP1JS P1.7psn-.fG pz.i/e PZAC pzaAn PZ.AtZ PZ5TA 口 PZJ9AU PZ.T/AISpin-Rj-iiP3.irM pzaETTE pzaHTm pa粗m P35T1 Pl.STiTF： P.TiW口171918t-Fh.TEE：S1: TE-?n-LSI2-结束上宀O OSOUNDER:A2:tl-& .:c -1U2Z.U2-毛=1一35ZZZ3Hif图3-1系统原理图3.1时钟频率电路的设计单片机必须在时钟的驱动下才能工作在单片机内部有一个时钟振荡电路，只需要外 接一个振荡源就能产生一定的时钟信号送到单片
6、机内部的各个单元，决定单片机的工作速 度。C2和 XTAL231PFC1二九L汀曰:不-.和 XTAL131PF图3-2外部振荡源电路一般选用石英晶体振荡器。此电路在加电大约延迟10ms后振荡器起振，在XTAL2引脚 产生幅度为3V左右的正弦波时钟信号，其振荡频率主要由石英晶振的频率确定。电路中两 个电容C1,C2的作用有两个:一是帮助振荡器起振;二是对振荡器的频率进行微调。C1,C2 的典型值为30PF。单片机在工作时，由内部振荡器产生或由外直接输入的送至内部控制逻辑单元的时钟 信号的周期称为时钟周期。其大小是时钟信号频率的倒数，常用fosc表示。如时钟频率为 12MHz,即fosc=12M
7、Hz,则时钟周期为1/12卩s。3.2复位电路的设计单片机的第9脚RST为硬件复位端，只要将该端持续4个机器周期的高电平即可实现 复位，复位后单片机的各状态都恢复到初始化状态，其电路图如图3-3所示：A : -J 0 o 10uf -R1.1k-图3-3复位电路 值得注意的是，在设计当中使用到了硬件复位和软件复位两种功能，由上面的硬件复位后 的各状态可知寄存器及存储器的值都恢复到了初始值,而前面的功能介绍中提到了倒计时 时间的记忆功能，该功能的实现的前提条件就是不能对单片机进行硬件复位，所以设定了 软复位功能。软复位实际上就是当程序执行完毕之后，将程序指针通过一条跳转指令让它 跳转到程序执行的
8、起始地址。3.3显示电路的设计显示功能与硬件关系极大，当硬件固定后，如何在不引起操作者误解的前提下提供尽 可能丰富的信息，全靠软件来解决。3.4键盘扫描电路的设计键盘是人与微机系统打交道的主要设备。关于键盘硬件电路的设计方法也可以在文献 和书籍中找到，配合各种不同的硬件电路，这些书籍中一般也提供了相应的键盘扫描程序。 站在系统监控软件设计的立场上来看，仅仅完成键盘扫描，读取当前时刻的键盘状态是不 够的，还有不少问题需要妥善解决，否则，人们在操作键盘就容易引起误操作和操作失控 现象。在单片机应用中键盘用得最多的形式是独立键盘及矩阵键盘。图3-4独立键盘它们各有自己的特点，其中独立键盘硬件电路简单
9、，而且在程序设计上也不复杂，一 般用在对硬件电路要求不高的简单电路中；矩阵键盘与独立键盘有很大区别，首先在硬件 电路上它要比独立键盘复杂得多，而且在程序算法上比它要烦琐，但它在节省端口资源上 有优势得多，因此它更适合于多按键电路。其次就是消除在按键过程中产生的“毛刺”现 象。这里采用最常用的方法，即延时重复扫描法，延时法的原理为：因为“毛刺”脉冲一 般持续时间短，约为几ms，而我们按键的时间一般远远大于这个时间，所以当单片机检测 到有按键动静后再延时一段时间（这里我们取10ms）后再判断此电平是否保持原状态，如果 是则为有效按键，否则无效。3.5发声电路我们知道，声音的频谱范围约在几十到几千赫
10、兹，若能利用程序来控制单片机某个口线的 “高”电平或低电平，则在该口线上就能产生一定频率的矩形波，接上喇叭就能发出一定 频率的声音，若再利用延时程序控制“高”“低”电平的持续时间，就能改变输出频率， 从而改变音调，使喇叭发出不同的声音。3.6系统复位使CPU进入初始状态，从0000H地址开始执行程序的过程叫系统复位。从实现系统复 位的方法来看，系统复位可分为硬件复位和软件复位。硬件复位必须通过CPU外部的硬件 电路给CPU的RESET端加上足够时间的高电位才能实现。上电复位，人工按钮复位和硬件 看门狗复位均为硬件复位。硬件复位后，各专用寄存器的状态均被初始化，且对片内通用 寄存器的内容没有影响
