基于Proteus仿真的單片機多功能智能搶答器的設計

謝道平

(安徽財經大學 管理科學與工程學院，安徽 蚌埠 233031)

基于Proteus仿真的單片機多功能智能搶答器的設計

謝道平

(安徽財經大學 管理科學與工程學院，安徽 蚌埠 233031)

介紹一種以AT89S52單片機為核心控制器，在Proteus軟件環境下，從硬件電路建立和軟件設計兩方面闡述了智能搶答器系統的設計過程和方法。通過仿真運行，表明該搶答器能夠及時準確的顯示第一有效搶答信號，具有反應快、區分度高、操作簡便和實用性強等特點。證明了本文闡述的方案和設計方法是可行的。

搶答器;單片機;Proteus

0 引言

現代電子設計手段由手工設計到EDA階段，再到虛擬設計階段，人們不斷提高設計水平與效率。Proteus電子系統仿真與開發平臺是一款可以實現數字電路、模擬電路、微控制器系統仿真以及PCB設計等功能的EDA軟件。從元器件的選取到連線，直至電路的調試、分析和軟件的編譯，都是在虛擬環境下進行，這樣就避免了傳統電子電路設計中方案更換帶來的多次重復購買元器件及制板，在節省設計時間與經費的同時，提高了設計效率與質量。

本文在Proteus基礎上設計出一款可以實現八路搶答和倒計時顯示功能的搶答器，該搶答器由AT89S52單片機為控制核心，能根據不同的搶答輸入信號，經過單片機的控制處理并產生不同的與輸入信號相對應的輸出信號，最后通過液晶顯示屏正確地顯示相應的路數，同時搶答時間也被顯示和限制。在搶答時，其他選手搶答無效，即其按鍵操作無效。

1 設計要求

①可同時供8名選手(或代表隊)參賽，其編號分別是0到7，各用一個搶答按鈕，按鈕的編號與選手的編號相對應。

②給節目主持人設置一系列控制開關，用來控制系統搶答的開始、復位、搶答時間設置等功能。

③搶答器具有數據鎖存和顯示的功能。搶答開始后，若有選手按動搶答按鈕，編號立即鎖存，并在LCD顯示屏上顯示出選手的編號，同時揚聲器給出音響提示。此外，要封鎖輸入電路，禁止其它選手搶答。優先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統清零為止。

④搶答器具有定時搶答的功能，且一次搶答的時間可以由主持人設定(如15秒)。先點擊設定時間按鈕，然后點擊選擇設定對象按鈕進行秒與分的設定，且秒一次按鈕變化5秒，而分是一次變化一分鐘。當節目主持人啟動“開始”鍵后，要求定時器立即進行減計時，并用顯示器進行顯示，同時揚聲器發出短暫的聲響，聲響持續時間0.5秒左右。

⑤參賽選手在設定的時間內進行搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答時刻的時間，同時揚聲器發出短暫的聲響并保持到主持人將系統清零為止。如果定時搶答的時間已到，卻沒有選手搶答時，本次搶答無效，系統進行短暫的報警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時后搶答，定時顯示器上顯示00:00。

2 搶答器硬件電路設計

根據本系統設計要求硬件電路主要分為三個部分:第一部分為選手按鍵組成的搶答電路輸入模塊，第二部分為以AT89S52單片機為核心的控制電路模塊，當然，單片機工作必須有電源電路、復位電路和時鐘電路;第三部分為由LCD LM016L液晶顯示屏電路和聲光控制組成的顯示電路模塊。其中單片機是各電路的核心，起到組織控制的作用［3］。總體框圖如圖1所示。

2.1 輸入模塊電路設計

搶答器輸入信號由八個小按鍵控制，當有鍵按下的時候，就產生了有效的輸入信號。在單片機系統中一般由軟件來識別鍵盤上的閉合鍵，組成鍵盤的按鍵有觸點式和非觸點式兩種，而單片機中應用的鍵盤一般是由機械觸點構成的。為使單片機能正確地讀出鍵盤所接I/O的狀態，對每一次按鍵只做一次響應。必須考慮如何去除按鍵過程中的抖動。常用的去抖的方法有硬件方法和軟件方法兩種，單片機中常用軟件法。本模塊由8個按鍵組成，按鍵一端直接與單片機P3.0－P3.7相連，另一端接地;組成8路搶答的輸入口，同時采用鍵盤掃描程序來判斷哪一鍵被按下。

