应用单片机抢答系统设计调试

【摘要】在现代的抢答器系统里，应用智能芯片为基础，可以尽量简化电路，同时实现功能的丰富。根据需要，设计了单片机下的抢答系统。首先给出了系统设计的理念，然后从硬件和软件功能上描述了具体的功能设计，详细设计。最后应用数字电路的仿真软件进行了仿真，证明了设计的有效性。

【关键词】单片机；调试；硬件；嵌入式系统；抢答器；cmos；proteus

0 引言

单片机是应用最为广泛的智能芯片，也是微控制器里最基础的集成电路芯片。单片机的内部集成了多种应用功能，将微处理模块、记忆存储单元（包括只读的存储单元ROM，以及随意存储的记忆单元模块RAM），还有相关的输入输出相关硬件接口有序的组织到一起，在节拍时序控制的作用时高校有序的完成程序事前所规划好的任务。

单片机的品种繁多，80C51占到当前市场的最主要部分。这里相关的生产企业都遵循着一定的指标和兼容的结构、指令体系。比较出名的包括PHILIPS公司，ATMEL公司，在中国也有性能良好的TW系列。现在性能良好广泛得到应用的80C51系统都使用了HMOS（指高密度金属氧化物半导体）以及CHMOS（是指互补高密度金属氧化物半导体）的工艺生产。这种CMOS能够以小功耗运作，却无法达到高速性，而新的CHMOS方法既能保证功耗小、散热小，同时还可以大范围提高数字电路运行的速度。所以新材料和新工艺的应用使得单片机系统对电源的要求降低了，续航性也得到很大的提高。

1 系统功能设计

1.1设计理念

本设计就是基于单片机设计抢答系统，使抢答系统有了更多更完善的功能。跟以往由基本数字电路芯片搭建或者模拟器件所构成的抢答器相比，其电路构成大大简化，与此同时却有较好的性能和高超的可靠性。设计过程中，为了进一步发挥单片机系统的优势，还应该注意一些细节，就是：（1）对于芯片的选择，应该从性价比上通盘考虑，最好使用功能强的芯片，价格也不是很昂贵，这样能从总体上减少周口电路，这样从结构上大大简化。（2）在设计上应该注意冗余性，以及灵活的余地。在设计中，除了考虑当前电路的实现功能，还应该考虑到未来功能以及特性的扩展，便于保留相关的接口。（3）程序空间，选用片内程序空间足够大的单片机。

1.2功能详细设计

控制系统这里涵盖了四个主要的模块，依次是显示、存储、语音块、抢答。具体功能描述如下：（1）抢答器同时供8名人员使用，系统清除和抢答控制开关由主持人控制。（2）系统可以实现信号锁定，就是说抢答器被按动按钮，就由相应的锁存，并在数码管展示号码，蜂鸣响起报警（3）定时抢答功能，意思是每次抢答有时间上的限制并且可调节，主要是裁判员来控制。（4）循环工作模式，当一轮结束则出现结果以及按键时点，保持到下一循环初始清零工作。超时直接进入下一轮且需报警。

2 系统详细设计

数码管显示：数码管通过不同的接法，就可以出现基本原理不同的两种接线方法：即静态显示方法以及动态显示方法。前者的段选位和位选位都是单独连接的，所以需要大量消耗I/O接口，虽然接线简单但是只能接有限位数。当然这种模式编程较简单，结构清晰，占用的CPU时间少。而后者是一种扫描的方式，就是把很多数码管的同名端一起短接，与此还要通过片选信号对其不同的芯片显示不同的内容，所以额外需要选通控制器。按数码管的接法分为共阴和共阳两种。发光原理是一样的，只是它们的电源极性不同而已。本文采用动态接法。

键盘扫描：单片机应用中键盘用得最多的是独立键盘及矩阵键盘。本实验用的是独立式键盘。

功能键发声：通过设定定时器产生不同频率的矩形波，就能带动蜂鸣器发出不同音高声音。

外部中断：在单片机上两个引脚INT0、INT1，也就是P3.2、P3.3这两个引脚代表中断引脚。在单片机内部的TCON寄存器中有四位是与外中断有关的。IT0：INT0触发方式控制位，由软件进和置位和复位，IT0=0，INT0为低电平触发方式，IT0=1，INT0为负跳变触发方式。IE0：INT0中断请求标志位。当有外部的中断请求时，这位就会置1（这由硬件来完成），在CPU响应中断后，由硬件将IE0清0。IT1、IE1的用途和IT0、IE0相同。按键0接单片机P32脚，按键1接单片机的P33脚。本设计用到外中断1和外中断0，需接上跳帽W1和W2。

时钟频率：单片机作为数字时序电路，其运行需要必须在时钟的驱动下才能工作。虽然其内部拥有现成的时钟振荡电路，但是为了匹配速度还是需要需外接振荡源，该电路主要通过晶振串联两个小电容实现，电容的作用是滤波，选择12MHz为工频。

复位：单片机一般露出来是40位管脚，而其RST位属于第九脚，功能是使得单片机复位。其基本的原理是4个机器周期高电平的输入脉冲，当然超过这个时间也可以，就能够将单片机的pc清零，进入到初始愈发状态。

3 系统调试

对于系统的运行调试可以采用多种方式进行，可以使用纯软件的环境，也可以放入到硬件电路里。但是一种最为方便、有利于查找功能性错误或者劣势，同时方便改进的方法就是应用软硬件联合仿真的模式。这个模式需要硬件执行、软件执行的交联编程开发环境，这里通常采用Keil加Proteus的模式实现。的整合调试可以实现系统的总调，在该系统中，Keil作为软件调试界面，Proteus作为硬件仿真和调试界面。在调试开发中，首先需要在proteus数字电路环境里布置相应的电路器件，同时这也有利于后期直接进行PCB的制作。需要在proteus调试选项里勾选use remote debug monitor，这样就能通过keil51直接编写语言代码，然后输入到keil调试，再返回proteus示波器以及相应的内存、寄存器查看单元来观察数值变化中，结合键盘部分以及数码、蜂鸣以及LED集中观察硬件执行。

4 总结

在应用中，当比赛正式开始主持人宣布抢答后就可以通过按键按钮来开始抢答相关题目，这时数码管就立即实时显示倒计时，当出现抢答的按键时，则调用显示程序来显示抢答器ID以及剩余答题时间值，蜂鸣作响加以提示抢答问题。计时结束时倘若答案还没满足那么就从新极零进入下一循环。通过系统的开发与调试，实现了系统的功能。本系统从功能上看具有良好的实用性，扩展性较好，无论是操作还是维护都很容易，这主要是利用了嵌入式数字电路的优势，实际上现在集成数字控制器开发简单，功能强大，只要能在应用上不断加以拓宽，一定能大大便利丰富人们的生产以及生活。

参考文献：

[1]冯育长.单片机系统设计与实例指导[M].北京：西安电子科技大学出版社，2007

[2]高伟.AT89单片机原理及应用[M].北京：国防工业出版社，2008

[3]The measurement of oil consumption on engine[A].Proceedings of 4th International Symposium on Test and Measurement（Volume 2）[C].2001