基于at89c51单片机的八路抢答器的设计

基于at89c51单片机的八路抢答器的设计内容摘要：

件组成：一个 8 位 CPU； 128B 内部数据存储器RAM，包括 21 个特殊功能寄存器； 4KB（ 4096 个单元）的在线可编程 Flash 片内程序存储器 FlashROM； 4 个 8 位并行输入 /输出口（即 I/O 口） P0、 P P P3口； 1 个可编程全双工的异步串行口； 2 个 16 位定时器 /计数器； 5 个中断源、 2个中断优先级；时钟电路，振荡频率在 033MHz。 AT89C51 单片机和 MCS51 指令完 全兼容，工作的电压范围在 4V 到 ，寿命： 1000 次写 /擦循环 [1]。 图 32为单片机内部结构。 图 32 AT89C51内部结构图 6 单片机的引脚定义 图 33 AT89C51单片机引脚 图 P0 端口（ ）： P0 接口是一个八位开路双向输入输出端口。 因为单片机内部没有接入上拉电阻，所以使用 P0 口时需要在外部接入上拉电阻。 当端口处于高电平“ 1”的时候，外部数据信号才能输入进单片机。 当然 P0 口也具有第二功能可以作为地址总线和数据总线使用，作此功能是不需要接上拉电阻。 在此设计中 P0 口 作为接入四位七段共阴极数码管的显示电路。 P1 端口（ ）： P1 口 也 是 一个双向的八 位 输入输出 口， 因为内部已经接入上拉电阻，所以在应用的时不必接上拉电阻。 P1 口 可以带动四个 lsttl 负载。 作为输入口使用时候，与 P0 口一样需要使接口处于高电平“ 1” ， 才能读取外部数据。 做第二功能时，其中 可作为 MOSI 用， 当做 MISO， 当做 SCK用。 P1 口在本次设计中接入按键电路， 分别接入八个按键。 P2 端口（ ）： P2 口 也是一个不需要外接上拉电阻的八位端口。 端口置“ 1”时才可以输入信号。 基本用法和 P1 口类似。 作为第二功能时 P2 可以作为 出地址 总线 的高八位。 P3 端口（ ）： P3 端口在此设计中 端口接入开始按键， 端口接入复位按键， 端口作为抢答时间加键， 端口作为抢答时间减键， 和 端口分别作为答题时间加键和答题时间减键。 扬声器接在 端口。 7 功能电路的介绍 时钟频率电路的设计 单片机的工作过程要对各种指令在时间上有明确的次序，这种时间次序也叫做时序，所以单片机需要产生一个时钟信号。 时钟 电路如图 34 所示。 图 34 时钟 电路 产生时钟信号的方式是： 在 XTAL1（ 18 脚）和 XTAL2（ 19 脚） 引脚 接入一个振荡电路。 用两个 30PF 电容的 作用是 开启 振荡器 和 调 节 振荡频率。 接入的晶振fosc 来确定时钟周期，此时产生的信号为单片机最基本的时间单位，即时钟周期，用 振荡频率的 的倒数 代表它的 大小 （ 1/fosc）。 复位电路的设计 复位电路在单片机设计中是一个必不可少的部分。 单片机在刚开始运行的时候需要进行一次复位，以确保整个系统电路在要开始运行时保持一种最初状态，保证一开始 的运行 正常。 AT89C51 单片机 的第九 引脚 RESET，当 这个 引脚接收到两个机器周期（ 24 个振荡脉冲周期）的高电平时， 就会 发生复位。 复位电路 的实现方式有很多种方式。 常见的方式有上电、手动和自动复位三种。 电路连接图如图 35 所示： 图 35 复位电路 8 显示电路的设计 我在本设计中采用的是动态显示方法。 数码管选 用 四位七段共阴极 数码管，接在 P2 端 口 ， 查询显示程序利用 P0 口做段选码口输出 P2 低 3 位做位选码输出，当为低电平则能驱动数码管使其显示数字。 在 +5V 电压下接 10k 的电阻，保证正常压降。 4 位数码管动态显示原理与实现： 端口接动态数码管的字形码笔段， 端口接动态数码管的数位选择端。 4 位数码管的 8 个显示 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 增加位选端控制电路，位选端由独立的 I/O 线控制，当动态显示能够节约大量的 I/O 口，而且功耗较低。 通过查表法，将其在数码管上显示出来，其中 P0 口为字型码输入端， P2 口低 3 位为字选段输入端。 在这里我们通过查表将字型码送给 7 段数码管显示， 4位七段数码管显示电路如图 36 所示。 