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    2 电子抢答器的结构原理

    2．1 电子抢答器的整体结构

    电子抢答器的整体结构如图1所示。它包括鉴别与锁存模块、定时与犯规设置模块以及计分模块。

    以EDA开发系统为核心的电子抢答器设计与实现

    2．2 鉴别与锁存模块设计

    鉴别与锁存模块的主要功能是用于判断a、b、c、d四个组别抢答的先后，记录较先抢答的组别号码，并且不再接受其它输入信号，而对较先抢答的组别锁存，同时显示较先抢答的组别。

    根据以上功能要求，该模块的源程序必须包含四个抢答输入信号。现将其信号分别设为a、b、c、d；抢答时必须要有一个允许开始抢答信号，将其信号设为sta，该信号输入后，其输出指示灯亮，以便选手知道允许抢答信号已发出，故可设置一个sta的输出指示灯信号为star-t；为了鉴别较先抢答者，可分别设置a、b、c、d组的输出指示灯为led_a、led_b、led_c、led_d，同时设置显示较先抢答组别号码的输出信号为states［3．．0］；为了使系统进入重新抢答状态，还需要设置一个系统复位信号，可将其设为rst。其鉴别与锁存模块的仿真波形如图2所示。

    以EDA开发系统为核心的电子抢答器设计与实现

    通过图2可以看出，当rst=1时，系统处于初始状态，此时所有输入均无效；当rst=O且sta=O时，抢答无效；而当rst=O且sta=1时，start指示灯亮，d组为较先有效抢答组别，led_d指示灯亮，并显示抢答成功组别d组为“0100”。通过图2的仿真图及分析说明，可见其鉴别与锁存模块的功能设计正确。

    2．3 电子抢答器定时与犯规模块设计

    定时与犯规模块的主要功能是用来对答题**。当**时间计为0时，系统将输出报警信号，以对提前抢答者给予蜂鸣警示并显示犯规组别号码。

    根据以上功能设计要求，该模块需要设置一个倒计数器来限制答题时间，可将其信号设为time［7..0］。为了使倒计时器能够开始或停止工作，应设置一个计时使能输入信号en；为了确定是否有选手提前抢答或**时答题，可将允许抢答信号sta和四个抢答输入（a、b、c、d）、显示抢答成功组别states［3．．0］、系统时钟信号clk_1hz等作为输入信号，而将犯规报警器信号alarm和犯规组别显示offender作为输出信号。为了使蜂鸣器停止报警或使系统重新进入有效抢答状态，应设置系统复位输入信号rst。定时与犯规模块的仿真波形如图3所示，其中图3（a）为抢答犯规及暂停计时控制功能的仿真，图3（b）为答题犯规控制功能的仿真。

    以EDA开发系统为核心的电子抢答器设计与实现

    通过图3（a）可以看出，当rst=1时，抢答无效，倒计时器初始值设为60s；当rst=O，且sta=O时，d组提前抢答，报警器开始报警，offen-der显示犯规组别“0100”，说明提前犯规组别为d组。此后主持人按下rst键，使rst=1，此时报警器停止报警，系统进入初始状态；而当rs-t=O且sta=1，a组抢答成功，计时使能信号en=1。当时钟信号clk_lhz的上升沿来时，倒计时器开始计时，当a组在限定时间内回答完问题，主持人按下计时使能信号，使en=O，倒计时器停止计时，同时防止报警器报警。

    而通过图3（b）可以看出，当rst=O，sta=1时，a组抢答成功，但没在限定时间内回答完问题，60s**时间计为O时，报警器开始报警，offender显示犯规组别为“0001”，说明**时犯规组别为a组；主持人按下复位键，使rst=l，报警器停止报警，offender显示“0000”，即将犯规组别的号码清零，系统重新进入初始状态。

    2．4 计分模块的设计

    计分模块的主要功能是对抢答成功并答对的组别进行加分操作或对抢答成功但答错的组别进行减分操作，同时通过译码显示电路显示出来。根据以上的功能设计要求，该模块需要将加、减分操作add、sub和系统时钟clk_lhz作为输入信号，而各组别的分数显示作为输出信号aa0［3．．0］、bb0［3．．0］、cc0［3．．o］、dd0［3．．0］；为了确定给哪个组别加或减分，需要有一个抢答成功组别的输入信号，可将其设为chose。为了使系统能进入下一轮的抢答，应设置系统复位输入信号rst。其计分模块的仿真模型如图4所示。

    以EDA开发系统为核心的电子抢答器设计与实现

    通过图4可以看出，当rst=l时，系统进入初始状态，a、b、c、d组的初始分值都为5，当add=1，系统时钟信号clk_lhz的一个上升沿到来时，就给chose当前鉴别的组别“0001”组加1分，当sub=1，系统时钟信号clk_lhz来一个上升沿时，就给chose当前鉴别的组别“0010”组减1分。

    MSP430单片机的时钟系统

    MSP430根据型号的不同较多可以选择使用3个振荡器。我们可以根据需要选择合适的振荡频率，并可以在不需要时随时关闭振荡器，以节省功耗。这3个振荡器分别为：

    (1)DCO 数控RC振荡器。它在芯片内部，不用时可以关闭。DCO的振荡频率会受周围环境温度和MSP430工作电压的影响，且同一型号的芯片所产生的频率也不相同。但DCO的调节功能可以改善它的性能，他的调节分为以下3步：a：选择BCSCTL1.RSELx确定时钟的标称频率;b：选择DCOCTL.DCOx在标称频率基础上分段粗调;c：选择DCOCTL.MODx的值进行细调。

    (2)LFXT1 接低频振荡器。典型为接32768HZ的时钟振荡器，此时振荡器不需要接负载电容。也可以接450KHZ~8MHZ的标准晶体振荡器，此时需要接负载电容。

    (3)XT2 接450KHZ~8MHZ的标准晶体振荡器。此时需要接负载电容，不用时可以关闭。

低频振荡器主要用来降低能量消耗，如使用电池供电的系统，高频振荡器用来对事件做出快速反应或者供CPU进行大量运算。

MSP430

    MSP430的3种时钟信号：MCLK系统主时钟;SMCLK系统子时钟;ACLK辅助时钟。

    (1)MCLK系统主时钟。除了CPU运算使用此时钟以外，外围模块也可以使用。MCLK可以选择任何一个振荡器所产生的时钟信号并进行1、2、4、8分频作为其信号源。

    (2)SMCLK系统子时钟。供外围模块使用。并在使用前可以通过各模块的寄存器实现分频。SMCLK可以选择任何一个振荡器所产生的时钟信号并进行1、2、4、8分频作为其信号源。

    (3)ACLK辅助时钟。供外围模块使用。并在使用前可以通过各模块的寄存器实现分频。但ACLK只能由LFXT1进行1、2、4、8分频作为信号源。

    PUC复位后，MCLK和SMCLK的信号源为DCO，DCO的振荡频率为800KHZ。ACLK的信号源为LFXT1。

    MSP430内部含有晶体振荡器失效监测电路，监测LFXT1(工作在高频模式)和XT2输出的时钟信号。当时钟信号丢失50us时，监测电路捕捉到振荡器失效。如果MCLK信号来自LFXT1或者XT2，那么MSP430自动把MCLK的信号切换为DCO，这样可以保证程序继续运行。但MSP430不对工作在低频模式的LFXT1进行监测。