16路抢答器的硬件设计

单飞

系统硬件设计
　　美国Microchip Technology公司推出的PIC16F87X中档系列单片机，片内含有A/D、PWM、EEPROM等丰富的接口模块和FLASH程序存储器。借助于PIC16F873片内的ADC模块，使用一条I/O引脚，可以实现多个按钮开关的数字量输入问题。以此原理制成的16路抢答器，电路设计有抢答按钮开关、状态指示灯、复位开关、一只蜂鸣器和两只数码管。
　　设计功能如下，通电后，状态指示灯点亮，并且同时发出持续1s的类似电话振铃的美妙声音，表示为抢答作好准备。每当主持人口头发出号令之后，哪个队先按下座位上的按钮开关，数码管就显示该队的编号。同时封锁其他按钮开关的活动，状态指示灯熄灭，并且同时发出持续1s的类似电话振铃的美妙声音，以声明此次抢答动作已经完成。在主持人确认后，按下复位按钮，状态指示灯重新点亮，并且同时发出持续1s的类似电话振铃的美妙声音，为下一次抢答作好准备。在理论上，利用PIC16F873片内的10位A/D转换器，去除一个无键按下的“空”状态，则最多可以区分1023个按键。正是由于利用了PIC16F873片内10位A/D转换器，才使本抢答器外围电路比较简单，实用性强，而且本抢答器很容易扩展成更多路抢答器。
　　如图1，本抢答器主要由按键电路、PIC16F873单片机、三态输出锁存器74LS373及数码管组成。R16、R17、K0组成单片机的复位电路，按键电路由R1-R15、K1-K16组成。PIC16F873单片机系统时钟由4MHz的石英晶体经其内部振荡器提供，内部ADC的参考电压分别为VDD和地，按键电路输出的电压由数据线AN0输入，由于软件可以完成译码，因此不需译码器。74LS373、数码管组成显示电路，R18-R33起到限流的作用。为了使各个电阻向标称值靠拢，R0-R17的取值如图1标注，能满足表1中按键位置与输出电压的关系。开机后，RC0-RC7输出“0”的七段码，RA1输出高电平，数码管个位显示0，接着，尺A1输出低电平，RA2输出高电平，数码管十位显示0，RA2再输出低电平。RA5输出高电平，状态指示灯LED亮，RA3输出500Hz、630Hz两种音频信号，这两种音频信号以10Hz的频率轮流切换，从而蜂鸣器就发出类似电话振铃的美妙声音，抢答器进入准备状态。当抢答时，某个按键按下，假如是K12，其他按键的活动被封锁，PIC16F873单片机内的A/D转换器将输入电压转化成10位二进制数，通过单片机处理，RA1输出高电平，RC0-RC7输出“2”的七段码，然后，RA1输出低电平，将74LS373(2)的输出码锁存，RA2输出高电平，RC0-RC7输出“1”的七段码，RA2再输出低电平，将74LS373(1)的输出码锁存，这样数码管就稳定地显示出“12”。同时，RA3输出持续1s的10Hz的频率轮流切换的500Hz、630Hz两种音频信号，蜂鸣器发出类似电话振铃的美妙声音，RA5再输出低电平，LED熄灭，以声明此次抢答动作已完成。在主持人确认后，按下复位按键，两位数码管显示“00”，状态指示灯LED亮，抢答器进入准备状态。

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