图 36 数码管显示电路 图 36 中数码管采用的是 4 位七段共阴极数码管，其中 AG 段分别接到单片机的 P0 口，由单片机输出的 P0 口数据来决定段码值，位选码 COM COMCOM4 分别接到单片机的 、 、 ，由单片机来决定当前该显示的是哪一位。 因为 P0 口在内部没有接上拉电阻，所以我们在外部电路中接 8 个 1K 的电阻用作 P0 口的上拉电阻，以此来在 P0 口无数据输出时，处于高电平状态。 键盘扫描电路的设计 单片机中有两种 键盘形式 ：独立键盘和矩阵键盘。 独立键盘的硬件电路制作设计不是很难，并且 不需要编写复杂的程序控制。 因此在对硬件电路要求不是挺 9 高的情况下， 可以采取独立键盘的方式。 然而矩阵键盘 在制作时 不仅在电路 设计上 要求比较高， 并且需要设计编写复杂的程序 ，但是它不会占用太多的端口资源，基于这点矩阵键盘更适合按键较多的电路。 所以在 本次 键盘选用形式 中我们 选用 独立键盘，此次设计 总共 有 14 个按 钮 ，分别是 8 个抢答键、一个开始键、一个复位键、一个抢答时间加键、一个抢答时间减键、一个答题时间加键、一个答题时间减键。 如图 37 所示。 图 37抢答按键及调整按键 在图 37 中 8 个抢答按键接入单片机的 P0 口的 到 端口，每位 参赛者有 一个 抢答 按键，当有人按下按键时候，单片机会在这八个引脚读取相应的数值来识别是哪一个按键输入的。 P3 端口在此设计中 端口接入开始按键， 端口接入复位按键， 端口作为抢答时间加键， 端口作为抢答时间减键， 和 端口分别作为答题时间加键和答题时间减键。 扬声器接在 端口开始及结束按键接到单片机的 和。 报警电路的设计 在单片机中，我们通过 在单片机内部设计 程序 来调节 某个引 脚电平 的高低 ，那么在这个接口就会产生矩形波， 如果在这个接口上 接上一个 扬声器 就会发出声响。 扬声器接在单片机的 引脚。 报警电路设计图如图 38 所示。 10 图 38 报警电路 4 软件设计 主程序流程图 抢答器的主流程是：抢答开始后，会有很多抢答者按下按钮，此时单片机接收到多个输入信号，单片机进行筛选识别出最先到达的信号，并且进行保存记录。 在整个系统中，显示电路和和报警电路会根据实际情况接收的相应信号做出反应。 抢答器的主流程图如图 41 所示。 11 图 41 主程序流程图 抢答流程图 一次成功的抢答的流程是，在开始以后，三十秒的抢答时间内，有人按开 始 初始化 读键盘是否有键按 下 中断条件是否满足 无人抢答，持续报警 进入中断程序 开中断并响声提示 设定定时器值 并启动定时器 30 秒抢答时间并显示 并显示 调用读键子程序为延时程序 是否有键按下 60秒到中断返回 调用抢答者获得的回答问题子程序 12 下抢答按键，并开始六十秒答题倒计时，在答题时间结束内答题完毕。 次过程启动两次定时器中断。 抢答流程图如图 42 所示。 图 42 抢答流程图 子程序设计 定时中断 子程序 在抢答过程中，我们需要运用单片机的定时功能，来对选手的抢答时间和答题时间进行计时。 这样以便让选手知道自己所剩的抢答和答题时间，以便在规定时间内完成抢答和答题。 所以我们需要设计一个定时中断子程序，当在抢答时间结束时或者答题时间小于十秒的时候，抢答器的报警系统开始工作。 当时间结束以后，选手按下按键后抢答器不作出反应。 流程图如图 43 所示。 13 图 43 抢答器的定时中断流程图 外部中断 子程序 抢答器的大部分中断都是来自于外部电路，抢答是主要来源。 当有选手按下抢答键的时候，抢答器通过内部筛选确认，把 判断好的抢答选手号码在数码管上显示出来，然后进行倒计时。 此时中断停止，次轮抢答结束，所有人无法再次抢答，除非复位进行下一轮。 流程图如图 44 所示。 14 外部中断0中断K0按下。 K1按下。 NYK2按下。 K3按下。 K5按下。 K4按下。 K6按下。 K7按下。 中断返回数码管显示01数码管显示02数码管显示03数码管显示04数码管显示05数码管显示06数码管显示07数码管显示08NNNNNNNYYYYYYY 图 44 系统 外部中断流程图 报警 子程序 报警子程序的作用是对系统功能实现的过程中进行提示，具体有以下两个：一是当抢答时间结束的时候发出声响，提示选手抢答时间结束，停止抢答。 二是在答题时间还有十秒钟的时候，持续报警，提示选手抓紧答题。 报警流程图如图45 所示。 15 图 45 报警流程图 控制 子程序 抢答器的控制功能由主持人掌控，可以对抢答的开始和复位，以及时间的调整。 只有在主持人按下开始。