单片机汇编语言八路扫描式抢答器设计

本文介绍的八路数显抢答器具有电路简单、成本较低、操作方便、灵敏可靠等优点，经使用效果良好,具有较高的推广价值。无线遥控抢答器，它由8个发射器和1个接收器组成，可用于8组或8组以下的智力竞赛中。比赛前，将参赛组从0至7编号，每组发给对应的一个发射器。将接收器放于各组中央或前方。主持人按一下启动键后，抢答开始。此后，哪一组最先按下发射器上的抢答键，接收器就立即显示该组的组号并锁定，同时发出3次清脆的“叮咚”声。以后，按下任何一路抢答键均不起反映。只有主持人再次按动启动键后，才能进行下一次抢答该电路由直流稳压电源、抢答器、超时报警与电子计分四部分组成。
1.2本设计任务及要求
任务：设计一个供8名选手参加八路扫描式抢答器。
1.3系统主要功能
每名选手有一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相对应，抢答器具有第一个抢答信号的鉴别和数据锁存、显示的功能。抢答开始后，若有选手按抢答按钮，刚该选手指示灯亮，并在数码管上显示相应编号，扬声器发出音响提示。同时，电路应具备自锁功能，禁止其他选手再抢答，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清0 为止。抢答器具有计分、显示功能。预置分数可由主持人设定，并显示在每名选手的计分牌上，选手答对加10分，答错扣10分。抢答器具有定时抢答的功能。一次抢答的时间由主持人设定，在主持人发出抢答指令后，定时器立即进行减计时，并在显示器上显示，同时扬声器发出短暂声响，声响时间持续0.5s左右。选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器显示选手编号和抢答时刻的时间，并保持到主持人将系统清0为止。
第2节   系统硬件设计
2.1芯片的选择
本设计使用到的元器件包括：8051芯片、数码LED显示器、七段LED数码管的译码。
2.2工作原理
基于这个设计的上述要求，根据功能要求，须设计有抢答电路、译码显示电路、主持人控制电路、定时电路、报警电路，各个电路都有其自己的功能。通过复位按键FW，电路进入就绪状态，等待抢答。首先由主持人根据题目的难易程度，可以用“JIASHI”和“JIAN SHA”两个按键，设定时间在（0S-99S）之间，然后再由主持人发布抢答命令（按下KS按键）同时发光二极管随即变亮，当看到二极管亮，进入倒计时状态和抢答状态。在电路中“S1-S8”为8路抢答器的8个按键，如果有人按下按键，程序就会判断是谁先按下的，然后从P2口输出抢答者号码的七段码值，经GAL16V8驱动，送到码管显示，并封锁键盘，保持刚才按键按下时刻的时间，禁止其他人按键的输入，从而实现了抢答的功能。如果在设定的时间中没有一个人按下按键，一到时间，则产生报警信号已经超时，不可以抢答。当要进行下一次的抢答时，由主持人先按一下复位按键FW，电路复位，进入下一次抢答的就绪状态。
2.3系统的硬件构成及功能
2.3.1 抢答器的电路框图
      如图11、1所示为电路框图。其工作原理为：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。
file:///C:/Users/asus/AppData/Local/Packages/microsoft.office.desktop_8wekyb3d8bbwe/AC/%23!oice_16_974fa576_32c1d314_223a/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.gif
图11.1抢答器框图
file:///C:/Users/asus/AppData/Local/Packages/microsoft.office.desktop_8wekyb3d8bbwe/AC/%23!oice_16_974fa576_32c1d314_223a/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image004.gif
图11.2抢答电路的接口电路
2.3.2 单元电路设计
(1)抢答器电路
    参考电路如图11.2所示。该电路完成两个功能：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；二是禁止其他选手按键操作无效。工作过程：开关S置于“清除”端时，RS触发器的 端均为0,4个触发器输出置0，使74LS148的 ＝0，使之处于工作状态。当开关S置于"开始"时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将键按下时（如按下S5），74LS148的输出 经RS锁存后，1Q=1, =1,74LS48处于工作状态，4Q3Q2Q=101,经译码显示为"5"。此外，1Q＝1，使74LS148 =1，处于禁止状态，封锁其他按键的输入。当按键松开即按下时，74LS148的 此时由于仍为1Q＝1，使=1，所以74LS148仍处于禁止状态，确保不会出二次按键时输入信号，保证了抢答者的优先性。如有再次抢答需由主持人将S开关重新置,“清除”然后再进行下一轮抢答。74LS148为8线－3线优先编码器，表11、1为其功能表。
file:///C:/Users/asus/AppData/Local/Packages/microsoft.office.desktop_8wekyb3d8bbwe/AC/%23!oice_16_974fa576_32c1d314_223a/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image005.gif
