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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单片机的六路抢答器设计。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PROTEUS8.13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，设计一种六路抢答器。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、译码电路、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6个键作为6位选手的抢答按键,键的编号即选手编号，为1~6号;设定1个独立按键作为抢答开始键;选择四位数码管作为倒计时、选手编号显示;选择蜂鸣器作为正常抢答和犯规抢答的提示。
（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。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，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）正常抢答时，有效抢答指示灯亮起，蜂鸣器播放音乐1，低位数码管数码管显示抢答选手的编号，高位数码管开始60s倒计时，60s时间到，数码管显示0-00。违规抢答时，无效抢答指示灯亮起，蜂鸣器播放音乐2，低位数码管显示违规抢答选手编号，高位数码管显示抢答倒计时时间10s。
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0-10。
按下启动按键，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1~6的选手抢答按键，抢答有效指示灯亮起，蜂鸣器播放《两只老虎》的旋律，低位数码管上显示抢答选手序号，高位数码管开始60s倒计时。
当裁判未按下开始键时，若有选手抢答视为犯规抢答，抢答无效指示灯亮起，蜂鸣器播放《粉刷匠》的旋律，低位数码管显示犯规选手的编号,高位数码管显示10。
正常抢答还是犯规抢答结束后，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 Beep = P1^5; //六位选手
sbit key1 = P1^1;
sbit key2 = P1^2;
sbit key3 = P1^3;
sbit key4 = P1^4;
sbit key5 = P1^5;
sbit key6 = P1^6;
sbit EffectLED = P2^6; //抢答有效指示灯
sbit UeffectLED = P2^7; //抢答无效指示灯
sbit start_stop = P3^1; //抢答按钮
sbit L1 = P1^7;
sbit L2 = P1^6;
sbit R1 = P1^3;
sbit R2 = P1^2;
sbit R3 = P1^1;
sbit R4 = P1^0;
//**《两只老虎》
uint8 code x0[]={1+7,2+7,3+7,1+7,1+7,2+7,3+7,1+7,3+7,4+7,5+7,3+7,4+7,5+7,5+7,6+7,5+7,4+7,3+7,1+7,5+7,6+7,5+7,4+7,3+7,1+7,1+7,5,1+7,1+7,5,1+7};
uint8 code y0[]={4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,8,4,4,8,3,1,3,1,4,4,3,1,3,1,4,4,4,4,8,4,4,8};
//**《粉刷匠》
uint8 code x1[]={5+7,3+7,5+7,3+7,5+7,3+7,1+7,2+7,4+7,3+7,2+7,5+7,5+7,3+7,5+7,3+7,5+7,3+7,1+7,2+7,4+7,3+7,2+7,1+7,2+7,
2+7,4+7,4+7,3+7,1+7,5+7,2+7,4+7,3+7,2+7,5+7,5+7,3+7,5+7,3+7,5+7,3+7,1+7,2+7,4+7,3+7,2+7,1+7};
uint8 code y1[]={4,4,4,4,4,4,8,4,4,4,4,16,4,4,4,4,4,4,8,4,4,4,4,16,4,4,4,4,4,4,8,4,4,4,4,16,4,4,4,4,4,4,8,4,4,4,4,16};
//以下定义低中高共21个音阶的定时参数,通过定时器来实现不同音频的输出
uint8 code ti[21][2]={
{0xf8,0x8c},{0xf9,0x5c},{0xfa,0x14},{0xfa,0x67},{0xfb,0x04},{0xfb,0x90},{0xfc,0x0c}, //低音
{0xfc,0x44},{0xfc,0xb6},{0xfd,0x09},{0xfd,0x34},{0xfd,0x82},{0xfd,0xc8},{0xfe,0x06}, //中音
{0xfe,0x22},{0xfe,0x56},{0xfe,0x8c},{0xfe,0x9a},{0xfe,0xc1},{0xfe,0xe4},{0xff,0x03}}; //高音
uint8 th,tl,i;
_bool action = 0;
_bool key1_flag = 0;
_bool key2_flag = 0;
_bool key3_flag = 0;
_bool key4_flag = 0;
_bool key5_flag = 0;
_bool key6_flag = 0;
_bool start_stop_flag = 0; //抢答标志位
_bool cntflag=0;
uint8 second = 10; //时间
uint8 timer0_count = 0; //定时器1计数值
uint8 number = 0; //队号
uint8 number_display = 0; //队号显示
uint8 a = 0xff; //按键值
uint8 key_scan8(void);
void start_stop_keyscan(void);
void music1(void);//演奏《两只老虎》
void music2(void);//演奏《粉刷匠》
void keycheckdown(void); /* 反转法键盘扫描 */
/*-----------------------------------------------------------
主函数
------------------------------------------------------------*/
void SMG_delay(uint8 t)
