题目：四路抢答器设计

一、设计目的

1、学习数字电路中的优先编码器、锁存器 、译码器、数据显示管的综合应用。

2、熟悉抢答器的工作原理

3、了解数字系统设计，调试及故障排除方法。

二、设计要求

1、四组参赛者进行抢答，当抢答组按下抢答按钮时，抢答器能准确的判断出抢答者。

2、抢答器应具有互锁功能，及某组抢答后能自动封锁其他各组进行抢答。

3、抢答器应具有限时功能，及限制抢答时间、答题时间等，要求显示时间数据。

4、系统具有一个总的复位开关。

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三、电路的总体结构

1、电路的总体原理框图

2，单元电路设计

(1)抢答电路设计

设计电路如图所示。电路选用优先译码器4511 来完成。该电路主要完成两个功能：一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号（显示电路采用七段数字数码显示管）；二是禁止其他选手按键，其按键操作无效。

（2）定时器设计

节目主持人根据抢答器的难易程度，设计一次抢答的时间，通过预置时间电路对计数器进行预置。

你由时钟产生电路提供。按键弹起后，计数器开始减法计数工作，并将时间显示在共阴极七段数码显示管DPY_7-SEG 上，当有人抢答

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时，停止计数并显示此时的倒计时时间；如果没有人抢答，且倒计时时间到时， 输出低电平到时序控制电路，控制报警电路报警，同时以后选手抢答无效。当设定的抢答时间到，无人抢答时，扬声器发声，定时和定时电路停止工作。

四人抢答器电路原理及设计

1、设计方案 抢答器具有锁存、定时、显示和报警功能。即当抢答开始后，选手抢答按动按钮，锁存器锁存相应的选手编码，同时用LED数码管把选手的编码显示出来，并且开始抢答时间的倒计时，同时用LED数码管把选手的所剩抢答时间显示出来。而在选手按键抢答以及抢答时间倒计时到时的时候都有报警以提醒主持人和选手。抢答时间设定9秒，报警响声持续1秒。接通电源后，主持人将开关拨到“清除”状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定时间；主持人将开关置“开始”状态，宣布“开始”抢答器工作。定时器倒计时，扬声器给出声响提示。选手在定时时间内抢答时，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。如果再次抢答必须由主持人再次操作“清除”和“开始”状态开关。

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四、电路图

1、整体电路图

2、仿真结果

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2.仿真结果

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五、工作原理

当开始仿真时，通过4511编译输出QA~QF为高电平给七段共阴数码管使其置零。选手开始通过对应的四路按钮S1、S2、S3、S4开始抢答，当有按钮被按下，其对应的1N4148为高电平，4511将其编译并把相应的选手通过七段共阴数码管以数字的形式显现，与其同时LS1为高电平并发出短暂的声音。此时，其他选手则无法再抢答。当按下S键使其复位新的一轮抢答开始。

例：按下仿真按钮，QA~QF为高电平七段共阴数码管置零。S2抢答成功，D2为高电平，D8为高电平LS1为高电平发出短暂的声音。与其同时4511的B为高电平，BCD码为0010通过编译输出QA、QB、QD、QE、QG至七段共阴数码管并显示出2，表示2号选手抢答成功，而其他选手不能再作抢答。按下S按钮使其复位，器官数码管显示为零，此时可以进行下一轮的抢答

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附：元件清单

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六、总结

对于抢答器的设计及焊接，实际操作相对来说还是比较麻烦的。实验中很多人都是做了一天多才做好。由此在实验中暴露了很多的问题值得深思。

1.在做实验仿真的时候对软件Multisim的不熟悉让很多人无法独立的完整的画出仿真图。

2.在焊接电路板的时候很多人过于着急，对于很多电路没有弄懂或是还未看清楚就焊接上了，而后发现的电路板出了问题，想修改确实很不容易。

3.而对于焊接中出现的一些问题我就结合自身的情况简要的说明下：

在实际焊接中，我相对来说较为认真，但仍然出现了漏焊的现象，这个也是大家普遍存在的问题，还有就是对焊接工艺操作的不熟练使得我所花费的时间较多。

另外，在脉冲电路中在电脑上仿真，一开始我采用的是单稳态脉冲电路，仿真时蜂鸣器会响，而采用了多谐震荡电路蜂鸣器却不会响，在实际焊接中我还是采用了多谐震荡电路，结果只有了显示，灯光，未有声音。其中原因我是百思不的其解，后来在电脑上再次试验问题得到了解决。

总结这次的实验我的收获还是很多，对于Multisim和焊接都有了进一步的了解，很希望还有更多类似动手操作的机会。

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七、参考文献

【1】 阎石《数字电子技术基础》 高等教育出版社

【2】 吕思忠，《数子电路实验与课程设计》哈尔滨工 大学出版社

【3】《数字电路应用300例》 中国电力出版社

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第二篇：基于单片机的八路智能抢答器系统设计毕业论文

贵州航天职业技术学院

毕 业 设 计 论 文

题 目 智能抢答器

姓 名 熊 钻

专 业 电子工程系

学 号 A093GZ042020173

指导老师 董 泽 芳

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摘要

随着科学技术的发展和普及，各种各样的竞赛越来越多，其中抢答器的作用也越来越重要。本文设计出以AT89S51单片机为核心的八路抢答器，采用了数字显示器直接指示，自动锁存显示结果，并自动复位的设计思想,它能根据不同的抢答输入信号，经过单片机的控制处理并产生不同的与输入信号相对应的输出信号，最后通过LED数码管显示相应的路数，即使两组的抢答时间相差几微秒，也可分辨出是哪组优先按下的按键，充分利用了单片机系统结构简单、功能强大、可靠性好、实用性强的特点。

本设计是以抢答为出发点。考虑到依需设定限时回答的功能，利用89S51单片机及外围接口实现的抢答系统，利用单片机的定时器/计数器定时和记数的原理，将软、硬件有机地结合起来，使得系统能够正确地进行计时，同时使数码管能够正确地显示时间。用开关做键盘输出，扬声器发生提示。同时系统能够实现：在抢答中，只有开始后抢答才有效，如果在开始抢答前抢答为无效；满时后系统计时自动复位及主控强制复位；按键锁定，在有效状态下，按键无效非法