圖1 搶答器系統總體框圖

2.2 控制電路設計

與傳統的搶答器采用小規模數字集成電路設計比較，單片機具有易于使用、區分度高、反應快和電路簡單等優點，本系統單片機采用AT89S52作為控制系統的核心，在主持人按下開始鍵后，當有選手按鍵時，單片機通過鍵盤掃描程序判斷出是哪一路選手，并存儲到單片機中，然后通過顯示模塊顯示出哪一路，最后選手在規定的時間內完成搶答，這些動作都是在單片機控制下進行的。具體連接是:P1.5和P1.6端由主持人控制，分別是搶答開始和復位鍵，P1.3和P1.7分別為設定時間與選定設定對象控制端。

2.3 顯示電路模塊設計

該模塊由字符型液晶顯示器1602組成，用來顯示搶答器信號的具體路數的，液晶顯示器的8根數據線與單片機的P2口相連，用來傳輸數據與命令;液晶的使能信號E、數據/命令選擇端RS、讀/寫選擇端R/W這3根控制線與單片機P1.0、P1.1和接地端相連，從而控制液晶顯示。具體連接:P1.1是液晶顯示屏的使能端的輸入口，P1.0是液晶顯示屏的數據/命令選擇輸入端口。

根據上述對搶答器系統各個部分的電路設計，本文設計的完整系統電路圖如圖2所示:

圖2 八路搶答器仿真電路圖

3 搶答器軟件設計

3.1 設計思路

在單片機開發中除了必要的硬件設計外，同樣離不開軟件設計。本設計采用Keil軟件下的單片機C語言編程環境，軟件設計思路:

①單片機上電復位后，首先對定時器和液晶進行初始化，即執行lcd_init();timer_init();然后進入無限循環程序來判斷“開始鍵”是否按下，如果按下，則可以進行搶答;沒有按下，則處于無限等待。

②在進行搶答時，執行鍵盤掃描程序keyscan()來判斷哪一個鍵被選手按下，并記下選手所對應的P3口的信號，且通過液晶顯示程序display()顯示其路數。

③在選手回答問題時，由主持人通過“設定時間和選擇設定對象”鍵來對選手計時，然后按下“開始鍵”，則進入正常問題回答階段，定時器進入倒計時程序，選手在規定時間內答題則本次回答成功。主程序流程圖如圖3所示:

圖3 搶答器主程序流程圖

3.2 仿真運行

根據上述軟件設計思想和流程圖在Keil環境下編輯程序，如液晶初始化程序:(其中液晶寫指令void write_com(uchar com);

液晶寫數據void write_data(uchar date)

voidlcd_init()

{uchar num;lcden=0;

write_com(0x38);//初始化 write_com(0x0c);//打開光標write_com(0x01);//清顯示 write_com(0x80);

for(num=0;num ＜5;num++){write_data(table［num］);}

}［2］

通過編譯得到.HEX文件，仿真運行結果如圖4所示:

仿真結果表明，設計的電路原理圖和程序能夠實現系統既定的目標。

4 結語

本文以AT89S52單片機為核心，在Proteus環境中設計了八路搶答器系統。軟件仿真表明該搶答器能夠及時準確的顯示第一有效搶答信號，具有反應快、區分度高、操作簡便和實用性強等特點。

圖4 搶答器電路仿真圖

［1］ 周潤景，張麗娜.基于PROTEUS的電路及單片機系統設計與仿真［M］.北京:北京航天航空大學出版社，2006.

［2］ 周堅.單片機C語言輕松入門［M］.北京:北京航天航空大學出版社，2006.

［3］ 李萍，張池，張勃.AT89S51單片機原理、開發與應用實例［M］.北京:中國電力出版社，2008.

Design of Multi-functional Intelligent Calling Implement of Single Chip Microcomputer Based on Proteus Simulation

XIE Dao-ping

(School of Management Science and Engineering，Anhui University of Finance and Economics，Bengbu 233031，Chinai)

This paper introduces an AT89S52 microcontroller-based core controller.It elaborates design process and methods of the intelligent calling implement system from the hardware circuit and software design in Proteus software environment.Simulation running indicates that the calling implement can display the first effective answer signal timely and accurately，having the characteristics of quick reaction，high differentiation degree，easy operation and strong practicality.It is proved that the design method is feasible.

calling implement;single-chip microcomputer;Proteus

TP391.9

A

1009－3907(2011)10－0012－04

2011-08-16

謝道平(1973-)，男，安徽無為人，講師，主要從事單片機控制技術、數字圖像處理方法等方面研究。

責任編輯:吳旭云