基于AT89C51的八路抢答器的设计

张翠云

（河南工业和信息化职业学院，河南焦作 454000）

基于AT89C51的八路抢答器的设计

张翠云

（河南工业和信息化职业学院，河南焦作 454000）

设计了一种以单片机AT89C51为核心的八路抢答器，从硬件和软件两方面详细介绍了抢答器的设计方法。通过Proteus软件仿真，仿真结果表明，该抢答器的设计实现了预期的目标。

抢答器；AT89C51；Proteus

抢答器是一种通过键盘扫描方式来控制芯片工作，从而完成声光显示任务的电子产品。它具有成本低、功耗低、操作简单，使用灵活等优点。

1 方案设计

该设计主要实现以下功能：（1）主持人按下抢答“开始”按钮，同时喇叭发出“嘀”的一声，八路抢答开始；（2）八路抢答按钮的编号分别为1～8，一次只能有一人抢答成功；（3）当某一路抢答成功时，发光二极管立即点亮，并在数码管上显示该路的号数，直到主持人按清零开关为止，其他人再抢答无效；（4）主持人按“清零”按钮后，必须下次重新按“开始”按钮才能继续抢答。

该设计基于AT89C51单片机控制，通过7SEG模块、发光二极管、蜂鸣器进行报警显示。采用AT89C51单片机作为控制系统核心，完成信号识别，运算控制以及显示功能。系统由AT89c51单片机、矩阵键盘、显示电路组成。此电路的工作原理如图1所示。

图1 系统工作原理图

2 硬件设计

2.1 抢答器的整体电路设计

抢答器的整体电路如图2所示，其工作原理为：接通电源后主持人将开关置“清零”状态，抢答器处于禁止状态，然后主持人将开关置“开始”，宣布抢答开始时，选手抢答成功，单片机将编号锁存，并且扬声器提示。

2.2 独立键盘设计

独立键盘的特点是每个按键单独占用一个I/O口，每个按键工作不会影响其他的I/O口线的状态，多用于按键不多的场合。可采用JNB或JB来查询是哪一个键按下，并转向相应的功能处理程序。本设计由于按键不多，所以采用的是独立键盘，单片机的并行I/O口选用P1口。P1口是内部提供上拉电阻的八位双向I/O口，本设计采用每个口通过按键直接接地的方式，当按键有效接地时，该口被下拉为低电平，将输出电流。编程时，按键“去抖动”是采用软件延时的方法。键盘电路如图3所示。

图2 八路抢答器的完整电路

图3 键盘电路

2.3 显示部分设计

显示部分电路一是数码管显示，二是发光二极管显示。

当主持人按下清零按钮，红灯、绿灯同时亮；按下开始按钮，绿灯亮；选手抢答成功，红灯亮。驱动发光二极管的是P0.0与P0.1。由于单片机P0口内部没有上拉电阻，所以P0.0与P0.1在驱动发光二极管时，要外加上拉电阻，本设计选用的是10 kΩ。对于二极管，限流电阻取270 Ω，可以取得较好的亮度[1]。

驱动7段数码管选用的是P2口。本设计选用的是共阳极数码管，用低电平驱动数码管各段的阴极，其COM端通过限流电阻接+5 V，限流电阻选用91 Ω。数码管和红、绿发光二极管的接法如图4所示。

图4 显示电路

2.4 蜂鸣部分设计

这部分要求，任何一路抢答成功时必须有一个5 s的声音提示。本设计选用的是无源蜂鸣器，利用CPL P3.7，结合软件延时的方法，产生一定宽度的正脉冲，经PNP晶体管驱动蜂鸣器发音。驱动电路如图5所示。

图5 蜂鸣报警电路

图6 主程序流程图

3 软件设计

3.1 主程序设计

在本设计中包括了以下主要的程序：主程序，查询程序，抢答处理程序，显示及发声程序。通过AT89C51芯片的控制，构成了整个电路。主流程图如图6所示。

3.2 键盘扫描子程序设计

键盘扫描子程序：主持人宣布抢答开始，数码管显示“P”，同时绿灯亮；一旦选手抢答成功，键盘被有效按下，数码管显示对应的键号，红灯亮，并且有5 s的声音报警。键盘扫描子程序流程图如图7所示。

4 仿真

本设计通过软件Proteus进行仿真，以验证设计的可靠性。J．Prote⁃us仿真软件具有国际通用的虚拟仪器及电子元器件库，可以仿真模拟电路、数字电路，以及数字、模拟混合电路[2]。

启动【Proteus】；选择 【System】，进行页面和其他参数的设置；选择【Li⁃brary】 —拾取元件来进行元件的选取和布局；元件的初步布局；连线，完成电路整体布局[3]。

（1） 当主持人按下“清零”按钮时，数码管显示“0”，红灯、绿灯同时亮，这时抢答无效。仿真结果如图8所示。

图7 键盘扫描子程序

图8 按下“清零”按钮仿真结果

（2） 按下“开始”按钮，数码管显示“P”，绿灯亮，表示抢答开始。仿真结果如图9所示。

图9 按下“开始”按钮仿真结果

图10 4#选手抢答成功仿真结果

（3）某位选手抢答成功，数码管显示对应的号码，红灯亮，同时声音报警5 s。仿真结果如图10所示。

5 结束语

通过Proteus软件强大的仿真功能，仿真整体电路系统，仿真结果验证了该抢答器设计原理正确。该系统在现实生活中，可以根据实际应用场合，进一步完善系统的功能。

［1］李全利.单片机原理及接口技术［M］.北京：高等教育出版社，2012.

［2］洪月好.Proteus在电子设计中的应用［J］.上海电力学院学报，2011，6（3）289-292.

［3］朱清慧，张风蕊，翟天亮 ， 等.Proteus教 程［M］.北京：清华大学出版社，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

张翠云，女，1969年生，河南济源人，硕士，讲师。研究领域：电气自动化。已发表论文4篇。

(编辑：阮 毅)

2014－04－06