数字显示抢答器设计及实现.doc

摘要I数字显示抢答器设计及实现摘要抢答器作为一种工具，已广泛应用于各种智力和知识竞赛场合。但抢答器的使用频率较低，且有的要么制作复杂，要么可靠性低。作为一个单位，如果专门购一台抢答器虽然在经济上可以承受，但每年使用的次数极少，往往因长期存放使（电子器件的）抢答器损坏，再购置的麻烦和及时性就会影响活动的开展，因此设计了本抢答器。本设计是以八路抢答为基本理念。考虑到依需设定限时回答的功能，利用80C51单片机及外围接口实现的抢答系统，利用单片机的定时器计数器定时和计数的原理，将软、硬件有机地结合起来，使得系统能够正确地进行计时，同时使数码管能够正确地显示时间。用开关做键盘输出，扬声器发声提示。同时系统能够实现：在抢答中，只有开始后抢答才有效，如果在开始抢答前抢答为无效；抢答限定时间和回答问题的时间可在1-99s设定；可以显示是哪位选手有效抢答和无效抢答，正确按键后有音乐提示；抢答时间和回答问题时间倒记时显示，满时后系统计时自动复位及主控强制复位；按键锁定，在有效状态下，按键无效非法。关键词：80C51，LED数码管，抢答器，计时目录第一章绪论.11.1课题研究的相关背景.11.2选题的目的和意义.11.3课题研究的内容.11.4国内外研究现状.21.5抢答器目前存在的主要问题.2第二章抢答器的系统概述.32.1系统的主要功能.32.2系统需求分析.42.3抢答器的工作流程.42.4抢答器的工作过程.52.580C51特殊功能寄存器.62.680C51的功能及简介.72.7抢答器的优点及组成.82.8本章小结.8第三章系统总体方案的设计.93.1硬件电路的设计.93.2总体原理图.103.3时钟频率电路的设计.103.4复位电路的设计.113.5显示电路的设计.123.6键盘扫描电路的设计.133.7发声电路.153.8本章小结.15第四章软件设计.164.1主程序系统结构图.164.2软件任务分析.164.3程序流程图.174.4主要程序分析.184.5本章小结.28II第五章PROTEUS7PROFESSIONAL仿真系列组图.295.1复位图.295.2设置计时时间.295.3非法抢答并显示座号.295.4抢答成功并显示倒计时.305.5本章小结.30第六章总结与展望.316.1总结.316.2展望.31参考文献.32致谢.33第一章绪论1第一章绪论1.1课题研究的相关背景抢答器是一种应用非常广泛的设备，在各种竞赛、抢答场合中，它能迅速、客观地分辨出最先获得发言权的选手。早期的抢答器只由几个三极管、可控硅、发光管等组成，能通过发光管的指示辩认出选手号码。现在大多数抢答器均使用单片机(如MCS-51型)和数字集成电路，并增加了许多新功能，如选手号码显示、抢按前或抢按后的计时、选手得分显示等功能。本课题利用80C51单片机及外围接口实现的抢答系统，利用单片机的定时器计数器定时和计数的原理，将软、硬件有机地结合起来，使得系统能够正确地进行计时，同时使数码管能够正确地显示时间和选手号码。用开关做键盘输出，扬声器发声提示。系统达到要求：在抢答中，只有开始后抢答才有效，如果在开始抢答前抢答为无效；抢答限定时间和回答问题的时间可设在1-99s设定；可以显示是哪位选手有效抢答和无效抢答，正确按键后有音乐提示；抢答时间和回答问题时间倒记时显示，时间完后系统自动复位；按键锁定，在有效状态下，按键无效非法1。1.2选题的目的和意义通过这次设计，掌握80C51单片机的原理，了解简单多功能抢答器组成原理，初步掌握多功能抢答器的调整及测试方法，提高动手能力和排除故障的能力。同时通过本课题设计与仿真进行调试，提高自己的动手能力，巩固已学的理论知识，建立单片机理论和实践的结合，了解多功能抢答器各单元电路之间的关系及相互影响，从而能正确设计、计算定时计数的各个单元电路。1.3课题研究的内容本系统采用模块化设计智能抢答器，在抢答比赛中广泛应用，各组分别有一个抢答按钮。主持人有开始和结束、复位键。在后台主持人可以修改，抢答时间和选手回答问题的时间设置，原始状态下抢答时间为20s，回答问题时间为30s。通过加键和减键修改贵州航天职业技术学院毕业论文2上述时间，改完后结束键确定。新时间开始有效，主持人按键开始后，选手开始抢答为有效，数码显示屏显示抢答时间倒计时和选手号，在最后五秒扬声器发声提示。如果主持人没有按下开始键而选手就抢答视为犯规，数码显示屏显示犯规者的代号，扬声器持续发声。主持人可按键结束，新一轮抢答开始。通过研究并在设计验证后发现，采用单片机技术设计的抢答器与目前常用的抢答器相比，首先，电路连接简单，因为大多数功能单元都通过程序设计在单片机内部，第二，工作性能可靠，抗干扰能力优于目前抢答器。