基于單片機8路搶答器的設計與實現

嚴敏

摘 要： 設計了一種以單片機AT89S51為控制核心的8路搶答器，從硬件電路制作和軟件程序編寫兩個方面詳細介紹了8路搶答器的設計方法。實驗結果表明，該8路搶答器的設計達到了預期的要求，具有反應快、操作簡便、成本低廉、使用性強等特點，對于單片機產品的開發具有一定的參考價值。

關鍵詞： 單片機； 搶答器； CD4068

中圖分類號： TP 368.1 文獻標志碼： A 文章編號： 1671-2153（2017）03-0089-03

0 引 言

隨著當今社會的進步和科技的發展，各類比賽、娛樂活動層出不窮，其中搶答器的作用也就顯而易見，它能快速準確、公平公正、直觀地判斷出搶答者的機器設備，并通過LED數碼管、LED指示燈等手段顯示出第一個搶答者。傳統的搶答器采用模擬電路、數字集成電路、模數混合電路制作完成，這類搶答器往往線路復雜，成本偏高，操作不簡便。本文以AT89S51單片機為系統控制核心設計了一款8路搶答器：首先進行硬件電路的設計與制作，然后進行相應軟件程序的設計與編寫，不斷調試直至成功。

1 設計分析

使用8個按鍵作為參賽選手搶答的8路搶答信號，當主持人宣布搶答時，即按下開始鍵后，各路選手才可以搶答，對于第一個搶答的選手，通過一位LED數碼管直觀顯示出該搶答選手的編號，如果主持人尚未宣布比賽活動開始，即沒有按下開始鍵，就有某一路選手進行搶答，則這路的選手屬于犯規，亮起紅燈。本次設計中，用LED發光二極管來表示，并通過LED數碼管顯示出該犯規選手的編號，此時，按下復位鍵后重新開始搶答。

2 硬件電路設計

本設計以AT89S51單片機為系統控制核心制作8路搶答器，由于8路選手使用8個按鍵，假設采用8個獨立按鍵，按鍵的識別是通過逐個查詢每個按鍵的狀態來判斷是否按下的，如果有多個選手同時搶答，即幾路按鍵同時按下，先查詢的按鍵則被認為是第一個搶答的，顯然就不公平了；假設采用4×4行列式按鍵，按鍵的識別如果采用輸入輸出線反轉法，則無法識別多個按鍵，按鍵的識別如果采用逐行掃描法，此時有多個選手同時搶答，則先掃描到行的按鍵存在優先查詢的情況，同樣失去了公平性。因此，無論獨立按鍵還是4×4行列式按鍵，都不能做到對多個按鍵同時按下作出判斷。

為了解決這一問題，可以使用高速的數字電路芯片，但這增加了設計的成本和復雜性。本設計的思路是：使用單片機的外部中斷，把8路上的按鍵信號作為外部設備，一旦有一個按鍵按下，立即進入外部中斷服務子程序，先保存各路按鍵的狀態，再確定是哪一路的按鍵引起的中斷，在這期間，單片機的CPU不再響應其他任何中斷。

由于8路搶答器的8個按鍵作為8個外部中斷源，而MCS-51單片機只有兩個外部中斷源，這就需要擴展外部中斷源來滿足需要。本設計使用CD4068芯片來解決，結合中斷和查詢的方式來擴展外部中斷源。CD406芯片是一個8輸入的與門/與非門集成電路，管腳圖和功能邏輯圖如1所示。圖1中：2，3，4，5，9，10，11，12是8路輸入；1管腳是8路與門輸出端；13管腳是8路與非門輸出端；7管腳接地；14管腳接電源。

8路搶答器的電路原理圖如圖2所示。圖2中，P3.2為外部中斷0的中斷請求輸入端，將CD4068的1管腳接P3.2，8路搶答器的8個按鍵分別接CD4068的輸入端，作為擴展的外部中斷源。當沒有搶答按鍵按下，根據與邏輯關系，P3.2端口為高電平，不響應。當8路中有一路或者多路搶答按鍵按下，P3.2端口為低電平，響應外部中斷0的中斷請求。然后，在外部中斷0的服務程序中，確定究竟是哪路搶答的。S2為搶答開始按鍵，只有主持人宣布比賽開始，8位選手才能進行搶答。P3.1接紅色發光二極管，當有選手違規時點亮。

3 軟件程序設計

3.1 主程序設計

在主程序main（）函數中主要完成外部中斷的初始化，如打開中斷、設置外部中斷信號的觸發方式等，不斷地查詢搶答開始鍵是否按下，即主持人是否宣布開始搶答，只有宣布開始搶答之后，各路按下的按鍵才算有效，否則違規。一旦檢測到搶答開始鍵按下，置搶答標志位keypress=1，否則等待，其流程圖如圖3所示。具體程序如下：

sbit key=P3^0；

bit keypress=0；

int main（） //主函數

{ IT0=0； //設置外部中斷0為電平觸發方式

EA=1；//打開中斷

EX0=1； //打開外部中斷0

while（1）； //死循環

{ if（！key）； //判斷搶答開始鍵是否按下

{ delay（）；

if（！key） //再次判斷搶答開始鍵是否按下

{ keypress=1； //設置搶答標志位

while（！key）；}}}}

3.2 外部中斷0程序設計

當8路搶答器中有選手按下搶答鍵，自動轉入外部中斷0服務程序執行，首先關閉中斷、保存各路按鍵的狀態，再通過逐位查詢獲取按鍵編號，確定究竟是哪一路的按鍵引起的中斷，最后判斷搶答標志位keypress，如果keypress=1，說明搶答開始鍵已經按下，主持人已經宣布搶答開始，則數碼管顯示搶答選手的編號；如果keypress=0，說明主持人尚未宣布搶答開始，則屬于犯規，亮起紅燈并顯示犯規選手的編號，其流程圖如圖4所示。具體程序如下：

unsigned char code seg[]={0xc0，0xf9，0xa4，

0xb0，0x99，0x92，0x82，0xf8，0x80，0x90}；

unsigned char state，number；

sbit led=P3^1；

void int0（） interrupt 0

{ EX0=0； //關外部中斷0

state=P2；

switch（state） //switch語句獲取按鍵編號

{ case 0xfe：number =1；break；

case 0xfd：number =2；break；

case 0xfb：number =3；break；

case 0xf7：number =4；break；

case 0xef：number =5；break；

case 0xdf：number =6；break；

case 0xbf：number =7；break；

case 0x7f：number =8；break；}

if（keydown）

{ P1=seg[number]；} //如果搶答標志位置1，顯示按鍵編號

else

{P1=seg[number]；led=0；}}//如果犯規，亮起紅燈并顯示按鍵編號

4 結束語

本文以AT89S51單片機為主控制器設計了一款8路搶答器。實驗結果表明，該8路搶答器的設計穩定可靠，達到了預期的要求，具有反應快、操作簡便、成本低廉、使用性強等特點，對于單片機產品的開發具有一定的參考價值。

參考文獻：

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