基于AT89S52單片機(jī)的無(wú)線搶答記分系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作

摘要：無(wú)線搶答記分系統(tǒng)以AT89S52／51單片機(jī)為控制核心，主持人電路可實(shí)現(xiàn)有效槍答信號(hào)的無(wú)線譯碼接收與識(shí)別顯示、搶答倒計(jì)時(shí)、答題倒計(jì)時(shí)、提示報(bào)警等功能，選手電路可實(shí)現(xiàn)搶答信號(hào)的編碼與無(wú)線發(fā)送、分?jǐn)?shù)數(shù)據(jù)的無(wú)線譯碼接收顯示，主持人和選手之間通信采用UM3758-108A編譯碼器和紅外發(fā)送接收模塊配合實(shí)現(xiàn)。
關(guān)鍵詞：無(wú)線通信；單片機(jī)；搶答器；制作

    無(wú)線搶答記分系統(tǒng)以AT89S52／51單片機(jī)為控制核心，可對(duì)搶答信號(hào)進(jìn)行無(wú)線發(fā)射與接收，具有識(shí)別超前違規(guī)信號(hào)、倒計(jì)時(shí)功能、驗(yàn)鍵、數(shù)碼管顯示等功能。其主要功能包括：1)能容許2～8組搶答；2)顯示搶答組號(hào)；3)顯示犯規(guī)組號(hào)；4)限時(shí)搶答；5)各組記分顯示；6)聲音提示與報(bào)警；7)時(shí)鐘計(jì)時(shí)顯示。

1 搶答器控制系統(tǒng)組成
    根據(jù)系統(tǒng)要求，搶答器分為主持人控制電路和選手控制電路兩大部分。主持人控制電路組成如圖1所示。

    主機(jī)采用AT89S52單片機(jī)，其性能比較穩(wěn)定，功能完全可以滿足本系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，包含以下幾部分：功能按鍵電路、選手搶答信號(hào)紅外接收譯碼電路、記分?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)編碼紅外發(fā)射電路、數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)電路、供電電源電路、系統(tǒng)復(fù)位電路、蜂鳴器提示報(bào)警電路等。
    主持人控制電路是在單片機(jī)的最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加了P0口選手搶答信號(hào)譯碼輸入／記分?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)編碼輸出、P2口的數(shù)碼管段碼顯示輸出、P1口的主持人控制按鍵輸入、P3口的紅外收發(fā)控制、蜂鳴器等功能。具體的管腳定義如表1所示。

    選手控制電路包含以下幾部分：選手搶答信號(hào)編碼紅外發(fā)送電路、記分?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)紅外接收譯碼電路、數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)電路、供電電源電路、系統(tǒng)復(fù)位電路等。選手控制電路主機(jī)采用AT89S51單片機(jī)，具體的管腳定義如表2所示。

2 硬件電路設(shè)計(jì)
2．1 選手無(wú)線搶答信號(hào)編碼發(fā)射電路
    選手無(wú)線搶答信號(hào)編碼發(fā)射電路以AT89S51單片機(jī)為控制核心，并由其讀入選手搶答按鍵信號(hào)，由單片機(jī)的P0口來控制D0～D7，UM3758-108A編碼后由其串行數(shù)據(jù)輸出端TX／RX端送出相應(yīng)的串行數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)經(jīng)555構(gòu)成的調(diào)制電路后將產(chǎn)生38 kHz的信號(hào)，再由SE303紅外發(fā)射管發(fā)射出去，具體電路如圖2所示。

    UM3758-108A是一種編碼／譯碼雙功能集成電路，它有10個(gè)3態(tài)地址編碼端A0～A9，8個(gè)鎖存式并行數(shù)據(jù)輸入(編碼)／輸出(譯碼)端，能方便地實(shí)現(xiàn)多地址、多路數(shù)字信息的傳遞和控制。當(dāng)AT89S51單片機(jī)識(shí)別到選手搶答信號(hào)，由P0口輸出形成UM3758-108A編譯碼器的8位數(shù)據(jù)碼D7～D0，同時(shí)由P3．6控制21腳時(shí)為編碼狀態(tài)，以低3位地址碼A2～A0(高7位地址碼A9～A3接高電平)的不同編碼來區(qū)分8位不同選手的搶答信號(hào)，編碼后的串行數(shù)據(jù)由TX／RX端送至SE303紅外發(fā)射電路發(fā)射出去。
2．2 主持人無(wú)線搶答信號(hào)譯碼接收電路
    主持人無(wú)線搶答信號(hào)譯碼接收電路以AT89S52單片機(jī)為控制核心，選手搶答信號(hào)先由一體化紅外接收頭HS0038H解調(diào)出38 kHz的紅外數(shù)據(jù)，送入U(xiǎn)M3758-108A的22腳，AT89S52單片機(jī)P3．2、P3．1、P3．0循環(huán)輸出3位二進(jìn)制地址編碼，當(dāng)檢測(cè)到選手搶答信號(hào)的串行輸入數(shù)據(jù)中包含的地址碼與接收電路中UM3758-108A地址碼一致時(shí)，發(fā)送芯片與接收芯片配對(duì)工作，將接收到的數(shù)據(jù)碼譯碼形成8位并行數(shù)據(jù)送到D7～D0輸出，同時(shí)23(TX／RX)腳輸出低電平(譯碼接收正確標(biāo)志)，經(jīng)或門輸入給單片機(jī)的P3．7，當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到P3．7=0，由P0口接收D0～D7，從而進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，驅(qū)動(dòng)蜂嗚器電路，同時(shí)在數(shù)碼管顯示有效的搶答選手組號(hào)，具體電路如圖3所示。