所以本研究是一个实用的工程设计，具有创新性。1.4国内外研究现状抢答器作为一种电子产品，早已广泛应用于各种智力和知识竞赛场合，但目前所使用的抢答器有的电路较复杂不便于制作，可靠性低，实现起来很困难；有的则用一些专用的集成块，而专用集成块的购买又很困难。为适应高校等多代表队单位活动的需要而设计一个多功能抢答器，这种抢答器具有电路简单，元件普通，易于购买等优点，很好地解决了制作者制作困难和难于购买的问题。在国内外已经开始了普遍的应用。1.5抢答器目前存在的主要问题随着改革开放事业的不断深入，促使人们学科学、学技术、学知识的手段多种多样，抢答器作为一种工具，已广泛应用于各种智力和知识竞赛场合。但抢答器的使用频率校低，且有的要么制作复杂，要么可靠性低，减少兴致。作为一个单位若专购一台抢答器虽然在经济上可以承受，但每年使用的次数极少，往往因长期存放使（电子器件的）抢答器损坏，再购置的麻烦和及时性就会影响活动的开展。而且目前多数抢答器存在3个不足之处2：第一，现场线路连接复杂。因为每个选手位于抢答现场的不同位置，每个选手与控制台之间要有长长的连接线。选手越多，连接线就越多、越乱，这些连接线不仅影响了现场的美观，而且降低了抢答器的可靠性，增加了安装的难度，甚至影响了现场人员的走动。第二，电路复杂。因为单片机只完成号码处理、计时、数据运算等功能，其它功能如选手号码的识别、译码、计分显示等仍只能通过数字集成电路完成。采用单片机扫描技术识别选手抢按号码时，电路的延迟时间较大。第三，选手抢按成功，但出现没有抢答被记录的问题。第二章抢答器的系统概述3第二章抢答器的系统概述2.1系统的主要功能本系统是借用单片机采用模块化设计的八路抢答器，包括8路抢答按纽、计时显示、提示功能等、开始与结束控制按钮、时限设定、各种相关显示调控功能等。参赛者系统，除享有抢答按纽的权利功能外，还有人性化的提示功能和时间提示功能，也可设定由主控控制在参赛者终端表现的趣味性功能等；主控系统的控制按钮做开始与结束控制，根据活动参赛者的层次，对提前抢答者的行为设定为非法或阻隔，若设有非法抢答控制功能时，在主控处带有公示性显示的非法抡答者的台位号，对抢答限时及回答问题限时设为倒计时，并有显示提示。系统的主要功能模块方框图如图1所示。80C51单片机4位七段数码管显示声音电路=8路抢答按键输入复位电路开始、结束按键输入加一、减一按键输入时钟图1系统主要功能模块本系统采用模块化设计的八路抢答器，在抢答比赛中广泛应用，各组分别有一个抢答按钮。一共有8个按键输入，分别对应8路选手的抢答按键。主持人有开始和结束键。在后台主持人可以修改，抢答时间和选手回答问题的时间设置，原始状态下抢答时间为20s，回答问题时间为30s。通过加键和减键修改上述时贵州航天职业技术学院毕业论文4间，改完后结束键确定。新时间开始有效，主持人按键开始后，选手开始抢答为有效，数码显示屏显示抢答时间倒计时和选手号，在最后五秒扬声器发声提示。如果主持人没有按下开始键而选手就抢答视为犯规，数码显示屏显示犯规者的代号，扬声器持续发声。主持人可按键结束，新一轮抢答开始。单片机是整个抢答器的核心，内部电路设计用汇编语言编写。它完成了时间参数的设定，抢按号码的译码，保存；显示；输出，抢按及答题倒计时功能等。本设计中，有一个共阴的数码管组，四个数码管。其中两个显示时间，一个空位，一个显示抢答号码。主持人依次按下复位键（RESET），开始键后开始抢答。可以抢按：超时数码管显示“FFF”，当抢按超过规定时间或答题超过规定时间后数码管显示“FFF”。若有选手在规定时间内抢按成功，则可以答题，数码管显示抢答时间的同时也显示选手号码。若在按开始键前抢答表示违规，数码管显示“FF”并显示选手号码。2.2系统需求分析1、在抢答中，只有开始后抢答才有效，如果在开始抢答前抢答为无效。2、抢答限定时间和回答问题的时间可以在199s设定。3、可以显示是哪位选手有效抢答和无效抢答，正确按键后有音乐提示。4、抢答时间和回答问题时间倒记时显示，时间完后系统自动复位。5、抢答限定时间内使用锦囊回答时间将加到60s。6、按键锁定，在有效状态下，按键无效非法。2.3抢答器的工作流程抢答器的基本工作原理：在抢答竞赛或呼叫时，有多个信号同时或不同时送入主电路中，抢答器内部的寄存器工作，并识别、记录第一个号码，同时内部的定时器开始工作，记录有关时间并产生超时信号。在整个抢答器工作过程中，显示电路、声音电路等还要根据现场的实际情况向外电路输出相应信号。