11、。但是，硬件复位还能自动清除中断激活标志，使中断系统能够正 常工作，这样一个事实却容易为不少编码人员所忽视。软件复位就是用一系列指令来模拟 硬件复位功能，最后通过转移指令使程序从0000H地址开始执行。对各专用寄存器的复位 操作是容易的，也没有必要完全模拟，可根据实际需要去主程序初始化过程中完成。而对 中断激活标志的清除工作常被遗忘，因为它没有明确的位地址可供编程。有的编程人员用 020000 (LJMP 0000H)作为软件陷阱，认为直接转向0000H地址就完成了软件复位，就 是这类错误的典型代表。软件复位是使用软件陷阱和软件看门狗后必须进行的工作，这时 程序出错完全有可能发生在中断子程序中
12、，中断激活标志已置位，它将阻止同级中断响应。 由于软件看门是高级中断，它将阻止说要中断响应，由此可见清除中断激活标志的重要性。4系统软件设计软件任务分析和硬件电路设计结合进行，哪些功能由硬件完成，哪些任务由软件完成, 在硬件电路设计基本定型后，也就基本上决定下来了。4.1主程序系统结构图4.2程序流程图在本设计中包括了以下八个主要的程序：主程序；非法抢答序；抢答时间调整程序; 回答时间调整程序；倒计时程序；正常抢答处理程序；犯规处理程序；显示及发声程序。 主流程图如4-2所示：图4-2程序设计流程图5系统程序列表P1.0为开始抢答，P1.7为停止，pl.l-pl.6为六路抢答输入数码管段选P0
13、 口，位选 P2 口，蜂鸣器输出为P3.6 口。OK EQU 20H ;抢答开始标志位RING EQU 22H;响铃标志位ORG 0000HAJMP MAINORG 0003HAJMP INTOSUBORG 000BHAJMP T0INTORG 0013HAJMP INT1SUBORG 001BHAJMP T1INTORG 0040HMAIN: MOV R1,#OFH;初设抢答时间为15sMOV R2,#0AH;初设答题时间为10sMOV TMOD,#11H;设置未定时器/模式1MOV TH0,#0F0HMOV TL0,#0FFH;越高发声频率越高，越尖MOV TH1,#3CHMOV TL1,
14、#0B0H; 50ms为一次溢出中断SETB EASETB ET0SETB ET1SETB EXOSETB EX1;允许四个中断,T0/T1/INT0/INT1CLR OKCLR RINGSETB TR1SETB 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INT0（抢答时间R1调整程序）：INT0SUB:MOV A,R1MOV B,#0AHDIV ABMOV R5,AMOV R4,BMOV R3,#0AHACALL DISPLAY；先在两个时间LED上显示R1JNB P3.2,INC0; P3.2 为+1s 键，如按下跳到 INCOJNB P3.
15、3,DEC0; P3.3 为Ts 键，如按下跳到 DECOJNB P1.7,BACK0; P1.7为确定键，如按下跳到BACKOAJMP INTOSUBINCO:MOV A,R1CJNE A,#63H,ADD0;如果不是99,R2加1,如果加到99 了，R1就置0,重新加起MOV R1,#00HACALL DELAY1AJMP INT0SUBADD0:INC R1ACALL DELAY1AJMP INT0SUBDEC0:MOV A,R1JZ SETR1;如果 R1 为 0, R1 就置 99，DEC R1ACALL DELAY1AJMP INT0SUBSETR1: MOV R1,#63HACALL DELAY1AJMP INT0SUBBACK0
