張智軍

（廣東松山職業(yè)技術學院 電氣工程系，廣東 韶關 512126）

無線搶答記分系統(tǒng)以AT89S52/51單片機為控制核心，可對搶答信號進行無線發(fā)射與接收，具有識別超前違規(guī)信號、倒計時功能、驗鍵、數(shù)碼管顯示等功能。其主要功能包括：1）能容許 2～8 組搶答；2）顯示搶答組號；3）顯示犯規(guī)組號；4）限時搶答；5）各組記分顯示；6）聲音提示與報警；7）時鐘計時顯示。

1 搶答器控制系統(tǒng)組成

根據(jù)系統(tǒng)要求，搶答器分為主持人控制電路和選手控制電路兩大部分。主持人控制電路組成如圖l所示。

圖1 搶答器主持人控制電路結構框圖Fig.1 Structure diagram of the compere circuit

主機采用AT89S52單片機，其性能比較穩(wěn)定[1]，功能完全可以滿足本系統(tǒng)設計要求，包含以下幾部分：功能按鍵電路、選手搶答信號紅外接收譯碼電路、記分數(shù)據(jù)信號編碼紅外發(fā)射電路、數(shù)碼管顯示驅動電路、供電電源電路、系統(tǒng)復位電路、蜂鳴器提示報警電路等。

主持人控制電路是在單片機的最小系統(tǒng)的基礎上，增加了P0口選手搶答信號譯碼輸入/記分數(shù)據(jù)信號編碼輸出、P2口的數(shù)碼管段碼顯示輸出、P1口的主持人控制按鍵輸入[2]、P3口的紅外收發(fā)控制、蜂鳴器等功能。具體的管腳定義如表1所示。

選手控制電路包含以下幾部分：選手搶答信號編碼紅外發(fā)送電路、記分數(shù)據(jù)信號紅外接收譯碼電路、數(shù)碼管顯示驅動電路、供電電源電路、系統(tǒng)復位電路等。選手控制電路主機采用AT89S51單片機，具體的管腳定義如表2所示。

2 硬件電路設計

2.1 選手無線搶答信號編碼發(fā)射電路

選手無線搶答信號編碼發(fā)射電路以AT89S51單片機為控制核心，并由其讀入選手搶答按鍵信號，由單片機的P0口來控制D0～D7，UM3758-108A編碼后由其串行數(shù)據(jù)輸出端TX/RX端送出相應的串行數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)經555構成的調制電路后將產生38 kHz的信號，再由SE303紅外發(fā)射管發(fā)射出去，具體電路如圖2所示。

表1 主持人控制電路中AT89S52的引腳功能配置Tab.1 AT89S52 pin function configuration in the compere circuit

表2 選手控制電路中AT89S51的引腳功能配置Tab.2 AT89S51 pin function configuration in the competitor circuit

圖2 選手無線搶答信號編碼發(fā)射電路圖Fig.2 Coding and transmission of the wireless rush-answer signals in the competitor circuit

UM3758-108A是一種編碼/譯碼雙功能集成電路，它有10個3態(tài)地址編碼端A0～A9，8個鎖存式并行數(shù)據(jù)輸入 （編碼）/輸出（譯碼）端[3]，能方便地實現(xiàn)多地址、多路數(shù)字信息的傳遞和控制。當AT89S51單片機識別到選手搶答信號，由P0口輸出形成UM3758-108A編譯碼器的8位數(shù)據(jù)碼D7～D0，同時由P3.6控制21腳T/R=1時為編碼狀態(tài)，以低3位地址碼A2～A0（高7位地址碼A9～A3接高電平）的不同編碼來區(qū)分8位不同選手的搶答信號，編碼后的串行數(shù)據(jù)由TX/RX端送至SE303紅外發(fā)射電路發(fā)射出去。

2.2 主持人無線搶答信號譯碼接收電路

主持人無線搶答信號譯碼接收電路以AT89S52單片機為控制核心，選手搶答信號先由一體化紅外接收頭HS0038H解調出38 kHz的紅外數(shù)據(jù)，送入UM3758-108A的22腳，AT89S52單片機P3.2、P3.1、P3.0循環(huán)輸出3位二進制地址編碼，當檢測到選手搶答信號的串行輸入數(shù)據(jù)中包含的地址碼與接收電路中UM3758-108A地址碼一致時，發(fā)送芯片與接收芯片配對工作，將接收到的數(shù)據(jù)碼譯碼形成8位并行數(shù)據(jù)送到D7～D0輸出，同時23（TX/RX）腳輸出低電平（譯碼接收正確標志），經或門輸入給單片機的P3.7，當單片機檢測到P3.7=0，由 P0口接收 D0～D7，從而進行數(shù)據(jù)處理，驅動蜂鳴器電路，同時在數(shù)碼管顯示有效的搶答選手組號，具體電路如圖3所示。

