基于51单片机抢答器毕业设计正 - 图文

安徽工贸职业技术学院毕业设计(论文)

Anhui Vocactional & Technical College of Industry & Trade

毕 业 论 文

基于51 的八路抢答器设计与制作

Based on 51 of the eight way Responder design andproduction

所在系院： 电气与信息工程系 专业班级： 机电一体化（2）班 学生学号： 2010350252 学生姓名： 张兵 指导教师： 刘旭

2012年12月15日

安徽工贸职业技术学院毕业设计（论文）

Anhui Vocactional & Technical College of Industry & Trade

毕业设计说明书

基于51 的八路抢答器设计与制作

Based on 51 of the eight way Responder design andproduction

所在系院： 电气与信息工程系 专业班级： 机电一体化（2）班 学生学号： 2010350252 学生姓名： 张兵 指导教师： 刘旭

2012年12月15日

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基于51 的八路抢答器设计与制作

摘要

抢答器作为一种工具，已广泛应用于各种智力和知识竞赛场合。但抢答器的使用频

率较低，且有的要么制作复杂，要么可靠性低。作为一个单位，如果专门购一台抢答器虽然在经济上可以承受，但每年使用的次数极少，往往因长期存放使（电子器件的）抢答器损坏，再购置的麻烦和及时性就会影响活动的开展，因此设计了本抢答器。

本设计是以八路抢答为基本理念。考虑到依需设定限时回答的功能，利用AT89C51单片机及外围接口实现的抢答系统，利用单片机的定时器/计数器定时和记数的原理，将软、硬件有机地结合起来，使得系统能够正确地进行计时，同时使数码管能够正确地显示时间。用开关做键盘输出，扬声器发生提示。同时系统能够实现：在抢答中，只有开始后抢答才有效，如果在开始抢答前抢答为无效；抢答限定时间和回答问题的时间可在1-99s设定；可以显示是哪位选手有效抢答和无效抢答，正确按键后有音乐提示；抢答时间和回答问题时间倒记时显示，满时后系统计时自动复位及主控强制复位；按键锁定，在有效状态下，按键无效非法。

关键词：AT89C51 LED数码管 抢答器 计时

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Take to

Responder as a tool, has been widely used in various occasions intelligence and knowledge competitions. But Qiangda is used for lower frequency, and some production complex, or low reliability. As a unit, if specifically to buy a responder although the economy can bear, each year the number is extremely small, often because of the long-term storage ( electronic devices) responder damage, to the purchase of the trouble and the timeliness of activities will be affected, so the design of the responder.

This design is eight way contest as the basic concept. Considering the time-limited answer according to need to set the function, using AT89C51 MCU and peripheral interface of the answering system, the use of single-chip timer / counter timing and counting principle, the soft and hardware combination, so that the system can

correctly time, while the digital tube able to correctly display the time. Switching with the keyboard output, speakers in tips. At the same time the system can realize: the answer, only after the start of the answer is effective, if at the beginning of answer answer answer before the time limit is invalid; question and answer time in 1-99s set; can display which is effective and ineffective players answer answer keys, right after the music cue; answer time and answer questions for inverted timing display, full system timing automatic reset and host a forced reset; key lock, in effective state key invalid, illegal.

Key words: AT89C51 digital tube LED responder

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1 绪 论 ................................................................................................................................... 1

1.1 选题的目的和意义 ...................................................................................................................... 1 1.2 课题研究的内容 ........................................................................................................................... 1

2 抢答器的系统概述 ......................................................................................................... 2

2.1 系统的主要功能 ........................................................................................................................... 2 2.2 系统需求分析 ............................................................................................................................... 4 2.3 抢答器的工作流程 ...................................................................................................................... 4 2.4 抢答器的工作过程 ...................................................................................................................... 5

3 系统总体方案的设计 .................................................................................................... 6

3.1 硬件电路的设计 ........................................................................................................................... 6 3.2 总体原理图 ................................................................................................................................... 7 3.3 时钟频率电路的设计 .................................................................................................................. 8 3.4 复位电路的设计 ........................................................................................................................... 9 3.5 显示电路的设计 ........................................................................................................................... 9 3.6 键盘扫描电路的设计 ................................................................................................................ 11 3.7 发声电路 ...................................................................................................................................... 14 3.8 系统复位 ...................................................................................................................................... 15

4 软件设计 .......................................................................................................................... 16

4.1主程序系统结构图 ...................................................................................................................... 16 4.2 程序流程图 ................................................................................................................................. 17 4.3 主要程序分析 ............................................................................................................................. 18

5 PROTEUS仿真系列组图 ............................................................................................... 30

5.1 复位图 .......................................................................................................................................... 30 5.2 设置计时时间 ............................................................................................................................. 30 5.3 非法抢答并显示座号 ................................................................................................................ 31 5.4 抢答成功并显示倒计时 ............................................................................................................ 31

6 总结 ................................................................................................................................... 32 7 致谢 ................................................................................................................................... 33

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参 考 文 献 ......................................................................................................................... 34

