四路智力抢答器

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　　摘要：本设计是四路智力抢答器。使用51系列单片机，编写应用程序来实现智力抢答功能。设计思路是先等待主持人按键，当有主持人按键时，开始计时一分钟，并显示时间。有人抢答时，报警电路启动，并显示组号，同时计时显示停止。若在计时时间内无人抢答，一分钟到时，无报警，且计时停止，重新开始等待主持人按键，进行下一轮抢答。
　　关键词：四路智力抢答器　单片机
　　
　　0　引言
　　
　　软件设计利用中断系统的基本构成原理编写中断服务程序，使用80C51单片机串行接口P1口、P2口、P3口的输入/输出功能向CPU输入信号，其信号由按键电路提供，由CPU响应中断，并输出响应。用到了查询按键模块、定时器模块、显示时间模块、显示组号模块、报警模块等。软件涉及51系列单片机的中断系统、定时器/计数器、串行接口及外围电路的功能。
　　硬件设计使用的是51系列单片机中的80C51，其他部件有74LS48、八段数码显示管、蜂鸣器、LED闪光灯，按键等。硬件设计采通过外部12M的X1提供时钟的脉冲，利用其中断控制程序进行抢答部分的处理，通过多输入与门的控制去申请单片机内部的中断，以达到显示抢答的目的。用分模块设计思想，以CPU为中心逐一设计了时钟电路和复位电路，然后设计了按钮电路为CPU提供输入信号，再次，为数码管选择输入信号电路；还有就是提供了报警电路；最终就是修饰和完善总原理图。
　　显示结果是主持人按键时，数码管显示60，即定时器定从一分钟开始计时，若一分钟内有人抢答，则此时定时器停止计时，数码管显示此时的时间，如计时56秒时有人抢答，数码管就显示56，同时蜂鸣器发出“嘀”声，且警报灯闪烁一下，与此同时显示抢答组的组数。如一分钟内无人按键抢答，计时时间一分钟到时数码管显示00，并停止计时。此时等待主持人按键进行下一轮抢答，若主持人不按键，数码管就一直显示00。
　　
　　1　系统总体方案
　　
　　首先，以CPU为中心设计了时钟电路和复位电路；然后设计了按钮电路为CPU提供输入信号：再次，为数码管选择输入信号电路；还有就是进一步完善设计而提供了报警电路。最终，完善总括电路，得到总设计原理图。利用单片机内部的时钟中断源，外部中断源，利用P3口进行第二功能进行控制。当外部中断输入时，我们利用锁存，稳定输出剩余时间。利用硬件电路防止外部在开始及结束的时候出现误操作。
　　
　　2　控制部分80C51的设计
　　
　　本设计中用的是80C51单片机，80C51有40条引脚中有2条专用于主电路，2条外接晶振，4条控制或与其它电源的复用引脚，32条I/O引脚。
　　
　　2.1主电源引脚
　　Vss：接地。
　　Vcc：正常操作、对EPROM编程和验证时接+5V电源。
　　
　　2.2外接晶振引脚
　　XTALl接外部晶振的一个引脚。
　　XTAL2接外部晶振的一个引脚。
　　
　　2.3控制或与其它电源复用引脚RST/Vpd当振荡器运行时，在此引脚上出现两个机器周期的高电平将使单机复位。一般在引脚与Vss引脚之间连接一个约8.2KΩ的下拉电阻，本设计使用的下拉电阻为1KΩ。与Vss引脚之间连接一个20uF的电容，以保证可靠复位。复位以后，P0、P3口输出高电平，SP指针重新赋值为07H，其它特殊功能寄存器和程序计数器PC被清0。只要REST保持高电平，80C51就会循环复位。RESET由高电平变为低电平后，80C51初始复位不影响内部RAM的状态，包括工作寄存器R0～R7。
　　ALE(/PROG)：当访问外部数据存储器时，ALE的输出用于锁存地址低字节，即使不访问外部存储器，ALE仍以不变的频率周期性地出现正脉冲信号，为振荡器频率的1/6，因此可用作对输出的时钟。/PSEN：此输出是外部程序存储器的读选通信信号。在由外部程序存储器取指令周期，每个机器周期两次/PSEN有效。但当访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号不出现。/PSEN可以带动8个TTL负载。
