毕业设计智能抢答器(2)

2—1p3口线的第二功能

（2）、EPROM存储器程序固化所需要的信号

有内部EPROM的单片机芯片（例如87C51），为写入程序需提供专门的编程脉冲和编程电源，它们也是由信号引脚以第二功能的形式提供的，即：

编程脉冲： 30脚（ALE/PROG） 编程电压（25V）：31脚（EA/ VPP） （3）、备用电源引入

MCS—51单片机的备用电源也是以信号引脚第二功能的方式由9脚（RST/VPD）引入的。当电源发生故障，电压降低到下限值时，备用电源经此端向内部RAM提供电压，以保护内部RAM中的信息不丢失。

2.4 引脚的第一、第二功能会不会混淆

（1）、对于各种型号的芯片，其引脚的第一功能信号是相同的，所

不同的只在引用的第二功能信号上。 （2）、对于9、30和31各引脚，由于第一功能信号与第二功能信号

是单片机在不同工作方式下的信号，因此不会发生使用上的矛盾。 （3）、P3口线的第二功能信号都是单片机的重要控制信号。因此在实

际使用时，总是先按需要优先选用它的第二功能，剩下不用的才作为口线使用。引脚表现出的是单片机的外特性或硬件特性，在硬件方面用户只能使用引脚，即通过引脚组建系统。因此熟悉引脚是单片机硬件学习的重要内容。见图2—1

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表

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图2—1 8051单片机芯片引脚图

第三节 设计方案比较

3.1 原始方案

其工作原理为主逻辑电路的工作原理介绍如下：参看图3—1。ICl为CD4532八输入优先权编码器，IC2为CD4042四D锁存器，IC3为CD4511七段译码驱动器，IC4为CD4514二一十六线译码器。其作用是将八路按键的输入转化成三位二进制编码，同时由GS端指示编码的有效性。没有键按下时GS为低电平、输出无效的000，反之GS高电平、此时的代码有效，如果为000则是0号键的代码。之所以采用优先权编码器，是考虑如果有多个键真正的同时按下(时间上的差别微小到电路无法区分)时，稳定输出这几个键中优先权最高的键的代码。电路的关键之处是对IC2四D锁存器的巧妙利用，其CP端与Q0相连。由其功能表可知，无任何键按下时，ICl的GS端为0，故IC2的CP端为1，IC3的BI端为0，IC4的INH端为1，由于IC2的M模式控制端为1，而且各锁存器的输出跟随对应输入的变化，Q1—Q3为无效的000，IC2处于一个稳态；此时IC3处于消隐状态，数码管无任何显示，IC4处于输出禁止状态，L0—L7也全灭。当AN0-AN7中有任何一个键按下时，ICl输出有效数据的同时其GS端变为1，该组数据(包括GS)到达IC2锁存器输出端时CP端获得下降沿，数据被锁存的同时禁止了后继输入，也就是当抢先选手的编号被锁存的同时屏蔽了后继选手的动作；此时IC3和IC4均正常工作，数码管显示抢先选面前手的编号，该选手的灯也点亮了。当主持人按下AN8时(此时

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AN0—AN7应该无键按下，ICl的GS端为0)，IC2的M端变为0，由功能表知锁存器先是处于跟随状态，其CP端恢复为1，后是CP的正跳变使锁存器转为锁存状态(即无效数据状态)，IC3消隐，IC4输出禁止。然后AN8松开，M端恢复为1，锁存器又回到初始的跟随状态，为下一轮抢答作好准备。

图3—1 第一方案电路图

3.2 最终方案

相较第一方案而言此方案（如图3—2）采单片机为控制核心大大简化了系统电路结构，把各种处理的功能整合在了单片机内部。此设计方案把软件的设计作为设计重点，在原始的单一功能上添加了倒计时抢答、纠正同时按键问题等新颖的附属功能。并保留了传统的光亮报警部分。

图3—2 最终方案电路图

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第四节 硬件设计介绍

4.1、74LS47译码器

7126345ABCDabcdefg1312111091514

74LS47LTBI/RBORBI 图3—3 7447引脚图

7447为4-7线译码驱动器，使其与数码管各个管脚相连接显示数字，如：输出1001臵7447则数码管则显示9， 其具体设定详见图3—3和表3—1。具体连接时使其使能端全部接电源。

表3—1 7447真值表

4.2、LM358

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图3—4 LM358管脚图

LM358为一电流放大元件，在此电路中用于为声音报警提供所需电流。其管脚如图3—4所示 4.3 硬件部分工作原理

本设计采用AT89C51单片机作为控制核心。AN0～AN7为8个 抢答键。P0.0～P0.7为8路抢答信号输入端。当有抢答键按下时,对应输入端为低电平“0”反之为高电平“1”。AN8为抢答启动键。在抢答开始时，按动一下AN8键，向单片机申请一次INTO中断单片机在中断服务程序中对抢答信号进行采样和识别处理。

采用二位LED共阳数码管以动态扫描方式对抢答键号、违规抢答键号、倒计时时间等信息进行显示，倒计时时间由选择开关K2进行选择。本设计共有4个时间档供选择（15S、30S、60S、99S）AN10为违规显示器。按动AN10键，可对一次抢答过程中出现的所有超前违规抢答的键号进行显示。K为验键功能选择开关，当需要验键时，将K闭合，可检验各抢答键能否正常工作，验键完毕将K打开。LED1为违规指示灯。当一次抢答过程存在违规抢答信号时，LED1发出多个第一有效抢答信号的处理。 1、第一有效抢答信号的处理

在抢答过程中往往会出现多个抢答键同时按下，或者时间差非常短。单片机无法识别它们之间的时间差，此时R2中会出现多个为1的位，既出现多个第一有效抢答信号。但每次抢答过程只能输出显示一个第一有效抢答信号，公正处理这个问题的方法是随机地挑选其中的一个。本设计采用一种随机定位查找方法：将R2中各位的查找顺序排成一个环，如图3—5然后找一个随机数x从第x位开始按上述查找顺序环规定查找顺序找R2中为1的位。

图3—5 随机查找示意图

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