《电子系统设计与工程实践》期末实践
数字抢答器
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基于AW60十秒倒计时抢答器的设计
摘要：本设计是以飞思卡尔公司的AW60HCS08单片机为核心设计的四路抢答器。本抢答器能实现四人抢答、倒计时10秒后就不能抢答、数码管显示抢答成功的按键及倒计时，在抢答成功和十秒倒计时结束时报警等功能。同时该抢答器是基于单片机设计出来的，因此很容易对抢答器的路数进行扩展，同时又避免了由门电路组合的数字抢答器随着路数的增加线路数目成倍增加的问题。与门电路搭建的抢答器相比，该抢答器不仅在结构上显得简单，而且在费用方面也略显优势。
Abstract: The Freescale's AW60HCS08 microcontroller is used as the core design of four way responder. The responder can achieve four vies to answer first, the countdown after 10 seconds cannot succeed in digital tube display vies to answer first vies to answer first, keys and the countdown, at the end of the vies to answer first success and ten seconds countdown alarm. The responder is based on single-chip design, so it is easy to extend ways of the responder, and the num of lines is increasing exponentially with the number increase of ways of the digital gate circuit. Compared to the responder builded by the gate circuit , the responder is not only simple in the structure, but also slightly better in terms of costs.
关键字：aw60、4人抢答、倒计时10s、数码管显示
Key words: aw60, four people vies to answer first, the countdown 10 s, digital tube display
1 设计要求
具体要求
（1）提供4路抢答键，编号分别为1、2、3、4，提供“开始”键，编号为“*”。 （2）系统复位后，数码管显示“0000”并闪烁；按下“开始”键后，各抢答键才有效，数码管停止闪烁，并进行10s倒计时，计时时间在后两位数码管显示；若在10s内没有人抢答，则在计数为0后，显示“0000”并闪烁，直至“开始”键再次按下，重新计数；若在10s内有人按下抢答键，则停止计数，后两位数码管显示当前计数时间，第1位数码管显示抢答键编号，数码管闪烁，直至“开始”键再次按下，重新计数。
（3）每次按键或计时为0后通过蜂鸣器发出提示音。 系统功能
该系统能够按下开始键后数码管开始10s倒计时，当倒计时为零若没有抢答键按下则数码管显示0000，并闪烁蜂鸣器报警。若有一个或多个抢答键在倒计时结束前按下，则数码管第一位显示按下最先按下抢答键的编号，后两位数码管显示按下时的时间，其他显示0且闪烁蜂鸣器报警。当开始键再次按下的时候，系统恢复十秒倒计时状态，第一位数码管清零。
2 总体设计
2.1 系统工作原理
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以下为系统的工作原理流程图（见图2），其中开始键为*键，1234抢答键为键盘控制，由中断中的程序控制各种状态的实现，其工作原理为：接通电源后，抢答器数码管显示“0000”并闪烁，直到主持人按下开始键，抢答器数码管变为“0010”，同时抢答器的计时器开始进行10s的倒计时；选手在定时时间内抢答时，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示、时间显示、数码管闪烁、蜂鸣器提示。若在正常的十秒抢答时间中没有人按下抢答键，则倒计时一直进行到零，数码管显示0000并闪烁，同时蜂鸣器报警，当主持人再次按下开始键时数码管恢复到0010开始新一轮抢答倒计时。
开始初始化开中断否LED显示0000并闪烁等待开始键*被按下是LED开始10秒倒计时显示计数值否LED减到0后显示0000并闪烁同时蜂鸣器报警键盘检测是否在10秒内有人按1234键是LED记录第一位抢答者并闪烁否键盘检测是否按下开始键*是LED重新赋值为0010同时蜂鸣器关闭
图1、系统工作原理流程图
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3 硬件设计
3.1 硬件组成
本系统是以飞思卡尔公司的AW60HCS08单片机为核心设计的四路抢答器。其主要的硬件部分由AW60的最小系统、电源模块、时钟模块、键盘模块以及蜂鸣器等所组成（见图2）。其中电源模块为其他各个模块供电；LED模块为显示模块，包括显示10s倒计时，抢答者编号，抢答时间，数码管闪烁；时钟模块为单片机工作提供时钟，键盘模块提供抢答键1234，开始（复位）键，用来检测是否有键发生，从而产生键盘中断交由单片机处理，单片机在对按键进行分析后控制相应的数码管显示以及控制蜂鸣器报警。
按键模块电源模块Aw60单片机Led模块蜂鸣器模块
图2、模块电路组成
3.2 单片机核心模块
本设计采用AW60HCS08单片机，S08是2004年左右推出8位MCU，资源丰富，功耗低，性价比很高，是08系列MCU发展趋势，其性能与许多16位MCU相当。MC9S08AW60是低成本、高性能8位微处理器S08家族中的成员，本次课程设计就是以该芯片为基础，来进行嵌入式的设计。 该单片机的主要性能：
（1）最高达40MHz的CPU工作频率和20Hz的内部总线工作频率表；时钟源选项包括晶振、谐振器、外部时钟或内部产生的时钟。 （2）相比HC08 CPU指令集，S08 CPU增加了BGND指令。
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（3）单线后台调试模式接口；增强的断点能力，允许单一的断点设置在线调试（在片内调试的模块增加了多于两个的断点）。
（4）内含32个中断/复位源；内含2KB的片内RAM；内含60KB的片内在线可编程Flash存储器，带有块保护和安全选项。
（5）可选的计算机正常操作（COP）复位；低电压检测和复位或中断；非法操作码检测与复位；非法地址检测与复位。
（6）ADC：多达16个通道，10位A/D转换器与自动比较功能；两个串行通信接口SCI模块与可选的13位中断；一个串行外设接口SPI模块；集成电路互连总线I2C模块运作高达100kbps的最高总线负载；8引脚键盘中断KBI模块。 （7）定时器:1个2通道和1个6通道16位定时器/脉冲宽度调制器模板。具有输入、捕捉、输出比较、脉宽调制功能。
图3、最小系统图
3.3 显示和控制电路
本系统采用数码管显示抢答者编号和剩余时间，钜阵键盘用于抢答器的复位和抢答者的抢答。数码管显示原理简单，编程比较容易实现。矩阵键盘可以实现多种控制，便于扩展功能，同时又可节省大量的IO口，供单片机的其它功能应用。
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