基于51单片机的简易三路抢答系统设计

2020-12-28黄永东

电脑知识与技术 2020年33期

关键词：抢答器液晶显示数码管

黄永东

摘要：抢答器在日常生活工作中使用较多，本文结合单片机的常用外围，设计一个简易的三路抢答系统，以此为例，让同学们综合开发，融合按键、数码管、1602液晶、发光二极管、蜂鸣器、定时中断等，学习单片机应用系统的设计方法。

关键字：51单片机;三路抢答系统

中图分类号：TP276 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2020）33-0232-02

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

单片机的初期学习过程，各个模块的单独使用通常较为简单，但对于系统功能设计时却容易出现不知如何下手的问题。如何将1602液晶显示、数码管动态显示、独立按键识别、定时器中断使用等功能融合利用，需要进行系统设计。而抢答器是日常工作中应用较多的一种典型系统，为此，本系统采用了MCS51单片机进行三路抢答系统的设计，可实现抢答器的全部要求，同时为单片机的综合学习提供思路。

1 三路抢答系统整体要求

主持人有一个按键，可以控制抢答的开始与停止（复位），三组成员分别为A、B、C，各有一个按键进行抢答申请;当主持人允许抢答时，三组成员才能抢答，当任一组抢答成功后，另外两组则抢答无效。

2 具体设计要求

1）1602液晶显示要求：

上电后，1602液晶显示一行字符“zhi shi jing sai”;

2）数码管显示要求：

上电后，数码管不显示;当有按键按下时，则按按键的要求进行显示;

3）按键要求：

（1）S1：主持人按键：

当主持人第一次按下后，数码管的前两位显示“20”，代表抢答时间为20秒，然后按秒减法显示;后两位数码管显示“00”，直至某一组抢答成功或抢答时间结束;

当主持人第二次按下后，复位，数码管不再显示，时间也复位;

之后就反复循环;

（2） S2（A组）、S3（B组）、S4（C组）抢答申请键：

在主持人允许抢答的前提下，按下此键后，秒表停止计时，倒计时开始计时，数码管前两位显示抢答所花的时间，数码管后两位显示“叭（或02或03）”，表示第一组（或第二组或第三组）抢答成功，数码管中间两位开始“30s”倒计时，显示答题剩余时间;

4）发表二极管和蜂鸣器要求：

（1）开始抢答后，八个发光二极管均亮;

（2）有效按键按下或时间到，蜂鸣器响一声。

3 硬件设计思路

系统中主要用到的模块非常明确，涉及最小系统、发光显示、数码显示、独立按键输入、液晶显示、蜂鸣器输出等。

1）单片机最小系统：包括电源电路（VCC，CND）、时钟电路（由于设计中有用到中断，因此选择11.0592MHZ晶振）、复位电路（上电复位、按键复位）、程序存储器选择电路（EA=1）;

2）发光显示：（1）直接接人发光二极管，注意限流电阻的选择。发光二极管具有单向导电性，通过SmA左右的电流即可，电流越大，其亮度越强，但若电流过大，会烧毁二极管，一般我们控制在3 - 20mA之间;（2）考虑到P1口有可能会重复使用，在发光二极管与单片机之间加入一个锁存器用以隔离。

3）数码管显示：数码管分为共阴和共阳两类，不同的类型只需关注其不同的字形碼和位选码值。本项目中，为减少单片机1/0口的使用，增加两个锁存器，一个控制段码，一个控制位选。

4）独立按键输入：本任务中，只需要用到四个按键，可直接采用独立按键，公共端接地，当按键按下时，其对应端口置0。

5） 1602液晶显示：（1）液晶1、2端为电源，15、16为背光电源，为防止直接加SV电压烧坏背光灯，在15脚串一个10欧电阻用于限流;（2）液晶3端为液晶对比度调节端，通过一个IOK欧电位器接地来调节液晶显示对比度;（3）液晶5端为读/写选择端，因为不从液晶读取任何数据，只向其写人命令和显示数据，因此此端始终选择为写状态，即低电平接地;

6）采用Proteus软件进行硬件系统设计，为保持美观，注意使用网络进行线路连接，同时设计完成后要进行电气检测，具体如下图所示：

4 硬件设计思路

此功能任务中，涉及单片机最小系统、发光显示、数码显示。

5 部分软件设计思路

1）初始化设置：

（1）1602液晶初始化、写人命令、写人数据，调用在1602液晶显示函数;就其常用的几个命令解释如下：

Write_com（Ox38）;//设置16*2显示，5*7点阵，8位数据端口;

Write_com（OxOC）;/设置开显示，不显示光标;

Write_com（Ox38）;//写一个字符后地址指针自动加1;

Write_com（Ox38）;//显示清0，数据指针清0;

（2）定时器TO（抢答的时间）、定时器T1（抢答成功后的作答时间）初始化及中断函数;

2）键盘扫描：独立按键扫描中主要涉及按键按下的识别、延时去抖动、按键释放等。

（1）首先扫描判断主持人是否按下键允许抢答，注意允许抢答和停止抢答用的同一个按键，可设置一个变化进行取反操作;

（2）在允许抢答和抢答时间到达之前，扫描判断是否有人抢答，注意任何一组抢答后其余两组都不再能抢答，参看后续程序段;

3）数码管显示：采用动态扫描显示，即轮流向各位数码管送出字形码和相应的位选，利用发光管的余辉和人眼视觉暂留作用，使人的感觉好像各位数码管同时都在显示，而实际上多位数码管是一位一位轮流显示的，只是轮流的速度非常快，人眼已经无法分辨出来。在程序设计中要特别注意动态显示过程中的“消影”处理，避免数码管出现显示混乱的现象。

（1）不允许抢答前，数码管不显示，通过控制数码管公共端电平实现;

（2）允许抢答时，数码管显示抢答剩余时间。定时器TO计时，动态显示;

（3）抢答成功后，数码管主要显示作答时间和小组组别号。作答时间由定时器T1计时，小组组别号由按键扫描函数返回。

6 部分程序及说明

#include //头文件包含

#define uchar unsigned char//宏定义，uchar代表unsignedchar

#define uint unsigned int

//宏定义，uint代表unsigned int

sbit DULA=P2^6;

//段显的锁存器控制位定义

sbit WELA=P2^7;

//位显的锁存器控制位定义