图11.2抢答器电路
表10.1　74LS148的功能真值表
file:///C:/Users/asus/AppData/Local/Packages/microsoft.office.desktop_8wekyb3d8bbwe/AC/%23!oice_16_974fa576_32c1d314_223a/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image007.jpg
(2)时序控制电路设计
时序控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下功能：
a.主持人将控制开关拨到"开始"位置时，扬声器发声，抢答电路和定时电路进人正常抢答工作状态。　　　　　　　　  　　　　　　　　　　　　
b.当参赛选手按动抢答键时，扬声器发声，抢答电路和定时电路停止工作。
(3)复位电路的设计
当MCS-5l系列单片机的复位引脚RST(全称RESET)出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位*作。如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。根据应用的要求，复位*作通常有两种基本形式：上电复位和上电或开关复位。8051的复位方式可以是自动复位，也可以是手动复位，见下图。此外，RESET/Vpd还是一复用脚，VCC掉电期间，此脚可接上备用电源，以保证单片机内部RAM的数据不丢失。

      
        
file:///C:/Users/asus/AppData/Local/Packages/microsoft.office.desktop_8wekyb3d8bbwe/AC/%23!oice_16_974fa576_32c1d314_223a/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image009.jpg
   
   
   


2.3.3 定时电路设计
为了达到抢答的合理性、完整性、可控性，需根据题目的难易程度的不同设定相应的抢答时间。所以本设计设置了抢答定时电路。它包括两个按键，一个是加（JIA SHI）、另一个是减（JIAN SHI），该两个按键由主持人用于在发布开始命令之前设定时间（可以设定在00S-99S），每按一下“JIA SHI”按键就会在原来的数字的基础上加上一，如果是按的“JIAN SHI”按键就会在原来的数值上减去一。
file:///C:/Users/asus/AppData/Local/Packages/microsoft.office.desktop_8wekyb3d8bbwe/AC/%23!oice_16_974fa576_32c1d314_223a/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image011.jpg
图11.3可预置时间的定时电路
由节目主持人根据抢答题的难易程度，设定一次抢答的时间，通过预置时间电路对计数器进行预置，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。可预置时间的电路选用十进制同步加减计数器74LS192进行设计，具体电路如图11、3所示。
2.3.4 报警电路设计
报警电路用于报警，当遇到报警信号时，发出警报。一般喇叭是一种电感性
图11.4报警电路图。8051驱动喇叭的信号为各种频率的脉冲。因此，最简单的喇叭驱动方式就是利用达林顿晶体管，或者以两个常用的小晶体管连接成达林顿架势。在右图中电阻R为限流电阻，在此利用晶体管的高电流增益，以达到电路快速饱和的目的。不过，如果要由P0输出到此电路，还需要连接一个10K的上拉电阻。
选手在设定的时间内抢答时，实现：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*作"清除"和"开始"状态开关。图面是数字抢答器的报警电路图。
其中555构成多谐振荡器，振荡频率fo＝1．43／［（RI＋2R2）C］，其输出信号经三极管推动扬声器。PR为控制信号，当PR为高电平时，多谐振荡器工作，反之，电路停振。
file:///C:/Users/asus/AppData/Local/Packages/microsoft.office.desktop_8wekyb3d8bbwe/AC/%23!oice_16_974fa576_32c1d314_223a/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image013.jpg
图11.4报警电路
第3节   系统软件设计
3.1系统主程序设计
为了能够达到抢答的公平、公正、合理，应该在主持人发布抢答命令之前必须先设定抢答的时间，所以应该得根据题目的难易程度事先设定时间，因而在编开始抢答前的程序得先编写设定时间的程序，在硬件电路中可以看到有两个按键（JIAN SHI 和 JIAN SHI）所以按下硬件的这两个按键相应的在软件进行对数据的加减。当时间设好了之后，主持人发布抢答命令按下KS按键同时二极管变亮，程序开始打开定时中断开始倒计时，然后调用键盘扫描子程序，编写键盘扫描程序。当在扫描到有人按下了键，马上关闭T0、调用显示程序、封锁键盘。
