前沿拓展：

win10系統(tǒng)警報聲

開始->設(shè)置->輕松使用->鍵盤 在右側(cè)列表中找到粘滯鍵的設(shè)置選擇，第二將兩個設(shè)置項都關(guān)掉試試。

摘要：在平時各種競賽的搶答過程中，光靠視覺是很難判斷出哪組先答題，而且很難維持這個搶答的秩序，利用基于單片機的搶答系統(tǒng)可以很好的解決這一問題。本設(shè)計采用 AT89C51單片機，為6人**，采用中斷方式，**式鍵盤掃描，以開關(guān)中的某個開關(guān)的按下（閉合）作為搶答按鍵。無人搶答時，6只數(shù)碼管輪流循環(huán)顯示1-6（跑馬），誰先搶答，數(shù)碼管停止跑馬，6個數(shù)碼管同時亮誰的編號，對應(yīng)的數(shù)碼管亮5次搶答人的編號，并發(fā)出聲音提示，其后再有人按鍵，系統(tǒng)不予響應(yīng)，直到復(fù)位鍵按下，開始下一輪搶答。經(jīng)過調(diào)試使得系統(tǒng)達到預(yù)期目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：**；數(shù)碼管；中斷；單片機

1 設(shè)計內(nèi)容

1.1設(shè)計目標(biāo)

制作一個6人**，以開關(guān)中的某個開關(guān)的按下（閉合）作為搶答按鍵。無人搶答時六只數(shù)碼管輪流循環(huán)顯示1-6的數(shù)字，當(dāng)有人按下?lián)尨痖_關(guān)時，數(shù)碼管停止跑馬，所有數(shù)碼管同時顯示搶答者的編號，并且在短暫的停留后，搶答者的數(shù)碼管對應(yīng)的編號連續(xù)亮五次并發(fā)出蜂鳴聲。其后再有人按下?lián)尨疰I均無效，直到按下復(fù)位鍵才繼續(xù)進行新的一輪搶答。

1.2設(shè)計環(huán)境

Win7 Keil uVison2 Proteus7.8

2 各模塊選擇

2.1鍵盤模塊

鍵盤是單片機系統(tǒng)中通用的輸入設(shè)備，用于向系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)或控制信息。鍵盤模塊分為兩種，一種是**式鍵盤，另外一種是矩陣鍵盤。

**式鍵盤： **式按鍵接口的設(shè)計優(yōu)點是電路配置靈活，軟件實現(xiàn)簡單，但每個按鍵需占用一根I/O接線，若按鍵較多，資源浪費嚴重。適用于按鍵較少的場合。

矩陣鍵盤：矩陣式鍵盤由行線和列線組成，按鍵位于行線、列線的交叉點上。當(dāng)鍵被按下，則其交點的行線和列線接通。行和列可分別用兩個I/O口來控制。

雖然矩陣鍵盤提高了I/O口的利用率，它比較適用于大量鍵盤的場合，但是它的電路復(fù)雜，軟件編程也相對比較復(fù)雜。本設(shè)計采用**式鍵盤，鍵盤接口中使用多少根I/O線，鍵盤中就有幾個按鍵，鍵盤接口使用了8根I/O口線，該鍵盤就有8個按鍵，這種類型的鍵盤，其按鍵比較少，且鍵盤中各按鍵的工作互不干擾。最簡單的編碼方式就是根據(jù)I/O輸入口所直接反映的相應(yīng)按鍵，按下的狀態(tài)進行編碼，稱按鍵直接狀態(tài)碼，對于這樣編碼的**式鍵盤，CPU可以通過直接讀取I/O口的狀態(tài)來獲取按鍵的直接狀態(tài)編碼值，根據(jù)這個值直接進行按鍵識別，這樣形式的鍵盤結(jié)構(gòu)簡單，按鍵識別容易。如下圖1所示。

2.2 **顯示模塊

顯示功能與硬件關(guān)系極大，當(dāng)硬件固定后，如何在不引起**作者誤解的前提下提供盡可能豐富的信息，全靠軟件來解決。**的組別號碼顯示可以采用液晶顯示，也可以采用數(shù)碼管顯示。

LCD具有低功耗，畫面效果好，分辨率高等特點，但由于只需顯示組別數(shù)字，信息亮較少，且由于液晶是以點陣的模式顯示各符號，編程工作量大，成本高。

數(shù)碼管具有耐老化，防曬等特點，對外界環(huán)境要求低，易于維護，同時精確度高，**作簡單，采用BCD編碼顯示數(shù)字，程序編譯容易，價格便宜等特點，廣泛應(yīng)用于多數(shù)場合中。