【关键词】抢答器 单片机 LED数码显示管 定时器/计数器 扬声器。

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目录

摘要????????????????????????????????2 绪论?????????????????????????????????5

一、抢答器的概述??????????????????????????????6

1.1 系统设计的功能????????????????????????????6

1.1.2 扩展功能???????????????????????????????6

1.2 抢答器需求分析????????????????????????????6

1.3 抢答器的硬件设计???????????????????????????7

1.4 抢答器的工作过程???????????????????????????7 二、单片机的功能简介???????????????????????????8

2.1 89系列单片机的概述??????????????????????????7

2.2 AT89S51的功能????????????????????????????8

2.2.1 AT89S51单片机的内部结构??????????????????????8

三、硬件电路的设计????????????????????????????10

3.1 总电路原理?????????????????????????????10 3.2 时钟频率电路的设计?????????????????????????11

3.3 复位电路的设计???????????????????????????12

3.3.1 复位电路的可靠性设计????????????????????????12

3.3.2 人工复位??????????????????????????????13

3.4 显示电路的设计????????????????????????????14

3.5 控制电路的实现????????????????????????????16

3.6 发声?????????????????????????????????17

3.7 系统复位???????????????????????????????17

四、软件设计??????????????????????????????19

4.1 软件任务分析????????????????????????????19

4.2 显示子程序的设计??????????????????????????20

4.3 定时器T0、T1中断服务程序的设计???????????????????20

4.4 抢答器处理程序的设计????????????????????????21

4.5 主程序及分析????????????????????????????23

五、设计总结???????????????????????????????31 参考文献?????????????????????????????????32 致谢???????????????????????????????????33 2

绪论

绪论

数字技术是当前发展最快的学科之一，数字逻辑器件已从60年代的小规模集成电路（SSI）发展到目前的中、大规模集成电路（MSI、LSI）及超大规模集成电（VLSI）。相应地，数字逻辑电路的设计方法在不断地演变和发展，由原来的单一的硬件逻辑设计发展成三个分支，即硬件逻辑设计（中、小规模集成器件）、软件逻辑设计（软件组装的LSI和VSI，如微处理器、单片机等）及兼有二者优点的专用集成电路（ASIC）设计。

目前数字电子技术已经广泛地应用于计算机，自动控制，电子测量仪表，电视，雷达，通信等各个领域。例如在现代测量技术中，数字测量仪表不仅比模拟测量仪表精度高，功能高，而且容易实现测量的自动化和智能化。随着集成技术的发展，尤其是中，大规模和超大规模集成电路的发展，数字电子技术的应用范围将会更广泛地渗透到国民经济的各个部门，并将产生越来越深刻的影响。随着现代社会的电子科技的迅速发展，要求我们要理论联系实际，数字电子逻辑课程设计的进行使我们有了这个非常关键的机会。

通过这种综合性训练，我们要达到以下的目的和要求：

1.结合课程中所学的理论知识，独立设计方案。达到学有所用的目的.

2.学会查阅相关手册与资料，通过查阅手册和文献资料，进一步熟悉常用电子器件类型和特性，并掌握合理选用的原则，培养独立分析与解决问题的能力，对于抢答器我们大家都知道那是用于选手做抢答题时用的，选手进行抢答，抢到题的选手来回答问题。抢答器不仅考验选手的反应速度同时也要求选手具备足够的知识面和一定的勇气。选手们都站在同一个起跑线上，体现了公平公正的原则。

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第一章 抢答器的概述 1.1 系统设计的功能

1.1.1 基本功能：

（1） 同时供8名选手比赛，分别用8个按钮S0 ~ S7表示。

（2）设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。

（3）抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，扬声

器发出声响提示，并在七段数码管上显示选手号码。选手抢答实行优先锁存，

优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。

1.1.2 扩展功能：

（1）抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如30秒）。

当主持人启动"开始"键后，定时器进行减计时。

（2）参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示

器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。在这段

（3）如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定

时显示器上显示00。

1.2 抢答器的需求分析

1、在抢答中，只有开始后抢答才有效，如果在开始抢答前抢答为无效。

2、抢答限定时间和回答问题的时间可是在1～99s设定。

3、可以显示是哪位选手有效抢答和无效抢答，正确按键后有音乐提示。

4、抢答时间和回答问题时间倒记时显示，时间完后系统自动复位。

5、按键锁定，在有效状态下，按键无效非法。

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第二章 单片机的功能简介

2.1 89系列单片机的概况

MCS-51 单片机是美国INTE 公司于1980 年推出的产品，典型产品有 80 31、8051和8751 等通用产品，一直到现在， MCS-5 1 内核系列兼容的单片机仍是应用的主流产品，各高校及专业学校的培训教材仍与MCS-51 单片机作为代表进行理论基础学习。我们常说的已经停产的89C51 指的是ATMEL公司的 AT 89C51 单片机，同时是在原基础上增强了许多特性，如时钟，更优秀的是由Flash（程序存储器的内容至少可以改写 1000 次）存储器取带了原来的 ROM（一次性写入），AT89C51 的性能相对于8051 已经算是非常优越的了。89C51 的缺陷在于不支持ISP（在线更新程序）功能，必须加上ISP 功能等新功能才能更好延续MCS-51 的传奇。89S51就是在这样的背景下取代89C51 的，现在，89S51 目前已经成为了实际应用市场上新的宠儿，作为市场占有率第一的Atmel 目前公司已经停产AT89C51，将用AT89S51 代替。89S51 在工艺上进行了改进，89S51 采用 0.35 新工艺，成本降低,而且将功能提升,增加了竞争力。89SXX 可以像下兼容89CXX 等51 系列芯片。市场上见到的89C51 实际都是Atmel 前期生产的巨量库存而以。如果市场需要，Atmel当然也可以再恢复生产AT89C51。

