基于80C51的八路抢答器的单片机课程设计

1 引言

此次设计提出了用80C51单片机为核心控制元件，设计一个简易的抢答器，本方案以80C51单片机作为主控核心，与数码管、蜂鸣器等构成八路抢答器，利用了单片机的延时电路、按键复位电路、时钟电路、定时/中断等电路，设计的八路抢答器具有倒计时和实时显示抢答选手的号码的特点，还有复位电路，使其再开始新的一轮的答题和比赛。

它的功能实现是比赛开始，主持人读完题之后按下总开关，倒计时开始，此时数码管开始进行30s的倒计时，是选手的思考时间，倒计时完后，才允许开始抢答，若有人答题，对应的会在数码管上显示出该选手的编号并由蜂鸣器发出声音，在30s倒计时内答题无效。

2 总体方案设计

图2.1 总体电路设计框图

总体程序设计思路图为如图2.1所示。

复位电路：当一轮进行完时，由主持人按下，下一轮倒计时开始，复位电路

接P3.3口。

独立式按键键盘：用于输入高低电平，连接到P1口，由P1口检测电平的变化。

抢答器倒计时显示电路：有三位数码管组成，前两位显示30s倒计时，由第三位显示成功抢答选手编号。

蜂鸣电路：有选手抢答成功，P3.1口发出脉冲，使蜂鸣器发出声音。

3 硬件电路设计

3.1 单片机最小系统

微控制器采用AT89C51。AT89C51是美国ATMEL公司生产的与MCS-51系列单片机完全兼容的高性能CMOS 8位单片机，MCS-51系列单片机以其推出时间早、配套资源丰富、开发手段完善、性价比高等特点而得到了广泛的应用，是单片机的主流品种。

AT89C51的内部资源主要包括：

·与MCS--51 系列完全兼容的高性能8位CPU；

·4K字节可重复编程的Flash存储器；

·256字节的SRAM；

·4个8位的并行口，共32条I/O口线；

·3个16位的定时器/计数器；

·6个中断源，2个中断优先级的中断系统；

·一个全双工的串行口；

·内部振荡器；

·可编程串行通道

·低功耗的闲置和掉电模式

·片内振荡器和时钟电路

其最小系统主要包括复位电路，时钟电路，如下图3.1所示。

图3.1 单片机最小系统电路图

3.2 硬件电路功能说明

（1）复位电路的设计

MCS-5l的复位输入引脚RST为MCS-51提供了初始化的手段，可以使程序从指定处开始执行，在MCS-5l的时钟电路工作后，只要RST引脚上出现超过两个机器周期以上的高电平时，即可产生复位的操作．只要RST保持高电平，则MCS-5l 循环复位．只有当RST由高电平变低电平以后。MCS-51才从0000H地址开始执行程序。本系统采用按键复位方式的复位电路。

复位电路：当一轮进行完时，由主持人按下，下一轮倒计时开始，如图3.2所示。

图3.2 复位控制电路

（2）独立式按键键盘设计

键盘接口中使用多少根I/O线，键盘中就有几个按键，键盘接口使用了8根I/O口线，该键盘就有8个按键，这种类型的键盘，其按键比较少，且键盘中各按键的工作互不干扰。因此可以根据实际需要对键盘中的按键灵活的编码。

最简单的编码方式就是根据I/O输入口所直接反映的相应按键，按下的状态进行编码，称按键直接状态码，对于这样编码的独立式键盘，CPU可以通过直接读取I/O口的状态来获取按键的直接状态编码值，根据这个值直接进行按键识别，这样形式的键盘结构简单，按键识别容易。

独立式键盘的缺点是需要占用比较多的I/O口线，当单片机应用系统键盘中需要的按键比较少或I/O口线比较富余时，可以采用这样类型的键盘。

独立式按键键盘：用于输入高低电平，八位选手抢答时高低电平发生变化，如图3.3所示。

图3.3 抢答按键部分

（3）数码管显示部分设计

LED动态显示是单片机中应用最为广泛的一种显示方式，其接口电路是把所有显示器的8个笔划段a-dp 同名端并联在一起，而每一个显示器的公共极COM 是各自独立地受I/O线控制，CPU的字段输出口送出字形码时，所有显示器由于同名端并连接收到相同的字形码，但究竟哪个显示器亮，则取决于COM端，而这一端是由I/O控制的，所以就可以自行决定何时显示哪一位了，在轮流点亮扫描过程中，每位显示器的点亮时间表是极为短暂的，但由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉将就尽管实际上各位显示器并非间时点亮，但只要扫描速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感。

抢答器倒计时显示电路：有三位数码管组成，前两位显示30s倒计时，第三位显示成功抢答选手编号，如图3.4所示。

图3.4 显示控制部分图

（4）蜂鸣器电路设计

我们知道，声音的频谱范围约在几十到几千赫兹，若能利用程序来控制单片机某个口线的“高”电平或低电平，则在该口线上就能产生一定频率的巨型波，接上喇叭就能发出一定频率的声音，若再利用延时程序控制“高”“低”电平的持续时间，就能改变输出频率，从而改变音调，使喇叭发出不同的声音。单片机通过内部定时器的操作实现交替变换的波形输出驱动扬声器发声，有选手抢答成功，使蜂鸣器发出声音，如图3.5所示。

图3.5 蜂鸣器提示时间部分图

4 系统软件设计

系统软件分为主程序、中断服务程序和子程序三部分

4.1 主程序（主程序流程框图见图4.1）

图4.1 主程序流程框图

主程序是系统上电或复位后首先要执行的程序，主程序主要完成系统的初始化、扫描显示、扫描键盘等工作。程序流程如图4.1所示，对单片机进行初始化，包括设置堆栈、倒计时30S设置、定时器T0设置，外部中断设置，键盘扫描设置，初始化状态时显示000。

4.3 倒计时30s子程序：（定时器T0中断子程序框图如图4.2所示）