2.3 4.5寸數(shù)碼管顯示驅動電路

本智能搶答記分系統(tǒng)采用4.5寸數(shù)碼管進行搶答組號、選手分數(shù)等數(shù)據(jù)顯示，其工作電壓12 V和驅動電流每段數(shù)碼管要20 mA[4]，當電流達到豐滿程度，驅動電流可達到40 mA，為滿足4.5寸數(shù)碼管工作電壓與工作電流的要求，采用光電耦合器和達林頓管，具體電路如圖4所示。數(shù)碼管使用動態(tài)掃描顯示方式，通過單片機的P2口輸出信號經過達林頓管ULN2803進行電流放大，再對光電耦合器TLP521-4進行通斷控制，從而實現(xiàn)對數(shù)碼管的段碼驅動；通過單片機的P1.5、P1.6、P1.7三引腳輸出信號經過達林頓管 ULN2803進行電流放大后動態(tài)掃描方式選通三數(shù)碼管，從而實現(xiàn)對數(shù)碼管的位碼驅動。

圖4 4.5寸數(shù)碼管顯示驅動電路Fig.4 4.5 inch LED display driver circuit

本系統(tǒng)還包含功能按鍵電路、蜂鳴器提示報警電路、供電電源電路、系統(tǒng)復位電路、晶振電路等，在此不加以詳述。

3 軟件設計

3.1 主持人部分軟件設計

主持人控制模塊軟件的組成主要有主程序、定時器0、定時器1以及外部中斷1等幾部分[5-6]，其程序流程圖如圖5所示。

圖5 主持人程序流程圖Fig.5 Compere program flow graph

3.2 選手部分軟件設計

選手控制模塊軟件的組成主要是用于選手搶答信號的識別輸出和接收顯示選手的分數(shù)，其程序流程圖如圖6所示。

4 調試與使用說明

1）進行記分級別、倒計時時間設置。通過分數(shù)改變按鍵與加減狀態(tài)按鍵配合使用進行加減，設置完通過確認按鍵進人下一個流程。

圖6 選手程序流程圖Fig.6 Competitor program flow graph

2）當屏幕顯示“000”時，表示已經完成設置進人等待搶答狀態(tài)，此時主持人可控制是否允許搶答。在沒有得到主持人的允許，選手就進行搶答則判為違規(guī)，屏幕會顯示違規(guī)選手與違規(guī)標志號，如1號機違規(guī)則顯示“1FF”。

3）當主持人按下允許按鍵后，則系統(tǒng)自動進入預定的搶答倒計時，選手可以進行搶答。若在預定的搶答時間內沒有選手進行搶答，則判斷為無人搶答，進入搶答超時處理，屏幕顯示“0EE”。通過主持人允許按鍵進入下一輪的搶答。

4）當選手正常搶中后，立刻停止倒計時，并顯示搶中的選手號，如1號機搶中，應顯示“P01”。通過主持人允許接鍵可進入回答倒計時。

5）進入回答倒計時，選手必須在此段時間內完成回答，工作人員執(zhí)行送分的工作。若超過回答時間，系統(tǒng)則進入回答超時處理，顯示答題的選手號碼與超時標記。以1號機為例，則應顯示“1FF”。

6）當選手確認自己回答完畢，向工作人員示意，工作人員立刻按下確認按鍵，停止倒計時。由主持人確認回答是否正確，正確的把加減狀態(tài)按鍵設置為“加”狀態(tài)，則給選手加上與等級相應的分數(shù)；錯誤的把加減狀態(tài)按鍵設置為”減”狀態(tài)，則給選手減去與等級相應的分數(shù)。再按下分數(shù)加減鍵即可送分。

7）確認操作完畢，主持人按下允許按鍵則進入下一輪搶答。

5 結 論

本無線搶答記分系統(tǒng)以AT89S52/51單片機為控制核心，加上搶答信號發(fā)送與接收、搶答倒計時、答題倒計時、提示報警等功能電路，實現(xiàn)系統(tǒng)的功能要求；主持人和選手之間通信采用UM3758-108A編譯碼器和紅外發(fā)送接收模塊配合實現(xiàn)，達到了設計要求。

[1]田亞娟.單片機原理及應用[M].大連：大連理工大學出版社，2008.

[2]吳金戌.8051單片機實踐與應用[M].北京：清華大學出版社，2003.

[3]龔昌來.基于UM3758—1 08A芯片遠距多路參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)[J].電子測量技術，2002（2）：44-45 GONG Chang-lai. Remote multi-channel parameters monitoring system based on UM3758-108A[J].Electronic Measurement Technology，2002（2）：44-45.

[4]徐道兵.大尺寸數(shù)碼管的動態(tài)驅動和保護電路設計[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應用，2009（3）：73-75.XU Dao-bing.Dynamic driver and protection circuit design forlargeLEDdisplay[J].Microcontrollers&EmbeddedSystems，2009（3）：73-75.

[5]戴佳，戴衛(wèi)恒.51單片機C語言應用程序設計實例精講[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007.

[6]周航慈.單片機應用程序設計技術[M].北京：北京航空航天大學出版社，2002.