AT89S51/LS51单片机是低功耗的、具有4KB在线课编程Flash存储器的单片机。它与通用80C51系列单片机的指令系统和引脚兼容。片内的Flash可允许在线重新编程，也可使用非易失性存储器编程。他将通用CPU和在线可编程Flash集成在一个芯片上，形成了功能强大、使用灵活和具有较高性能性价比的微控制器。

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2.2 AT89S51单片机的内部结构

AT89S51单片机内部由CPU、4KB的FPEROM ，128B的RAM，两个16位的定时/计数器T0和T1，4个8位的I/O端P0、P1、P2、P3等组成。单片微机内部最核心的部分是CPU。CPU主要功能是产生各种控制信号，控制存储器、输入/输出端口的数据传输、数据的算术运算、逻辑运算以及位操作处理等，CPU按其功能可分为运算器和控制器两部分。控制器由程序计数器PC、指令储存器、指令译码器、实时控制与条件转移逻辑电路等组成。它的功能是对来自存储器中的指令进行译码，通过实时控制电路，在规定的时刻发出各种操作所需的内部和外部的控制信号，使各部分协调工作，完成指令所规定的操作。运算器由算术逻辑器部件ALU、累加器ACC、暂存器、程序状态字寄存器PSW，BCD码运算调整电路等组成。

单片机的内部结构图

为了提高数据处理和位操作功能，片内增加了一个通用寄存器B和一些专用寄存器，还增加了位处理逻辑电路的功能[3]。其内部结构如图2-3所示。

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第三章 硬件电路的设计

3.1 设计原理

本系统采用AT89S52单片机作为核心，控制系统的四个模块分别为：单片机最小系统、显示模块、显示驱动模块、抢答开关模块。抢答器原理框图如图

3.1所示。

图 3.1 抢答器原理框图 总体设计之后，然后进行单元电路设计。单元电路设计分为电源电路设计、时钟和复位电路、键盘电路、显示报警电路等。

3.1 总电路原理

为使硬件电路设计尽可能合理，应注意以下几方面：

(1) 尽可能采用功能强的芯片，以简化电路，功能强的芯片可以代替若干普通芯片，随着生产工艺的提高，新型芯片的的价格不断下降，并不一定比若干普通芯片价格的总和高。

(2) 留有设计余地。在设计硬件电路时，要考虑到将来修改扩展的方便。因为很少有一锤定音的电路设计，如果现在不留余地，将来可能要为一点小小的修改或扩展而被迫进行全面返工。

(3) 程序空间，选用片内程序空间足够大的单片机，本设计采用AT89C51单片机。

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(4) RAM空间，AT89S51内部RAM不多，当要增强软件数据处理功能时，往往觉得不足。如果系统配置了外部RAM，则建议多留一些空间。如选用8155作I/O接口，就可以增强256字节RAM.如果有大批数据需要处理，则应配置足够的RAM，如6264，62256等。随着软件设计水平的提高，往往只要改变或增加软件中的数据处理算法，就可以使系统功能提高很多，而系统的硬件不必做任何更换就使系统升级换代。只要在硬件电路设计初期考虑到这一点，就应该为系统将来升级留足够的RAM空间，哪怕多设计一个RAM的插座，暂不插芯片也好。

(5) I/O端口：在样机研制出来后进行现场试用时，往往会发现一些被忽视的问题，而这些问题不是靠单纯的软件措施来解决的。如有些新的信号需要采集，就必须增加输入检测端；有些物理量需要控制，就必须增加输出端。如果在硬件电路设计就预留出一些I/O端口，虽然当时空着没用，那么用的时候就派上用场了。

P2.4为开始抢答[9]，P2.5为加分，P2.6为减分，P1.0-P1.7为六八抢答输入，数码管段选P0口，位选P2口低3位，蜂鸣器输出为P2.7口。

3.2 时钟频率电路的设计

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第三章硬件电路的设计

时钟电路是计算机的心脏，它控制着计算机的工作节奏。MCS-51单片机允许的时钟频率是因型号而异的。

晶振的选择：

6MHz的晶振，其机器周期是2us。

12MHz的晶振，其机器周期是1us, 也就是说在执行同一条指令时用6MHz的晶振所用的时间是12MHz晶振的两倍。为了提高整个系统的性能我选择了12MHz的晶振。

振荡方式的选择：

内部振荡方式，MCS-51内部都有一个反相放大器，XTAL1、XTAL2分别为反相放大器输入和输出端，外接定时反馈元件以后就组成振荡器，产生时钟送至单片机内部的各个部件。这样就构成了内部振荡方式

外部振荡方式是把已有的时钟信号引入单片机内。这种方式适合用来使单片机的时钟与外部信号一致。

在我的这个设计中没有也无需与外部时钟信号一致，所以我选择了内部振荡方式，由于单片机内部有一个高增益反相放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。晶振我选择了12MHz，相对于6MHz的晶振，整个系统的运行速度更快了。电容器C1、C2起稳定振荡频率、快速起振的作用，电容值我选择了30pF。内部振荡方式所得的时钟信号稳定性高。

图3-2时钟电路的设计

单片机必须在时钟的驱动下才能工作.在单片机内部有一个时钟振荡电路,只需要外接一个振荡源就能产生一定的时钟信号送到单片机内部的各个单元,决定单片机的工作速度。

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第三章硬件电路的设计

一般选用石英晶体振荡器。此电路在加电大约延迟10ms后振荡器起振,在XTAL2引脚产生幅度为3V左右的正弦波时钟信号,其振荡频率主要由石英晶振的频率确定。电路中两个电容 C1,C2的作用有两个:一是帮助振荡器起振;二是对振荡器的频率进行微调。C1,C2的典型值为30PF。

单片机在工作时,由内部振荡器产生或由外直接输入的送至内部控制逻辑单元的时钟信号的周期称为时钟周期。其大小是时钟信号频率的倒数,常用fosc表示。如时钟频率为12MHz,即fosc=12MHz,则时钟周期为1/12?s。