3.2抢答器的源程序
一、八路扫描式抢答器参考程序清单
P1.0-P1.7为八路抢答输入 数码管段选P0口，位选P2口，蜂鸣器输出为P3.6口。P3.0为开始抢答，P3.7为停止。
K EQU 20H;抢答开始标志位;将P1口与P2口互换，P3.0-P1.0,P3.1-P1.7
       RING EQU 22H;响铃标志位
       ORG 0000H
       AJMP MAIN
       ORG 0003H
       AJMP INT0SUB
       ORG 000BH
       AJMP T0INT
       ORG 0013H
       AJMP INT1SUB
       ORG 001BH
       AJMP T1INT
       ORG 0040H
MAIN:  MOV R1,#0FH;初设抢答时间为15s
          MOV R2,#0AH;初设答题时间为10s
          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
        MOV TH1,#3CH
        MOV TL1,#0B0H;50ms为一次溢出中断
        SETB EA
        SETB ET0
        SETB ET1
     SETB EX0
     SETB EX1;允许四个中断,T0/T1/INT0/INT1
        CLR OK
     CLR RING
         SETB TR1
         SETB TR0;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
；***查询程序***
START:MOVR5,#0BH
      MOV R4,#0BH
      MOV R3,#0BH
      ACALL DISPLAY;未开始抢答时候显示FFF
      JB P3.0,NEXT
      ACALL DELAY
      JB P3.0,NEXT;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
      ACALL BARK;按键发声
      MOV A,R1
      MOV R6,A;送R1->R6,因为R1中保存了抢答时间
      SETB OK;抢答标志位,用于COUNT只程序中判断是否查询抢答
      MOV R3,0AH;抢答只显示计时,灭号数
      AJMP COUNT;进入倒计时程序,"查询有效抢答的程序"在COUNT里面
NEXT: JNB P1.0,FALSE0
JNBP1.1,FALSE1
         JNB P1.2,FALSE2
         JNB P1.3,FALSE3
         JNB P1.4,FALSE4
         JNB P1.5,FALSE5
         JNB P1.6,FALSE6
JNBP1.7,FALSE7
         AJMP START

；***非法抢答处理程序***
FALSE0:   ACALL BARK;按键发声
          MOV R3,#00H
          AJMP ERROR
FALSE1:   ACALL BARK;按键发声
          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
；***INT0(抢答时间R1调整程序) ***
INT0SUB:  MOV A,R1
          MOV B,#0AH
          DIV AB
          MOV R5,A
          MOV R4,B
          MOV R3,#0AH
          ACALL DISPLAY;先在两个时间LED上显示R1
          JNBP3.4,INC0;P3.4为+1s键,如按下跳到INCO
          JNBP3.5,DEC0;P3.5为-1s键,如按下跳到DECO
          JNB P3.7,BACK0;P3.7为确定键,如按下跳到BACKO
          AJMP INT0SUB
  INC0:   MOV A,R1
          CJNEA,#63H,ADD0;如果不是99,R2加1,如果加到99了,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 P1.7,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
         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;下面系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 P1.7,QUIT;如按下停止键退出
        ACALLDISPLAY
        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,TRUE0
JNB P1.1,TRUE1
       JNB P1.2,TRUE2
       JNB P1.3,TRUE3
       JNB P1.4,TRUE4
       JNB P1.5,TRUE5
