基于单片机的带时间及声光提示的抢答器的设计

基于单片机的带时间及声光提示的抢答器的设计内容摘要：

一起使用 ,便可构成石英晶体振 8 荡器。 晶振电路的 应用 ： 通用晶体振荡器，用于各种电路中，产生振荡频率。 时钟脉冲 用石英晶体谐振器， 与其它元件配合产生标准脉冲信号，广泛用于数电路中。 微处理器用石英晶体谐振器。 钟表用石英晶体振荡器。 晶振电路的作用：提供系统振荡脉冲 ,稳定频率 ,选择频率。 在本次设计中就是提供了此作用，让电路得到了稳定的工作频率，使抢答器能正常工作而且时间准确，误差很小的时间间隔。 单片机晶振 的作用是为系统提供基本的时钟信号。 通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步。 有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振 ，而通过电子调整频率的方法保持同步。 本次设计中晶振电路为整个电路提供 了稳定的单一的震荡频率， 为抢答器的电路提供稳定时钟信号。 数码管 本次设计最重要的感观意识就是数码管上的显示，要求各种情况下选手们的抢答情况，时间的倒时显示，违规的显示，电路的正常启动等都要有其的显示情况。 数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。 静态显示驱动静 态驱动也称直流驱动。 静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机 的 I/O 端口进行驱动。 静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用 I/O 端口多，如驱动 5 个数码管静态显示则需要 58=40 根 I/O 端口来驱动，要知道一个 AT89S52 单片机可用的 I/O 端口才 32 个 ，实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。 动态显示驱动 数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的 8 个显示笔划 a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极 COM 增加位选通控制电路，位选通由各自独立的 I/O 线控 制，当单片机输出字 形码时，所有数码管都接收到相同的字形码， 9 但究竟是哪个数码管会显示出字形， 决于单片机对 COM 端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。 在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为 1～2ms，由于人的视觉暂留现象及 二极管的余辉效应，实际数码管非同时点亮，但扫描的速度 够快，给人的印象 是稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的 I/O 端口，而且功效更低。 主要参数 8 字高度： 8 字上沿与下沿的距离。 比外 型高度小。 通常用英寸来表示。 范围一般为 英寸。 长 *宽 *高：长 数码管正放时，水平方向的长度；宽 数码管正放时，垂直方向上的长度；高 数码管的厚度。 时钟点 ： 四位数码管中，第二位 8 与第三位 8 字中间的二个点 ， 一般用于显示时钟中的秒。 单片机控制电路 图 21 单片机控制电路 单片机控制部分的电路图如上 21，晶振频率为 12M， 复位电路采用上电加按键复位，抢答器用 4 位 7 段共阴的数码管与 P1 口和 P2 口相连作为显示装置。 由 与 接 74LS07 后与一个蜂鸣器和二极管构成声光提示电路。 通过按键来反应各种情况，有 8 个按键来供 8 为选手使用做抢答用，另 10 外还有 5 个按键供主持人使用来做开始、复位、限时调制等。 按键电路 图 22 按键电路图 按键部分如上图 22 所示，选手按键由 P1 口控制，共有 8 个按键供选手使用；主持人按键有五个按键，用来控制系统的清零和抢答的开始及各种时间的调节控制。 由 P3 口控制。 全部按键采用独立式键盘。 当主持人宣布抢答开始时，选手就开进入抢答，倒 计时开始。 当选手按下按键时，在数码管上显示其的号数，进行抢答。 声光提示电路 图 23 声光提示电路图 声光电路图如上图 23 所示。 声光电路发出光与声音来提示引导选手与主持人的行为，声音提示部分由无源蜂鸣器和 PNP 三极管构成，给其 1 个脉冲，它就会发出声响；光提示部分由发光二极管和限流电阻构成。 当主持人按下开始键时，二极管和会发出一阵光，蜂鸣器会发出一声响，来提示选手 11 抢答开始了， 当时间快结束时，蜂鸣器会连续以不同速发出声响，二极管也会不停的闪烁，来提示选手抢答时间快结束了。 数码显示电路 图 24 数码显示电路图 数码显示电路如上图 24 所示，由 140 个发光二极管和 28 个构成，每两列二极管由单片机的一个口控制。 主持人按下开始键 时，数码管上显示最后的抢答 时间，当选手按下抢答键时，选手的 号数在数码管上显示。 或是哪位选手违规也会在数码管上显示。 12 整体的硬件电路 图 25 系统整体的硬件电路图 系统整体硬件电路如图 25 所示，设计基于 AT89S52 为 主控器，采用晶振频率为 12M，复位电路采用上电加按键复位，抢答器用 74LS07 限压后连着 4 位 7 段共阴的数码管与 P1 口和 P2 口相连作为显示装置。 由 与 接 74LS07 后与一个蜂鸣器和二极管构成声光提示电路。 这就构成了按要求有限时，限答，时间、字号显示，声光提示等的抢答器。 通过声光电路发出光与声音来提示引导选手与主持人的行为，当主持人按下开始键宣布抢答开始时，二极管发出一阵光、蜂鸣器发出一声响、数码管显示倒计时开始，来提示选手抢答开始了，选手进入抢答阶段。 当选手按下按键时，在数码管上显示其的号数，进 行题目解答。 当倒计时 快结束时，蜂鸣器会连续以不同速发出声响，二极管也会不停的闪烁，来提示选手抢答时间快结束了。 