3.3 复位电路的设计

3.3.1 复位电路的可靠性设计

计算机在启动运行是都需要复位，使中央处理器CPU和系统中的其它部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。MCS-51的复位输入引脚RST为MCS-51提供了初始化的手段，可以使程序从指定处开始执行，在MCS-51的时钟电路工作后，只要RST引脚上出现超过两个机器周期以上的高电平时，即可产生复位的操作。只要 RST保持高电平，则MCS-51循环复位。只有当RST由高电平变低电平以后，MCS-51才从0000H地址开始执行程序。本系统采用按键复位方式的复位电路。

MCS-51单片机有一个复位引脚RST，它是施密特触发输入，当振荡器起振后，该引脚上出现2个机器周期（即24个时钟周期）以上的高电平。使器件复位，只要RST保持高电平，MCS-51保持复位状态。此时ALE、/PSEN、P0、P1、P2、P3口都输出高电平。RST变为低电平后，退出复位，CPU从初始状态开始工作。复位以后内部寄存器的初始状态为（SP=07，P0、P1、P2、P3为0FFH外，其它寄存器都为0。在RST复位端接一个电容至VccHE 一个电阻至Vss，就能实现上电自动复位，对于CMOS单片机只要接一个电容至Vcc即可。如图，在加电瞬间，电容通过电阻充电，就在RST端出现一定时间的高电平，只要高电平时间足够长，就可以使MCS-51有效地复位。RST端在加电时应保持的高电平时间包括Vcc的上升时间和振荡器起振时间，Vcc上升时间若为10ms，振荡器起振时间和频率有关。10MHz时间约为1ms，1MHz时约为10ms，所以一般为了可靠地复位，RST在上电时应保持20ms以上的高电平。图2.5中，RC时间常数越大，上电时RST端保持高电平的时间越长。当振荡频率为12MHZ时，典型值为C=10uF,R=8.2kΩ.

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图3-3上电复位电路

3.3.2人工复位

除上电自动复位以外，常常需要人工复位，将一个按钮开关并联于上电自动

复位电路，按一下开关就RST端出现一段时间的高电平，即使器件复位。如图

所示

图3-4上电和开关复位

而我们在这次的毕业设计中运用的人工复位电路. 其中电平复位是通过RST端经电阻和

电源Vcc接通而实现的，按键手动电平复位电路如图。当时钟频率选用12MHz时，C选

取10uF，R选择1000欧。

3.4 显示电路的设计

显示功能与硬件关系极大，当硬件固定后，如何在不引起操作者误解的前提下提供尽

可能丰富的信息，全靠软件来解决。

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3.4.1 显示模块在系统硬件中的安排

操作者主要设计从显示设备上获取微机系统的信息的，因此，操作者每操作一下，显示设备商都应该有一定的反应。这说明，显示模块与操作有关，即监控程序是需要调用显示模块。不同的操作需要显示不同的内容，这又说明各执行模块对显示模块的驱动方式是不同的。另一方面，在操作者没有进行操作时，显示内容也是变化的，如显示现场各物理量的变化情况。这时显示模块不是由操作者通过命令键来驱动，而是由各类自动执行的功能模块来驱动。自动执行的各类模块在安排在各种中断子程序中，这就是说，各种中断子程序也要调用显示模块。如果监控安排在中断子程序中，两者的要求就统一了，问题比较好解决，如果监控程序安排在主程序中，在监控程序调用显示模块的过程中发生了中断，中断子程序也调用显示模块，这时就容易出问题。一种比较妥善的办法是只让一处调用显示模块，其他各处均不得直接调用显示模块，但有权申请显示。这就要设置一个显示申请标志，当某模块需要显示时，将申请标志置位，同时设定有关显示内容（或指针）。由于一处调用显示模块，故不会发生冲突。为了使显示模块能及时反应系统需要，应将显示模块安排在一个重复执行的循环（如监控循环或时钟中断子程序）中。当监控程序（键盘解释程序）安排在时钟中断子程序中时，处理比较方便，只要在监控程序的汇合处调用显示模块就可以了。

这里将显示功能集中到一起，作为一个功能模块，就要求它的功能全面，能根据系统软件提供的信息自动完成显示内容的查找，变换和输出驱动。这样设计使得各功能模块都不必考虑显示问题，只要给出一个简单的信息（如显示格式编码）甚至不用再提供额外信息，直接利用当前状态变量和软件标志就可以完成所需的显示要求。

如果编写这样一个集中显示模块有困难，也可以将显示模块编小一些，只完成显示缓冲区的内容输出到显示器件上的工作。这时各功能模块在提出显示申请时，还需要将显示内容按需要的格式送入显示缓冲区中。这样分而治之比较容易编程，但要小心出现显示混乱。例如后台程序需要调用显示，将有关信息送入到现实缓冲区进行显示；中断返回后，后台程序继续送完后半部分显示 2

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内容，但前半部分内容已经变了，这样就出现了显示错误。解决的办法是，在申请显示前，先检查是否已经有显示申请，如果有，就不再申请，等待下次机会；如果没有，则先申请标志位，再将显示内容送入显示缓冲区。这时就不必担心其他前台模块来打扰了，就可以得到一次完整的显示机会。

在这里我们使用的是七段数码管显示，通常在显示[6]上我们采用的方法一般包括两种：一种是静态显示，一种是动态显示。其中静态显示的特点是显示稳定不闪烁，程序编写简单，但占用端口资源多；动态显示的特点是显示稳定性没静态好，程序编写复杂，但是相对静态显示而言占用端口资源少。在本设计中根据实际情况采用的是动态显示方法。

并通过查表法，将其在数码管上显示出来，其中P0口为字型码输入端，P2口低3位为字选段输入端。在这里我们通过查表将字型码送给7段数码管显示的数字，数码管显示原理如下：

