单片机抢答器课程设计

单片机抢答器课程设计

1 系统总体设计方案

1.1 设计课题任务

设计一个具有特定功能的抢答器。

1.2 功能要求说明

（1）该抢答器上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”。 （2）主持人按下开始按钮后，抢答开始并限定时间30S。 （3）10S内无人抢答，蜂鸣器发出音响。

（4）主持人按下开始按钮之前有人按下抢答器，抢答违规，显示器显示违规台号，违规指示灯亮，其它按钮不起作用。

（5）正常抢答，显示器显示台号，蜂鸣器发出音响，其它抢答按钮无效。 （6）正常抢答下，从按下抢答按钮开始30S内，答完按钮没按下，则作超时处理，超时处理时，违规指示灯亮，数码管显示违规台号。蜂鸣器发出音响。

（7）各台数字显示的消除，蜂鸣器音响及违规指示灯的关断，都要通过主持人按复位按钮。

1.3 总体方案介绍及工作原理

抢答器的总体功能原理是以AT89S52单片机为主要的控制核心，通过外接8个独立式键盘作为控制信号源，1个四位一体数码管作为显示器件，蜂鸣器作为报警器件，单片机实时的去执行相应的功能。在数码管上显示出来，此时通过不同的按键来观看和调节各种数据。CPU控制原理图如图1-1所示。

图1-1抢答器总体方框图

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2 硬件系统的设计

2.1 系统各功能模块介绍

2.1.1 AT89S52控制模块

考虑到设计功能需要，控制器的功能用于外部键盘信号的接收和识别、数码管的显示控制，定时器应用等，我们选择了学习过的AT89S52系列单片机，具有反应速度极快，工作效率特高的特点。

2.1.2 键盘功能模块

根据系统的基本的要求，基于时间的观看和设定等功能，采用由八个键构成的独立式键盘分别接在AT89S52单片机的P1.0-P1.7，非常的方便，在软件的设计时带来了极大的方便，使程序简易明了，可读性强。

本次设计中，八个键分别定义为开始键、一号键、二号键、三号键 答题键，对应着开始答题，各个选手抢答，答题完毕各键功能单一，互不影响，操作起来十分的清晰与方便。

2.1.3 时钟电路模块

在单片机的XTAL1和XTAL2引脚外接晶体振荡器就构成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟脉冲信号。电容器C1和C2的作用是稳定频率和快速起振，电容值在5－30pF,典型值为30pF。外部时钟方式是把外部已有的时钟信号引入到单片机内。此方式常用于多片单片机同时工作，以便于各单片机的同步。一般要求外部信号高电平的持续时间大于20ns，且为频率低于12MHz的方波。

2.1.4 复位电路模块

单片机电路共有上电复位、按键电平复位和按键脉冲复位三种，本次设计中采用按键电平复位，它是通过使复位端经电阻与Vcc电源接通而实现的。

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2.1.5 显示电路模块

键盘、显示是单片机应用系统不可缺少的输入和输出设备， 是实现人机对话的纽带。键盘/显示器接口的设计，它不但要满足功能技术要求而且可靠性也要高。随系统不同要求就会不同，接口设计也就不同。对一个键盘/显示器接口设计应从整个系统出发，综合考虑软、硬件特点。在应用系统设计中，一般都是把键盘和显示器放在一起考虑的，本次设计中，考虑到只需六个选手进行抢答，一个单片机的I/O口线就够，所以采用独立式键盘正好合适，既合题意，也不浪费。而显示电路则由四位一体的共阳极数码管构成，它负责显示经单片机处理后的选手抢答信息及倒计时信息。

2.1.4 定时发声模块

定时发生模块主要由一个蜂鸣器来实现，到了警报时间则接通蜂鸣器实现报警功能。

2.2 系统电路图

总原理图、PCB图、元器件布局图见附录（1）

2.3 系统的元器件清单

本系统中所用到的元件如表2-1所示。

表2-1 系统元器件表

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3 软件系统的设计

3.1 使用单片机资源介绍

AT89S52的P0，P1,P2，P3口作为输入输出口 XTAL1、XTAL2:晶振输入 RST: 复位输入 片内资源主要为：

定时器/计数器T1,定时器中断1，通用寄存器。

专用寄存器A、B、IE、P0、P1、P2、P3、TCON，位寻址单元30H、31H、36H。

3.2 软件系统各功能模块介绍

3.2.1 独立式键盘模块

独立式键盘软件设计通过在主程序中调用子程序KEY去执行键盘扫描和调用子程序ANKEY去执行相应的功能 ,单片机P1口在复位后保持高电平,当键按下相应口线为低电平，此时CPU做初期判断，之后延时12ms，确定为按键后等待键松，之后执行子程序。达到通过键功能程序的分支执行相应的程序段，完成对应的操作。

3.2.2 数码管显示模块

数码管显示是通过调用子程序DISP来实现的，由于数码管的显示要求有实时性，所以在执行其他的程序的时候依然要经常调用显示子程序DISP。数码管的段控由CPU改变P2口相应位电平来实现，为实现不同的显示功能，设置了不同的显示缓冲单元，通过控制标志位控制。数码管的位控由CPU改变P0口相应位电平来实现，基于人的视觉延迟性，通过从右到左的循环保证所有数码管都被点亮。

3.2.3 报警模块

在软件的设计中报警提示模块是通过驱动蜂鸣器产生的声音来告诉抢答时间是否已到，抢答时间到通过改变P3.1为低电平使蜂鸣器响起。

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3.3 软件系统程序流程框图

软件系统的总体流程框图如图3-1，键扫、显示程序、中断服务程序、倒计时程序流程框图分别如图3-2、图3-3、图3-4、图3-5所示。

图3-1抢答器总体流程框图