抢答器的工作流程分为：系统复位、正常流程、违例流程等几部分，如图2所示，下面分别予以介绍。第二章抢答器的系统概述5加载程序运行行开始开始数码管显示FFF开始抢按时间倒计时开始前有选手抢按显示违例选手号码并伴有语音报警倒计时结束，超时有选手抢按显示FFF显示选手号码，倒计时时间语音报警，答题答题时间倒计时正常流程违规流程若超过答题时间，则数码管显示FFF答题完毕根据选手表现，规则由主持人减分图2抢答器工作流程2.4抢答器的工作过程1、如果想调节抢答时间或答题时间，按“加一”键或“减一”键进入调节状态，此时会显示现在设定的抢答时间或回答时间值，如想加一秒按一下加1s键，如果想减一秒按一下“减1s”键，时间LED上会显示改变后的时间，调整范围为099s，0s时再减1s会跳到99，99s时再加1s会变到0s。贵州航天职业技术学院毕业论文62、主持人按抢答开始键，会有提示音，并立刻进入抢答倒计时（预设20s抢答时间），如有选手抢答，会有提示音，并会显示其号数并立刻进入回答倒计时（预设30s抢答时间），不进行抢答查询，所以只有第一个按抢答的选手有效。倒数时间到小于5s会每秒响一下提示音。3、如倒计时期间，主持人想停止倒计时可以随时按“停止”按键，系统会自动进入准备状态，等待主持人按“抢答开始”进入下次抢答计时。4、如果主持人未按“抢答开始”键，而有人按了抢答按键，犯规抢答，LED上不断闪烁FF和犯规号数并响个不停，直到按下“停止”键为止。总而言之，本课题利用80C51单片机及外围接口实现的抢答系统设计了抢答器，该抢答器增加了新功能、提高了系统的可靠性、简化了电路结构、节约了成本，是一个实用的工程设计。2.580C51特殊功能寄存器特殊功能寄存器也称专用寄存器3，是具有特殊功能的所有寄存器的集合，简称SFR（SpecialFunctionRegister）。特殊功能寄存器共含有21个不同寄存器。它们的地址分配在80HFFH中，即在RAM地址中。这些寄存器的名称和地址见表2。表280C51特殊功能寄存器列表符号地址注释ACCE0H累加器BF0H乘法寄存器PSWD0H程序状态字SP81H堆栈指针DPL82H数据存储器指针低8位DPH83H数据存储器指针高8位IEA8H中断允许控制器IPD8H中断优先控制器P080H端口0P190H端口1P2A0H端口2P3B0H端口3PCON87H电源控制及波特率选择SCON98H串行口控制器SBUF99H串行数据缓冲器TCON88H定时器控制TMOD89H定时器方式选择TL08AH定时器0低8位TL18BH定时器1低8位TH08CH定时器0低8位TH18DH定时器1高8位第二章抢答器的系统概述7注：带号的特殊功能寄存器都是可以位寻址的寄存器虽然特殊功能寄存器地址在80HFFH之中，但在80HFFH的地址单元中，不是所有的单元都被特殊功能寄存器占用，未被占用的单元，其内容是不确定的，如果对这些单元进行操作，得到的是一些随机数，而写入则无效。所以，用户编程时不应该将数据写入这些未确定的地址单元，它们是公司留待将来开发新产品时使用的。2.680C51的功能及简介80C51单片机是Philips公司MC51系列单片机的一种8位单片机。它最大特点是片内含有存储器，用途十分广泛，特别是在生产便携式商品，手提式仪器等方面，有着十分广泛的应用4。80C51单片机内部主要有以下部件：80C51CPU、振荡电路、总线控制部件、中断控制部件、片内ROM、片内RAM、并行IO接口、定时器和串行IO接口80C51单片机内部由CPU、4KB的ROM，256B的RAM，两个16位的定时计数器T0和T1，4个8位的IO端P0、P1、P2、P3，一个全双工串行IO接口，5个中断源等组成。单片微机内部最核心的部分是CPU。CPU主要功能是产生各种控制信号，控制存储器、输入输出端口的数据传输、数据的算术运算、逻辑运算以及位操作处理等，CPU按其功能可分为运算器和控制器两部分。控制器由程序计数器PC、指令储存器、指令译码器、实时控制与条件转移逻辑电路等组成。它的功能是对来自存储器中的指令进行译码，通过实时控制电路，在规定的时刻发出各种操作所需的内部和外部的控制信号，使各部分协调工作，完成指令所规定的操作。运算器由算术逻辑器部件ALU、累加器ACC、暂存器、程序状态字寄存器PSW，BCD码运算调整电路等组成。为了提高数据处理和位操作功能，片内增加了一个通用寄存器B和一些专用寄存器，还增加了位处理逻辑电路的功能。其内部结构如上图3所示。