MOV A,R5

MOVC A,@A+DPTR ；查字型

MOV P2,#01H ；送位选码

MOV P0,A ；送字型码

ACALL DELAY ；调延时，去闪烁

在七段数码管显示中可分为共阳极和共阴极两种类型极。以共阴为例，要想a段亮，向a段送1就是，返之送0，共阳刚好相反。

3.5 扫描电路的实现

键盘是人与微机系统打交道的主要设备。关于键盘硬件电路的设计方法也可以在文献和书籍中找到，配合各种不同的硬件电路，这些书籍中一般也提供了相应的键盘扫描程序。站在系统监控软件设计的立场上来看，仅仅完成键盘扫描，读取当前时刻的键盘状态是不够的，还有不少问题需要妥善解决，否则，人们在操作键盘就容易引起误操作和操作失控现象。在单片机应用中键盘用得最多的形式是独立键盘及矩阵键盘。

它们各有自己的特点，其中独立键盘硬件电路简单，而且在程序设计上也不复杂，一般用在对硬件电路要求不高的简单电路中；矩阵键盘与独立键盘有很大区别，首先在硬件电路上它要比独立键盘复杂得多，而且在程序算法上比它要烦琐，但它在节省端口资源上有 2

贵州航天职业技术学院 扫描电路的实现 优势得多，因此它更适合于多按键电路。其次就是消除在按键过程中产生的“毛刺”现象。

这里采用最常用的方法，即延时重复扫描法，延时法的原理为：因为“毛刺”脉冲一般持

续时间短，约为几ms，而我们按键的时间一般远远大于这个时间,所以当单片机检测到有

按键动静后再延时一段时间(这里我们取10ms)后再判断此电平是否保持原状态,如果是则

为有效按键，否则无效。

3.5.1 按钮输入的硬件处理

按钮的触点在闭合和断开时均会产生抖动，这是触点的逻辑电平是不稳定

的，如不妥善处理，将会引起按键命令的错误执行或重复执行。现在一般均用

软件延时的方法来避开抖动阶段，这一延时过程一般大于5ms，例如取10-20ms。

如果监控程序中的读键操作安排在主程序（后台程序）或键盘中断（外部中断）

子程序中，则该延时子程序便可直接插入读键过程中。如果读键过程安排在定

时中断子程序中，就可省去专门的延时子程序，利用两次定时中断的时间间隔

来完成抖动处理。

3.6 发声

我们知道，声音的频谱范围约在几十到几千赫兹[7]，若能利用程序来控制

单片机某个口线的“高”电平或低电平，则在该口线上就能产生一定频率的矩形

波，接上喇叭就能发出一定频率的声音，若再利用延时程序控制“高”“低”电平

的持续时间，就能改变输出频率，从而改变音调，使喇叭发出不同的声音。

3.7 系统复位

使CPU进入初始状态，从0000H地址开始执行程序的过程叫系统复位。从

实现系统复位的方法来看，系统复位可分为硬件复位和软件复位。硬件复位必

须通过CPU外部的硬件电路给CPU的RESET端加上足够时间的高电位才能实现。

上电复位，人工按钮复位和硬件看门狗复位均为硬件复位。硬件复位后，各专

用寄存器的状态均被初始化，且对片内通用寄存器的内容没有影响。但是，硬

件复位还能自动清除中断激活标志，使中断系统能够正常工作，这样一个事实

却容易为不少编码人员所忽视。软件复位就是用一系列指令来模拟硬件复位功

能，最后通过转移指令使程序从0000H地址开始执行。对各专用寄存器的复位

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贵州航天职业技术学院 发声 操作是容易的，也没有必要完全模拟，可根据实际需要去主程序初始化过程中

