謝道平

(安徽財(cái)經(jīng)大學(xué) 管理科學(xué)與工程學(xué)院，安徽 蚌埠 233031)

基于Proteus仿真的單片機(jī)多功能智能搶答器的設(shè)計(jì)

謝道平

(安徽財(cái)經(jīng)大學(xué) 管理科學(xué)與工程學(xué)院，安徽 蚌埠 233031)

介紹一種以AT89S52單片機(jī)為核心控制器，在Proteus軟件環(huán)境下，從硬件電路建立和軟件設(shè)計(jì)兩方面闡述了智能搶答器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程和方法。通過(guò)仿真運(yùn)行，表明該搶答器能夠及時(shí)準(zhǔn)確的顯示第一有效搶答信號(hào)，具有反應(yīng)快、區(qū)分度高、操作簡(jiǎn)便和實(shí)用性強(qiáng)等特點(diǎn)。證明了本文闡述的方案和設(shè)計(jì)方法是可行的。

搶答器;單片機(jī);Proteus

0 引言

現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)手段由手工設(shè)計(jì)到EDA階段，再到虛擬設(shè)計(jì)階段，人們不斷提高設(shè)計(jì)水平與效率。Proteus電子系統(tǒng)仿真與開(kāi)發(fā)平臺(tái)是一款可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字電路、模擬電路、微控制器系統(tǒng)仿真以及PCB設(shè)計(jì)等功能的EDA軟件。從元器件的選取到連線，直至電路的調(diào)試、分析和軟件的編譯，都是在虛擬環(huán)境下進(jìn)行，這樣就避免了傳統(tǒng)電子電路設(shè)計(jì)中方案更換帶來(lái)的多次重復(fù)購(gòu)買(mǎi)元器件及制板，在節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間與經(jīng)費(fèi)的同時(shí)，提高了設(shè)計(jì)效率與質(zhì)量。

本文在Proteus基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出一款可以實(shí)現(xiàn)八路搶答和倒計(jì)時(shí)顯示功能的搶答器，該搶答器由AT89S52單片機(jī)為控制核心，能根據(jù)不同的搶答輸入信號(hào)，經(jīng)過(guò)單片機(jī)的控制處理并產(chǎn)生不同的與輸入信號(hào)相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)，最后通過(guò)液晶顯示屏正確地顯示相應(yīng)的路數(shù)，同時(shí)搶答時(shí)間也被顯示和限制。在搶答時(shí)，其他選手搶答無(wú)效，即其按鍵操作無(wú)效。

1 設(shè)計(jì)要求

①可同時(shí)供8名選手(或代表隊(duì))參賽，其編號(hào)分別是0到7，各用一個(gè)搶答按鈕，按鈕的編號(hào)與選手的編號(hào)相對(duì)應(yīng)。

②給節(jié)目主持人設(shè)置一系列控制開(kāi)關(guān)，用來(lái)控制系統(tǒng)搶答的開(kāi)始、復(fù)位、搶答時(shí)間設(shè)置等功能。

③搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能。搶答開(kāi)始后，若有選手按動(dòng)搶答按鈕，編號(hào)立即鎖存，并在LCD顯示屏上顯示出選手的編號(hào)，同時(shí)揚(yáng)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(yōu)先搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。

④搶答器具有定時(shí)搶答的功能，且一次搶答的時(shí)間可以由主持人設(shè)定(如15秒)。先點(diǎn)擊設(shè)定時(shí)間按鈕，然后點(diǎn)擊選擇設(shè)定對(duì)象按鈕進(jìn)行秒與分的設(shè)定，且秒一次按鈕變化5秒，而分是一次變化一分鐘。當(dāng)節(jié)目主持人啟動(dòng)“開(kāi)始”鍵后，要求定時(shí)器立即進(jìn)行減計(jì)時(shí)，并用顯示器進(jìn)行顯示，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)時(shí)間0.5秒左右。

⑤參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效，定時(shí)器停止工作，顯示器上顯示選手的編號(hào)和搶答時(shí)刻的時(shí)間，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出短暫的聲響并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。如果定時(shí)搶答的時(shí)間已到，卻沒(méi)有選手搶答時(shí)，本次搶答無(wú)效，系統(tǒng)進(jìn)行短暫的報(bào)警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時(shí)后搶答，定時(shí)顯示器上顯示00:00。

2 搶答器硬件電路設(shè)計(jì)

根據(jù)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求硬件電路主要分為三個(gè)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(jī)為核心的控制電路模塊，當(dāng)然，單片機(jī)工作必須有電源電路、復(fù)位電路和時(shí)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(jī)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(shè)計(jì)

搶答器輸入信號(hào)由八個(gè)小按鍵控制，當(dāng)有鍵按下的時(shí)候，就產(chǎn)生了有效的輸入信號(hào)。在單片機(jī)系統(tǒng)中一般由軟件來(lái)識(shí)別鍵盤(pán)上的閉合鍵，組成鍵盤(pán)的按鍵有觸點(diǎn)式和非觸點(diǎn)式兩種，而單片機(jī)中應(yīng)用的鍵盤(pán)一般是由機(jī)械觸點(diǎn)構(gòu)成的。為使單片機(jī)能正確地讀出鍵盤(pán)所接I/O的狀態(tài)，對(duì)每一次按鍵只做一次響應(yīng)。必須考慮如何去除按鍵過(guò)程中的抖動(dòng)。常用的去抖的方法有硬件方法和軟件方法兩種，單片機(jī)中常用軟件法。本模塊由8個(gè)按鍵組成，按鍵一端直接與單片機(jī)P3.0－P3.7相連，另一端接地;組成8路搶答的輸入口，同時(shí)采用鍵盤(pán)掃描程序來(lái)判斷哪一鍵被按下。

