基于单片机的抢答系统设计Word文档下载推荐.docx
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扩展部分：
谁先抢答，对应的数码管亮5次抢答人的编号，并发出声音提示。
2方案论证
2.1按键选择
方案1：
用独立的外接按键方案2：
用矩阵键盘
键盘是单片机系统中通用的输入设备，用于向系统输入数据或控制信息。
常用的键盘有两种，分别是独立键盘和矩阵式键盘。
矩阵式键盘相对其更加灵敏，并且可扩展更多按键，适用于按键数量较多的场合。
独立式键盘接口电路，它的硬件电路和软件编程都比较简单，但每个按键必须占一根I/O口线，在按键个数较多时，I/O口线资源浪费较大,故只在按键数量不多时采用该电路。
而本设计所需要的抢答键只要6个，也不算多，虽然矩阵式键盘有其较高的灵敏性，但从简单编程的角度出发，最终还是选择独立式键盘。
2.2数码管选择
共阴级数码管方案2：
共阴级数码管
LED显示器是由发光二极管显示字段的显示器件。
在单片机应用系统中通常使用的是七段LED，这种显示器有共阴极与共阳极两种。
图1共阴极图2共阳极图3管脚配置
共阴极LED显示器的发光二极管阴极共地，当某个发光二极管的阳极为高电平时，该发光二极管则点亮；
共阳极LED显示器的发光二极管阳极并接。
由于平时都是采用共阴极的数码管，比较熟悉其代码，所以选用共阴极数码管。
3硬件设计
电路包括以下六个部分：
单片机，晶振电路，抢答按键电路，6位数码管显示，复位开关电路及声音提示电路。
单片机内部有一个复位开关，但是只是内部自带的，而设计的要求就是自编程序实现复位功能，所以还得附加一个复位开关电路。
图4总设计框图
3.1AT89C51控制电路
AT89C51是最常用的单片机芯片，该芯片有40个引脚，其中P0～P3为数据输入/输出接口，XTAL1和XTAL2用于外接晶体；
RESET用于复位信号输入；
ALE是地址锁存允许控制位，其输出频率是时钟振荡频率的1／6；
，程序存储器允许；
，该引脚的接法决定着程序存储器的0000～0FFFH这4KB地址范围是在单片机内部还是外部。
MCS-51系列单片机有四组8位并行I/O口，记作P0、P1、P2和P3。
每组I/O口内部都有8位数据输入缓冲器、8位数据输出锁存器及数据输出驱动等电路。
四组并行I/O端口即可以按字节操作，又可以按位操作。
当系统没有扩展外部器件时，I/O端口用作双向输入输出口；
当系统作外部扩展时，使用P0、P2口作系统地址和数据总线、P3口有第二功能，与MCS-51的内部功能器件配合使用。
图5单片机模块
本设计中各引脚接法如下：
P0口外接LED显示屏用于显示；
由于P0口内部无上拉电阻,为保证按键断开时I/O口线有确定的高电平,所以在P0口外部要接上拉和限流电阻。
P0口接的是段选；
P1口的6个端口分别与6个BUTTON按键相连，所以在编程的时候要分别定义；
P2口接位选；
P3.3接K0复位键，另一端接地，所以是低电平有效；
P3.2与扬声器相连，扬声器的另一端也是接地；
如图所示的单片机模块里面左上部分的电路构成晶振电路，于产生时钟频率；
左半边的中间电路是复位电路，采用了手动复位与自动上电复位结合的形式，复位可靠，电路简单；
复位信号是系统内部初始化所需的，当系统加电开始工作时，或工作过程中出现故障无法正常工作时，都需要复位信号使系统能重新开始工作。
因此，系统需要上电复位、手动复位和遇故障自动复位电路。
此设计采用片内RAM空间，故电路里将ALE和
引脚悬空处理，将
接地。
3.2六位LED动态显示电路
LED显示器有静态显示与动态显示两种方式。
（1）
LED静态显示方式
各位LED的位选线连在一起接地或接+5V；
每位LED的段选线（a－dp）各与一个八位并行口相连。
在同一时间里每一位显示的字符可以各不相同。
（2）LED动态显示方式
将所有LED的段选线并联在一起，由一个八位I／O口控制，而位选线分别由相应的I／O口线控制。
如：
8位LED动态显示电路只需要两个八位I／O口。
其中一个控制段选码，另一个控制位选。
图6显示屏模块
本设计中，多位七段共阴LED数码管与单片机连接时将所有LED的段选线并联在一起，由一个八位I／O口控制，而位选线分别由相应的I／O口线控制。
由于所有位的段选码皆由一个I／O控制，因此，在每个瞬间，多位LED只可能显示相同的字符。
要想每位显示不同的字符，必须采用动态扫描显示方式。
即在每一瞬间只使某一位显示相应字符。
在此瞬间，位选控制I／O口在该显示位送入选通电平（共阴极送低电平）以保证该位显示相应字符，段选控制I／O口输出相应字符段选码。
如此轮流，使每位显示该位应显示字符，并保持延时一段时间，以造成视觉暂留效果。
不断循环送出相应的段选码、位选码，就可以获得视觉稳定的显示状态。
3.2按键电路
图7按键电路显示模块
AT89C51的P1口接6个独立按键,此处采用按键输入为低电平有效,所以按键的一端接地,另一端接P1口的I/O口线。
P1.0~P1.5分别接BUTTON按键，并命名为K1、K2、K3、K4、K5、K6。