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I

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1 绪 论

1.1

选题的目的和意义

通过这次设计，掌握51单片机的原理，了解简单多功能抢答器组成原理，初步掌握多功能抢答器的调整及测试方法，提高动手能力和排除故障的能力。同时通过本课题设计与装配、调试，提高自己的动手能力，巩固已学的理论知识，建立单片机理论和实践的结合，了解多功能抢答器各单元电路之间的关系及相互影响，从而能正确设计、计算定时计数的各个单元电路。初步掌握多功能抢答器的调整及测试方法。提高动手能力和排除故障的能力。 1.2

课题研究的内容

本系统采用模块化设计智能抢答器，在抢答比赛中广泛应用，各组分别有一个抢答按钮。主持人有开始和结束、复位键。在后台主持人可以修改，抢答时间和选手回答问题的时间设置，原始状态下抢答时间为20s，回答问题时间为30s。通过加键和减键修改上述时间，改完后结束键确定。新时间开始有效，主持人按键开始后，选手开始抢答为有效，数码显示屏显示抢答时间倒计时和选手号，在最后五秒扬声器发生提示。如果主持人没有按下开始键而选手就抢答视为犯规，数码显示屏显示犯规者的代号，扬声器持续发生。主持人可按键结束，新一轮抢答开始。

通过研究并在设计验证后发现，采用单片机技术设计的抢答器与目前常用的抢答器相比，首先，电路连接简单，因为大多数功能单元都通过程序设计在单片机内部，第二，工作性能可靠，抗干扰能力优于目前抢答器。所以本研究是一个实用的工程设计，具有创新性。

本论文章节的结构和内容如下：

第一章：绪论。简要介绍了抢答器的发展现状，说明了本课题研究的内容。 第二章：抢答器系统概述。说明了抢答器的工作过程和主要功能，并定下了本课题要达到的设计目标。

第三章：抢答器的硬件电路的设计。详细描述了本课题各个组成电路单元的设计。 第四章：抢答器的软件设计，并编程序。

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第五章：Proteus仿真，仿真出结果。

第六章：总结。总结课题设计，指出设计中的一些问题，提出改善的意见，并展望抢答器的未来设计。

而且目前多数抢答器存在3个不足之处[3]：第一，现场线路连接复杂。因为每个选手位于抢答现场的不同位置，每个选手与控制台之间要有长长的连接线。选手越多，连接线就越多、越乱，这些连接线不仅影响了现场的美观，而且降低了抢答器的可靠性，增加了安装的难度，甚至影响了现场人员的走动。第二，电路复杂。因为单片机只完成号码处理、计时、数据运算等功能，其它功能如选手号码的识别、译码、计分显示等仍只能通过数字集成电路完成。采用单片机扫描技术识别选手抢按号码时，电路的延迟时间较大。第三，选手抢按成功，但出现没有抢答被记录的问题。

2 抢答器的系统概述

2.1

系统的主要功能

本系统是借用单片机采用模块化设计的八路抢答器，包括8路抢答按纽、计时显示、提示功能等（根据需要可另设或多设相关功能）、开始与结束控制按钮、时限设定、各种相关显示调控功能等（根据需要也可另设或多设相关功能）。

参赛者系统，除享有抢答按纽的权利功能外，还有人性化的提示功能和时间提示功能，也可设定由主控控制在参赛者终端表现的趣味性功能等；主控系统的控制按钮做开始与结束控制，根据活动参赛者的层次，对提前抡答者的行为设定为非法或阻隔，若设有非法抢答控制功能时，在主控处带有公示性显示的非法抡答者的台位号，对抢答限时及回答问题限时设为倒计时，并有显示提示。

系统的主要功能模块方框图如图1所示。

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时钟 复位电路 开始、结束 按键输入 加一、减一 按键输入 单片机4位七段数码管显示 = 8路抢答 按键输入 图1 系统主要功能模块

本系统采用模块化设计的八路抢答器，在抢答比赛中广泛应用，各组分别有一个抢答按钮。一共有8个按键输入，分别对应8路选手的抢答按键。

主持人有开始和结束键。在后台主持人可以修改，抢答时间和选手回答问题的时间设置，原始状态下抢答时间为20s，回答问题时间为30s。通过加键和减键修改上述时间，改完后结束键确定。新时间开始有效，主持人按键开始后，选手开始抢答为有效，数码显示屏显示抢答时间倒计时和选手号，在最后五秒扬声器发生提示。如果主持人没有按下开始键而选手就抢答视为犯规，数码显示屏显示犯规者的代号，扬声器持续发生。主持人可按键结束，新一轮抢答开始。

单片机是整个抢答器的核心，内部电路设计用汇编语言编写。它完成了时间参数的设定，抢按号码的译码，保存；显示；输出，抢按及答题倒计时功能等。

本设计中，有一个共阴的数码管组，四个数码管。其中两个显示时间，一个空位，一个显示抢答号码。主持人依次按下复位键（RESET），开始键后开始抢答。可以抢按：超时数码管显示“FFF”，当抢按超过规定时间或答题超过规定时间后数码管显示“FFF”。若有选手在规定时间内抢按成功，则可以答题，数码管显示抢答时间的同时也显示选手号码。若在按开始键前抢答表示违规，数码管显示“FF”并显示选手号码。