当主持人没按下开始键时，选手按下抢答键，其就为违规抢答，数码管会显示其号码，蜂鸣器会发出声响，二极管也会发光。 主持人按下复位键 、 数码管、蜂鸣器、二极管才会恢复原来的状态。 13 第三章 系统 设计 与仿真 有关参数的计算 在软件编程过用到了定时 /计数器 0 和定时 /计数 1，定时器 1 控制有人按下抢答器时 “嘟 ”的哪一声响，其他的则由定时器 0 处理。 定时器 0 和 1 的定时溢出时间都为 20 毫秒。 定时 /计数器 0 和 1 都工 作在方式 1，即 16 加 1 计数器，分为两个 8 位的寄存器 [10]，定时 20 毫秒的计算公式为： TH0=(655362020)/256。 TL0=(655362020)%256。 TH1=(655362020)/256。 TL1=(655362020)%256。 TH0 和 TH1 分别表示定时器 0 和 1 在工作方式 1 时的高 8 位寄存器，TL0 和 TL1 则为低 8 位寄存器，因为定时器 0 和 1 是加 1 计数器，是一直加到 65536 溢出，变为 0，所以给寄存器 装入的是和 65536 相差 2020 的初值，晶振为 12M， 12 分频后，频率为 1M，也就是周期为 1 微秒，即为单片机每执行 1 条指令所用的时间，执行 2020 次加 1，则就是 2020 乘以 1 微秒等于20 毫秒。 14 软件设计与流程图 图 31 程序流程图 程序流程图如图 31 所示 上电复位后显示模块显示 “F”，程序开始对系统进行初始化。 开始抢答后，若没有选手按动抢答按钮则开始 20 秒的倒计时，直到抢答限制时间到，进入下一轮的抢答。 若有选手按动抢答按钮，编号立即锁存，并在显示模块选手的编号，且伴随声音提示。 在开始键没按下时，有人按了抢答器，则该人违规，数码管显示号码，与此同时 发光二极管亮、蜂鸣器响起 表示有人违规。 其他人再按下时则不响应，优先响应第一个。 有 15 人违规及有人抢答时会发出 “嘟 ”的一声。 当抢答时间或答题时间快到时会响3 下。 proteus 软件的介绍 Proteus 软件是英国 Labcenter electronics 公司出版的 EDA 工具软件。 它不仅具有其它 EDA 工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。 它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。 虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致 力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。 Proteus 是世界上著名的 EDA 工具（仿真软件），从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真 [11]，一键切换到 PCB 设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。 是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB 设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持805 HC1 AVR、 ARM、 8086PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33 和 MSP430等， 2020 年即将增加 Cortex 和 DSP 系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。 在编译方面， 它也支持 IAR、 Keil和 MPLAB 等多种编译器。 本次设计常用到的模键 ： 通过点此模块出现 可以查找出我们所需要的的元器件， 在我们不是很熟悉元器件时，通过百度找到其再软件的的代号，输入就可得到我们所需要的元器件了，非常方便。 选择模式 ，用他可以选择元器件，改变其再电路图中的位置，让布局更美观，更合适。 终端模式，为电路加入终端，例如电源、地、输入端、输出端等。 keil 软件的 介绍 Keil C51 是 美国 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容单片机 C 语言软件开发系统，与汇编相比， C 语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上 16 有明显的优势，因而易学易用。 用过汇编语言后再使用 C 来开发，体会更加深刻。 Keil C51 软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows 界面。 C51 工具包的整体结构， uVision 与 Ishell 分别是 C51 for Windows 和 for Dos 的集成开发环境 (IDE)，可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。 目标文件可由 LIB51 创建生成库文件，也可以与库文件一起经 L51 连接定位生成绝对目标文件 (.ABS)。 ABS 文件由 OH51 转换成标准的 Hex[12]文件，以供调试器 dScope51 或 tScope51 使用进行 源代码级调试， 本次设计就是需要生成标准的 HEX 文件。 使用独立的 Keil仿真器时，注意事项 ： 仿真器标配 的晶振，但用户可以在仿真器上的晶插孔 中换插其他频率的晶振。 仿真器上的复位按钮只复位仿真芯片，不复位目标系统。 仿真芯片的 31 脚（ /EA）已接至高电平，所以仿真时只能使用片内ROM，不能使用片外 ROM；但仿真器外引插针中的 31 脚并不与仿真芯片的31 脚相连，故该仿真器仍可插入到扩展有外部 ROM（其 CPU 的 /EA 引脚接至低电平）的目标系统中使用。 本次设。