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目录
一、设计背景
二、实现功能
三、仿真演示
四、源程序（部分）
一、设计背景
近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断的走向深入。本文阐述了基于51单片机的五路抢答器设计。本设计中，51单片机充当了核心控制器的角色，通过IO口与各个功能模块相连接。按键模块负责检测参与者的抢答动作，当有人按下抢答按钮时，会通过IO口电平的变化通知单片机，单片机会记录按键的次序，并通过数码管显示当前的抢答结果。
为了保证抢答过程的准确性和公平性，设计中还需要考虑到以下因素。首先，按键模块需要具备快速响应和高可靠性，以确保抢答者的动作能够被准确地捕捉到。其次，显示屏模块需要能够实时更新抢答结果，并显示相应的信息，比如参与者的编号和抢答时间。最后，在电路连接方面，需要注意各个模块之间的线路布局，以避免信号干扰和电气问题。
软件系统采用C语言编写程序，包括显示程序，定时中断服务，延时程序等，并在KEIL5中调试运行，硬件系统利用PROTEUS8.11强大的功能来实现，简单切易于观察，在仿真中就可以观察到实际的工作状态。
二、实现功能
以51单片机为控制核心，设计一种五路抢答器。整个系统包括MCU、晶振电路、时钟电路、蜂鸣器控制电路、指示灯控制电路、独立按键电路、矩阵键盘以及数码管显示电路等。可具体实现以下功能：
（1）设定矩阵键盘的5个键作为5位选手的抢答按键,键的编号即选手编号，为1~5号，同时设定5个LED灯作为5位选手抢答状态指示;设定1个独立按键作为抢答开始键;选择两位数码管作为倒计时、选手编号及犯规显示;选择蜂鸣器作为开始、抢答、犯规和计时结束的提示。 （2）只有当裁判按下开始键时才可以进入正常抢答，否则属于犯规抢答。抢答完毕，或计时时间到，停止抢答，数码管显示0。当裁判按下抢答开始键时，开始抢答，计时器开始倒计时，10秒倒计期间，若有抢答，则停止计时，相应选手的LED灯亮，数码管显示选手号;若倒计时结束时无人抢答，则停止抢答。 （3）正确抢答时，抢答选手的LED灯缓慢闪烁，数码管显示抢答选手的编号;犯规抢答时，犯规选手的LED灯快速闪烁，低位数码管显示犯规选手的编号,高位数码管显示F（foul，犯规）。 (4）开始抢答按键按下时、倒计时结束时和抢答键按下时蜂鸣器响1声,犯规时响2声。
三、仿真演示
未运行仿真时，数码管不显示。
运行仿真后，进入准备界面，数码管显示00。
按下启动按键，蜂鸣器响一声，进入抢答界面，开始10秒抢答倒计时。
在抢答倒计时范围内，按下序号为1~5的选手抢答按键，蜂鸣器响1声，数码管上显示抢答选手序号，并且相应序号的指示灯缓慢闪烁4次。
 当裁判未按下开始键时，若有选手抢答视为犯规抢答，蜂鸣器响2声指示犯规抢答犯规选手的LED灯快速闪烁20次，低位数码管显示犯规选手的编号,高位数码管显示F。
无论是正常抢答还是犯规抢答，指示灯停止闪烁后，数码管显示00，表示一次抢答结束。
按下复位按钮恢复到准备界面，以便进行下一次抢答。
四、源程序（部分）
#include "reg52.h"
#include "delay.h"
#include "smg.h"
#include "timer.h"
sbit key1Led = P3^1; //四位选手
sbit key2Led = P3^2;
sbit key3Led = P3^3;
sbit key4Led = P3^4;
sbit key5Led = P3^5;
sbit start_stop = P3^6; //抢答按钮
sbit Beep = P3^7; //抢答按钮
_bool action = 0;
_bool key1_flag = 0;
_bool key2_flag = 0;
_bool key3_flag = 0;
_bool key4_flag = 0;
_bool key5_flag = 0;
_bool Rush_flag = 0;
_bool reset_flag = 0; //复位标志位
_bool start_stop_flag = 0; //抢答标志位
_bool BeepF=0;
uint8 second = 0; //时间
uint8 timer0_count = 0; //定时器1计数值
uint8 LedFre0Count = 0;
uint8 LedFre1Count = 0;
uint8 number = 0; //队号
uint8 number_display = 0; //队号显示
uint8 a = 0xff; //按键值
uint8 key_scan8(void);
uint8 Fval = 0;
void start_stop_keyscan(void);
void keycheckdown(void); /* 反转法键盘扫描 */
/*-----------------------------------------------------------
主函数
------------------------------------------------------------*/
void LedDisplay(uint8 _number)
{
switch(_number)
{
case 1:
key1Led=~key1Led;
break;
case 2:
key2Led=~key2Led;
break;
case 3:
key3Led=~key3Led;
break;
case 4:
key4Led=~key4Led;
break;
case 5:
key5Led=~key5Led;
break;
}
}
void SMG_delay(uint8 t)
{
while(t--)
{
display(second);
}
}
void SMG_Bdelay(uint8 t)
{
while(t--)
{
P2 = 0xfe;
P0 = table[number_display];
Delay_ms(2);
P2 = 0xfd;
P0 = table[15];
Delay_ms(2);
}
}
void keycheckdown() /* 反转法键盘扫描 */
{
short temp1,temp2,temp;
P1=0xf0; /* 输入行值（或列值） */
SMG_delay(20);
temp1=P1; /* 读列值（或行值） */
P1=0xff;
SMG_delay(20);
P1=0x0f; /* 输入列值（或行值） */
SMG_delay(20);
temp2=P1; /* 读行值（或列值） */
P1=0xff;
temp=(temp1&0xf0)|(temp2&0xf); /* 将两次读入数据组合 */
switch(temp) /* 通过读入数据组合判断按键位置 */
{
case 0x77 :a=0x0a;break;// 按键+
case 0x7b :a=0x0e; break;// 按键=
case 0x7d :a=0; break;// 按键0
case 0x7e :a=0x0f; break;// 按键CE
case 0xe7 :a=0x0d;break;// 按键/
case 0xeb :a=0x9;break; // 按键9
case 0xed :a=0x8;break; // 按键8
case 0xee :a=0x7;break; // 按键7
case 0xd7 :a=0x0c;break;// 按键*
case 0xdb :a=0x6;break; // 按键6