AT89C51 声音电路

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2.2

系统需求分析

1、在抢答中，只有开始后抢答才有效，如果在开始抢答前抢答为无效。 2、抢答限定时间和回答问题的时间可以在1～99s设定。

3、可以显示是哪位选手有效抢答和无效抢答，正确按键后有音乐提示。 4、抢答时间和回答问题时间倒记时显示，时间完后系统自动复位。 5、抢答限定时间内使用锦囊回答时间将加到60s。 6、按键锁定，在有效状态下，按键无效非法。 2.3

抢答器的工作流程

抢答器的基本工作原理[4]：在抢答竞赛或呼叫时，有多个信号同时或不同时送入主电路中，抢答器内部的寄存器工作，并识别、记录第一个号码，同时内部的定时器开始工作，记录有关时间并产生超时信号。在整个抢答器工作过程中，显示电路、声音电路等还要根据现场的实际情况向外电路输出相应信号。抢答器的工作流程分为：系统复位、正常流程、违例流程等几部分，如图2所示，下面分别予以介绍。

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加载程序 运 行 正常流程 违规流程 开始 开始前有选手抢按 开始数码管显 示FFF开始抢 按时间倒计时 显示违例选手号码并伴有语音报警 倒计时结 束，超时 有选手 抢按 显示FFF 显示选手号码，倒计 时时间,语音报警，答 题,答题时间倒计时 若超过答题 时间，则数 码管显示FFF 答题完毕 根据选手表现，规 则由主持人减分

图2 抢答器工作流程

2.4 抢答器的工作过程

1、如果想调节抢答时间或答题时间，按“加一”键或“减一”键进入调节状态，此时会显示现在设定的抢答时间或回答时间值，如想加一秒按一下\加1s\键，如果想减一秒按一下“减1s”键，时间LED上会显示改变后的时间，调整范围为0~99s， 0s时

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再减1s会跳到99，99s时再加1s会变到0s。

2、主持人按\抢答开始\键，会有提示音，并立刻进入抢答倒计时（预设20s抢答时间），如有选手抢答，会有提示音，并会显示其号数并立刻进入回答倒计时（预设30s抢答时间），不进行抢答查询，所以只有第一个按抢答的选手有效。倒数时间到小于5s会每秒响一下提示音。

3、如倒计时期间，主持人想停止倒计时可以随时按“停止”按键，系统会自动进入准备状态，等待主持人按“抢答开始”进入下次抢答计时。

4、如果主持人未按“抢答开始”键，而有人按了抢答按键，犯规抢答，LED上不断闪烁FF和犯规号数并响个不停，直到按下“停止” 键为止。

总而言之，本课题利用AT89C51单片机及外围接口实现的抢答系统设计了抢答器，该抢答器增加了新功能、提高了系统的可靠性、简化了电路结构、节约了成本，是一个实用的工程设计。

3 系统总体方案的设计

3.1

硬件电路的设计

本设计分为硬件设计和软件设计，这两者相互结合，不可分离；从时间上看，硬件设计的绝大部分工作量是在最初阶段，到后期往往还要做一些修改。只要技术准备充分，硬件设计的大返工是比较少的，软件设计的任务贯彻始终，到中后期基本上都是软件设计任务，随着集成电路技术的飞速发展，各种功能很强的芯片不断出现，使硬件电路的集成度越来越高，硬件设计的工作量在整个项目中的所占的比重逐渐下降。为使硬件电路设计尽可能合理，应注意以下几方面[7]：

(1) 尽可能采用功能强的芯片，以简化电路，功能强的芯片可以代替若干普通芯片，随着生产工艺的提高，新型芯片的的价格不断下降，并不一定比若干普通芯片价格的总和高。

(2) 留有设计余地。在设计硬件电路时，要考虑到将来修改扩展的方便。因为很少有一锤定音的电路设计，如果现在不留余地，将来可能要为一点小小的修改或扩展而被迫进行全面返工。

(3) 程序空间，选用片内程序空间足够大的单片机，本设计采用AT89C51单片机。

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(4) RAM空间，AT89C51内部RAM不多，当要增强软件数据处理功能时，往往觉得不足。如果系统配置了外部RAM，则建议多留一些空间。如选用8155作I/O接口，就可以增强256字节RAM。如果有大批数据需要处理，则应配置足够的RAM，如6264，62256等。随着软件设计水平的提高，往往只要改变或增加软件中的数据处理算法，就可以使系统功能提高很多，而系统的硬件不必做任何更换就使系统升级换代。只要在硬件电路设计初期考虑到这一点，就应该为系统将来升级留足够的RAM空间，哪怕多设计一个RAM的插座，暂不插芯片也好。

(5) I/O端口：在样机研制出来后进行现场试用时，往往会发现一些被忽视的问题，而这些问题不是靠单纯的软件措施来解决的。如有些新的信号需要采集，就必须增加输入检测端；有些物理量需要控制，就必须增加输出端。如果在硬件电路设计就预留出一些I/O端口，虽然当时空着没用，那么用的时候就派上用场了。 3.2

