張翠云

（河南工業(yè)和信息化職業(yè)學(xué)院，河南焦作 454000）

基于AT89C51的八路搶答器的設(shè)計(jì)

張翠云

（河南工業(yè)和信息化職業(yè)學(xué)院，河南焦作 454000）

設(shè)計(jì)了一種以單片機(jī)AT89C51為核心的八路搶答器，從硬件和軟件兩方面詳細(xì)介紹了搶答器的設(shè)計(jì)方法。通過(guò)Proteus軟件仿真，仿真結(jié)果表明，該搶答器的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的目標(biāo)。

搶答器；AT89C51；Proteus

搶答器是一種通過(guò)鍵盤(pán)掃描方式來(lái)控制芯片工作，從而完成聲光顯示任務(wù)的電子產(chǎn)品。它具有成本低、功耗低、操作簡(jiǎn)單，使用靈活等優(yōu)點(diǎn)。

1 方案設(shè)計(jì)

該設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)以下功能：（1）主持人按下?lián)尨稹伴_(kāi)始”按鈕，同時(shí)喇叭發(fā)出“嘀”的一聲，八路搶答開(kāi)始；（2）八路搶答按鈕的編號(hào)分別為1～8，一次只能有一人搶答成功；（3）當(dāng)某一路搶答成功時(shí)，發(fā)光二極管立即點(diǎn)亮，并在數(shù)碼管上顯示該路的號(hào)數(shù)，直到主持人按清零開(kāi)關(guān)為止，其他人再搶答無(wú)效；（4）主持人按“清零”按鈕后，必須下次重新按“開(kāi)始”按鈕才能繼續(xù)搶答。

該設(shè)計(jì)基于AT89C51單片機(jī)控制，通過(guò)7SEG模塊、發(fā)光二極管、蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警顯示。采用AT89C51單片機(jī)作為控制系統(tǒng)核心，完成信號(hào)識(shí)別，運(yùn)算控制以及顯示功能。系統(tǒng)由AT89c51單片機(jī)、矩陣鍵盤(pán)、顯示電路組成。此電路的工作原理如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)工作原理圖

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 搶答器的整體電路設(shè)計(jì)

搶答器的整體電路如圖2所示，其工作原理為：接通電源后主持人將開(kāi)關(guān)置“清零”狀態(tài)，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，然后主持人將開(kāi)關(guān)置“開(kāi)始”，宣布搶答開(kāi)始時(shí)，選手搶答成功，單片機(jī)將編號(hào)鎖存，并且揚(yáng)聲器提示。

2.2 獨(dú)立鍵盤(pán)設(shè)計(jì)

獨(dú)立鍵盤(pán)的特點(diǎn)是每個(gè)按鍵單獨(dú)占用一個(gè)I/O口，每個(gè)按鍵工作不會(huì)影響其他的I/O口線的狀態(tài)，多用于按鍵不多的場(chǎng)合?？刹捎肑NB或JB來(lái)查詢是哪一個(gè)鍵按下，并轉(zhuǎn)向相應(yīng)的功能處理程序。本設(shè)計(jì)由于按鍵不多，所以采用的是獨(dú)立鍵盤(pán)，單片機(jī)的并行I/O口選用P1口。P1口是內(nèi)部提供上拉電阻的八位雙向I/O口，本設(shè)計(jì)采用每個(gè)口通過(guò)按鍵直接接地的方式，當(dāng)按鍵有效接地時(shí)，該口被下拉為低電平，將輸出電流。編程時(shí)，按鍵“去抖動(dòng)”是采用軟件延時(shí)的方法。鍵盤(pán)電路如圖3所示。

圖2 八路搶答器的完整電路

圖3 鍵盤(pán)電路

2.3 顯示部分設(shè)計(jì)

顯示部分電路一是數(shù)碼管顯示，二是發(fā)光二極管顯示。

當(dāng)主持人按下清零按鈕，紅燈、綠燈同時(shí)亮；按下開(kāi)始按鈕，綠燈亮；選手搶答成功，紅燈亮。驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管的是P0.0與P0.1。由于單片機(jī)P0口內(nèi)部沒(méi)有上拉電阻，所以P0.0與P0.1在驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管時(shí)，要外加上拉電阻，本設(shè)計(jì)選用的是10 kΩ。對(duì)于二極管，限流電阻取270 Ω，可以取得較好的亮度[1]。