完成。而对中断激活标志的清除工作常被遗忘，因为它没有明确的位地址可供

编程。有的编程人员用020000（LJMP 0000H）作为软件陷阱，认为直接转向

0000H地址就完成了软件复位，就是这类错误的典型代表。软件复位是使用软

件陷阱和软件看门狗后必须进行的工作，这时程序出错完全有可能发生在中断

子程序中，中断激活标志已置位，它将阻止同级中断响应。由于软件看门是高

级中断，它将阻止说要中断响应，由此可见清除中断激活标志的重要性。

在所有的指令中，只有RETI指令能够清除中断激活标志。前文各处提案到

的出错处理程序ERR主要完成这一功能，其他的善后工作交由复位后的系统去

完成。

有复位时系统的历史状况，可将复位分为“冷启动”和“热启动”。 “冷

启动”时，系统的状态全部无效，进行彻底的初始化操作；而“热启动”时，

对系统的当前状态进行修复和有选择的初始化。系统初次上电投入运行时，必

须是“冷启动”，以后由抗干扰措施引起的复位操作一般均为“热启动”初次上

电投入运行时，必须是“冷启动”，以后由抗干扰措施引起的复位操作一般均为

“热启动”。为了使系统能正确决定采用何种启动方式，常用上电标志来区分，

如图3-6所示：

贵州航天职业技术学院 发声

图3-6 系统复位策略图

第四章 软件设计

4.1 软件任务分析

软件任务分析和硬件电路设计结合进行，哪些功能由硬件完成，哪些任务

由软件完成，在硬件电路设计基本定型后，也就基本上决定下来了。

软件任务分析环节是为软件设计做一个总体规划。从软件的功能来看可分

为两大类：一类是执行软件，它能完成各种实质性的功能，如测量，计算，显

示，打印[8]，输出控制和通信等，另一类是监控软件，它是专门用来协调各执

行模块和操作者的关系，在系统软件中充当组织调度角色的软件。这两类软件

的设计方法各有特色，执行软件的设计偏重算法效率，与硬件关系密切，千变

万化。

软件任务分析时，应将各执行模块一一列出，并为每一个执行模块进行功

能定义和接口定义（输入输出定义）。在各执行模块进行定义时，将要牵扯到的

数据结构和数据类型问题也一并规划好。各执行模块规划好后，就可以监控程

序了。首先根据系统功能和键盘设置选择一种最适合的监控程序结构。相对来

2

贵州航天职业技术学院 软件设计 讲，执行模块任务明确单纯，比较容易编程，而监控程序较易出问题。这如同

当一名操作工人比较容易，而当一个厂长就比较难了。

软件任务分析的另一个内容是如何安排监控软件和各执行模块。整个系统

软件可分为后台程序（背景程序）和前台程序。后台程序指主程序及其调用的

子程序，这类程序对实时性要求不是太高，延误几十ms甚至几百ms也没关系，

故通常将监控程序（键盘解释程序），显示程序和打印程序等与操作者打交道的

程序放在后台程序中执行；而前台程序安排一些实时性要求较高的内容，如定

时系 统和外部中断（如掉电中断）。也可以将全部程序均安排在前台，后台程

序为“使系统进入睡眠状态”，以利于系统节电和抗干扰。

4.2 显示子程序的设计

显示子程序，及部分注解如下：

DISPLAY:MOV DPTR,#DAT1; 查表显示程序,利用P0口做段选码口输出

P2低三位做位选码输出

MOV A,R3

MOVC A,@A+DPTR

MOV P2,#0feH

MOV P0,A

ACALL DELAY

MOV DPTR,#DAT2

MOV A,R5

MOVC A,@A+DPTR

MOV P2,#0fdH

MOV P0,A

2

贵州航天职业技术学院 软件设计

ACALL DELAY

MOV A,R4

MOVC A,@A+DPTR

MOV P2,#0fbH

MOV P0,A

ACALL DELAY

RET

DAT1:DB 00h,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,71H

;"灭","1","2","3","4","5","6","7","8","9","灭","F"

DAT2:DB 3fh,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,71H

第一个为零,其他与上相同,因为十位如果为零显示熄灭

4.3 定时器T0、T1中断服务程序的设计

TO溢出中断(响铃程序)

T0INT: MOV TH0,#0ECH

MOV TL0,#0FFH

JNB RING,OUT;

CPL P3.6;RING标志位为1时候P3.6口不断取反使喇叭发出一定频率的声

音

OUT: RETI

T1溢出中断(计时程序)：

T1INT: MOV TH1,#3CH

MOV TL1,#0B0H

INC R0

RETI

END

4.4 抢答器处理程序的设计

抢答器处理程序：

TRUE1: ACALL BARK;按键发声

MOV A,R2

2

贵州航天职业技术学院 软件设计

MOV R6,A;抢答时间R2送R6

MOV R3,#01H

CLR OK;因为答题的计时不再查询抢答,所以就锁了抢答

AJMP COUNT

TRUE2:ACALL BARK;

MOV A,R2

MOV R6,A

MOV R3,#02H

CLR OK

AJMP COUNT

TRUE3:ACALL BARK;

MOV A,R2

MOV R6,A

MOV R3,#03H

CLR OK

AJMP COUNT

TRUE4:ACALL BARK;

MOV A,R2

MOV R6,A

MOV R3,#04H

CLR OK

AJMP COUNT

TRUE5: ACALL BARK;

MOV A,R2

MOV R6,A

MOV R3,#05H

CLR OK

AJMP COUNT

TRUE6: ACALL BARK;

MOV A,R2

2

贵州航天职业技术学院 软件设计

MOV R6,A

MOV R3,#06H

CLR OK

AJMP COUNT

TRUE7: ACALL BARK;

MOV A,R2

MOV R6,A

MOV R3,#07H

CLR OK

AJMP COUNT

TRUE8: ACALL BARK;

MOV A,R2

MOV R6,A

MOV R3,#08H

CLR OK

AJMP COUNT

4.5 程序及分析

单片机控制8路抢答器程序

OK EQU 20H ;抢答开始标志位

RING EQU 22H ;响铃标志位

ORG 0000H

AJMP MAIN

ORG 0003H

AJMP INT0SUB

ORG 000BH

AJMP T0INT

ORG 0013H

2

贵州航天职业技术学院 程序分析

AJMP INT1SUB ORG 001BH AJMP T1INT ORG 0040H

MAIN: MOV R1,#30 ;初设抢答时间为30s

MOV R2,#60 ;初设答题时间为60s MOV TMOD,#11H ;设置未定时器/模式1 MOV TH0,#0F0H

MOV TL0,#0FFH ;越高发声频率越高,越尖 查询程序

START: ACALL ACALL ACALL NEXT:

MOV TH1,#3CH

MOV TL1,#0B0H SETB EA SETB ET0 SETB ET1 SETB EX0

SETB EX1 CLR OK CLR RING SETB TR1

SETB TR0

MOV R5,#0BH

MOV R4,#0BH MOV R3,#0BH

DISPLAY JB P3.0,NEXT

DELAY

JB P3.0,NEXT BARK MOV A,R1

MOV R6,A SETB OK MOV R3,#0AH AJMP COUNT JNB P1.0,FALSE1

JNB P1.1,FALSE2 JNB P1.2,FALSE3 JNB P1.3,FALSE4

2

; 50ms为一次溢出中断 ;允许四个中断,T0/T1/INT0/INT1 ;一开始就运行定时器,以开始显示FFF.

如果想重新计数,重置TH1/TL1就可以了

;未开始抢答时候显示FFF

;去抖动,如果"开始键"按下就向下执行,

否者跳到非法抢答查询

;按键发声

;送R1->R6,因为R1中保存了抢答时间 ;抢答标志位,用于COUNT只程序中判

断是否查询抢答

;抢答只显示计时,灭号数

;进入倒计时程序,"查询有效抢答的程

序"在COUNT里面

贵州航天职业技术学院 程序分析

JNB P1.4,FALSE5

JNB P1.5,FALSE6

JNB P1.6,TZ1

JNB P1.7,TZ2

AJMP START

TZ1: JMP FALSE7

TZ2: JMP FALSE8

非法抢答处理程序

FALSE1: ACALL BARK

MOV R3,#01H

AJMP ERROR

FALSE2: ACALL BARK

MOV R3,#02H

AJMP ERROR

FALSE3: ACALL BARK

MOV R3,#03H

AJMP ERROR

FALSE4: ACALL BARK

MOV R3,#04H

AJMP ERROR

FALSE5: ACALL BARK

MOV R3,#05H

AJMP ERROR

FALSE6: ACALL BARK

MOV R3,#06H

AJMP ERROR

FALSE7: ACALL BARK

MOV R3,#07H

AJMP ERROR

FALSE8: ACALL BARK

MOV R3,#08H

AJMP ERROR

INT0(抢答时间R1调整程序)

