抢答器设计论文

摘要

随着电子技术的飞速发展，基于单片机的控制系统已广泛应用于工业、农业、电力、电子、智能楼宇等行业，微型计算机作为嵌入式控制系统的主体与核心，代替了传统的控制系统的常规电子线路。同时楼宇智能化的发展与成熟，也为基于单片机的照明控制系统的普及与应用奠定了坚实的基础。电子技术和微型计算机的迅速发展，促进微型计算机测量和控制技术的迅速发展和广泛应用，单片机（单片微型计算机）的应用已经渗透到国民经济的各个部门和领域，它起到了越来越重要的作用。单片微型计算机就是将中央处理单元、存储器、定时/计数器和多种接口都集成到一块集成电路芯片上的微型计算机。因此一块芯片就构成了一台计算机。它已成为工业控制领域、智能仪器仪表、尖端武器、日常生活中最广泛使用的计算机。

电子智能抢答计分器在抢答过程中，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。抢答组数可以在八组以内任意使用，本系统设计为模块形式采用九针插头进行连接，系统工作原理本系统采用

AT89S51单片机作为核心。控制系统的五个模块分别为：单片机最小系统（六位并行数码显示、4*4矩阵式键盘）、显示模块、显示驱动模块、抢答开关模块、音乐音频输出模块。

关键词：单片机；矩阵式键盘；显示；驱动；抢答

目录

摘要 (i)

目录 ................................................................................................................. i ii 第一章系统设计要点 . (1)

1.1 抢答器的硬件设计要求 (1)

1.2 计分器系统的软件流程 (3)

1.3计分器的硬件设计 (4)

1.4 人机交互程序设计 (4)

1.5 抢答器系统软件的流程图 (6)

1.6 抢答数码显示软件程序设计 (7)

1.7 音乐音频输出流程图 (8)

第二章各模块方案选择和论证及最终方案 (9)

2.1 抢答器显示模块 (9)

2.2 控制器模块 (11)

2.3 电源方案的选择 (11)

2.4 抢答器键盘的选择 (12)

2.5 计分器显示模块 (15)

2.6 计分器键盘的选择 (16)

2.7 模块的最终方案 (17)

第三章电子智能抢答器系统的硬件电路设计 (18)

3.1 计分器的电路设计 (18)

3.1.1计分器系统的硬件电路 (18)

3.1.2计分显示模块 (20)

3.2 抢答器的电路设计 (21)

3.2.1抢答电路模块 (21)

3.2.2抢答按键模块的设计 (22)

第四章单片机干扰防护 (23)

4.1 采用隔离技术 (24)

4.2 正确的接地措施 (24)

第五章结论 (26)

参考文献 (28)

致谢 (29)

附录 (30)

第一章系统设计要点

系统设计主要包括硬件和软件两大部分，依据控制系统的工作原理和技术性能，将硬件和软件分开设计。硬件设计部分包括电路原理图、合理选择元器件、绘制线路图，然后对硬件进行调试、测试，以达到设计要求。软件设计部分，首先在总体设计中完成系统总框图和各模块的功能设计，拟定详细的工作计划；然后进行具体设计，包括各模块的流程图，选择合适的编程语言和工具，进行代码设计等；最后是对软件进行调试、测试，达到所需功能要求。

硬件电路的设计最重要的选择用于控制的单片机，并确定与之配套的外围芯片，使所设计的系统既经济又高性能。硬件电路设计还包括输入输出接口设计，画出详细电路图，标出芯片的型号、器件参数值，根据电路图在仿真机上进行调试。本系统是采用51系列单片机，因此使用Keil C语言进行开发。软件设计采用模块化系统设计方法，先编写各个功能模块子程序，然后进行组合与调整，经过调试后，达到设计功能要求。

1.1 抢答器的硬件设计要求

抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮S1~S8表示。设置一个系统清除和抢答控制按扭，该按扭由主持人控制。抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的

编号，并在LED数码管上显示，同时扬声器发出报警声响提示。选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。

图1-1 计分器系统的软件流程 检测P3.7状

初始

开始

扫描键盘S1~S8是那

一个组要加分,并组号

显示在主板上(六个数

码管)

为0单

组加减

为1全部

统一加减

加分按键S14 减分按键S15 键盘录入分值,并显示在主板上(六个数码管)

加分按

键S12 减分按键S13 键盘录入分值,并显示在主

板上(六个数码管)

确定S16

P1.7输入一个单次脉冲,并保持高电平

(锁存数据由P3.0 P3.1串口输出显示

1.3计分器的硬件设计

加减计分有三位显示，用串行通信口，显示分数，用4*4阵列式键盘进行同时加减和单组加分。

1.4 人机交互程序设计

系统的人机交互程序设计，主要是解决按键的扫描与信息的显示，让操作者能够灵活地控制系统工作。键盘用来输入指令，发光数码管用来显示单片机的状态，这是一个比较简单的人机交互形式。

本系统的键盘采用的是4×4矩阵式键盘，矩阵式键盘由行线和列线组成，按键位于行、列线的交叉点上。一个4×4的行、列结构可以构成一个含有16个按键的键盘，显然，在按键数量较多时，矩阵式键盘较之独立式按键键盘要节省很多I/O口。

矩阵式键盘中，行、列线分别连接到按键开关的两端，在进行键盘扫描时，首先把矩阵键盘列线的第一根线置高，然后分别再检测矩阵键盘行线是否有高电平的信号，如果有信号，那么就证明这根行线与第一根列线相交处的按键被按下了，单片机就读入这个键值。如果所有的四根行线都没有信号，那么就把第一根列线置低，把第二根列线置高，再一次检测行线有没有信号，然后依次类推。

由于键盘扫描的速度很快，而人按键总会持续一定的时间，因