四路智力搶答器

摘要：本設計是四路智力搶答器。使用51系列單片機，編寫應用程序來實現智力搶答功能。設計思路是先等待主持人按鍵，當有主持人按鍵時，開始計時一分鐘，并顯示時間。有人搶答時，報警電路啟動，并顯示組號，同時計時顯示停止。若在計時時間內無人搶答，一分鐘到時，無報警，且計時停止，重新開始等待主持人按鍵，進行下一輪搶答。

關鍵詞：四路智力搶答器 單片機

0 引言

軟件設計利用中斷系統的基本構成原理編寫中斷服務程序，使用80C51單片機串行接口P1口、P2口、P3口的輸入/輸出功能向CPU輸入信號，其信號由按鍵電路提供，由CPU響應中斷，并輸出響應。用到了查詢按鍵模塊、定時器模塊、顯示時間模塊、顯示組號模塊、報警模塊等。軟件涉及51系列單片機的中斷系統、定時器/計數器、串行接口及外圍電路的功能。

硬件設計使用的是51系列單片機中的80C51，其他部件有74LS48、八段數碼顯示管、蜂鳴器、LED閃光燈，按鍵等。硬件設計采通過外部12M的X1提供時鐘的脈沖，利用其中斷控制程序進行搶答部分的處理，通過多輸入與門的控制去申請單片機內部的中斷，以達到顯示搶答的目的。用分模塊設計思想，以CPU為中心逐一設計了時鐘電路和復位電路，然后設計了按鈕電路為CPU提供輸入信號，再次，為數碼管選擇輸入信號電路；還有就是提供了報警電路；最終就是修飾和完善總原理圖。

顯示結果是主持人按鍵時，數碼管顯示60，即定時器定從一分鐘開始計時，若一分鐘內有人搶答，則此時定時器停止計時，數碼管顯示此時的時間，如計時56秒時有人搶答，數碼管就顯示56，同時蜂鳴器發出“嘀”聲，且警報燈閃爍一下，與此同時顯示搶答組的組數。如一分鐘內無人按鍵搶答，計時時間一分鐘到時數碼管顯示00，并停止計時。此時等待主持人按鍵進行下一輪搶答，若主持人不按鍵，數碼管就一直顯示00。

1 系統總體方案

首先，以CPU為中心設計了時鐘電路和復位電路；然后設計了按鈕電路為CPU提供輸入信號：再次，為數碼管選擇輸入信號電路；還有就是進一步完善設計而提供了報警電路。最終，完善總括電路，得到總設計原理圖。利用單片機內部的時鐘中斷源，外部中斷源，利用P3口進行第二功能進行控制。當外部中斷輸入時，我們利用鎖存，穩定輸出剩余時間。利用硬件電路防止外部在開始及結束的時候出現誤操作。

2 控制部分80C51的設計

本設計中用的是80C51單片機，80C51有40條引腳中有2條專用于主電路，2條外接晶振，4條控制或與其它電源的復用引腳，32條I/O引腳。

2.1主電源引腳

Vss：接地。

Vcc：正常操作、對EPROM編程和驗證時接+5V電源。

2.2外接晶振引腳

XTALl接外部晶振的一個引腳。

XTAL2接外部晶振的一個引腳。

2.3控制或與其它電源復用引腳RST/Vpd當振蕩器運行時，在此引腳上出現兩個機器周期的高電平將使單機復位。一般在引腳與Vss引腳之間連接一個約8.2KΩ的下拉電阻，本設計使用的下拉電阻為1KΩ。與Vss引腳之間連接一個20uF的電容，以保證可靠復位。復位以后，P0、P3口輸出高電平，SP指針重新賦值為07H，其它特殊功能寄存器和程序計數器PC被清0。只要REST保持高電平，80C51就會循環復位。RESET由高電平變為低電平后，80C51初始復位不影響內部RAM的狀態，包括工作寄存器R0～R7。