贵州航天职业技术学院毕业论文8外部定时元件复位中断电源系统时钟ROMCPU定时计数器串行IO口并行IO口RAM图380C51单片机的内部结构图2.7抢答器的优点及组成在知识比赛中，特别是做抢答题目的时候，在抢答过程中，为了知道哪一组或哪一位选手先答题，必须要设计一个系统来完成这个任务。如果在抢答中，靠视觉是很难判断出哪组先答题。利用单片机系统来设计抢答器，使以上问题得以解决，即使两组的抢答时间相差几微秒，也可分辨出哪组优先答题。本文主要介绍了单片机抢答器设计及工作原理，以及它的实际用途。系统工作原理本系统采用80C51单片机作为核心。控制系统的四个模块分别为：存储模块、显示模块、声音模块、抢答开关模块。该抢答器系统通过八个个按键输入抢答信号；利用存储程序来完成软件的设计；利用一个4位七段共阴数码管来完成显示功能。工作时，用按键通过开关电路输入各路的抢答信号，经单片机的处理，输出控制信号，控制4位七段共阴数码管和喇叭工作。在数码管上显示哪一组先答题，从而实现整个抢答过程。2.8本章小结本章主要讲述了抢答器的工作原理和本设计系统的工作流程。在说明工作原理的过程中，突出了电路的组成单元以及这些单元如何实现抢答功能；在说明系统的流程时，结合本设计的内容，指出了参数设置的方法和意义。抢答正常流程与违例流程的实现，以及如何进行抢答控制。同时也说明了抢答器的优点和80C51的功能及简介。第三章系统总体方案的设计9第三章系统总体方案的设计3.1硬件电路的设计本设计分为硬件设计和软件设计，这两者相互结合，不可分离；从时间上看，硬件设计的绝大部分工作量是在最初阶段，到后期往往还要做一些修改。只要技术准备充分，硬件设计的大返工是比较少的，软件设计的任务贯彻始终，到中后期基本上都是软件设计任务，随着集成电路技术的飞速发展，各种功能很强的芯片不断出现，使硬件电路的集成度越来越高，硬件设计的工作量在整个项目中的所占的比重逐渐下降。为使硬件电路设计尽可能合理，应注意以下几方面：(1)尽可能采用功能强的芯片，以简化电路，功能强的芯片可以代替若干普通芯片，随着生产工艺的提高，新型芯片的的价格不断下降，并不一定比若干普通芯片价格的总和高。(2)留有设计余地。在设计硬件电路时，要考虑到将来修改扩展的方便。因为很少有一锤定音的电路设计，如果现在不留余地，将来可能要为一点小小的修改或扩展而被迫进行全面返工。(3)程序空间，选用片内程序空间足够大的单片机，本设计采用80C51单片机。(4)RAM空间，80C51内部RAM不多，当要增强软件数据处理功能时，往往觉得不足。如果系统配置了外部RAM，则建议多留一些空间。如选用8155作IO接口，就可以增强256字节RAM。随着软件设计水平的提高，往往只要改变或增加软件中的数据处理算法，就可以使系统功能提高很多，而系统的硬件不必做任何更换就使系统升级换代。(5)IO端口：在样机研制出来后进行现场试用时，往往会发现一些被忽视的问题，而这些问题不是靠单纯的软件措施来解决的。如有些新的信号需要采集，就必须增加输入检测端；有些物理量需要控制，就必须增加输出端。如果在硬件电路设计就预留出一些IO端口，虽然当时空着没用，那么用的时候就派上用场了。贵州航天职业技术学院毕业论文103.2总体原理图图4系统原理图图中U1为单片机80C51，U2为芯片74HC30，U3为芯片74LS04。K1K8分别为8路抢答按键，分别接到单片机的P1.0P1.7中。开始按键与结束按键分别接到单片机的10、11脚，由于单片机的10、11脚既有串行接口RXD、TXD功能，又有P3.0、P3.1的IO端口功能，此处按键用到单片机10、11脚的IO端口功能。抢答时间调整按键和回答时间调整按键分别接到单片机的13、14管脚，加一按键和减一按键分别接到单片机的15、16管脚。4位七段数码管段选P0口。4位七段数码管的位选接P2口低3位，蜂鸣器输出为P3.7口。3.3时钟频率电路的设计单片机必须在时钟的驱动下才能工作。在单片机内部有一个时钟振荡电路，只需要外接一个振荡源就能产生一定的时钟信号送到单片机内部的各个单元，决定单片机的工作速度。时钟电路如图5所示。第三章系统总体方案的设计11图5外部振荡源电路一般选用石英晶体振荡器。此电路在加电大约延迟10ms后振荡器起振，在XTAL2引脚产生幅度为3V左右的正弦波时钟信号，其振荡频率主要由石英晶振的频率确定。电路中两个电容C1，C2的作用有两个：一是帮助振荡器起振；二是对振荡器的频率进行微调。C1，C2的典型值为30PF。单片机在工作时，由内部振荡器产生或由外直接输入的送至内部控制逻辑单元的时钟信号的周期称为时钟周期。其大小是时钟信号频率的倒数，常用fosc表示。图中时钟频率为12MHz，即fosc=12MHz，则机器周期为1s。