基于Proteus仿真的单片机多功能智能抢答器的设计

谢道平

(安徽财经大学 管理科学与工程学院，安徽 蚌埠 233031)

基于Proteus仿真的单片机多功能智能抢答器的设计

谢道平

(安徽财经大学 管理科学与工程学院，安徽 蚌埠 233031)

介绍一种以AT89S52单片机为核心控制器，在Proteus软件环境下，从硬件电路建立和软件设计两方面阐述了智能抢答器系统的设计过程和方法。通过仿真运行，表明该抢答器能够及时准确的显示第一有效抢答信号，具有反应快、区分度高、操作简便和实用性强等特点。证明了本文阐述的方案和设计方法是可行的。

抢答器;单片机;Proteus

0 引言

现代电子设计手段由手工设计到EDA阶段，再到虚拟设计阶段，人们不断提高设计水平与效率。Proteus电子系统仿真与开发平台是一款可以实现数字电路、模拟电路、微控制器系统仿真以及PCB设计等功能的EDA软件。从元器件的选取到连线，直至电路的调试、分析和软件的编译，都是在虚拟环境下进行，这样就避免了传统电子电路设计中方案更换带来的多次重复购买元器件及制板，在节省设计时间与经费的同时，提高了设计效率与质量。

本文在Proteus基础上设计出一款可以实现八路抢答和倒计时显示功能的抢答器，该抢答器由AT89S52单片机为控制核心，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，最后通过液晶显示屏正确地显示相应的路数，同时抢答时间也被显示和限制。在抢答时，其他选手抢答无效，即其按键操作无效。

1 设计要求

①可同时供8名选手(或代表队)参赛，其编号分别是0到7，各用一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相对应。

②给节目主持人设置一系列控制开关，用来控制系统抢答的开始、复位、抢答时间设置等功能。

③抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，编号立即锁存，并在LCD显示屏上显示出选手的编号，同时扬声器给出音响提示。此外，要封锁输入电路，禁止其它选手抢答。优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。

④抢答器具有定时抢答的功能，且一次抢答的时间可以由主持人设定(如15秒)。先点击设定时间按钮，然后点击选择设定对象按钮进行秒与分的设定，且秒一次按钮变化5秒，而分是一次变化一分钟。当节目主持人启动“开始”键后，要求定时器立即进行减计时，并用显示器进行显示，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续时间0.5秒左右。

⑤参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时刻的时间，同时扬声器发出短暂的声响并保持到主持人将系统清零为止。如果定时抢答的时间已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效，系统进行短暂的报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答，定时显示器上显示00:00。

2 抢答器硬件电路设计

根据本系统设计要求硬件电路主要分为三个部分:第一部分为选手按键组成的抢答电路输入模块，第二部分为以AT89S52单片机为核心的控制电路模块，当然，单片机工作必须有电源电路、复位电路和时钟电路;第三部分为由LCD LM016L液晶显示屏电路和声光控制组成的显示电路模块。其中单片机是各电路的核心，起到组织控制的作用［3］。总体框图如图1所示。

2.1 输入模块电路设计

抢答器输入信号由八个小按键控制，当有键按下的时候，就产生了有效的输入信号。在单片机系统中一般由软件来识别键盘上的闭合键，组成键盘的按键有触点式和非触点式两种，而单片机中应用的键盘一般是由机械触点构成的。为使单片机能正确地读出键盘所接I/O的状态，对每一次按键只做一次响应。必须考虑如何去除按键过程中的抖动。常用的去抖的方法有硬件方法和软件方法两种，单片机中常用软件法。本模块由8个按键组成，按键一端直接与单片机P3.0－P3.7相连，另一端接地;组成8路抢答的输入口，同时采用键盘扫描程序来判断哪一键被按下。