       JNB P1.6,TRUE6
JNB P1.7,TRUE7
       AJMP RECOUNT
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***
TRUE0: ACALL BARK; 按键发声
       MOV A,R2;抢答时间R2送R6
       MOV R6,A
       MOV R3,#00H
       CLR OK;因为答题的计时不再查询抢答,所以就锁了抢答
       AJMP COUNT
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;
      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
；***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;下面系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 P3.7,QUIT1
        ACALL DISPLAY
        AJMP HERE
QUIT1:  CLR RING
        CLR OK
        AJMP START
；***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,R5
        MOVC A,@A+DPTR
        MOV P2,#01H
        MOV P0,A
        ACALL DELAY
        MOV DPTR,#DAT2
        MOV A,R4
        MOVC A,@A+DPTR
        MOV P2,#02H
        MOV P0,A
        ACALL DELAY
        MOV A,R3
        MOVC A,@A+DPTR
        MOV P2,#04H
        MOV P0,A
        ACALLDELAY
       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)***
T0INT:  MOV TH0,#0ECH
        MOV TL0,#0FFH
        JNB RING,OUT;
     　 CPL P3.6;RING标志位为1时候P3.6口不短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4节   技术指标及故障处理
4.1主要技术参数
电源电压：交流220V±10%
工作功耗：交流5W
倒计时范围：1-99秒可设
4.2抢答器使用说明
开展竞赛活动时，请先布置好场地，将抢答按钮装于参赛桌上，每组按钮的二条线根据实际场地大小，连上合适长度，分别接到Ф3.5MM的组别插头上，然后再将插头插入机后插座中8个组中。
(1) 开机
按电源开关，显示屏左边的"抢答"指示灯亮，数码管显示。
(2) 设定"抢答"倒计时时间
在显示屏左边的"抢答"指示灯亮，数码显示时，按"+、-"键可以设定抢答倒计时时间，在1-99秒之间设定，按住"+"或"-"键不放，可以快速累加或累减。设定好以后按一下"抢答计时"键。
(3) 设定"答题"倒计时时间
按一下"答题计时"键。显示屏显示"0"闪烁，进入等待状态。
(4) 测试各组抢答按键
　　试按一下各组的抢答按钮，应立即显示该组的组别数字，同时机内喇叭发出"叮咚"的提示音，按"取消"键，返回"0"闪烁状态。
(5) 启动抢答倒计时，开始抢答
　　"0"闪烁状态下，当主持人宣布抢答开始时，马上按一下"抢答计时"键，屏幕显示所设定的抢答倒计时时间并开始倒计时，提示倒计时时间马上临近结束。倒计时到0以后，仪器发出"叮咚"的结束提示音，同时显示屏返回"0"闪烁待命状态。
在"抢答"倒计时中，如果有参赛组抢答，仪器屏幕立即显示该组的组别号，同时发出"叮咚"的抢答成功提示音。需要返回"0"待命状态，按"取消"键即可。
(6) 启动答题倒计时
　　"0"闪烁状态下，或有参赛组抢答成功后,需要开始答题的计时时,按"答题计时"键，屏幕显示所设定的答题倒计时时间并开始倒计时，提示倒计时时间马上临近结束。倒计时到0以后，仪器发出"丁冬"的结束提示音，同时显示屏返回"0"闪烁待命状态。
(7) 提前取消倒计时
　　无论是"抢答"还是"答题"的倒计时时间，需要提前退出，只要按一下"取消"键，即可返回到"0"闪烁待命状态。
(8) 重设倒计时时间
　　需要重新设置倒计时时间,可按"倒计时重设"键，屏幕显示。左边"抢答计时"指示灯点亮，即可重新设定倒计时时间,设定方法与前面相同。
(9) 主机控制加/减分
　　答题完毕后，可给抢答组酌情评分,加分直接按对应抢答组再按预设的分数进行加减即可(预设有1分和10分),每按一次"得分"或"扣分"键,给加或减5分, 如主持人评定抢答有误,应于扣分,则可按上述方法 按"扣分"键,本屏将显示扣分分数, 如"-10"；如果操作有误,多按了"得分"键或"扣分"键,也可用按相反的计分键来修改分数。
(10) 违规抢答
　　当主持人读题过程中，而未宣布抢答开始时按下抢答按钮。主显示屏将显示该违规组号，及发出提示音。及该组的红灯亮起。
4.3常见故障
开机无显示解决办法：
A、查电源插座是否插好；
B、仪器后板的保险丝是否烧断；
C、 "POWER"开关是否有接触不良。