3.4复位电路的设计单片机的第9脚RST为硬件复位端，只要将该端持续4个机器周期的高电平即可实现复位，复位后单片机的各状态都恢复到初始化状态，其电路图如图6所示：图6复位电路图6中由复位键以及电解电容C3、电阻R2构成按键及上电复位电路。由于单片机是高电平复位，所以当复位键按下时候，单片机的9脚RESET管脚处于高电平，此时单片机处于复位状态。当上电后，由于电容的缓慢充电，单片机的9脚电压逐步由高向低转化，经过一段时间后，单片机的9脚处于稳定的低电平状态，此时单片机上电复位完毕，系统程序从0000H开始执行。值得注意的是，在设计当中使用到了硬件复位和软件复位两种功能，由上面的硬件复位后的各状态可知寄存器及存储器的值都恢复到了初始值，而前面的功能介绍中提到了倒计时时间的记忆功能，该功能的实现的前提条件就是不能对单片机进行硬件复位，贵州航天职业技术学院毕业论文12所以设定了软复位功能。软复位实际上就是当程序执行完毕之后，将程序指针通过一条跳转指令让它跳转到程序执行的起始地址。3.5显示电路的设计显示功能与硬件关系极大，当硬件固定后，如何在不引起操作者误解的前提下提供尽可能丰富的信息，全靠软件来解决。在这里我们使用的是七段数码管显示，通常在显示上我们采用的方法一般包括两种：一种是静态显示，一种是动态显示。其中静态显示的特点是显示稳定不闪烁，程序编写简单，但占用端口资源多；动态显示的特点是显示稳定性没静态好，程序编写复杂，但是相对静态显示而言占用端口资源少。在本设计中根据实际情况采用的是动态显示方法。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段数码管显示的数字，数码管显示原理如下：MOVAR3MOVCAA+DPTRMOVP2#0feHMOVP0AACALLDELAYMOVDPTR#DAT2MOVAR5MOVCAA+DPTRMOVP2#0fdHMOVP0AACALLDELAYMOVAR4MOVCAA+DPTRMOVP2#0fbHMOVP0AACALLDELAYRET第三章系统总体方案的设计134位七段数码管显示电路如图7所示。图7共阴极数码管图7中数码管采用的是4位七段共阴数码管，其中AH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COM1、COM3、COM4分别接到单片机的P2.0、P2.1、P2.2，由单片机来决定当前该显示的是哪一位。在图中还有八个1K的电阻，连接在P0口上，用作P0口的上拉电阻，保证P0口没有数据输出时候处于高电平状态。3.6键盘扫描电路的设计键盘是人与单片机打交道的主要设备。关于键盘硬件电路的设计方法也可以在文献和书籍中找到，配合各种不同的硬件电路，这些书籍中一般也提供了相应的键盘扫描程序。站在系统监控软件设计的立场上来看，仅仅完成键盘扫描，读取当前时刻的键盘状态是不够的，还有不少问题需要妥善解决，否则，人们在操作键盘就容易引起误操作和操作失控现象。在单片机应用中键盘用得最多的形式是独立键盘及矩阵键盘。它们各有自己的特点，其中独立键盘硬件电路简单，而且在程序设计上也不复杂，一般用在对硬件电路要求不高的简单电路中；矩阵键盘与独立键盘有很大区别，首先在硬件电路上它要比独立键盘复杂得多，在程序算法上比它要烦琐，而且在触点抖动按键同与断过程中可能会判断错误。应采用软件去抖方法，即延时重复扫描法，延时法的原理为：在检测到有按键下时，执行一个10ms左右（具体时间应视所使用的按键进行调整）的延时程序，再确认该键电平是否仍保持闭合状态电平，若仍保持闭合状态电平，则确认该键处于闭合状态；同理，在检测到该键释放后，也应采用相同的步骤进行确认，从而消除去抖的影响。在本文设计中采用了独立键盘的方式，本设计中有8个抢答按键输入，一个开始按键、一个结束按键，此外还有抢答时间调整键、回答时间调整键，加一按键、减一按键各一个。如图8所示。贵州航天职业技术学院毕业论文14图8抢答按键及调整按键在图8中8个抢答按键分别接入单片机的P1.0P1.7端口，单片机通过读取P1.0P1.7的值来判断当前输入的是8个抢答按键中的哪一个。抢答时间调整和回答时间调整接到单片机的P3.3和P3.4接口，加一及减一按键接到单片机的P3.5和P3.6接口。图9开始、结束按键在图9中，开始及结束按键接到单片机的10、11脚，这里用到了单片机10、11脚复合功能中的IO端口功能，单片机通过读取10、11脚的P3.0、P3.1的IO端口值来判断当前是否处于抢答开始状态或抢答结束状态。