总体原理图

图4 系统原理图

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图中U1为单片机AT89C51，U2为芯片74HC30，U3为芯片74LS04。K1~K8分别为8路抢答按键，分别接到单片机的P1.0~P1.7中。开始按键与结束按键分别接到单片机的10、11脚，由于单片机的10、11脚既有串行接口RXD、TXD功能，又有P3.0、P3.1的IO端口功能，此处按键用到单片机10、11脚的IO端口功能。抢答时间调整按键和回答时间调整按键分别接到单片机的13、14管脚，加一按键和减一按键分别接到单片机的15、16管脚。4位七段数码管段选P0口。4位七段数码管的位选接P2口低3位，蜂鸣器输出为P3.7口[8]。

3.3

时钟频率电路的设计

单片机必须在时钟的驱动下才能工作。在单片机内部有一个时钟振荡电路，只需要外接一个振荡源就能产生一定的时钟信号送到单片机内部的各个单元，决定单片机的工作速度。时钟电路如图5所示。

图5 外部振荡源电路

一般选用石英晶体振荡器。此电路在加电大约延迟10ms后振荡器起振，在XTAL2引脚产生幅度为3V左右的正弦波时钟信号，其振荡频率主要由石英晶振的频率确定。电路中两个电容 C1，C2的作用有两个：一是帮助振荡器起振；二是对振荡器的频率进行微调。C1，C2的典型值为20PF。

单片机在工作时，由内部振荡器产生或由外直接输入的送至内部控制逻辑单元的时钟信号的周期称为时钟周期。其大小是时钟信号频率的倒数，常用fosc表示。图中时钟频率为12MHz，即fosc=12MHz，则时钟周期为1/12μs。

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3.4

复位电路的设计

单片机的第9脚RST为硬件复位端，只要将该端持续4个机器周期的高电平即可实现复位，复位后单片机的各状态都恢复到初始化状态，其电路图如图6所示：

图6 复位电路

图6中由按键RESET1以及电解电容C3、电阻R2构成按键及上电复位电路。由于单片机是高电平复位，所以当按键RESET1按下时候，单片机的9脚RESET管脚处于高电平，此时单片机处于复位状态。当上电后，由于电容的缓慢充电，单片机的9脚电压逐步由高向低转化，经过一段时间后，单片机的9脚处于稳定的低电平状态，此时单片机上电复位完毕，系统程序从0000H开始执行。

值得注意的是，在设计当中使用到了硬件复位和软件复位两种功能，由上面的硬件复位后的各状态可知寄存器及存储器的值都恢复到了初始值，而前面的功能介绍中提到了倒计时时间的记忆功能，该功能的实现的前提条件就是不能对单片机进行硬件复位，所以设定了软复位功能。软复位实际上就是当程序执行完毕之后，将程序指针通过一条跳转指令让它跳转到程序执行的起始地址。 3.5

显示电路的设计

显示功能与硬件关系极大，当硬件固定后，如何在不引起操作者误解的前提下提供尽可能丰富的信息，全靠软件来解决。

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在这里我们使用的是七段数码管显示，通常在显示上我们采用的方法一般包括两种：一种是静态显示，一种是动态显示。其中静态显示的特点是显示稳定不闪烁，程序编写简单，但占用端口资源多；动态显示的特点是显示稳定性没静态好，程序编写复杂，但是相对静态显示而言占用端口资源少。在本设计中根据实际情况采用的是动态显示方法。

通过查表法，将其在数码管上显示出来，其中P0口为字型码输入端，P2口低3位为字选段输入端。在这里我们通过查表将字型码送给7段数码管显示的数字，数码管显示原理如下：

MOV A,R3

MOVC A,@A+DPTR MOV P2,#0feH MOV P0,A ACALL DELAY MOV DPTR,#DAT2 MOV A,R5

MOVC A,@A+DPTR MOV P2,#0fdH MOV P0,A ACALL DELAY MOV A,R4

MOVC A,@A+DPTR MOV P2,#0fbH MOV P0,A ACALL DELAY RET

4位七段数码管显示电路如图7所示。

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图7 共阴极数码管

图7中数码管采用的是4位七段共阴数码管，其中A~H段分别接到单片机的P0口，由单片机输出的P0口数据来决定段码值，位选码COM1、COM3、COM4分别接到单片机的P2.0、P2.1、P2.2，由单片机来决定当前该显示的是哪一位。在图中还有八个1K的电阻，连接在P0口上，用作P0口的上拉电阻，保证P0口没有数据输出时候处于高电平状态。 3.6

键盘扫描电路的设计

键盘是人与单片机打交道的主要设备。关于键盘硬件电路的设计方法也可以在文献和书籍中找到，配合各种不同的硬件电路，这些书籍中一般也提供了相应的键盘扫描程序。站在系统监控软件设计的立场上来看，仅仅完成键盘扫描，读取当前时刻的键盘状态是不够的，还有不少问题需要妥善解决，否则，人们在操作键盘就容易引起误操作和操作失控现象。在单片机应用中键盘用得最多的形式是独立键盘及矩阵键盘。

它们各有自己的特点，其中独立键盘硬件电路简单，而且在程序设计上也不复杂，一般用在对硬件电路要求不高的简单电路中；矩阵键盘与独立键盘有很大区别，首先在硬件电路上它要比独立键盘复杂得多，而且在程序算法上比它要烦琐，但它在节省端口资源上有优势得多，因此它更适合于多按键电路。其次就是消除在按键过程中产生的“毛