INT0SUB : MOV A,R1

MOV B,#0AH

DIV A,B

MOV R5,A

MOV R4,B

MOV R3,#0AH

ACALL DISPLAY

JNB P3.4,INC0

2 ;按键发声 ;先在两个时间LED上显示R1 为+1s键,如按下跳到INCO ;P3.4

贵州航天职业技术学院 程序分析

JNB P3.5,DEC0 ;P3.5为-1s键,如按下跳到DECO

JNB P3.1,BACK0 ;P3.1为确定键,如按下跳到BACKO

AJMP INT0SUB

INC0: MOV A,R1

CJNE A,#63H,ADD0 ;如果不是99,R2加1,如果加到99,R1就置0，

重新加起。

MOV R1,#00H

ACALL DELAY1

AJMP INT0SUB

ADD0: INC R1

ACALL DELAY1

AJMP INT0SUB

DEC0: MOV A,R1

JZ SETR1 ;如果R1为0, R1就置99，

DEC R1

ACALL DELAY1

AJMP INT0SUB

SETR1: MOV R1,#63H

ACALL DELAY1

AJMP INT0SUB

BACK0: RETI

;=====INT1(回答时间R2调整程序)=====

INT1SUB:MOV A,R2

MOV B,#0AH

DIV AB

MOV R5,A

MOV R4,B

MOV R3,#0AH

ACALL DISPLAY

JNB P3.4,INC1

JNB P3.5,DEC1

JNB P3.1,BACK1

AJMP INT1SUB

INC1: MOV A,R2

CJNE A,#63H,ADD1

MOV R2,#00H

ACALL DELAY1

AJMP INT1SUB

ADD1: INC R2

ACALL DELAY1

AJMP INT1SUB

DEC1: MOV A,R2

JZ SETR2

DEC R2

2

贵州航天职业技术学院 程序分析

ACALL DELAY1

AJMP INT1SUB

SETR2: MOV R2,#63H

ACALL DELAY1

AJMP INT1SUB

BACK1: RETI

;=====倒计时程序(抢答倒计时和回答倒计时都跳到改程序)=====

COUNT: MOV R0,#00H;重置定时器中断次数

MOV TH1,#3CH

MOV TL1,#0B0H;重置定时器

RECOUNT:MOV A,R6;R6保存了倒计时的时间,之前先将抢答时间或回答

时间给R6

MOV B,#0AH

DIV AB;除十分出个位/十位

MOV 30H,A;十位存于(30H)

MOV 31H,B;个位存于(31H)

MOV R5,30H;取十位

MOV R4,31H;取个位

MOV A,R6

SUBB A,#07H

JNC LARGER;大于5s跳到LARGER,小于等于5s会提醒

MOV A,R0

CJNE A,#0AH,FULL;1s中0.5s向下运行

CLR RING

AJMP CHECK

FULL: CJNE A,#14H,CHECK;下面是1s的情况,响并显示号数并清R0,

重新计

SETB RING

MOV A,R6

JZ QUIT;计时完毕

MOV R0,#00H

DEC R6;一秒标志减1

AJMP CHECK

LARGER: MOV A,R0

CJNE A,#14H,CHECK;如果1s向下运行,否者跳到查"停/显示"

DEC R6;计时一秒R6自动减1

MOV R0,#00H

CHECK: JNB P3.1,QUIT;如按下停止键退出

ACALL DISPLAY

JB OK,ACCOUT;如果是抢答倒计时,如是则查询抢答,否者跳过查询继

续倒数(这里起到锁抢答作用)

AJMP RECOUNT

ACCOUT:JNB P1.0,TRUE1

JNB P1.1,TRUE2

2

贵州航天职业技术学院 程序分析

JNB P1.2,TRUE3

JNB P1.3,TRUE4

JNB P1.4,TRUE5

JNB P1.5,TRUE6

JNB P1.6,TZ3

JNB P1.7,TZ4

AJMP RECOUNT

TZ3:JMP TRUE7

TZ4:JMP TRUE8

QUIT: CLR OK;如果按下了"停止键"执行的程序

CLR RING

AJMP START

;=====正常抢答处理程序=====

TRUE1: ACALL BARK;按键发声

MOV A,R2

MOV R6,A;抢答时间R2送R6

MOV R3,#01H

CLR OK;因为答题的计时不再查询抢答,所以就锁了抢答

AJMP COUNT

TRUE2:ACALL BARK;

MOV A,R2

MOV R6,A

MOV R3,#02H

CLR OK

AJMP COUNT

TRUE3:ACALL BARK;

MOV A,R2

MOV R6,A

MOV R3,#03H

CLR OK

AJMP COUNT

TRUE4:ACALL BARK;

MOV A,R2

MOV R6,A

MOV R3,#04H

CLR OK

AJMP COUNT

TRUE5: ACALL BARK;

MOV A,R2

MOV R6,A

MOV R3,#05H

CLR OK

AJMP COUNT

TRUE6: ACALL BARK;

2

贵州航天职业技术学院 程序分析

MOV A,R2

MOV R6,A

MOV R3,#06H

CLR OK

AJMP COUNT

TRUE7: ACALL BARK;

MOV A,R2

MOV R6,A

MOV R3,#07H

CLR OK

AJMP COUNT

TRUE8: ACALL BARK;

MOV A,R2

MOV R6,A

MOV R3,#08H

CLR OK

AJMP COUNT

;=====犯规抢答程序=====

ERROR: MOV R0,#00H

MOV TH1,#3CH

MOV TL1,#0B0H

MOV 34H,R3;犯规号数暂存与(34H)