按键的触点在闭合和断开时均会产生抖动，这时触点的逻辑电平是不稳定的，如不妥善处理，将会引起按键命令的错误执行或重复执行。现在一般均用软件延时的方法来避开抖动阶段，这一延时过程一般大于5ms，例如取10-20ms。如果监控程序中的读键操作安排在主程序（后台程序）或键盘中断（外部中断）子程序中，则该延时子程序便可直接插入读键过程中。如果读键过程安排在定时中断子程序中，就可省去专门的延时子程序，利用两次定时中断的时间间隔来完成抖动处理。K1K8八个按键的输入电平靠74HC30输入与非门和74LS04反向器组成的电路改变输入电平。图10中电路就是由一个74HC30输入与非门和74LS04反向器组成的去抖电路。第三章系统总体方案的设计15图10去抖电路3.7发声电路我们知道，声音的频谱范围约在几十到几千赫兹，若能利用程序来控制单片机某个口线的“高”电平或低电平，则在该口线上就能产生一定频率的矩形波，接上喇叭就能发出一定频率的声音，若再利用延时程序控制“高”“低”电平的持续时间，就能改变输出频率，从而改变音调，使喇叭发出不同的声音。本文设计如图11所示。图中单片机的14脚输出具有复合功能，此处用到了单片机17脚的IO端口功能，单片机通过内部定时器的操作实现交替变换的波形输出驱动扬声器发声。图11发声电路3.8本章小结本章详细讲述了以80C51为核心元件的抢答器的硬件电路具体设计过程，分析了具体电路。在设计过程中，实现抢答功能的是通过编写程序的方法集成在80C51内部。接着将程序下载到硬件电路中，配合周边的时钟电路，复位电路等，制作出符合设计要求的抢答器。贵州航天职业技术学院毕业论文16第四章软件设计4.1主程序系统结构图系统初始化模块按键模块非法抢答模块正确抢答模块调整抢答时间调整回答时间模块数码显示模块图13软件系统结构图4.2软件任务分析软件任务分析和硬件电路设计结合进行，哪些功能由硬件完成，哪些任务由软件完成，在硬件电路设计基本定型后，也就基本上决定下来了5。软件任务分析环节是为软件设计做一个总体规划。从软件的功能来看可分为两大类：一类是执行软件，它能完成各种实质性的功能，如测量，计算，显示，打印，输出控制和通信等，另一类是监控软件，它是专门用来协调各执行模块和操作者的关系，在系统软件中充当组织调度角色的软件。这两类软件的设计方法各有特色，执行软件的设计偏重算法效率，与硬件关系密切，千变万化。软件任务分析时，应将各执行模块一一列出，并为每一个执行模块进行功能定义和接口定义（输入输出定义）。在各执行模块进行定义时，将要牵扯到的数据结构和数据第四章软件设计17类型问题也一并规划好。各执行模块规划好后，就可以监控程序了。首先根据系统功能和键盘设置选择一种最适合的监控程序结构。相对来讲，执行模块任务明确单纯，比较容易编程，而监控程序较易出问题。这如同当一名操作工人比较容易，而当一个厂长就比较难了。软件任务分析的另一个内容是如何安排监控软件和各执行模块。整个系统软件可分为后台程序（背景程序）和前台程序。后台程序指主程序及其调用的子程序，这类程序对实时性要求不是太高，延误几十ms甚至几百ms也没关系，故通常将监控程序（键盘解释程序），显示程序和打印程序等与操作者打交道的程序放在后台程序中执行；而前台程序安排一些实时性要求较高的内容，如定时系统和外部中断（如掉电中断）。也可以将全部程序均安排在前台，后台程序为“使系统进入睡眠状态”，以利于系统节电和抗干扰。4.3程序流程图在本设计中包括了以下主要的程序：主程序，查询程序，非法抢答程序，抢答时间调整程序，回答时间调整程序，倒计时程序，正常抢答处理程序，犯规处理程序，显示及发声程序。主流程图如14所示：贵州航天职业技术学院毕业论文18显示FFF开始键加一键减一键回答时间调整抢答时间去抖动非法抢答处理显示犯规正常抢答显示抢答号并倒计时YYY初始化图14程序设计流程图4.4主要程序分析主程序：OKEQU20H抢答开始标志位RINGEQU22H响铃标志位DATA0EQU36H抢答按键口数据存放地址ORG0000HAJMPMAINORG0003HAJMPINTT0第四章软件设计19ORG000BHAJMPT0INTORG001BHAJMPT1INTORG0040HMAIN:MOVR1#20初设抢答时间为20sMOVR2#30初设答题时间为30sMOV38h#60启用锦囊时间从60s倒计时MOVTMOD#11H设置未定时器模式1MOVTH0#0F0HMOVTL0#0FFH越高发声频率越高越尖MOVTH1#3CHMOVTL1#0B0H50ms为一次溢出中断SETBEASETBET0SETBET1允许二个中断T0T1CLROKCLRRINGSETBTR1SETBTR0一开始就运行定时器以开始显示FFF.