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刺”现象。这里采用最常用的方法，即延时重复扫描法，延时法的原理为：因为“毛刺”脉冲一般持续时间短，约为几ms，而我们按键的时间一般远远大于这个时间,所以当单片机检测到有按键动静后再延时一段时间(这里我们取10ms)后再判断此电平是否保持原状态,如果是则为有效按键，否则无效。

在本文设计中采用了独立键盘的方式，本设计中有8个抢答按键输入，一个开始按键、一个结束按键，此外还有抢答时间调整键、回答时间调整键，加一按键、减一按键各一个。如图8所示。

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图8 抢答按键及调整按键

在图8中8个抢答按键分别接入单片机的P1.0~P1.7端口，单片机通过读取P1.0~P1.7的值来判断当前输入的是8个抢答按键中的哪一个。抢答时间调整和回答时间调整接到单片机的P3.3和P3.4接口，加一及减一按键接到单片机的P3.5和P3.6接口。

图9 开始、结束按键

在图9中，开始及结束按键接到单片机的10、11脚，这里用到了单片机10、11脚复合功能中的IO端口功能，单片机通过读取10、11脚的P3.0、P3.1的IO端口值来判断当前是否处于抢答开始状态或抢答结束状态。

按键的触点在闭合和断开时均会产生抖动，这时触点的逻辑电平是不稳定的，如不妥善处理，将会引起按键命令的错误执行或重复执行。现在一般均用软件延时的方法来避开抖动阶段，这一延时过程一般大于5ms，例如取10-20ms。如果监控程序中的读键操作安排在主程序（后台程序）或键盘中断（外部中断）子程序中，则该延时子程序便可直接插入读键过程中。如果读键过程安排在定时中断子程序中，就可省去专门的延时子程序，利用两次定时中断的时间间隔来完成抖动处理。

K1～K8八个按键的输入电平靠74HC30输入与非门和74LS04反向器组成的电路改变输入电平。图10中电路就是由一个74HC30输入与非门和74LS04反向器组成的去抖电路。

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图10 去抖电路

3.7

发声电路

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矩形波，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。

本文设计如图11所示。图中单片机的14脚输出具有复合功能，此处用到了单片机17脚的IO端口功能，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。

图11 发声电路

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3.8

系统复位

使CPU进入初始状态，从0000H地址开始执行程序的过程叫系统复位。从实现系统复位的方法来看，系统复位可分为硬件复位和软件复位。硬件复位必须通过CPU外部的硬件电路给CPU的RESET端加上足够时间的高电位才能实现。上电复位，人工按钮复位和硬件看门狗复位均为硬件复位。硬件复位后，各专用寄存器的状态均被初始化，且对片内通用寄存器的内容没有影响。但是，硬件复位还能自动清除中断激活标志，使中断系统能够正常工作，这样一个事实却容易为不少编码人员所忽视。软件复位就是用一系列指令来模拟硬件复位功能，最后通过转移指令使程序从0000H地址开始执行。对各专用寄存器的复位操作是容易的，也没有必要完全模拟，可根据实际需要去主程序初始化过程中完成。而对中断激活标志的清除工作常被遗忘，因为它没有明确的位地址可供编程。有的编程人员用020000（LJMP 0000H）作为软件陷阱，认为直接转向0000H地址就完成了软件复位，就是这类错误的典型代表。软件复位是使用软件陷阱和软件看门狗后必须进行的工作，这时程序出错完全有可能发生在中断子程序中，中断激活标志已置位，它将阻止同级中断响应。由于软件看门是高级中断，它将阻止说要中断响应，由此可见清除中断激活标志的重要性。

在所有的指令中，只有RETI指令能够清除中断激活标志。出错处理程序ERR主要完成这一功能，其他的善后工作交由复位后的系统去完成。

程序一般先关中断，以便后续处理能顺利进行，然后用两个RETI指令代替两个LJMP指令，从而清除了两级中断激活标志。有相应软件陷阱捕捉来的程序可能没有全部激活两个标志，这也无妨。

有复位时系统的历史状况，可将复位分为“冷启动”和“热启动”。 “冷启动”时，系统的状态全部无效，进行彻底的初始化操作；而“热启动”时，对系统的当前状态进行修复和有选择的初始化。系统初次上电投入运行时，必须是“冷启动”，以后由抗干扰措施引起的复位操作一般均为“热启动”初次上电投入运行时，必须是“冷启动”，以后由抗干扰措施引起的复位操作一般均为“热启动”。为了使系统能正确决定采用何种启动方式，常用上电标志来区分，如图12所示。

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复位 关中断，设定堆栈 上电标志 冷启自检 全面初始热启动恢复被破坏的信息部分初始化 建立上电标志 开始运转

图12 系统复位策略图

4 软件设计

4.1

主程序系统结构图

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系统初始化模块 按键模块 非法抢答模块 正确抢答模块 调整抢答时间 调整回答时间数码显示模块

图13软件系统结构图

4.2 程序流程图

在本设计中包括了以下主要的程序：主程序，查询程序，非法抢答程序，抢答时间调整程序，回答时间调整程序，倒计时程序，正常抢答处理程序，犯规处理程序，显示及发声程序。主流程图如14所示：

