基于单片机的智力竞赛抢答器设计

基于单片机的智力竞赛抢答器设计内容摘要：

00H 单元开始执行程序。 AT89C51单片机复位后内部寄存器状态如表 1。 此外，当程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，可以利用按下复位键来重新启动。 复位电路的核心是使 RST的引脚出 现 10 毫秒以上的稳定高电平，这样就能实现可靠的复位，复位端 RST（ 9 引脚）经电阻，开关（复位按键）与 Vcc 电源接通，同时并联一个电容，这样能提供足够宽度的阈值电压完成复位。 复位电路如图 5[5]。 图 4 电源电路图 Power supply circuit diagram D1 Bridge1 IN 1 2 OUT 3 GND U2 LM7805CT 50v/470uF C1 Cap Pol1 104 C2 Cap 25v/100uF C3 Cap Pol1 104 C4 Cap +5 S1 SWSPST 1 2 3 J1 PWR 10 表 1复位后的内部寄存器状态 Reattachment internal registers state 寄存器 内容 寄存器 内同 PC 0000H TMOD 00H ACC 00H TCON 00H B 00H TH0 00H PSW 00H TL0 00H SP 07H TH1 00H DRTR 0000H TL1 00H P0~P3 0FFH SCON 00H IP (00000B) SBUF 不定 IE (000000B) PCON （ 0B） 11 图 5 复位电路图 Fig .5 Reset circuit diagram 时钟晶振电 路 时钟电路是计算机的心脏，它控制着计算机的工作节奏。 MCS— 51单片机允许的时钟频率因型号而异。 MCS— 51 单片机内部都有一个反向放大器， XTAL XTAL2 分别为反向放大器输入和输出端，外接定时反馈元件以后就组成了振荡电路，产生时钟送至单片机内部的各个部件。 XTAL1(19 脚 )和 XTAL2(18 脚 )两端跨接石英晶体及两个电容，就构成了稳定的自激振荡器。 石英晶体在起振后能在 XTAL2 线上输出一个 3V左右的正弦波，以便使单片机内的振荡器 OSC（ OSCillator）电路按石英晶振相同的频率自激振荡。 在本 系统中，电容器 C1 和 C2 取 33pF，对振荡频率有微调作用；晶振频率为 12MHz，使系统得到更精确的时钟。 RST 9 XTAL2 18 XTAL1 19 VSS 20 PSEN 29 ALE/PROG 30 EA/VPP 31 34 35 36 37 38 39 VCC 40 U1 AT89C51 R2 R1 S SWPB C +5v +5v 12 P /T 21P /T 2E X2P /E C I3P /C E X 04P /C E X 15P /C E X 26P /C E X 37P /C E X 48R S T9P /R xD10P /T xD11P /I N T 012P /I N T 113P /T 014P /T 115P /W R16P /R D17X T A L 218X T A L 119V S S20P /A 821P /A 922P /A 1023P /A 1124P /A 1225P /A 1326P /A 1427P /A 1528P S E N29A L E /P R O G30E A /V P P31P /A D 732P /A D 633P /A D 534P /A D 435P /A D 336P /A D 237P /A D 138P /A D 039V C C40U1A T 89 C 51+ 5v1212 M hzC1C2 图 6 时钟晶振电路图 Fig .6 Clock crystal resonance circuit diagram 抢答电路 利用按键输入作为抢答信号的输入，电路连接简单，通过程序可以实现很多功能。 键盘输入分为独立联接式和行列式（矩阵式）两类。 在按键数目比较多时可以采用行列式，以减少与单片机接口时所用的输入 /输出线的数目，本设计模拟 8 路抢答，加上开始键，加分键、时间设置按键、分数设置按键 、查分键和两个进入下一轮抢答的按键一共是 16 个按键，故采用独立联接式即可。 各按键相互独立的接通一条输入数据线，该电路使用的是查询方式。 8个抢答按键与 AT89C51 单片机的 P0 口连接， P P P3 口内部都有拉高电路是准双向口。 使用 P P P3口做为输入口时，可以直接接按键，按键的另一端直接接地。 当按键按下时， P P P3 口就可以读取低电平。 达到通过按键对单片机进行控制的目的。 P0 口是开漏输出的，内部没有拉高电路，是三态双向 I/O 口，用 P0 口作为输入口时，一般需要连接 10K的拉高电阻。 我们在此设 计中使用 P0口的八位作为输入口，接收八组选手的抢答信号时必须连13 接 10K 的拉高电阻。 抢答电路见图 7。 当打开竞赛抢答器的电源开关时，单片机 AT89C51 开始初始化，由程序将 P0 口的每一位都置为高电平。 当有按键按下时， P0 口中与按键相对应的那一位就会变为低电平，检测出 P0口的哪一位变成了低电平，系统就会得知是几号选手按下了抢答按键，如果主持人已经按下了开始抢答按键，程序则会跳转到与之相对应的选手抢答子程序，进行倒计时以及等待主持人对答案的正确与否判定，对选手加分还是不加分；若选手按下抢答按键时，主持人并没有按下 抢答开始按键，则系统会跳转到选手违例惩罚的子程序，对违例犯规的选手扣分并将分数和选手号的信息传送到显示电路，显示出选手的编号和分数。 