基于單片機(jī)的四路搶答器的設(shè)計(jì)

陳娟 顧吳華

摘要：隨著人們生活的多樣性，搶答器作為一個(gè)重要的設(shè)備廣泛應(yīng)用于各類競賽中。文章設(shè)計(jì)的四路搶答器以STC89C51單片機(jī)作為主控芯片，實(shí)現(xiàn)的功能主要是：主持人按下 “搶答開始”按鍵后，倒計(jì)時(shí)3秒鐘，選手搶答并且顯示搶答成功的小組號。該系統(tǒng)軟硬件相結(jié)合，并且通過?！皬?qiáng)國知識競賽”活動驗(yàn)證了搶答器產(chǎn)品的良好性能。

關(guān)鍵詞：單片機(jī);搶答器;數(shù)碼管

中圖分類號：TP368.1? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）26-0168-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

1 引言

搶答器作為一款能準(zhǔn)確、直觀、公正地判斷出第一搶答者的電子應(yīng)用設(shè)備，常用于各種各樣的競賽中，搶答器的種類和功能也層出不窮。然而，傳統(tǒng)的搶答器大多采用一些基本的數(shù)字電路來實(shí)現(xiàn)，不僅體積大，而且布線復(fù)雜煩瑣、成本較高。隨著科技的發(fā)展，集成度高、控制能力強(qiáng)的單片機(jī)已經(jīng)深入到了各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域[1-3]。

2 整體設(shè)計(jì)介紹

本系承擔(dān)了?！皬?qiáng)國知識競賽”的組織任務(wù)，要求設(shè)計(jì)一款功能準(zhǔn)確的四路搶答器應(yīng)用于競賽活動中。將該任務(wù)功能設(shè)計(jì)為：主持人按下“搶答開始”按鍵，然后3秒倒計(jì)時(shí)，如果單片機(jī)檢測到有選手按下?lián)尨鹌靼存I，則顯示該選手的編號，如果再次搶答，必須由主持人再次按下“搶答開始”按鍵。

3 硬件設(shè)計(jì)

3.1 總體設(shè)計(jì)

在本設(shè)計(jì)中采用STC公司生產(chǎn)的STC89C51 單片機(jī)作為主控芯片，結(jié)合簡單的外圍電路來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)任務(wù)。該系統(tǒng)可以進(jìn)行運(yùn)算控制、搶答信號識別與處理以及顯示功能的實(shí)現(xiàn)。具體表現(xiàn)為：用四個(gè)獨(dú)立按鍵作為選手搶答鍵，一個(gè)獨(dú)立按鍵作為主持人鍵，數(shù)碼管用作顯示組號和倒計(jì)時(shí)時(shí)間，利用4個(gè)LED燈作為選手搶答成功的指示燈。如果主持人按鍵沒有按下，而選手按鍵提前按下?lián)尨?，則單片機(jī)不予處理選手按鍵，即搶答無效。硬件電路的總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

3.2 單片機(jī)及獨(dú)立按鍵電路

STC89C51單片機(jī)是STC公司推出的51內(nèi)核單片機(jī)，包含有4個(gè)8位的并行I/O接口，分別為P0、P1、P2和P3口;其中P1、P2、P3口都是帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，因此在使用時(shí)不需要再外接上拉電阻，可簡化電路;而且P1口是唯一的單功能口，僅能作通用的數(shù)據(jù)輸入/輸出口[4-5]。所以將P1.0—P1.3作為四路搶答信號輸入端，K0—K3為四個(gè)選手搶答按鍵;P1.4是主持人宣布開始信號輸入端，K4為主持人的“搶答開始”按鍵，單片機(jī)在中斷中循環(huán)檢測P1口的信號，當(dāng)有按鍵按下時(shí)，I/O口相應(yīng)的位為低電平。具體電路如圖2所示。

3.3 顯示電路

本系統(tǒng)采用1個(gè)4位0.56寸小型共陽極數(shù)碼管，數(shù)碼管均采用三極管驅(qū)動，5V電源，當(dāng)顯示倒計(jì)時(shí)和選手組號時(shí)，數(shù)碼管工作。P0.0—P0.7為信號的輸出端，接數(shù)碼管的a—dp管腳。具體電路圖如圖3所示。

4 軟件設(shè)計(jì)

4.1 流程圖

本系統(tǒng)的單片機(jī)編程在keil uVision4環(huán)境下完成，用單片機(jī)程序控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)的功能比較靈活，能較方便地對系統(tǒng)進(jìn)行功能的擴(kuò)張和改進(jìn)。搶答器開始工作時(shí)，先進(jìn)行初始化，完成對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行配置，以及對定時(shí)器進(jìn)行設(shè)置等工作。

然后判斷主持人按鍵是否按下，如果未按下，則返回等待;否則進(jìn)入倒計(jì)時(shí)狀態(tài)，倒計(jì)時(shí)結(jié)束，再判斷是否有選手搶答按鍵按下，如果未按下，則原處等待;否則顯示該搶答成功的選手組號;如進(jìn)行新的一輪搶答，由需主持人按鍵重新按下。

主程序的流程圖如圖4所示。

4.2 主程序

void main （）//主程序

{

Timer0Init（）;//初始化定時(shí)器0

TR0=0;//定時(shí)器0停止計(jì)時(shí)

while （1） //主循環(huán)

{

if（Cont==0）//初始化搶答器

{

Display（3，0）;//調(diào)用顯示子程序

Display（4，0）;//調(diào)用顯示子程序

Cont=1;//進(jìn)入搶答開始工作狀態(tài)

}

if（Cont==1）//搶答開始

{

Display（3，0）;//調(diào)用顯示子程序

Display（4，0）;//調(diào)用顯示子程序

if（K4==0）//判斷主持人按鍵是否按下

{

Delay（50）;//調(diào)用延時(shí)子程序

if（K4==0）//再次判斷主持人按鍵是否再次按下

{

Miao=3;//初始化倒計(jì)時(shí)時(shí)間為3秒

TR0=1;//定時(shí)器0開始計(jì)時(shí)

Cont=2;//進(jìn)入倒計(jì)時(shí)3秒工作狀態(tài)

}while（K4！=1）;//判斷主持人按鍵是否釋放

}

}

if（Cont==2）//倒計(jì)時(shí)3秒

{

Display（4，Miao）;//調(diào)用顯示子程序

if（Miao==0）//判斷倒計(jì)時(shí)3秒結(jié)束

{

TR0=0;//定時(shí)器0停止計(jì)時(shí)

Cont=3;////進(jìn)入選手搶答工作狀態(tài)

}

}

if（Cont==3）//選手搶答

{

Display（3，Key_Num/10）;//調(diào)用顯示子程序