HERE: MOV A,R0

CJNE A,#0AH,FLASH;0.5s向下运行->灭并停响

CLR RING

MOV R3,#0AH

MOV R4,#0AH

MOV R5,#0AH;三灯全灭

AJMP CHECK1

FLASH: CJNE A,#14H,CHECK1;下面是1s的情况,响并显示号数并清R0,

重新计

SETB RING

MOV R0,#00H

MOV R3,34H;取回号数

MOV R5,#0BH

MOV R4,#0BH;显示FF和号数

AJMP CHECK1

CHECK1: JNB P3.1,QUIT1

ACALL DISPLAY

AJMP HERE

QUIT1: CLR RING

CLR OK

AJMP START

2

贵州航天职业技术学院 程序分析

;=====显示程序=====

DISPLAY:MOV DPTR,#DAT1;查表显示程序,利用P0口做段选码口输出

/P2低三位做位选码输出,

MOV A,R3

MOVC A,@A+DPTR

MOV P2,#0feH

MOV P0,A

ACALL DELAY

MOV DPTR,#DAT2

MOV A,R5

MOVC A,@A+DPTR

MOV P2,#0fdH

MOV P0,A

ACALL DELAY

MOV A,R4

MOVC A,@A+DPTR

MOV P2,#0fbH

MOV P0,A

ACALL DELAY

RET

DAT1:DB 00h,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,71H

;"灭","1","2","3","4","5","6","7","8","9","灭","F"

DAT2:DB 3fh,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,71H

;第一个为零,其他与上相同,因为十位如果为零显示熄灭

;====加减时间延时(起到不会按下就加N个数)======

DELAY1: MOV 35H,#08H

LOOP0: ACALL DISPLAY

DJNZ 35H,LOOP0

RET

;=====延时(显示和去抖动用到)=====

DELAY: MOV 32H,#12H

LOOP: MOV 33H,#0AFH

LOOP1: DJNZ 33H,LOOP1

DJNZ 32H,LOOP

RET

;=====发声程序=====

BARK: SETB RING

ACALL DELAY1

ACALL DELAY1

CLR RING;按键发声

RET

;=====TO溢出中断(响铃程序)=====

2

贵州航天职业技术学院 程序分析

T0INT: MOV TH0,#0ECH

MOV TL0,#0FFH

JNB RING,OUT;

CPL P3.6;RING标志位为1时候P3.6口不断取反使喇叭发出一定频

率的声音

OUT: RETI

;=====T1溢出中断(计时程序)=====

T1INT: MOV TH1,#3CH

MOV TL1,#0B0H

INC R0

RETI

END

第五章 设计小结

本文研究与设计的八路多功能抢答器采用了通用的电子元器件，利用

AT89S51单片机及外围接口实现抢答系统，利用单片机的定时器/计数器定时和记

数的原理，将软、硬件有机地结合起来，使得系统能够正确地进行计时，同时使

数码管能够正确地显示时间。计分接收的单片机部分利用汇编语言编写。设计时，

首先通过在线编程，然后具体安装，仿真，完全实现了设计功能。

本设计中，利用常规的单片机扫描识别的方法。通过系统的仿真研究得出。

由于采用汇编语言设计电路，所以本设计在编程成功后，硬件电路基本上不

需要调试就可正常使用。

整个设计通过了软件的仿真。我想这对于自己以后的学习和工作都会有很

大的帮助的。在这次设计中遇到了很多实际性的问题，在实际设计中才发现，

书本上理论性的东西与在实际运用中的还是有一定的出入的，所以有些问题不

但要深入地理解，而且要不断地更正以前的错误思维。对于单片机设计，其硬

件电路是比较简单的，主要是解决程序设计中的问题。而程序设计是一个很灵

活的东西，它反映了你解决问题的逻辑思维和创新能力。它才是一个设计的灵

2

贵州航天职业技术学院 设计小结 魂所在。因此在整个设计过程中大部分时间是用在程序上面的。很多子程序是

可以借鉴书本上的，但怎样衔接各个子程序才是关键的问题所在，这需要对单

片机的结构很熟悉。因此可以说单片机的设计是软件和硬件的结合，二者是密

不可分的。

但是，通过这次设计我也发现自己的很多不足之处。在设计过程中我发现自

己考虑问题很不全面，自己的专业知识掌握的很不牢固，所掌握的计算机应用软

件还不够多，我希望自己的这些不足之处能在今后的工作和学习中得到改善。而

且，通过这次设计，我懂得了学习的重要性，学会了坚持和努力，我将会在以后

的学习中继续学习。

参考文献

[1] 陈大钦编.电子技术基础实验(第二版)[M].湖北:机械工业出版社,2001

[2] 李广弟.单片机基础[M].北京:北航出版社，2010

[3] 胡学海.单片机原理及应用系统设计[M].北京：京电子工业出版社，2005

[4] 卢飞跃.红外遥控多路抢答器的设计[J].番禺职业技术学报，2003，

2(2):10-12.

[5] 王公堂.基于IP1C68F73的61路抢答器[J].电脑开发与应用，2006，

9(9):83-84

[6] 梁超.一款基于单片机技术的电子抢答器[J].机电工程技术，2005，

34(1):48-52

致 谢

本设计是在我的导师董泽芳老师的亲切关怀和细心指导下完成的，在设计

2

过程中，自始至终凝聚着导师的心血。恩师那治学严谨的态度，渊博的学识感染着我。他那诲人不倦、宽厚朴实的作风给我们留下了不可磨灭的影响，是我学习的榜样，使我终生受益无穷。在此论文完成之际，特向恩师表达诚挚的谢意同时以最崇高的敬意。

我还要感谢我的一些同学，他们在我最需要帮助的时候无私的伸出了援助之手，在此，对于他们无私的帮助我表示深深的感谢。可以说如果没有他们的帮助我就不可能顺利的按时完成毕业设计。

真诚的感谢所有的帮助过我的老师们，同学们、家人和朋友们，感谢对本设计进行评审的老师们，感谢他们给我提出的宝贵意见和建议。

2