51单片机入门——16路抢答器

设计要求

同时为16支参赛队提供抢答功能，抢答成功后应能通过数码管显示出参赛队号数，同时点亮发光二极管示意抢答成功。

加入独立开关，可启动10秒倒计时功能，通过数码管显示出倒计时时间(倒计时状态下抢答功能不起作用，反之亦然)。

电路原理图

硬件原理

时钟信号（晶振）

单片机晶振部位电路，详情请参考《51单片机入门——单片机最小系统》，在此项目中我们选择 11.0592 MHz的晶振。

矩阵按键与独立按键

在该项目中矩阵按键用于选手的抢答器，独立按键用于主持人复位重置抢答。

代码解析

矩阵按键部分代码：

keyboard.c

#include "KEYBOARD.H"

uchar keySta[4][4] = {//矩阵按键的当前状态 1为高电平 ，0为低电平

{1 , 1 , 1 , 1} , {1 , 1 , 1 , 1} , {1 , 1 , 1 , 1} , {1 , 1 , 1 , 1}

};

uchar ledChar[16] = { //共阳极数码管显示字符转换表

 0xC0, 0xF9, 0xA4, 0xB0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xF8,

 0x80, 0x90, 0x88, 0x83, 0xC6, 0xA1, 0x86, 0x8E

};

/* 按键驱动函数，检测按键动作，调度相应动作函数*/

void KeyDriver()

{

uchar i , j;

static char backup[4][4] = {

{1 , 1 , 1 , 1} , {1 , 1 , 1 , 1} , {1 , 1 , 1 , 1} , {1 , 1 , 1 , 1}

};

for (i = 0 ; i < 4 ; i ++)

{

for (j = 0 ; j < 4 ; j ++)

{

if (keySta[i][j] != backup[i][j]) //检测按键动作

{

if (backup[i][j] != 0)    //按键按下时执行动作

{

P0 = ~ledChar[i*4+j];

LED1 = 1;

}

backup[i][j] = keySta[i][j];  //备份按键状态

}

}

}

}

/* 按键扫描函数 , 在定时中断中调用，推荐1ms*/

void KeyScan()

{

uchar i;

static uchar keyout = 0;   // 矩阵按键扫描输出索引

static uchar keybuf[4][4] = {  // 矩阵按键扫描缓冲区

{0xff , 0xff , 0xff , 0xff} , {0xff , 0xff , 0xff , 0xff} , 

{0xff , 0xff , 0xff , 0xff} , {0xff , 0xff , 0xff , 0xff} 

};

// 将一行的4个按键值移入缓冲区

keybuf[keyout][0] = (keybuf[keyout][0] << 1) | KEY_IN1;

keybuf[keyout][1] = (keybuf[keyout][1] << 1) | KEY_IN2;

keybuf[keyout][2] = (keybuf[keyout][2] << 1) | KEY_IN3;

keybuf[keyout][3] = (keybuf[keyout][3] << 1) | KEY_IN4; 

// 消抖后更新按键状态

for (i = 0 ; i < 4 ; i ++) //每行4个按键，所以循环4次

{

if ((keybuf[keyout][i] & 0x0f) == 0x00)

{ //连续 4 次扫描值为 0，即 4*4ms 内都是按下状态时，可认为按键已稳定的按下

keySta[keyout][i] = 0;

}

else if ((keybuf[keyout][i] & 0x0f) == 0x0f)

{ //连续 4 次扫描值为 1，即 4*4ms 内都是弹起状态时，可认为按键已稳定的弹起

keySta[keyout][i] = 1;

}

}

//执行下一次的扫描输出

keyout ++; //输出索引递增

keyout = keyout & 0x03; //索引值加到 4 即归零

switch(keyout) //根据索引，释放当前输出引脚，拉低下次的输出引脚

{

case 0: KEY_OUT4 = 1; KEY_OUT1 = 0; break;

case 1: KEY_OUT1 = 1; KEY_OUT2 = 0; break;

case 2: KEY_OUT2 = 1; KEY_OUT3 = 0; break;

case 3: KEY_OUT3 = 1; KEY_OUT4 = 0; break;

default: break;