驅(qū)動(dòng)7段數(shù)碼管選用的是P2口。本設(shè)計(jì)選用的是共陽(yáng)極數(shù)碼管，用低電平驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管各段的陰極，其COM端通過(guò)限流電阻接+5 V，限流電阻選用91 Ω。數(shù)碼管和紅、綠發(fā)光二極管的接法如圖4所示。

圖4 顯示電路

2.4 蜂鳴部分設(shè)計(jì)

這部分要求，任何一路搶答成功時(shí)必須有一個(gè)5 s的聲音提示。本設(shè)計(jì)選用的是無(wú)源蜂鳴器，利用CPL P3.7，結(jié)合軟件延時(shí)的方法，產(chǎn)生一定寬度的正脈沖，經(jīng)PNP晶體管驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)音。驅(qū)動(dòng)電路如圖5所示。

圖5 蜂鳴報(bào)警電路

圖6 主程序流程圖

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 主程序設(shè)計(jì)

在本設(shè)計(jì)中包括了以下主要的程序：主程序，查詢程序，搶答處理程序，顯示及發(fā)聲程序。通過(guò)AT89C51芯片的控制，構(gòu)成了整個(gè)電路。主流程圖如圖6所示。

3.2 鍵盤(pán)掃描子程序設(shè)計(jì)

鍵盤(pán)掃描子程序：主持人宣布搶答開(kāi)始，數(shù)碼管顯示“P”，同時(shí)綠燈亮；一旦選手搶答成功，鍵盤(pán)被有效按下，數(shù)碼管顯示對(duì)應(yīng)的鍵號(hào)，紅燈亮，并且有5 s的聲音報(bào)警。鍵盤(pán)掃描子程序流程圖如圖7所示。

4 仿真

本設(shè)計(jì)通過(guò)軟件Proteus進(jìn)行仿真，以驗(yàn)證設(shè)計(jì)的可靠性。J．Prote?us仿真軟件具有國(guó)際通用的虛擬儀器及電子元器件庫(kù)，可以仿真模擬電路、數(shù)字電路，以及數(shù)字、模擬混合電路[2]。

啟動(dòng)【Proteus】；選擇 【System】，進(jìn)行頁(yè)面和其他參數(shù)的設(shè)置；選擇【Li?brary】 —拾取元件來(lái)進(jìn)行元件的選取和布局；元件的初步布局；連線，完成電路整體布局[3]。

（1） 當(dāng)主持人按下“清零”按鈕時(shí)，數(shù)碼管顯示“0”，紅燈、綠燈同時(shí)亮，這時(shí)搶答無(wú)效。仿真結(jié)果如圖8所示。

圖7 鍵盤(pán)掃描子程序

圖8 按下“清零”按鈕仿真結(jié)果

（2） 按下“開(kāi)始”按鈕，數(shù)碼管顯示“P”，綠燈亮，表示搶答開(kāi)始。仿真結(jié)果如圖9所示。

圖9 按下“開(kāi)始”按鈕仿真結(jié)果

圖10 4#選手搶答成功仿真結(jié)果

（3）某位選手搶答成功，數(shù)碼管顯示對(duì)應(yīng)的號(hào)碼，紅燈亮，同時(shí)聲音報(bào)警5 s。仿真結(jié)果如圖10所示。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)Proteus軟件強(qiáng)大的仿真功能，仿真整體電路系統(tǒng)，仿真結(jié)果驗(yàn)證了該搶答器設(shè)計(jì)原理正確。該系統(tǒng)在現(xiàn)實(shí)生活中，可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合，進(jìn)一步完善系統(tǒng)的功能。

［1］李全利.單片機(jī)原理及接口技術(shù)［M］.北京：高等教育出版社，2012.

［2］洪月好.Proteus在電子設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［J］.上海電力學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，6（3）289-292.

［3］朱清慧，張風(fēng)蕊，翟天亮 ， 等.Proteus教 程［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2011.

Design of Eight Way Responder Basedon AT89C51

ZHANG Cui-yun
（Henan College of Industry&Information Technology，Jiaozuo 454000，China）

Based on AT89c51 microcontroller eight ways responder is designed，and introduced the design methods in hardware and software.The Proteus simulation result shows that the designed responder realized the expected goal.

responder；AT89c51；Proteus

TP368

A

1009－9492(2014)08－0025－04

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.08.008

張翠云，女，1969年生，河南濟(jì)源人，碩士，講師。研究領(lǐng)域：電氣自動(dòng)化。已發(fā)表論文4篇。

(編輯：阮 毅)

2014－04－06