ALE(/PROG)：當訪問外部數據存儲器時，ALE的輸出用于鎖存地址低字節，即使不訪問外部存儲器，ALE仍以不變的頻率周期性地出現正脈沖信號，為振蕩器頻率的1/6，因此可用作對輸出的時鐘。/PSEN：此輸出是外部程序存儲器的讀選通信信號。在由外部程序存儲器取指令周期，每個機器周期兩次/PSEN有效。但當訪問外部數據存儲器時，這兩次有效的PSEN信號不出現。/PSEN可以帶動8個TTL負載。

/EA(Vpp)當/EA保持高電平時訪問內部程序存儲器，但當PC值超過OFFF或1FFF時，將自動轉向執行外部程序存儲器的程序。當/EA端保持低電平時，則只訪問外部程序存儲器，而不管是否有內部程序存儲器。

2.4輸入/輸出引腳

PO：是一個8位漏極開路的雙向輸入/輸出口。

P1：是一個帶有內部上拉電阻的8位雙向I/O口。

P2：是一個帶有內部上拉電阻的8位雙向輸入/輸出口，訪問外部存儲器時送高8位地址。

P3：是一個帶有內部上拉電阻的8位雙向I/O口。在MCS—51中，這8個引腳還用于專門的功能。其中，P3.0為串行輸入口，P31為串行輸出口，P3.2為外部中斷0輸入，P3 3為外部中斷1輸入，P3.4為定時器0的外部輸入，P3.5為定時器1的輸入，P3.6為外部數據存儲器的寫選通信號，P3.7為外部存儲器的讀選通信號。

3 數碼顯示部分LED的介紹

LED顯示器是目前最常用的一種數顯示器件。發光二極管是由半導體材料制成的，能將電信號轉換成光信號的結型電致發光器件。如果把發光二極管制成條狀，再按照一定方式連接，組成數字“8”，就構成LED數碼管。使用時按規定使某些筆段上的發光二極管發光，即可組成0—9的一系列數字。

本設計使用的是7SEG—COM—AN—GRN型數碼管。

4 時鐘電路的介紹

51系列單片機內部有一個用于構成振蕩器的高增益反相放大器，此放大器的輸入和輸出分別是引腳XTAL1和XTAL2，在XTAL1和XTAL2上外接時鐘源即可構成時鐘電路。CPU的一系列動作都是在控制電路部件下工作的。

本設計采用的是內部時鐘產生方式，即是在引腳XTAL1和XTAL2兩端跨接晶體或陶瓷振蕩器，與內部反相器構成穩定的自激振蕩器。其發出的脈沖直接送給片內定時控制部件。

5 復位電路的介紹

復位是使CPU和系統中其他部件都處于一個確定的初始狀態，并從這個狀態開始工作。51系列單片機通常采用上電自動復位、按鈕電平復位、上電+按鈕電平復位、上電+按鈕電平復位、程序運行監視復位等方式。

本設計采用上電自動復位方式，其實質是一階充放電電路，系統上電時該電路提供有效的復位信號RST(高電平)直至系統電源穩定后撤銷復位信號(低電平)。同時應注意保證加在RST引腳上的高電平持續兩個機器周期，才能使單片機可靠復位。

6 按鈕電路

本設計使用的是機械按鈕，按鈕電路主要用來為CPU串行口提供輸入信號。在實際應用中機械按鈕的抖動應該考慮的，可用軟件的設計來消除機械抖動。

7 顯示管的輸入信號電路

本設計使用的輸入信號電路主要是74LS48，八段數碼顯示管的輸入信號是八位數，而CPU提供的信號是三位的，通過74LS48把三位的信號轉化為八位的信號。

8 報警電路

該報警電路的作用是在參賽人員按鍵時進行報警。當主持人發出搶答信號，而有人員搶答就有報警。此時報警燈閃爍一次，蜂鳴器發出報警聲，提示主持人有人要答題。

參考文獻：

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