數(shù)碼顯示是采用BCD編碼顯示數(shù)字，程序編譯容易，資源占用較少。所以本設(shè)計就采用數(shù)碼管顯示。

LED顯示器是由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件。在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中通常使用的是七段LED，這種顯示器有共陰極與共陽極兩種。本設(shè)計采用共陰級數(shù)碼管。

共陰極LED顯示器的發(fā)光二極管陰極共地，當(dāng)某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時，該發(fā)光二極管則點亮。

七段顯示器與單片機接口：只要將一個8位并行輸出口與顯示器的發(fā)光二極管引腳相連即可。8位并行輸出口輸出不同的字節(jié)數(shù)據(jù)即可獲得不同的數(shù)字或字符，如下表1所示。通常將控制發(fā)光二極管的8位字節(jié)數(shù)據(jù)稱為段選碼。

N位LED顯示器有N根位選線和8×N根段選線。根據(jù)顯示方式不同，位選線與段選線的連接方法不同。段選線控制字符選擇，位選線控制顯示位的亮、滅。

LED顯示器有靜態(tài)顯示與動態(tài)顯示兩種方式。

(1) LED靜態(tài)顯示方式

各位LED的位選線連在一起接地或接+5V；

每位LED的段選線（a－dp）各與一個八位并行口相連。

在同一時間里每一位顯示的字符可以各不相同。

（2） LED動態(tài)顯示方式

將所有LED的段選線并聯(lián)在一起，由一個八位I／O口控制，而位選線分別由相應(yīng)的I／O口線控制。 如：8位LED動態(tài)顯示電路只需要兩個八位I／O口。其中一個控制段選碼，另一個控制位選。

本設(shè)計由于用到較多的數(shù)碼管，采用動態(tài)顯示方式。

由于所有位的段選碼皆由一個I／O控制，因此，在每個瞬間，8位LED只可能顯示相同字符。要想每位顯示不同的字符，必須采用動態(tài)掃描顯示方式。即在每一瞬間只使某一位顯示相應(yīng)字符。在此瞬間，位選控制I／O口在該顯示位送入選通電平（共陰極送低電平、共陽極送高電平）以保證該位顯示相應(yīng)字符，段選控制I／O口輸出相應(yīng)字符段選碼。如此輪流，使每位顯示該位應(yīng)顯示字符，并保持延時一段時間，以造成視覺暫留效果。

不斷循環(huán)送出相應(yīng)的段選碼、位選碼，就可以獲得視覺穩(wěn)定的顯示狀態(tài)。由人眼的視覺特性，每一位LED在一秒鐘內(nèi)點亮不少于30次，其效果和一直點亮相差不多。顯示電路圖如下圖5所示。

2.3 蜂鳴器模塊

蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計算機、打印機、復(fù)印機、報警器、汽車電子設(shè)備、電話機、定時器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。由于蜂鳴器的工作電流一般比較大，以致于單片機的I/O 口是無法直接驅(qū)動的，所以要利用放大電路來驅(qū)動，一般使用三極管來放大電流就可以了。如圖6所示。

2.4 時鐘電路和復(fù)位電路

單片機的時鐘信號用來提供單片機內(nèi)各種微**作時間基準(zhǔn)，8XX51單片機的時鐘信號通常有兩種電路形式：內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式。

內(nèi)部振蕩方式是在引腳 XTAL1和 XTAL2外接晶體振蕩器（簡稱晶振）。內(nèi)部振蕩方式所得的時鐘信號比較穩(wěn)定，并且由于AT89C51具有內(nèi)部振蕩器（需外接晶振，本設(shè)計采用12MHz），所以采用內(nèi)部振蕩方式。

單片機的復(fù)位引腳RST出現(xiàn)5ms以上的高電平時，單片機就完成了復(fù)位**作，本設(shè)計采用雙復(fù)位，即上電復(fù)位和開關(guān)復(fù)位。上電復(fù)位就是利用電容充電過程在電阻上產(chǎn)生持續(xù)一定時間的高電平，得到復(fù)位信號。時鐘電路和復(fù)位電路如圖7所示。

