基于51單片機的簡易三路搶答系統(tǒng)設(shè)計

黃永東

摘要：搶答器在日常生活工作中使用較多，本文結(jié)合單片機的常用外圍，設(shè)計一個簡易的三路搶答系統(tǒng)，以此為例，讓同學們綜合開發(fā)，融合按鍵、數(shù)碼管、1602液晶、發(fā)光二極管、蜂鳴器、定時中斷等，學習單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計方法。

關(guān)鍵字：51單片機;三路搶答系統(tǒng)

中圖分類號：TP276 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）33-0232-02

開放科學（資源服務(wù)）標識碼（OSID）：

單片機的初期學習過程，各個模塊的單獨使用通常較為簡單，但對于系統(tǒng)功能設(shè)計時卻容易出現(xiàn)不知如何下手的問題。如何將1602液晶顯示、數(shù)碼管動態(tài)顯示、獨立按鍵識別、定時器中斷使用等功能融合利用，需要進行系統(tǒng)設(shè)計。而搶答器是日常工作中應(yīng)用較多的一種典型系統(tǒng)，為此，本系統(tǒng)采用了MCS51單片機進行三路搶答系統(tǒng)的設(shè)計，可實現(xiàn)搶答器的全部要求，同時為單片機的綜合學習提供思路。

1 三路搶答系統(tǒng)整體要求

主持人有一個按鍵，可以控制搶答的開始與停止（復位），三組成員分別為A、B、C，各有一個按鍵進行搶答申請;當主持人允許搶答時，三組成員才能搶答，當任一組搶答成功后，另外兩組則搶答無效。

2 具體設(shè)計要求

1）1602液晶顯示要求：

上電后，1602液晶顯示一行字符“zhi shi jing sai”;

2）數(shù)碼管顯示要求：

上電后，數(shù)碼管不顯示;當有按鍵按下時，則按按鍵的要求進行顯示;

3）按鍵要求：

（1）S1：主持人按鍵：

當主持人第一次按下后，數(shù)碼管的前兩位顯示“20”，代表搶答時間為20秒，然后按秒減法顯示;后兩位數(shù)碼管顯示“00”，直至某一組搶答成功或搶答時間結(jié)束;

當主持人第二次按下后，復位，數(shù)碼管不再顯示，時間也復位;

之后就反復循環(huán);

（2） S2（A組）、S3（B組）、S4（C組）搶答申請鍵：

在主持人允許搶答的前提下，按下此鍵后，秒表停止計時，倒計時開始計時，數(shù)碼管前兩位顯示搶答所花的時間，數(shù)碼管后兩位顯示“叭（或02或03）”，表示第一組（或第二組或第三組）搶答成功，數(shù)碼管中間兩位開始“30s”倒計時，顯示答題剩余時間;

4）發(fā)表二極管和蜂鳴器要求：

（1）開始搶答后，八個發(fā)光二極管均亮;

（2）有效按鍵按下或時間到，蜂鳴器響一聲。

3 硬件設(shè)計思路

系統(tǒng)中主要用到的模塊非常明確，涉及最小系統(tǒng)、發(fā)光顯示、數(shù)碼顯示、獨立按鍵輸入、液晶顯示、蜂鳴器輸出等。

1）單片機最小系統(tǒng)：包括電源電路（VCC，CND）、時鐘電路（由于設(shè)計中有用到中斷，因此選擇11.0592MHZ晶振）、復位電路（上電復位、按鍵復位）、程序存儲器選擇電路（EA=1）;

2）發(fā)光顯示：（1）直接接人發(fā)光二極管，注意限流電阻的選擇。發(fā)光二極管具有單向?qū)щ娦?，通過SmA左右的電流即可，電流越大，其亮度越強，但若電流過大，會燒毀二極管，一般我們控制在3 - 20mA之間;（2）考慮到P1口有可能會重復使用，在發(fā)光二極管與單片機之間加入一個鎖存器用以隔離。

3）數(shù)碼管顯示：數(shù)碼管分為共陰和共陽兩類，不同的類型只需關(guān)注其不同的字形碼和位選碼值。本項目中，為減少單片機1/0口的使用，增加兩個鎖存器，一個控制段碼，一個控制位選。

4）獨立按鍵輸入：本任務(wù)中，只需要用到四個按鍵，可直接采用獨立按鍵，公共端接地，當按鍵按下時，其對應(yīng)端口置0。

5） 1602液晶顯示：（1）液晶1、2端為電源，15、16為背光電源，為防止直接加SV電壓燒壞背光燈，在15腳串一個10歐電阻用于限流;（2）液晶3端為液晶對比度調(diào)節(jié)端，通過一個IOK歐電位器接地來調(diào)節(jié)液晶顯示對比度;（3）液晶5端為讀/寫選擇端，因為不從液晶讀取任何數(shù)據(jù)，只向其寫人命令和顯示數(shù)據(jù)，因此此端始終選擇為寫狀態(tài)，即低電平接地;