2．3 4．5寸數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)電路
    本智能搶答記分系統(tǒng)采用4．5寸數(shù)碼管進(jìn)行搶答組號(hào)、選手分?jǐn)?shù)等數(shù)據(jù)顯示，其工作電壓12 V和驅(qū)動(dòng)電流每段數(shù)碼管要20 mA，當(dāng)電流達(dá)到豐滿程度，驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)到40 mA，為滿足4．5寸數(shù)碼管工作電壓與工作電流的要求，采用光電耦合器和達(dá)林頓管，具體電路如圖4所示。數(shù)碼管使用動(dòng)態(tài)掃描顯示方式，通過單片機(jī)的P2口輸出信號(hào)經(jīng)過達(dá)林頓管ULN2803進(jìn)行電流放大，再對(duì)光電耦合器TLP521-4進(jìn)行通斷控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)碼管的段碼驅(qū)動(dòng)；通過單片機(jī)的P1．5、P1．6、P1．7三引腳輸出信號(hào)經(jīng)過達(dá)林頓管ULN2803進(jìn)行電流放大后動(dòng)態(tài)掃描方式選通二三數(shù)碼管，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)碼管的位碼驅(qū)動(dòng)。

    本系統(tǒng)還包含功能按鍵電路、蜂嗚器提示報(bào)警電路、供電電源電路、系統(tǒng)復(fù)位電路、晶振電路等，在此不加以詳述。

3 軟件設(shè)計(jì)
3．1 主持人部分軟件設(shè)計(jì)
    主持人控制模塊軟件的組成主要有主程序、定時(shí)器0、定時(shí)器1以及外部中斷1等幾部分，其程序流程圖如圖5所示。

3．2 選手部分軟件設(shè)計(jì)
    選手控制模塊軟件的組成主要是用于選手搶答信號(hào)的識(shí)別輸出和接收顯示選手的分?jǐn)?shù)，其程序流程圖如圖6所示。

4 調(diào)試與使用說明
    1)進(jìn)行記分級(jí)別、倒計(jì)時(shí)時(shí)間設(shè)置。通過分?jǐn)?shù)改變按鍵與加減狀態(tài)按鍵配合使用進(jìn)行加減，設(shè)置完通過確認(rèn)按鍵進(jìn)人下一個(gè)流程。
    2)當(dāng)屏幕顯示“000”時(shí)，表示已經(jīng)完成設(shè)置進(jìn)入等待搶答狀態(tài)，此時(shí)主持人可控制是否允許搶答。在沒有得到主持人的允許，選手就進(jìn)行搶答則判為違規(guī)，屏幕會(huì)顯示違規(guī)選手與違規(guī)標(biāo)志號(hào)，如1號(hào)機(jī)違規(guī)則顯示“1FF”。
    3)當(dāng)主持人按下允許按鍵后，則系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入預(yù)定的搶答倒計(jì)時(shí)，選手可以進(jìn)行搶答。若在預(yù)定的搶答時(shí)間內(nèi)沒有選手進(jìn)行搶答，則判斷為無(wú)人搶答，進(jìn)入搶答超時(shí)處理，屏幕顯示“0EE”。通過主持人允許按鍵進(jìn)入下一輪的搶答。
    4)當(dāng)選手正常搶中后，立刻停止倒計(jì)時(shí)，并顯示搶中的選手號(hào)，如1號(hào)機(jī)搶中，應(yīng)顯示“P01”。通過主持人允許接鍵可進(jìn)入回答倒計(jì)時(shí)。
    5)進(jìn)入回答倒計(jì)時(shí)，選手必須在此段時(shí)間內(nèi)完成回答，工作人員執(zhí)行送分的工作。若超過回答時(shí)間，系統(tǒng)則進(jìn)入回答超時(shí)處理，顯示答題的選手號(hào)碼與超時(shí)標(biāo)記。以1號(hào)機(jī)為例，則應(yīng)顯示“1FF”。
    6)當(dāng)選手確認(rèn)自己回答完畢，向工作人員示意，工作人員立刻按下確認(rèn)按鍵，停止倒計(jì)時(shí)。由主持人確認(rèn)回答是否正確，正確的把加減狀態(tài)按鍵設(shè)置為“加”狀態(tài)，則給選手加上與等級(jí)相應(yīng)的分?jǐn)?shù)；錯(cuò)誤的把加減狀態(tài)按鍵設(shè)置為”減”狀態(tài)，則給選手減去與等級(jí)相應(yīng)的分?jǐn)?shù)。再按下分?jǐn)?shù)加減鍵即可送分。
    7)確認(rèn)操作完畢，主持人按下允許按鍵則進(jìn)入下一輪搶答。

5 結(jié)論
    本無(wú)線搶答記分系統(tǒng)以AT89S52／51單片機(jī)為控制核心，加上搶答信號(hào)發(fā)送與接收、搶答倒計(jì)時(shí)、答題倒計(jì)時(shí)、提示報(bào)警等功能電路，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能要求；主持人和選手之間通信采用UM3758-108A編譯碼器和紅外發(fā)送接收模塊配合實(shí)現(xiàn)，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。