電容器C1、C2起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用。電容值一般為 5～30PF。

2.5 六人**總原理圖

本設(shè)計單片機采用AT89C51，使用**式鍵盤和數(shù)碼管顯示，如圖8所示。

其中P1.0~P1.5所接的開關(guān)為搶答開關(guān)，P3.2所接的開關(guān)為復(fù)位開關(guān)，按下即可進行新的一輪搶答。

3 軟件設(shè)計過程

3.1 搶答系統(tǒng)的整個流程圖

通過AT89C51的控制，從而構(gòu)成了整個電路，總流程圖如圖9所示。

4 調(diào)試過程

4.1 調(diào)試的基本方法

本設(shè)計軟件調(diào)試的模塊包括顯示功能模塊、搶答按鍵功能模塊以及報警功能模塊。各個**模塊功能調(diào)試成功后，聯(lián)機調(diào)試，將這些模塊程序通過主程序合并在一起，對主程序進行調(diào)試，并運行一段時間，看程序是否穩(wěn)定達到預(yù)期效果。本設(shè)計才用Keil 調(diào)試和Proteus軟件仿真調(diào)試。

在keil軟件編寫好程序后，生成.hex的文件，如下圖10所示：

在protues軟件里雙擊51單片機模塊，選擇剛生成的hex文件，如下圖11的界面。

最后單擊運行按鈕觀察現(xiàn)象。

4.2 調(diào)試的過程及問題分析

數(shù)碼管顯示調(diào)試：數(shù)碼管跑馬顯示后，加入閃爍之后，不能退出閃爍，經(jīng)過多次試驗之后把閃爍的for語句放在while前，使得這問題得以解決。

蜂鳴器模塊調(diào)試：當(dāng)按下?lián)尨鸢存I的時候，蜂鳴器不能發(fā)出警報聲，經(jīng)過仔細檢查代碼以及分析電路模塊，原因是蜂鳴器的電壓太大了。因為在選用蜂鳴器的時候系統(tǒng)設(shè)置電壓為12V，而C51芯片引腳輸出電壓一般為3V左右，顯然小于蜂鳴器的驅(qū)動電壓，如果把蜂鳴器的驅(qū)動電壓設(shè)為2V，蜂鳴器就能完全驅(qū)動，從而發(fā)出響聲。

4.3 仿真結(jié)果

以1號選手搶答成功為例。

上電后，無按鍵**作的時候數(shù)碼管輪流循環(huán)顯示1-6，即實現(xiàn)了跑馬燈的功能，仿真結(jié)果如下圖12。

當(dāng)按下1按鍵時的結(jié)果如下圖13。

所有數(shù)碼管同時顯示搶答者的編號后，最后搶答者的編號在自己對應(yīng)的數(shù)碼**亮5次，同時可以聽到蜂鳴器發(fā)出的警報聲，如下圖14所示。

圖14 搶答者的編號亮5次停止

此后其他搶答者再按搶答鍵均無效，直到按下復(fù)位鍵后繼續(xù)新的一輪搶答，按下復(fù)位鍵后繼續(xù)循環(huán)顯示1-6，如下圖15。

5 設(shè)計小編綜合來說

5.1 搶答系統(tǒng)的特點

⑴該產(chǎn)品的互換性好，響應(yīng)速度快，抗干擾能力強，外圍電路簡單易懂，因此相對來說體積小。

⑵該系統(tǒng)能用軟件的方式設(shè)計硬件，所以用軟件方式設(shè)計的系統(tǒng)向硬件系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換是由有關(guān)開發(fā)軟件自動完成的，易**作。

⑶具有具體數(shù)字顯示的功能。

⑷可以從以前的組合設(shè)計轉(zhuǎn)向真正的自由設(shè)計，所以設(shè)計的移植性好，效率高。可適合大規(guī)模的現(xiàn)場制作。

⑸利用按鈕進行輸入，輸入簡單。

⑹具有智能報警的功能。

⑺因為整個系統(tǒng)可集成在一個芯片上，因此體積小，功耗低，可靠邊性更高。

5.2 設(shè)計心得

本設(shè)計在深入理解單片機原理的基礎(chǔ)理論上，主要設(shè)計了單片機實現(xiàn)各個功能的模塊，最終實現(xiàn)了**的功能。在這次課程設(shè)計中，運用了以前所學(xué)的專業(yè)知識，更加鞏固了知識和對理論有了更深的理解，在設(shè)計程序之前，要有一個較為清晰的思路和程序流程圖，不能妄想一次就做好整個程序，而要一個一個模塊的去實現(xiàn)功能，最后經(jīng)過反復(fù)的修改，整合成整個程序。在設(shè)計過程中，掌握了分析單片機應(yīng)用系統(tǒng)，調(diào)試簡單C51程序以及撰寫設(shè)計報告的能力提高了發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，做到將所學(xué)的理論知識運用到實際生活中。

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拓展知識：