按键有BUTTON及SWITCH开关两种，而BUTTON按键比较好操作只需按一下即可，而SWITCH开关还要来回拨动，虽然SWITCH有不具备活动性的开关，可以不用消抖语句，可是当复位键按下的时候，还要将开关拨起来，使用起来更加繁琐，所以采用BUTTON按键，只要在程序中添加消抖语句判断即可。
3.3扬声器及复位电路
图8扬声器及复位模块
将P3.0接扬声器并命名为beep；
P3.4接BUTTON复位键，低电平有效。
4软件设计
图9抢答程序流程图
设计基本思路：
当运行开关一打开，6只数码管轮流循环显示1~6，开始循环跑马，接着就开始判断是否有人抢答，所以就要设计跑马的程序，并在跑马里面就要添加键盘扫描语句
判断是否有人抢答，为了不能重复抢答所以得添加一个标志位flag禁止在他人抢答的基础上再次抢答。
基本功能就是在抢答后6个数码管同时显示抢答者的号码，将位选设为全部显示即可。
扩展功能就是抢答后在相应的位管显示相应的号码及声音提示，所以只要分别给为选和段选送相应的位码，并连接一个扬声器在有人抢答的时候取反即可。
最后复位键按下后还要实行循环跑马，即要循环判断复位键，但用while
（1）语句判断的时候要注意它是一个死循环，所以还要设置变量y但复位键按下后y=-0;
跳出循环进入下一轮的跑马。
4.1亮灭变化声音提示设计
数码管停止跑马，6个数码管同时亮谁的编号。
由于共阴极是低电平有效所以当P2的位选送“0”的时候有效，延迟产生视觉暂留效果。
程序如下：
P2=0x00;
P0=tab1[num];
mDelay（5）;
扩展要求：
对应的数码管亮5次抢答人的编号，并发出声音提示。
在子函数display（）里面，beep就是扬声器，取反就能发出声音提示。
先送位选，并用for语句实现5次循环，刚开始段选为0，即灭，在每一次for语句的循环里面都是实行一灭一亮，所以只要5次。
display（）
{beep=~beep;
P2=tab2[num];
for（k=0;
k<
5;
k++）
{
P0=0x00;
mDelay（500）;
P0=tab1[num];
}}
4.2抢答按键电路及复位按键电路设计
在按键电路中要注意按键抖动的消除。
按键或键盘都是一个机械开关，键的按下和放开是利用机械触点的闭合和断开来实现的。
由于机械触点的弹性作用，一个按键开关在闭合及断开瞬间均有一连串的抖动，抖动的时间长短由按键的机械特性决定，一般为5～10ms。
为了确保按键动作只确认一次，必须消除抖动的影响。
消除抖动的措施有硬、软件两种。
硬件：
可用RS触发器或单稳态电路消除抖动。
软件：
在判断有键按下后，延时10ms后，再确定该键是否保持闭合状态，若是则确认为被按键，否则忽略此次按键。
在本设计中，定义了子函数scan（）进行键盘扫描，并对K1到K6的抢答按键都进行了消抖编程，部分程序如下：
if（K1==0）{mDelay（10）;
if（K1==0）{while（~K1）;
num=0;
flag=0;
}}
复位按键就只有K0，复位的目的就是将前面运行的结果清零，并从头开始跑马，
所以要进行复位键是否按下的判断，如果按下，就显示抢答的号码，因为在显示魔魁啊里面有用到一个while
（1）的循环所以会导致一直跳不出当前的循环，所以要定义一个变量y进行预置和判断后设值，当y=0;
就会跳出寻环进而进入主程序的while
（1）死循环，从而进入下一轮的抢答。
while（y）{if（K0==0）{y=0;
flag=1;
4.3优先抢答设计
在按键扫描的时候要进行判断，哪个键先按下，哪个优先级就最高，避免显示多人同时抢答。
所以在设计的时候就要设置一个抢答标志位flag，一开始跑马的时候flag=1表示可以开始抢答，而当有抢答键按下的时候就flag=0关掉开始抢答标志，使得按其他5个抢答键系统都不会响应。
而在抢答结束后复位键按下之后就要将flag=1使系统又可以重新开始抢答。
5功能调试及结果分析
（1）调试方法：
利用Keil软件和proteus软件分别编写程序和设计电路并运行。
图10proteus电路连接
（2）调试结果：
通过仿真调试和改进实现了跑马，抢答，复位的功能，改变延时的参数，使得数码管显示和跑马有序，延迟的时间越小，其送位选的速度就越快。
在跑马的时候将延迟的时间设为400ms数码管就会逐一显示。
在基本要求里面，将延迟的时间改成5ms,可以实现6位数码管静态显示。
在扩展要求里面，将延迟的时间改为400ms就可以实现段选送数的。
（3）结果分析：
经过调节及更改程序里面的延迟函数参数，使得数码管的显示更加有序，并达到了设计的标准。
不过抢答器的按键有时候不是很灵敏，这主要是与程序里面的延时函数有关，当运行延时程序时，按键不能检测，所以应尽量减小和减少延时。
（4）调试现象
当电源开始键按下的时候，抢答器就开始从1~6跑马，当K3按下的时候，6位数码管全显示3。
若有人再抢答系统也不会给予响应，直到复位键按下，又开始下一轮的跑马抢答。
当K5按下的时候，第五位数码管就开始闪烁，先灭后亮，最后停在5。