}

}

keyborad.h

#ifndef _KEY_BOARD_H_

#define _KEY_BOARD_H_

#include

typedef unsigned char uchar;

typedef unsigned int uint;

typedef unsigned long ulong;

sbit KEY_OUT1 = P2^7;

sbit KEY_OUT2 = P2^6;

sbit KEY_OUT3 = P2^5;

sbit KEY_OUT4 = P2^4;

sbit KEY_IN1 = P2^3; 

sbit KEY_IN2 = P2^2; 

sbit KEY_IN3 = P2^1; 

sbit KEY_IN4 = P2^0;

sbit KEY1 = P3^0;

sbit LED1 = P3^1;

extern uchar ledChar[16];

void KeyDriver();

void KeyScan();

#endif

主函数代码:

#include

#include "KEYBOARD.H"

uchar T0RH = 0; // T0 重载值的高字节

uchar T0RL = 0; // T0 重载值的低字节

bit a = 0; // 独立按键索引位

bit countdownRunning = 1; // 倒计时运行标志

uchar integerPart = 10; //计数

void ConFigTimer0(uchar ms);

void KeyControl();

void CountdownDisplay();

void main()

{

P0 = ~ledChar[0]; // 初始化数码管

ConFigTimer0(2); // 定时2ms

EA = 1; // 开启总中断

while(1)

{

if ((LED1 != 1) && (countdownRunning == 0))

KeyDriver();

KeyControl();

CountdownDisplay();

}

}

/* 倒计时复位函数 */

void CountdownReset()

{

countdownRunning = 1; //重启

  integerPart = 10;//初始计数值

LED1 = 0;

}

/* 倒计数函数 */

void CountdownCount()

{

if (countdownRunning)

{

if (integerPart != 0)

integerPart --;

else

countdownRunning = 0;

}

}

/* 倒计时显示函数 */

void CountdownDisplay()

{

if (countdownRunning == 1)

{

LED1 = 0;

P0 = ~ledChar[integerPart];

}

}

/* 复位函数 */

void KeyControl()

{

if (KEY1 == 0 && a == 0)

{

a = 1 ;

} 

if (KEY1 == 1 && a == 1)

{

CountdownReset();

a = 0;

}

}

/* 配置并启动T0 ，11.0592MHz */

void ConFigTimer0(uchar ms)

{

ulong tmp ; //临时变量

tmp = 11059200 / 12; //定时器计数频率

tmp = (tmp * ms) / 1000; //计算所需的计数值

tmp = 65536 - tmp; //计算定时器重载值

tmp += 2;  //补偿中断响应延时造成的误差

T0RH = (uchar)(tmp >> 8); //定时器重载值拆分为高低字节

T0RL = (uchar)tmp;

TMOD &= 0xF0; //清零 T0 的控制位

TMOD |= 0x01; //配置 T0 为模式 1

TH0 = T0RH; //加载 T0 重载值

TL0 = T0RL;

ET0 = 1; //使能 T0 中断

TR0 = 1; //启动 T0

}

/* T0 中断服务函数，用于按键状态的扫描并消抖，倒计时的时间计算 */

void InterruptTimer0() interrupt 1

{

uint t;

TH0 = T0RH;

TL0 = T0RL;

KeyScan();

t ++;

if (t > 500)

{

CountdownCount(); //调用倒计数函数

t = 0;

}

}

关于这个程序有1点值得提一下：定时器配置函数ConFigTimer0(uchar ms)，虽然这样在程序里通过计算得出初值（重载值）增加了些许代码，但它换来的是便利性和编程效率，因为只要你完成这个函数，之后所有需要用定时器定时 x 毫秒的场合，你都可以直接把函数拿过去，用所需要的毫秒数作为实参调用它即可，不需要在用计算器埋头算一通了，是不是很值呢。