　　/EA(Vpp)当/EA保持高电平时访问内部程序存储器，但当PC值超过OFFF或1FFF时，将自动转向执行外部程序存储器的程序。当/EA端保持低电平时，则只访问外部程序存储器，而不管是否有内部程序存储器。
　　
　　2.4输入/输出引脚
　　PO：是一个8位漏极开路的双向输入/输出口。
　　P1：是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。
　　P2：是一个带有内部上拉电阻的8位双向输入/输出口，访问外部存储器时送高8位地址。
　　P3：是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。在MCS―51中，这8个引脚还用于专门的功能。其中，P3.0为串行输入口，P31为串行输出口，P3.2为外部中断0输入，P3 3为外部中断1输入，P3.4为定时器0的外部输入，P3.5为定时器1的输入，P3.6为外部数据存储器的写选通信号，P3.7为外部存储器的读选通信号。
　　
　　3　数码显示部分LED的介绍
　　
　　LED显示器是目前最常用的一种数显示器件。发光二极管是由半导体材料制成的，能将电信号转换成光信号的结型电致发光器件。如果把发光二极管制成条状，再按照一定方式连接，组成数字“8”，就构成LED数码管。使用时按规定使某些笔段上的发光二极管发光，即可组成0―9的一系列数字。
　　本设计使用的是7SEG―COM―AN―GRN型数码管。
　　
　　4　时钟电路的介绍
　　
　　51系列单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，此放大器的输入和输出分别是引脚XTAL1和XTAL2，在XTAL1和XTAL2上外接时钟源即可构成时钟电路。CPU的一系列动作都是在控制电路部件下工作的。
　　本设计采用的是内部时钟产生方式，即是在引脚XTAL1和XTAL2两端跨接晶体或陶瓷振荡器，与内部反相器构成稳定的自激振荡器。其发出的脉冲直接送给片内定时控制部件。
　　
　　5　复位电路的介绍
　　
　　复位是使CPU和系统中其他部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。51系列单片机通常采用上电自动复位、按钮电平复位、上电+按钮电平复位、上电+按钮电平复位、程序运行监视复位等方式。
　　本设计采用上电自动复位方式，其实质是一阶充放电电路，系统上电时该电路提供有效的复位信号RST(高电平)直至系统电源稳定后撤销复位信号(低电平)。同时应注意保证加在RST引脚上的高电平持续两个机器周期，才能使单片机可靠复位。
　　
　　6　按钮电路
　　
　　本设计使用的是机械按钮，按钮电路主要用来为CPU串行口提供输入信号。在实际应用中机械按钮的抖动应该考虑的，可用软件的设计来消除机械抖动。
　　
　　7　显示管的输入信号电路
　　
　　本设计使用的输入信号电路主要是74LS48，八段数码显示管的输入信号是八位数，而CPU提供的信号是三位的，通过74LS48把三位的信号转化为八位的信号。
　　
　　8　报警电路
　　
　　该报警电路的作用是在参赛人员按键时进行报警。当主持人发出抢答信号，而有人员抢答就有报警。此时报警灯闪烁一次，蜂鸣器发出报警声，提示主持人有人要答题。
　　
　　参考文献：
　　[1]余发山.单片机原理及应用技术徐州：中国矿业大学出版社,2003.21―209.
　　[2]赫建国，郑燕，薛延侠.单片机在设计电路中的应用北京：清华大学出版社2006.35―52
　　[3]李华.MCS―51系列单片机实用接口技术北京北京航空航天大学出版社1993.36―58.
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