圖1 搶答器系統(tǒng)總體框圖

2.2 控制電路設(shè)計(jì)

與傳統(tǒng)的搶答器采用小規(guī)模數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)比較，單片機(jī)具有易于使用、區(qū)分度高、反應(yīng)快和電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，本系統(tǒng)單片機(jī)采用AT89S52作為控制系統(tǒng)的核心，在主持人按下開(kāi)始鍵后，當(dāng)有選手按鍵時(shí)，單片機(jī)通過(guò)鍵盤(pán)掃描程序判斷出是哪一路選手，并存儲(chǔ)到單片機(jī)中，然后通過(guò)顯示模塊顯示出哪一路，最后選手在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成搶答，這些動(dòng)作都是在單片機(jī)控制下進(jìn)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(kāi)始和復(fù)位鍵，P1.3和P1.7分別為設(shè)定時(shí)間與選定設(shè)定對(duì)象控制端。

2.3 顯示電路模塊設(shè)計(jì)

該模塊由字符型液晶顯示器1602組成，用來(lái)顯示搶答器信號(hào)的具體路數(shù)的，液晶顯示器的8根數(shù)據(jù)線與單片機(jī)的P2口相連，用來(lái)傳輸數(shù)據(jù)與命令;液晶的使能信號(hào)E、數(shù)據(jù)/命令選擇端RS、讀/寫(xiě)選擇端R/W這3根控制線與單片機(jī)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(shù)據(jù)/命令選擇輸入端口。

根據(jù)上述對(duì)搶答器系統(tǒng)各個(gè)部分的電路設(shè)計(jì)，本文設(shè)計(jì)的完整系統(tǒng)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(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)思路

在單片機(jī)開(kāi)發(fā)中除了必要的硬件設(shè)計(jì)外，同樣離不開(kāi)軟件設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)采用Keil軟件下的單片機(jī)C語(yǔ)言編程環(huán)境，軟件設(shè)計(jì)思路:

①單片機(jī)上電復(fù)位后，首先對(duì)定時(shí)器和液晶進(jìn)行初始化，即執(zhí)行l(wèi)cd_init();timer_init();然后進(jìn)入無(wú)限循環(huán)程序來(lái)判斷“開(kāi)始鍵”是否按下，如果按下，則可以進(jìn)行搶答;沒(méi)有按下，則處于無(wú)限等待。

②在進(jìn)行搶答時(shí)，執(zhí)行鍵盤(pán)掃描程序keyscan()來(lái)判斷哪一個(gè)鍵被選手按下，并記下選手所對(duì)應(yīng)的P3口的信號(hào)，且通過(guò)液晶顯示程序display()顯示其路數(shù)。

③在選手回答問(wèn)題時(shí)，由主持人通過(guò)“設(shè)定時(shí)間和選擇設(shè)定對(duì)象”鍵來(lái)對(duì)選手計(jì)時(shí)，然后按下“開(kāi)始鍵”，則進(jìn)入正常問(wèn)題回答階段，定時(shí)器進(jìn)入倒計(jì)時(shí)程序，選手在規(guī)定時(shí)間內(nèi)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(yùn)行

根據(jù)上述軟件設(shè)計(jì)思想和流程圖在Keil環(huán)境下編輯程序，如液晶初始化程序:(其中液晶寫(xiě)指令void write_com(uchar com);

液晶寫(xiě)數(shù)據(jù)void write_data(uchar date)

voidlcd_init()

{uchar num;lcden=0;

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

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

}［2］

通過(guò)編譯得到.HEX文件，仿真運(yùn)行結(jié)果如圖4所示:

仿真結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的電路原理圖和程序能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)既定的目標(biāo)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文以AT89S52單片機(jī)為核心，在Proteus環(huán)境中設(shè)計(jì)了八路搶答器系統(tǒng)。軟件仿真表明該搶答器能夠及時(shí)準(zhǔn)確的顯示第一有效搶答信號(hào)，具有反應(yīng)快、區(qū)分度高、操作簡(jiǎn)便和實(shí)用性強(qiáng)等特點(diǎn)。

圖4 搶答器電路仿真圖

［1］ 周潤(rùn)景，張麗娜.基于PROTEUS的電路及單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真［M］.北京:北京航天航空大學(xué)出版社，2006.

［2］ 周堅(jiān).單片機(jī)C語(yǔ)言輕松入門(mén)［M］.北京:北京航天航空大學(xué)出版社，2006.

［3］ 李萍，張池，張勃.AT89S51單片機(jī)原理、開(kāi)發(fā)與應(yīng)用實(shí)例［M］.北京:中國(guó)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(wú)為人，講師，主要從事單片機(jī)控制技術(shù)、數(shù)字圖像處理方法等方面研究。

責(zé)任編輯:吳旭云