case 0xdd :a=0x5;Beep=0;SMG_delay(500);Beep=1;break; // 按键5
case 0xde :a=0x4;Beep=0;SMG_delay(500);Beep=1;break; // 按键4
case 0xb7 :a=0x0b; break;// 按键-
case 0xbb :a=3;Beep=0;SMG_delay(500);Beep=1;break; // 按键3
case 0xbd :a=2;Beep=0;SMG_delay(500);Beep=1;break; // 按键2
case 0xbe :a=1;Beep=0;SMG_delay(500);Beep=1;break; // 按键1
default :a=0xff;
}
}
void main()
{
ConfigTimer0();//定时器初始化
while(1)
{
start_stop_keyscan();//开始按键
keycheckdown();//键盘扫描
Fval=key_scan8();
if(action)//有队抢答
{
second=10;
}
else
{
if(a!=0xff)
{
Rush_flag=1;//违规抢答
second=8;
TR0=1;
}
}
while(Rush_flag==1)
{
if(BeepF==0)
{
Beep=0;
SMG_Bdelay(200);
Beep=1;
SMG_Bdelay(200);
Beep=0;
SMG_Bdelay(200);
Beep=1;
BeepF=1;
}
P2 = 0xfe;
P0 = table[number_display];
Delay_ms(2);
P2 = 0xfd;
P0 = table[15];
Delay_ms(2);
if(second==0)
{
Rush_flag=0;
TR0=0;
key1Led = 1;
key2Led = 1;
key3Led = 1;
key4Led = 1;
key5Led = 1;
BeepF=0;
break;
}
}
while(action==1)//按下开始键为1，抢答结束为0
{
while(!key_scan8()) //无队抢答
{
display(second);
TR0 = 1;
if(second == 0)
{
Beep=0;
SMG_delay(200);
Beep=1;
break;
}
keycheckdown();//键盘扫描
}
if(number_display)//有队抢答
{
second=8;
}
while(number_display)
{
display(number_display);
if(second == 0)
{
key1Led = 1;
key2Led = 1;
key3Led = 1;
key4Led = 1;
key5Led = 1;
break;
}
}
TR0 = 0;//时间到
second=0;
display(second);
action = 0;//抢答结束
break;
}
display(second);
}
}
/*-----------------------------------------------------------
中断服务函数
------------------------------------------------------------*/
void timer0() interrupt 1
{
TH0 = (65536-50000)/256; //50ms
TL0 = (65536-50000)%256;
timer0_count ++;
if(timer0_count == 20)//1s
{
timer0_count = 0;
second--; //10s倒计时
if(second == 0)//计时结束
{
TR0 = 0;
number_display = 0;
action = 0;
second = 0;
}
}
if(number_display!=0)
{
if(Rush_flag==0)
{
LedFre0Count++;
if(LedFre0Count==20)
{
LedFre0Count=0;
LedDisplay(number_display);
}
}
else
{
LedFre1Count++;
if(LedFre1Count==5)
{
LedFre1Count=0;
LedDisplay(number_display);
}
}
}
}
/*-----------------------------------------------------------
开始键扫描函数
------------------------------------------------------------*/
void start_stop_keyscan(void)
{
if(start_stop == 0)
{
SMG_delay(800);
if((start_stop == 0)&&(!start_stop_flag))
{
start_stop_flag = 1;
action = 1;
TR0 = 1;
Beep=0;
SMG_delay(200);
Beep=1;
reset_flag = 0;
}
}
else
{
start_stop_flag = 0;
}
}
/*-----------------------------------------------------------
四位抢答键扫描函数
------------------------------------------------------------*/
uint8 key_scan8(void)
{
if((a == 1)&&(!key1_flag))
{
key1_flag = 1;
number = 1;
number_display = number;
}
else
{
key1_flag = 0;
number = 0;
}
if((a == 2)&&(!key2_flag))
{
key2_flag = 1;
number = 2;
number_display = number;
}
else
{
key2_flag = 0;
number = 0;
}
if((a == 3)&&(!key3_flag))
{
key3_flag = 1;
number = 3;
number_display = number;
}
else
{
key3_flag = 0;
number = 0;
}
if((a == 4)&&(!key4_flag))
{
key4_flag = 1;
number = 4;
number_display = number;
}
else
{
key4_flag = 0;
number = 0;
}
if((a == 5)&&(!key5_flag))
{
key5_flag = 1;
number = 5;
number_display = number;
}
else
{
key5_flag = 0;
number = 0;
}
if(number_display != 0)
{
return 1;
}
else
{
return 0;
}
}
仿真源文件及源程序百度网盘链接：https://pan.baidu.com/s/12J02HAeeTJgKW468viFx1g 提取码：kc9n
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