主持人控制台电路 在比赛开始前，主持人可以对答题时间和每道题的分值进行调整。 将答题时间调整为 30 秒、 60秒和 90秒；而每道题的分值可以设置在 2 分、 3分、和 5分不等。 由于 P1 口和 P3 口是准双向口，它们的每一位可以分别定义为输入线和输出线，并且内部都具有拉高电路，因此当使用他们作为输入口时，不需要加拉高电阻，直接连在按键上即可。 口至 口分别为开始控制 键、加分按键、回答错误转至下一题抢答按键、无人抢答直接跳至下一轮抢答按键、答题时间调整按键和分数查询按键。 口和 口上连接的是自锁开关，开关闭合时，与开关相连接的那一位将检测到高电平，程序跳转到相应的调分子程序。 当两个开关同时按下时，以先按下的为准， 开关都没有按下时，每道题的分值为默认的两分。 主持人控制台电路见 图 8. 显示电路 为了能够显示选手的编号、得分情况和倒计时时间，我们就必须加入显示电路，这里的显示电路是使用 CD4511 来为共阴极数码管提供驱动译码实现的。 LED 数码管是由发 光二极管显示字段的显示器件，由七个 LED 发光二极管排列成“8” 字，形状如图 9。 我们在这里使用的是共阴极数码管，共阴极数码管的公共端接地，另外的任意一端接高电平，数码管的相应字段就会被点亮。 根据需要选择段码信号，数码管就可以显示 “0 ～ 9” 十个数字。 14 图 7 抢答电路图 Contest diagram P 1P 2P 3P 4P 5P 6P 7P 8R S T9P 10P 11P 12P 13P 14P 15P 16P 17X T A L 218X T A L 119V S S20P 21P 22P 23P 24P 25P 26P 27P 28P S E N29A L E /P R O G30E A /V P P31P 32P 33P 34P 35P 36P 37P 38P 39V C C40U1A T 89C 51+ 5vS1S2S3S4S5S6S7S8R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8+ 5V15 P 1. 0/ T 21P 1. 1/ T 2E X2P 1. 2/ E C I3P 1. 3/ C E X 04P 1. 4/ C E X 15P 1. 5/ C E X 26P 1. 6/ C E X 37P 1. 7/ C E X 48R S T9P 3. 0/ R xD10P 3. 1/ T xD11P 3. 2/ I N T 012P 3. 3/ I N T 113P 3. 4/ T 014P 3. 5/ T 115P 3. 6/ W R16P 3. 7/ R D17X T A L 218X T A L 119V S S20P 2. 0/ A 821P 2. 1/ A 922P 2. 2/ A 1023P 2. 3/ A 1124P 2. 4/ A 1225P 2. 5/ A 1326P 2. 6/ A 1427P 2. 7/ A 1528P S E N29A L E /P R O G30E A /V P P31P 0. 7/ A D 732P 0. 6/ A D 633P 0. 5/ A D 534P 0. 4/ A D 435P 0. 3/ A D 336P 0. 2/ A D 237P 0. 1/ A D 138P 0. 0/ A D 039V C C40U1A T 89 C 51+ 5vS1S2S3S4S5S6S7S8+ 5v1212 图 8 主持人控制台电路图 Host console diagram 图 9 八段数码管 Fig. 9 Erection of digital tube a b f c e d g h 16 CD4511 是锁存 — 译码驱动器，能够将 BCD 码直接译成共阴极数码管的段码，显示相应的数字。 CD4511 是特具有 BCD转换、消隐和锁存控制、 7段译码及驱动功能的 CMOS电路，能提供较大电流，可直接驱动 LED 数码管。 CD4511 的引脚见图 11，其中 BI 脚是消隐输入控制端，当 BI=0 时，不管其它输入端状态如何数码管均处于熄灭状态，不显示数字。 LT引脚是测试输入端，当 BI 为 1， LT 为 0 时，译码输出全为 1，不管输入DCBA 状态如何，数码管均发光，显示为 “8”。 它主要用来 测试数码管是否损坏。 LE 引脚为锁定控制端，当 LE=0 时，允许译码输出。 LE=1 时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在 LE=0 时的数值。 共阴极数码管内部电路如图 10 所示。 图 10共阴极八段数码管内部电路图 Cathodic erection of digital tube internal diagram B1C23_ _L T4_ _B IV d dfga1 61 51 41 3L E5D67A8V s sbcde1 21 11 09C D 4 5 1 1 图 11 CD4511 引脚图 CD4511 pins figure a b c d e f g h COMmMM 17 在显示电路中 CD4511 的 LT 接高电平， LE 接低电平， BI 接 AT89C51 单片机的 口，由 口的信号变化来控制数码管的亮和灭，部分 P1 口和全部分的 P2 口分别接CD4511 的 DCBA 口，为显示电路输入 BCD 码。 在 CD4511 与数码管之间一定要加限流电阻，防止数码管烧坏。 P1 口电路负责显示选手编 号； P2 口电路则用来显示选手的分数和倒计时的秒数。 使用 口连接一个红色的发光二极管，当有选手抢答违例时就会发光，提示主持人和参赛选手有人违例，以示报警。 显示电路如图。