6）采用Proteus軟件進行硬件系統(tǒng)設(shè)計，為保持美觀，注意使用網(wǎng)絡(luò)進行線路連接，同時設(shè)計完成后要進行電氣檢測，具體如下圖所示：

4 硬件設(shè)計思路

此功能任務(wù)中，涉及單片機最小系統(tǒng)、發(fā)光顯示、數(shù)碼顯示。

5 部分軟件設(shè)計思路

1）初始化設(shè)置：

（1）1602液晶初始化、寫人命令、寫人數(shù)據(jù)，調(diào)用在1602液晶顯示函數(shù);就其常用的幾個命令解釋如下：

Write_com（Ox38）;//設(shè)置16*2顯示，5*7點陣，8位數(shù)據(jù)端口;

Write_com（OxOC）;/設(shè)置開顯示，不顯示光標;

Write_com（Ox38）;//寫一個字符后地址指針自動加1;

Write_com（Ox38）;//顯示清0，數(shù)據(jù)指針清0;

（2）定時器TO（搶答的時間）、定時器T1（搶答成功后的作答時間）初始化及中斷函數(shù);

2）鍵盤掃描：獨立按鍵掃描中主要涉及按鍵按下的識別、延時去抖動、按鍵釋放等。

（1）首先掃描判斷主持人是否按下鍵允許搶答，注意允許搶答和停止搶答用的同一個按鍵，可設(shè)置一個變化進行取反操作;

（2）在允許搶答和搶答時間到達之前，掃描判斷是否有人搶答，注意任何一組搶答后其余兩組都不再能搶答，參看后續(xù)程序段;

3）數(shù)碼管顯示：采用動態(tài)掃描顯示，即輪流向各位數(shù)碼管送出字形碼和相應(yīng)的位選，利用發(fā)光管的余輝和人眼視覺暫留作用，使人的感覺好像各位數(shù)碼管同時都在顯示，而實際上多位數(shù)碼管是一位一位輪流顯示的，只是輪流的速度非?？欤搜垡呀?jīng)無法分辨出來。在程序設(shè)計中要特別注意動態(tài)顯示過程中的“消影”處理，避免數(shù)碼管出現(xiàn)顯示混亂的現(xiàn)象。

（1）不允許搶答前，數(shù)碼管不顯示，通過控制數(shù)碼管公共端電平實現(xiàn);

（2）允許搶答時，數(shù)碼管顯示搶答剩余時間。定時器TO計時，動態(tài)顯示;

（3）搶答成功后，數(shù)碼管主要顯示作答時間和小組組別號。作答時間由定時器T1計時，小組組別號由按鍵掃描函數(shù)返回。

6 部分程序及說明

#include //頭文件包含

#define uchar unsigned char//宏定義，uchar代表unsignedchar

#define uint unsigned int

//宏定義，uint代表unsigned int

sbit DULA=P2^6;

//段顯的鎖存器控制位定義

sbit WELA=P2^7;

//位顯的鎖存器控制位定義

sbit FM=P2“3;

//蜂鳴器位定義

sbit qiting=P3^4;

//位定義，s2定義為qiting;

sbit zuI=P3^5. //位定義，s3定義為zul;

sbit zu2=P3“6; //位定義，s4定義為zu2;

sbit zu3=P3“7; //位定義，s5定義為zu3;

uchar x，flag，m，n，flagl;

//字符型變量申明

uchar code table[]=”zhi shi jing sai”;//液晶屏顯示內(nèi)容的編碼列表

uchar code tablel[l={ //數(shù)碼管顯示數(shù)字的編碼列表

Ox3f：，Ox06，Ox5b，Ox4f，

Ox66，Ox6d，Ox7d，Ox07，

Ox7f，Ox6f，Ox77，Ox7c，

Ox39，Ox5e，Ox79，Ox7l，Ox00};

uchar num=21，shijian=17，zubie;//字型變量申明

7 結(jié)束語

在電腦上提前安裝proteus仿真軟件進行硬件設(shè)計，安裝Keil編程軟件進行程序設(shè)計，仿真后再下載確認。本三路搶答系統(tǒng)雖然所用外圍設(shè)備不多，但卻是常用部件的綜合應(yīng)用，讓學員對功能設(shè)計的方法和思路有所了解，同時可實際應(yīng)用到普通競賽用具中，在提升學習興趣的同時增強應(yīng)用，拓寬運用知識創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的思路。

參考文獻：

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[3]宋春華，劉江濤，王貴恩。裴小英.基于單片機控制的數(shù)字搶答器[J].河南機電高等專科學校學報，2005，13（5）：28-29.

【通聯(lián)編輯：李雅琪】