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初始化 显示FFF 开始键 Y 去抖动 加一键 Y Y 减一键 调整抢 答时间 显示 犯规 非法抢 答处理 正常 抢答 显示抢答 号并倒计时 回答 时间 图14 程序设计流程图

4.3

主要程序分析

主程序：

OK EQU 20H ;抢答开始标志位 RING EQU 22H ;响铃标志位

DATA0 EQU 36H ;抢答按键口数据存放地址 ORG 0000H

AJMP MAIN ORG 0003H

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AJMP INTT0 ORG 000BH AJMP T0INT ORG 001BH AJMP T1INT ORG 0040H

MAIN: MOV R1,#20 MOV R2,#30 mov 38h,#60 MOV TMOD,#11H MOV TH0,#0F0H

MOV TL0,#0FFH MOV TH1,#3CH

MOV TL1,#0B0H SETB EA SETB ET0

SETB ET1 CLR OK CLR RING SETB TR1

SETB TR0 FFF.如果想重新计数,重置TH1/TL1就可以了 查询程序：

START: MOV DATA0,#0FFH MOV R5,#0BH MOV R4,#0BH MOV R3,#0BH

ACALL DISPLAY

JNB P3.3,SELSUB0

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;初设抢答时间为20s ;初设答题时间为30s ;启用锦囊时间从60s倒计时 ;设置未定时器/模式1 ;越高发声频率越高,越尖 ;50ms为一次溢出中断 ;允许二个中断,T0/T1 ;一开始就运行定时器,以开始显示 ;初始化 ;未开始抢答时候显示FFF

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JNB P3.4,TZ3 ;倒计时调整 JB P3.0,NEXT

ACALL DELAY

JB P3.0,NEXT ;去抖动,如果“开始键”按下就向下执行,否者跳到非法抢答查询

SETB EX0 ;开放INT0

ACALL BARK MOV A,R1

MOV R6,A SETB OK 断是抢答倒计时还是回答倒计时

MOV R3,#0AH AJMP COUNT 答的程序”在COUNT里面

NEXT: JNB P1.0,FALSE1 JNB P1.1,FALSE2 JNB P1.2,FALSE3 JNB P1.3,FALSE4 JNB P1.4,FALSE5 JNB P1.5,FALSE6 JNB P1.6,TZ1 JNB P1.7,TZ2 AJMP START TZ1: AJMP FALSE7 TZ2: AJMP FALSE8 TZ3: AJMP SELSUB1

非法抢答处理程序：

FALSE1: MOV R3,#01H AJMP ERROR

;按键发声

;送R1->R6,因为R1中保存了抢答时间 ;抢答标志位,在使用锦囊时用作判 ;抢答只显示计时,灭号数 ;进入倒计时程序,“查询有效抢20

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FALSE2: MOV R3,#02H AJMP ERROR FALSE3: MOV R3,#03H AJMP ERROR FALSE4: MOV R3,#04H AJMP ERROR FALSE5: MOV R3,#05H AJMP ERROR FALSE6: MOV R3,#06H AJMP ERROR FALSE7: MOV R3,#07H AJMP ERROR FALSE8: MOV R3,#08H AJMP ERROR

SELSUB0(抢答时间R1调整程序)：SELSUB0: MOV A,R1 MOV B,#0AH DIV AB MOV R5,A MOV R4,B MOV R3,#0AH

ACALL DISPLAY JNB P3.5,INC0 JNB P3.6,DEC0 JNB P3.1,BACK0 BACKO

AJMP SELSUB0 INC0: MOV A,R1

CJNE A,#63H,ADD0

;先在两个时间LED上显示R1 ;P3.5为+1s键,如按下跳到INCO ;P3.6为-1s键,如按下跳到DECO ;P3.1为确定键,如按下跳到 ;如果不是99,R2加1,如果加到

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99,R1就置0，重新加起。

MOV R1,#00H ACALL DELAY1 AJMP SELSUB0 ADD0: INC R1 ACALL DELAY1 AJMP SELSUB0 DEC0: MOV A,R1

JZ SETR1 DEC R1

ACALL DELAY1 AJMP SELSUB0 SETR1: MOV R1,#63H ACALL DELAY1 AJMP SELSUB0 BACK0: AJMP START

SELSUB1(回答时间R2调整程序)：SELSUB1: MOV A,R2 MOV B,#0AH DIV AB MOV R5,A MOV R4,B MOV R3,#0AH ACALL DISPLAY JNB P3.5,INC1 JNB P3.6,DEC1 JNB P3.1,BACK1 AJMP SELSUB1 INC1: MOV A,R2

;如果R1为0, R1就置99，22

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CJNE A,#63H,ADD1 MOV R2,#00H ACALL DELAY1 AJMP SELSUB1 ADD1: INC R2

ACALL DELAY1 AJMP SELSUB1 DEC1: MOV A,R2

JZ SETR2 DEC R2 ACALL DELAY1 AJMP SELSUB1 SETR2: MOV R2,#63H ACALL DELAY1 AJMP SELSUB1 BACK1: AJMP START

启用锦囊程序：

REPEAT:MOV A,38h ;使用锦囊时重新计时 MOV R6,A

CLR RING ;当倒计时进入最后5秒的时候，启用锦囊能消除蜂鸣

倒计时程序(抢答倒计时和回答倒计时都跳到改程序)：

COUNT: MOV R0,#00H ;重置定时器中断次数 MOV TH1,#3CH

MOV TL1,#0B0H ;重置定时器

RECOUNT:MOV A,R6 ;R6保存了倒计时的时间，之前先将抢答时间或回答时间给R6

MOV B,#0AH

DIV AB ;除十分出个位/十位

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MOV 30H,A ;十位存于(30H) MOV 31H,B ;个位存于(31H) MOV R5,30H ;取十位 MOV R4,31H ;取个位 MOV A,R6 SUBB A,#07H