6设计总结
6.1该系统的优点
（1）使用简单的元器件，简易的程序就可以实现抢答，声音提示及复位的功能。
（2）扬声器的使用可以通过取反实现，而不用定时器中断实现，使得程序更加简单。
（3）使用子函数使得主程序更加明了简洁。
由于程序里多次要进行按键扫描，判断是否有人抢答，而按键扫描又要消抖，又有6个，语句比较长，所以调用子函数显得很有必要。
（4）只需要通过允许抢答标志位的设定可以使抢答器实现有一人抢答后，系统不再响应他人的抢答。
6.2该系统的缺点
（1）由于循环语句程序中的延时的使用，导致抢答按键显示电路在抢答的时候，会有延时效应，导致抢答键一按下，不能立马显示有人抢答。
虽然尽量减小和减少延时可以使得抢答按键更加灵敏，但是在循环送数显示的时候，还是要设定一个合适的值，使得闪烁显示和跑马能够逐一显示，不然设置小了，跑马就会更快。
（2）程序里的括号用的有点多，一直嵌套，使得程序看起来不够简洁。
6.3设计心得
在设计中着实遇到了一些问题，其一是定时器中断程序的编写，为了能让扬声器响久一点，编了一段程序，并把闪烁五下也放在定时器中断里面，但后来发现就算不用定时器，照样可以发出声音提示，所以就采取最简单的取反来实现声音提示了；
其二是复位按键电路程序的编写，因为在抢答后是通过用while
（1）来判断是否有复位键按下，而while
（1）又是一个死循环，所以在后面判断按键的时候根本就不会有反应，根本就不能跳出循环，后来通过定义一个变量才得以跳出循环，到达跑马的程序里面。
程序编写的过程其实就是不断修正的过程，编出来的东西有时候不一定能实现最终的功能，都要通过修改运行才能看到最终结果。
基本部分：
#include<
reg51.h>
sbitK0=P3^4;
sbitK1=P1^0;
sbitK2=P1^1;
sbitK3=P1^2;
sbitK4=P1^3;
sbitK5=P1^4;
sbitK6=P1^5;
inti,j,num;
charflag=1,begin,y;
voidmDelay（unsignedintDelay）
{unsignedinti;
for（;
Delay>
0;
Delay--）
{for（i=0;
i<
124;
i++）
{;
}
unsignedcharcodetab1[]={0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D};
unsignedcharcodetab2[]={0xFE,0xFD,0xFB,0xF7,0xEF,0xDF};
scan（）
}}//送抢答号，不允许再次抢答
if（K2==0）{mDelay（10）;
if（K2==0）{while（~K2）;
num=1;
if（K3==0）{mDelay（10）;
if（K3==0）{while（~K3）;
num=2;
if（K4==0）{mDelay（10）;
if（K4==0）{while（~K4）;
num=3;
if（K5==0）{mDelay（10）;
if（K5==0）{while（~K5）;
num=4;
if（K6==0）{mDelay（10）;
if（K6==0）{while（~K6）;
num=5;
}}}
main（）
while
（1）
{for（j=0;
j<
6;
j++）
{for（i=0;
{P2=tab2[i];
P0=tab1[j];
//跑1到6数
mDelay（400）;
if（flag==1）//如果无人抢答，就开始按键扫描
{scan（）;
if（flag==0）//如果有人抢答,显示
{y=1;
//设定可环变量
j=0;
//复位后再次抢答时从1开始寻循环
scan（）;
//键盘扫描
while（y）
{
P2=0x00;
//位选全选，同时显示
//送相应的位选
if（K0==0）//如果复位键按下，跳出循环
{y=0;
}//允许抢答
}
}
#include"
reg51.h"
sbitbeep=P3^0;
chari,j,k,num,begin,y,flag=1;
scan（）//键盘扫面电路
{if（（K0==0））{mDelay（10）;
if（K0==0）{while（~K0）;
begin=1;
}}//按键消抖，允许抢答
if（K1==0）{mDelay（10）;
if（K2==0）{while（~K2）num=1;
}}}
//扬声器发声
k++）//循环5次
mDelay（400）;
//先灭后亮
{
while
（1）
{for（j=0;
mDelay（300）;
if（flag==1）//如果无人抢答，就开始按键扫描
{scan（）;
i=-1;
//复位后再次抢答时从第1位开始循环
//复位后再次抢答时从1开始循环
display（）;
{
//键盘扫描判断复位键
if（begin==1）
if（flag==1）//如果复位键按下，跳出循环
{y=0;
}}}}}
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