图1 抢答器系统总体框图

2.2 控制电路设计

与传统的抢答器采用小规模数字集成电路设计比较，单片机具有易于使用、区分度高、反应快和电路简单等优点，本系统单片机采用AT89S52作为控制系统的核心，在主持人按下开始键后，当有选手按键时，单片机通过键盘扫描程序判断出是哪一路选手，并存储到单片机中，然后通过显示模块显示出哪一路，最后选手在规定的时间内完成抢答，这些动作都是在单片机控制下进行的。具体连接是:P1.5和P1.6端由主持人控制，分别是抢答开始和复位键，P1.3和P1.7分别为设定时间与选定设定对象控制端。

2.3 显示电路模块设计

该模块由字符型液晶显示器1602组成，用来显示抢答器信号的具体路数的，液晶显示器的8根数据线与单片机的P2口相连，用来传输数据与命令;液晶的使能信号E、数据/命令选择端RS、读/写选择端R/W这3根控制线与单片机P1.0、P1.1和接地端相连，从而控制液晶显示。具体连接:P1.1是液晶显示屏的使能端的输入口，P1.0是液晶显示屏的数据/命令选择输入端口。

根据上述对抢答器系统各个部分的电路设计，本文设计的完整系统电路图如图2所示:

图2 八路抢答器仿真电路图

3 抢答器软件设计

3.1 设计思路

在单片机开发中除了必要的硬件设计外，同样离不开软件设计。本设计采用Keil软件下的单片机C语言编程环境，软件设计思路:

①单片机上电复位后，首先对定时器和液晶进行初始化，即执行lcd_init();timer_init();然后进入无限循环程序来判断“开始键”是否按下，如果按下，则可以进行抢答;没有按下，则处于无限等待。

②在进行抢答时，执行键盘扫描程序keyscan()来判断哪一个键被选手按下，并记下选手所对应的P3口的信号，且通过液晶显示程序display()显示其路数。

③在选手回答问题时，由主持人通过“设定时间和选择设定对象”键来对选手计时，然后按下“开始键”，则进入正常问题回答阶段，定时器进入倒计时程序，选手在规定时间内答题则本次回答成功。主程序流程图如图3所示:

图3 抢答器主程序流程图

3.2 仿真运行

根据上述软件设计思想和流程图在Keil环境下编辑程序，如液晶初始化程序:(其中液晶写指令void write_com(uchar com);

液晶写数据void write_data(uchar date)

voidlcd_init()

{uchar num;lcden=0;

write_com(0x38);//初始化 write_com(0x0c);//打开光标write_com(0x01);//清显示 write_com(0x80);

for(num=0;num ＜5;num++){write_data(table［num］);}

}［2］

通过编译得到.HEX文件，仿真运行结果如图4所示:

仿真结果表明，设计的电路原理图和程序能够实现系统既定的目标。

4 结语

本文以AT89S52单片机为核心，在Proteus环境中设计了八路抢答器系统。软件仿真表明该抢答器能够及时准确的显示第一有效抢答信号，具有反应快、区分度高、操作简便和实用性强等特点。

图4 抢答器电路仿真图

［1］ 周润景，张丽娜.基于PROTEUS的电路及单片机系统设计与仿真［M］.北京:北京航天航空大学出版社，2006.

［2］ 周坚.单片机C语言轻松入门［M］.北京:北京航天航空大学出版社，2006.

［3］ 李萍，张池，张勃.AT89S51单片机原理、开发与应用实例［M］.北京:中国电力出版社，2008.

Design of Multi-functional Intelligent Calling Implement of Single Chip Microcomputer Based on Proteus Simulation

XIE Dao-ping

(School of Management Science and Engineering，Anhui University of Finance and Economics，Bengbu 233031，Chinai)

This paper introduces an AT89S52 microcontroller-based core controller.It elaborates design process and methods of the intelligent calling implement system from the hardware circuit and software design in Proteus software environment.Simulation running indicates that the calling implement can display the first effective answer signal timely and accurately，having the characteristics of quick reaction，high differentiation degree，easy operation and strong practicality.It is proved that the design method is feasible.

calling implement;single-chip microcomputer;Proteus

TP391.9

A

1009－3907(2011)10－0012－04

2011-08-16

谢道平(1973-)，男，安徽无为人，讲师，主要从事单片机控制技术、数字图像处理方法等方面研究。

责任编辑:吴旭云