JNC LARGER ;大于5s跳到LARGER，小于等于5s会提醒

MOV A,R0

CJNE A,#0AH,FULL ;1s中0.5s向下运行 CLR RING AJMP CHECK

FULL: CJNE A,#14H,CHECK ;下面是1s的情况，响并显示号数并清R0，重新计

SETB RING MOV A,R6

JZ QUIT ;计时完毕 MOV R0,#00H

DEC R6 ;一秒标志减1 AJMP CHECK LARGER: MOV A,R0

CJNE A,#14H,CHECK ;如果1s向下运行，否者跳到“停/显示” DEC R6 ;计时一秒R6自动减1 MOV R0,#00H

CHECK: JNB P3.1,QUIT ;如按下停止键退出 JNB OK,CHECKK ;只在回答倒计时才有效 AJMP NEXTT

CHECKK:JNB P3.0,REPEAT ;判断是否使用锦囊 NEXTT: ACALL DISPLAY

JB OK,ACCOUT;如果是抢答倒计时，如是则查询抢答，否者跳过查询继续

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倒数(这里起到锁抢答作用)

AJMP RECOUNT ACCOUT:MOV A,DATA0 JNB ACC.0,TRUE1 JNB ACC.1,TRUE2 JNB ACC.2,TRUE3 JNB ACC.3,TRUE4 JNB ACC.4,TRUE5 JNB ACC.5,TRUE6 JNB ACC.6,TZ7 JNB ACC.7,TZ8 AJMP RECOUNT TZ7: AJMP TRUE7 TZ8: AJMP TRUE8

QUIT: CLR OK CLR RING AJMP START

正常抢答处理程序：

TRUE1: ACALL BARK MOV A,R2

MOV R6,A MOV R3,#01H

CLR OK 答

AJMP COUNT TRUE2:ACALL BARK MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#02H

;如果按下了“停止键”执行的程序 ;抢答时间R2送R6 ;因为答题的计时不再查询抢答，所以就锁了抢25

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CLR OK AJMP COUNT TRUE3:ACALL BARK MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#03H CLR OK AJMP COUNT TRUE4:ACALL BARK MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#04H CLR OK AJMP COUNT TRUE5: ACALL BARK MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#05H CLR OK AJMP COUNT TRUE6: ACALL BARK MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#06H CLR OK AJMP COUNT TRUE7: ACALL BARK MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#07H

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CLR OK AJMP COUNT TRUE8: ACALL BARK MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#08H CLR OK AJMP COUNT

犯规抢答程序：

ERROR: MOV R0,#00H MOV TH1,#3CH MOV TL1,#0B0H

MOV 34H,R3 HERE: MOV A,R0

CJNE A,#06H,FLASH CLR RING MOV R3,#0AH MOV R4,#0AH

MOV R5,#0AH AJMP CHECK1

FLASH: CJNE A,#0CH,CHECK1 R0，重新计

SETB RING MOV R0,#00H

MOV R3,34H MOV R5,#0BH

MOV R4,#0BH AJMP CHECK1 CHECK1: JNB P3.1,QUIT1

;犯规号数暂存与(34H) ;0.3s向下运行->灭并停响 ;三灯全灭 ;下面是0.8s的情况，响并显示号数并清 ;取回号数 ;显示FF和号数 27

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ACALL DISPLAY AJMP HERE QUIT1: CLR RING CLR OK AJMP START 显示程序：

DISPLAY:MOV DPTR,#DAT1 ;查表显示程序，利用P0口做段选码口输出/P2低三位做位选码输出

MOV A,R3

MOVC A,@A+DPTR MOV P2,#0feH MOV P0,A ACALL DELAY MOV DPTR,#DAT2 MOV A,R5

MOVC A,@A+DPTR MOV P2,#0fdH MOV P0,A ACALL DELAY MOV A,R4

MOVC A,@A+DPTR MOV P2,#0fbH MOV P0,A ACALL DELAY RET

DAT1:DB 00h,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,71H ;\灭\灭\

DAT2:DB 3fh,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,71H ;第一个为零,其他与上相同,因为十位如果为零显示熄灭

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加减时间延时(起到不会按下就加N个数)：

DELAY1: MOV 35H,#08H LOOP0: ACALL DISPLAY DJNZ 35H,LOOP0 RET

延时(显示和去抖动用到)：

DELAY: MOV 32H,#12H LOOP: MOV 33H,#0AFH LOOP1: DJNZ 33H,LOOP1 DJNZ 32H,LOOP RET 发声程序：

BARK: SETB RING ACALL DELAY1 ACALL DELAY1

CLR RING RET

TO溢出中断(响铃程序) ：

T0INT: MOV TH0,#0ECH MOV TL0,#0FFH JNB RING,OUT;