如果想重新计数重置TH1TL1就可以了查询程序：START:MOVDATA0#0FFH初始化MOVR5#0BHMOVR4#0BHMOVR3#0BHACALLDISPLAY未开始抢答时候显示FFFJNBP3.3SELSUB0JNBP3.4TZ3倒计时调整JBP3.0NEXTACALLDELAYJBP3.0NEXT去抖动如果“开始键”按下就向下执行否者跳到非法抢答查询SETBEX0开放INT0贵州航天职业技术学院毕业论文20ACALLBARK按键发声MOVAR1MOVR6A送R1到R6因为R1中保存了抢答时间SETBOK抢答标志位在使用锦囊时用作判断是抢答倒计时还是回答倒计时MOVR3#0AH抢答只显示计时灭号数AJMPCOUNT进入倒计时程序“查询有效抢答的程序”在COUNT里面NEXT:JNBP1.0FALSE1JNBP1.1FALSE2JNBP1.2FALSE3JNBP1.3FALSE4JNBP1.4FALSE5JNBP1.5FALSE6JNBP1.6TZ1JNBP1.7TZ2AJMPSTARTTZ1:AJMPFALSE7TZ2:AJMPFALSE8TZ3:AJMPSELSUB1非法抢答处理程序：FALSE1:MOVR3#01HAJMPERRORFALSE2:MOVR3#02HAJMPERRORFALSE3:MOVR3#03HAJMPERRORFALSE4:MOVR3#04HAJMPERRORFALSE5:MOVR3#05HAJMPERRORFALSE6:MOVR3#06HAJMPERRORFALSE7:MOVR3#07H第四章软件设计21AJMPERRORFALSE8:MOVR3#08HAJMPERRORSELSUB0(抢答时间R1调整程序)：SELSUB0:MOVAR1MOVB#0AHDIVABMOVR5AMOVR4BMOVR3#0AHACALLDISPLAY先在两个时间LED上显示R1JNBP3.5INC0P3.5为+1s键如按下跳到INCOJNBP3.6DEC0P3.6为-1s键如按下跳到DECOJNBP3.1BACK0P3.1为确定键如按下跳到BACKOAJMPSELSUB0INC0:MOVAR1CJNEA#63HADD0如果不是99R2加1如果加到99R1就置0，重新加起。MOVR1#00HACALLDELAY1AJMPSELSUB0ADD0:INCR1ACALLDELAY1AJMPSELSUB0DEC0:MOVAR1JZSETR1如果R1为0R1就置99，DECR1ACALLDELAY1AJMPSELSUB0SETR1:MOVR1#63HACALLDELAY1AJMPSELSUB0BACK0:AJMPSTARTSELSUB1(回答时间R2调整程序)：贵州航天职业技术学院毕业论文22SELSUB1:MOVAR2MOVB#0AHDIVABMOVR5AMOVR4BMOVR3#0AHACALLDISPLAYJNBP3.5INC1JNBP3.6DEC1JNBP3.1BACK1AJMPSELSUB1INC1:MOVAR2CJNEA#63HADD1MOVR2#00HACALLDELAY1AJMPSELSUB1ADD1:INCR2ACALLDELAY1AJMPSELSUB1DEC1:MOVAR2JZSETR2DECR2ACALLDELAY1AJMPSELSUB1SETR2:MOVR2#63HACALLDELAY1AJMPSELSUB1BACK1:AJMPSTART启用锦囊程序：REPEAT:MOVA38h使用锦囊时重新计时MOVR6ACLRRING当倒计时进入最后5秒的时候，启用锦囊能消除蜂鸣倒计时程序(抢答倒计时和回答倒计时都跳到改程序)：第四章软件设计23COUNT:MOVR0#00H重置定时器中断次数MOVTH1#3CHMOVTL1#0B0H重置定时器RECOUNT:MOVAR6R6保存了倒计时的时间，之前先将抢答时间或回答时间给R6MOVB#0AHDIVAB除十分出个位十位MOV30HA十位存于(30H)MOV31HB个位存于(31H)MOVR530H取十位MOVR431H取个位MOVAR6SUBBA#07HJNCLARGER大于5s跳到LARGER，小于等于5s会提醒MOVAR0CJNEA#0AHFULL1s中0.5s向下运行CLRRINGAJMPCHECKFULL:CJNEA#14HCHECK下面是1s的情况，响并显示号数并清R0，重新计SETBRINGMOVAR6JZQUIT计时完毕MOVR0#00HDECR6一秒标志减1AJMPCHECKLARGER:MOVAR0CJNEA#14HCHECK如果1s向下运行，否者跳到“停显示”DECR6计时一秒R6自动减1MOVR0#00HCHECK:JNBP3.1QUIT如按下停止键退出JNBOKCHECKK只在回答倒计时才有效AJMPNEXTT贵州航天职业技术学院毕业论文24CHECKK:JNBP3.0REPEAT判断是否使用锦囊NEXTT:ACALLDISPLAYJBOKACCOUT如果是抢答倒计时，如是则查询抢答，否者跳过查询继续倒数(这里起到锁抢答作用)AJMPRECOUNTACCOUT:MOVADATA0JNBACC.0TRUE1JNBACC.1TRUE2JNBACC.2TRUE3JNBACC.3TRUE4JNBACC.4TRUE5JNBACC.5TRUE6JNBACC.6TZ7JNBACC.7TZ8AJMPRECOUNTTZ7:AJMPTRUE7TZ8:AJMPTRUE8QUIT:CLROK如果按下了“停止键”执行的程序CLRRINGAJMPSTART正常抢答处理程序：TRUE1:ACALLBARKMOVAR2MOVR6A抢答时间R2送R6MOVR3#01HCLROK因为答题的计时不再查询抢答，所以就锁了抢答AJMPCOUNTTRUE2:ACALLBARKMOVAR2MOVR6AMOVR3#02HCLROKAJMPCOUNT第四章软件设计25TRUE3:ACALLBARKMOVAR2MOVR6AMOVR3#03HCLROKAJMPCOUNTTRUE4:ACALLBARKMOVAR2MOVR6AMOVR3#04HCLROKAJMPCOUNTTRUE5:ACALLBARKMOVAR2MOVR6AMOVR3#05HCLROKAJMPCOUNTTRUE6:ACALLBARKMOVAR2MOVR6AMOVR3#06HCLROKAJMPCOUNTTRUE7:ACALLBARKMOVAR2MOVR6AMOVR3#07HCLROKAJMPCOUNTTRUE8:ACALLBARKMOVAR2MOVR6AMOVR3#08HCLROK贵州航天职业技术学院毕业论文26AJMPCOUNT犯规抢答程序：ERROR:MOVR0#00HMOVTH1#3CHMOVTL1#0B0HMOV34HR3犯规号数暂存与(34H)HERE:MOVAR0CJNEA#06HFLASH0.3s向下运行-灭并停响CLRRINGMOVR3#0AHMOVR4#0AHMOVR5#0AH三灯全灭AJMPCHECK1FLASH:CJNEA#0CHCHECK1下面是0.8s的情况，响并显示号数并清R0，重新计SETBRINGMOVR0#00HMOVR334H取回号数MOVR5#0BHMOVR4#0BH显示FF和号数AJMPCHECK1CHECK1:JNBP3.1QUIT1ACALLDISPLAYAJMPHEREQUIT1:CLRRINGCLROKAJMPSTART显示程序：DISPLAY:MOVDPTR#DAT1查表显示程序，利用P0口做段选码口输出P2低三位做位选码输出MOVAR3MOVCAA+DPTRMOVP2#0feHMOVP0AACALLDELAY第四章软件设计27MOVDPTR#DAT2MOVAR5MOVCAA+DPTRMOVP2#0fdHMOVP0AACALLDELAYMOVAR4MOVCAA+DPTRMOVP2#0fbHMOVP0AACALLDELAYRETDAT1:DB00h06h5bh4fh66h6dh7dh07h7fh6fh00H71H灭123456789灭FDAT2:DB3fh06h5bh4fh66h6dh7dh07h7fh6fh00H71H第一个为零其他与上相同因为十位如果为零显示熄灭加减时间延时(起到不会按下就加N个数)：DELAY1:MOV35H#08HLOOP0:ACALLDISPLAYDJNZ35HLOOP0RET延时(显示和去抖动用到)：DELAY:MOV32H#20LOOP:MOV33H#125LOOP1:DJNZ33HLOOP1DJNZ32HLOOPRET发声程序：BARK:SETBRINGACALLDELAY1ACALLDELAY1CLRRING按键发声RETTO溢出中断(响铃程序)：T0INT:MOVTH0#0ECH贵州航天职业技术学院毕业论文28MOVTL0#0FFHJNBRINGOUTCPLP3.7RING标志位为1时候P3.7口不断取反使喇叭发出一定频率的声音OUT:RETIT1溢出中断(计时程序)：T1INT:MOVTH1#3CHMOVTL1#0B0HINCR0RETI中断服务程序：INTT0:MOVDATA0