基于51单片机的五路抢答器Protues仿真设计

news2024/9/25 13:25:45

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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