CPL P3.7 发出一定频率的声音

OUT: RETI

T1溢出中断(计时程序)：

;按键发声 ;RING标志位为1时候P3.7口不断取反使喇叭

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T1INT: MOV TH1,#3CH MOV TL1,#0B0H INC R0 RETI

中断服务程序：

INTT0: MOV DATA0,P1 CLR EX0 RETI END

5 Proteus仿真系列组图

5.1

复位图

图15 复位显示三个FFF

该图显示当单片机复位后，在4位七段数码管上显示的初始状态“F FF”字符。

5.2

设置计时时间

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图16 计时时间为17秒

该图显示通过加一按键操作后在4位数码管上显示的计时时间为17秒。 5.3

非法抢答并显示座号

图17 三号选手非法抢答

该图显示的是若三号选手非法抢答时候，第一位字符显示单片机判定的非法选手“3”号选手，在4位数码管上的后两位显示非法抢答字符“FF”。 5.4

抢答成功并显示倒计时

图18 六号选手抢答

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图中显示的是若6号选手抢答成功的时候，4位数码管的第一显示是“6”号选手抢答成功，最后两位显示选手答题倒计时时间还有25秒。

。

6 总结

本文研究与设计的八路多功能抢答器采用了通用的电子元器件，利用AT89C51单片机及外围接口实现抢答系统，利用单片机的定时器/计数器定时和记数的原理，将软、硬件有机地结合起来。理论联系实践，体现出大学生动手能力。通过查资料和搜集有关的文献，培养了自学能力和动手能力。并且由原先的被动的接受知识转换为主动的寻求知识，这可以说是学习方法上的一个很大的突破。在以往的传统的学习模式下，我们可能会记住很多的书本知识，但是通过毕业论文，我们学会了如何将学到的知识转化为自己的东西，学会了怎么更好的处理知识和实践相结合的问题。把握重点、攻克难关，学到用到、活学活用。在设计过程中由于时间仓促有很多地方难免存在不足之处，硬件设计已经完成，在软件设计中有些功能还尚未开发出来。但在以后的工作中，我们会严格要求自己，追求完美。

整个设计通过了软件和硬件上的调试、仿真。我想这对于自己以后的学习和工作都会有很大的帮助的。在这次设计中遇到了很多实际性的问题，在实际设计中才发现，书本上理论性的东西与在实际运用中的还是有一定的出入的，所以有些问题不但要深入地理解，而且要不断地更正以前的错误思维。对于单片机设计，其硬件电路是比较简单的，主要是解决程序设计中的问题。而程序设计是一个很灵活的东西，它反映了你解决问题的逻辑思维和创新能力。它才是一个设计的灵魂所在。因此在整个设计过程中大部分时间是用在程序上面的。很多子程序是可以借鉴书本上的，但怎样衔接各个子程序才是关键的问题所在，这需要对单片机的结构很熟悉。因此可以说单片机的设计是软件和硬件的结合，二者是密不可分的。

但是，通过这次设计我也发现自己的很多不足之处。在设计过程中我发现自己考虑问题很不全面，自己的专业知识掌握的很不牢固，所掌握的计算机应用软件还不够多，我希望自己的这些不足之处能在今后的工作和学习中得到改善。而且，通过这次设计，我懂得了学习的重要性，学会了坚持和努力，这将为以后的学习做出了最好的榜样！

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7 致谢

本课程设计是在我的指导老师刘旭老师的亲切关注和细心指导下完成的，在设计过程中，自始至终凝聚着导师的心血。在课题进行当中，还得到了其他老师的细心指导和诸多帮助。他们的无私帮助和耐心指导也是我得以完成本课题的关键。在此，我向他们表示由衷的感谢和深切的问候。此间我还得到了同学们诸多指导，在此表示感谢。

我还要感谢我的一些同学，他们在我最需要帮助的时候无私的伸出了援助之手，在此，对于他们无私的帮助我表示深深的感谢。可以说如果没有他们的帮助我就不可能顺利的完成毕业设计。

真诚的感谢所有的帮助过我的老师们、同学们和朋友们。

感谢对本设计进行评审的老师们，感谢你们给我提出宝贵意见和建议。

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参 考 文 献

[1] 程相波,卫安军.基于MCS-51单片机的八路抢答器设计方法研究[J].北京工业职业技术学院学报,2007,(2).

[2]林凌,李刚,丁茹,李小霞.新型单片机接口器件与技术[M].西安:西安电子科技大学出版社,2005年.

[3]李增生.对《抢答器》的改进[J].电子制作,2000,(12). [4]马轲瀛.八路数字抢答器系统[J].华商，2007,(23).

[5]高伟.AT89单片机原理及应用[M].北京:国防工业出版社，2008年.

[6]蔡朝阳.单片机控制实习与专题制作[M].北京:北京航空航天大学出版社,2006年. [7]杨凌霄.微型计算机原理及应用[M].江苏:中国矿业大学出版社,2004年. [8]丁建伟.抢答器电路设计[J].兰州工业高等专科学校学报,2008,(04).

[9] 胡学海.单片机原理及应用系统设计[M].北京:北京电子工业出版社，2005年.

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/p7k6.html