{
while(t--)
{
display(number_display,second);
}
}
void main()
{
ConfigTimer();//定时器初始化
while(1)
{
start_stop_keyscan();//开始按键
keycheckdown();
if(key_scan8()&&action==0&&cntflag==0)
{
UeffectLED=0;
EffectLED=1;
music2();
cntflag=1;
}
while(action)//按下开始键为1，抢答结束为0
{
keycheckdown();
if(cntflag==1)
{
number_display=0;
cntflag=0;
}
while(!key_scan8()) //无队抢答
{
keycheckdown();
display(number_display,second);
if(second == 0)
{
break;
}
}
if(number_display)//有队抢答
{
EffectLED=0;
UeffectLED=1;
second=60;
music1();
}
while(number_display)
{
display(number_display,second);
TR0 = 1;
if(second == 0)
{
break;
}
}
TR0 = 0;//时间到
display(number_display,second);
action = 0;//抢答结束
break;
}
display(number_display,second);
}
}
void music1(void)//演奏《两只老虎》
{
for(i=0;i<14;i++)
{
th=ti[x0[i]-1][0];
tl=ti[x0[i]-1][1];
TH1=th;
TL1=tl;
TR1=1;
SMG_delay(y0[i]*10);
TR1=0;
}
}
void music2(void)//演奏《粉刷匠》
{
for(i=0;i<12;i++)
{
th=ti[x1[i]-1][0];
tl=ti[x1[i]-1][1];
TH1=th;
TL1=tl;
TR1=1;
SMG_delay(y1[i]*9);
TR1=0;
}
}
/*-----------------------------------------------------------
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;
}
}
}
/*-----------------------------------------------------------
开始键扫描函数
------------------------------------------------------------*/
void start_stop_keyscan(void)
{
if(start_stop == 0)
{
SMG_delay(8);
if((start_stop == 0)&&(!start_stop_flag))
{
start_stop_flag = 1;
action = 1;
TR0 = 1;
}
while(start_stop == 0){display(number_display,second);}
}
else
{
start_stop_flag = 0;
}
}
void keycheckdown()
{
L1=0;L2=1;
R1=R2=R3=R4=1;
if(R1==0)
{
while(R1==0)
{
display(number_display,second);
}
a=1;
}
else if(R2==0)
{
while(R2==0)
{
display(number_display,second);
}
a=2;
}
else if(R3==0)
{
while(R3==0)
{
display(number_display,second);
}
a=3;
}
else if(R4==0)
{
while(R4==0)
{
display(number_display,second);
}
a=0x4;
}
L2=0;L1=1;
R1=R2=R3=R4=1;
if(R1==0)
{
while(R1==0)
{
display(number_display,second);
}
a=0x5;
}
else if(R2==0)
{
while(R2==0)
{
display(number_display,second);
}
a=0x6;
}
else if(R3==0)
{
while(R3==0)
{
display(number_display,second);
}
a=0x7;
}
else if(R4==0)
{
while(R4==0)
{
display(number_display,second);
}
a=0x8;
}
}
/*-----------------------------------------------------------
六位抢答键扫描函数
------------------------------------------------------------*/
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 == 0x4)&&(!key4_flag))
{
key4_flag = 1;
number = 4;
number_display = number;
}
else
{
key4_flag = 0;
number = 0;
}
if((a == 0x5)&&(!key5_flag))
{
key5_flag = 1;
number = 5;
number_display = number;
}
else
{
key5_flag = 0;
number = 0;
}
if((a == 0x6)&&(!key6_flag))
{
key6_flag = 1;
number = 6;
number_display = number;
}
else
{
key6_flag = 0;
number = 0;
}
if(number_display != 0)
{
return 1;
}
else
{
return 0;
}
}
void Timer1Service() interrupt 3 /* T0中断服务程序 */
{
Beep=~Beep;
TH1=th;
TL1=tl;
} 仿真源文件及源程序百度网盘链接：https://pan.baidu.com/s/1baNdNosxDLxHD96VyCc8uw
提取码：it38
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