基于单片机的八路抢答器设计

-0-单片机原理及系统课程设计报告-0-目录1.绪论.........................................................-1-1．1选题的目的和意义....................................................-1-1．2课题研究的内容......................................................-1-1．3课题的优点及组成....................................................-2-1．4方案论证.............................................................-2-1．5国内外现状...........................................................-3-1．6抢答器的简介.........................................................-3-1．7抢答器的工作流程....................................................-5-2.硬件设计.....................................................-6-2．1硬件电路的设计原理...................................................-6-2．2硬件电路的设计......................................................-6-2．3最小系统............................................................-9-2．4稳压电源电路设计....................................................-9-2．5时钟频率电路的设计..................................................-10-2．6复位电路的设计.....................................................-11-2．7显示电路的设计.....................................................-11-2．8键盘扫描电路的设计..................................................-12-2．9发声电路的设计.....................................................-14-3．软件设计模块...................................................143．1主程序系统结构图...................................................-15-3．2软件任务分析.......................................................-16-3．3程序流程图.........................................................-16-3．4程序清单...........................................................-17-4．系统的调试.......................................错误!未定义书签。结束语..............................................错误!未定义书签。致谢..........................................................-32-参考文献......................................................-33-附录一元器件清单.............................................-34-附录二系统原理图.............................................-36-单片机原理及系统课程设计报告-1-1.绪论随着计算机技术的发展和在控制系统中的广泛应用，以及设备向小型化、智能化发展，作为高新技术之一的单片机以其体积小、功能强、价格低廉、使用灵活等优势，显示出了很强的生命力。进入21世纪以来，开发推出单片机的公司很多，各种高性能单片机芯片市场也异常活跃，新技术的不断采用，更加使单片机的种类、性能以及应用领域不断扩大和提高。因其功耗低，超高型，低成本，功能完整，在国内越来越受到用户的重视和广泛使用。1．1选题的目的和意义通过这次设计，掌握51单片机的原理，了解简单多功能抢答器组成原理，初步掌握多功能抢答器的调整及测试方法，提高独立思考能力和排除故障的能力。同时通过本课题设计与调试，提高自己的动手能力，巩固已学的理论知识，建立单片机理论和实践的结合，了解多功能抢答器各单元电路之间的关系及相互影响，从而能正确设计、计算定时计数的各个单元电路。初步掌握多功能抢答器的调整及测试方法。无论是学校还是电视节目中,都可能会举办各种各样的智力竞赛,都会用到抢答器。如果要是让抢答者用举手等方法，主持人很容易误判，会造成抢答的不公平，比赛中为了准确、公正、直观地判断出第一抢答者，所设计的抢答器通常由数码显示、灯光、音响等多种手段指示出第一抢答者。为了使这种不公平不发生，只有靠电子产品的高准确性来保障抢答的公平性。1．2课题研究的内容系统采用模块化设计智能抢答器，在抢答比赛中广泛应用，各组分别有一个抢答按钮。主持人有开始和结束、复位键。在后台主持人可以修改，抢答时间和选手回答问题的时间设置，主持人按键开始后，选手开始抢答为有效，数码显示屏显示抢答时间倒计时和选手号，在最后五秒扬声器发生提示。如果主持人没有按下开始键而选手就抢答视为犯规，数码显示屏显示犯规者的代号，扬声器持续发生。主持人可按键结束，新一轮抢答开始。单片机原理及系统课程设计报告-2-1．在抢答中，只有开始后抢答才有效，如果在开始抢答前抢答为无效。2．抢答限定时间和回答问题的时间可以在1～99s设定。3．可以显示是哪位选手有效抢答和无效抢答，正确按键后有扬声器提示。4．抢答时间和回答问题时间倒记时显示，时间完后系统自动复位。5．回答限定时间内使用锦囊回答时间将加到60s。6．按键锁定，在有效状态下，按键无效非法。1．3课题的优点及组成在知识比赛中，特别是做抢答题目的时候，在抢答过程中，为了知道哪一组或哪一位选手先答题，必须要设计一个系统来完成这个任务。如果在抢答中，靠视觉是很难判断出哪组先答题。利用单片机系统来设计抢答器，使以上问题得以解决，即使两组的抢答时间相差几微秒，也可分辨出哪组优先答题。课题中主要介绍了单片机抢答器设计及工作原理，以及它的实际用途。本系统采用AT89S51单片机作为核心。控制系统的四个模块分别为：存储模块、显示模块、声音模块、抢答开关模块。该抢答器系统通过八个个按键输入抢答信号；利用4个七段共阳数码管来完成显示功能。工作时，用按键通过开关电路输入各路的抢答信号，经单片机的处理，输出控制信号，控制4个七段共阳数码管和喇叭工作。在数码管上显示哪一组先答题，从而实现整个抢答过程。1．4方案论证方案一:八路抢答器可以利用硬件电子元器件实现，系统各部分采用中小规模集成数字电路，用机械开关按钮作为控制开关，完成抢答输入信号的触发。该方案的特点是中小规模集成电路应用技术成熟，性能可靠，能方便地完成选手抢答的基本功能，但是电路结构复杂，调试困难，涉及到外围元件多，并且制作过程工序比较烦琐，不便于安装，实验给实际操作带来很大的麻烦。方案二:该系统采用MCS-51系列单片机AT89S51作为控制核心，其片内带有4KflashROM，128的RAM，以及15根I/O口线能满足设计要求。该系统可以完成运算控制、信号识别以及显示功能的实现。利用单片机程序判断选手按键是否有效，但是选手违规抢答，利用简答程序显示，启动扬声器报警，告诉主持人有人违规操单片机原理及系统课程设计报告-3-作，抢答无效。给出相应的延时，选手按正常的操作抢答，软件倒计时，利用AT89S51移位寄存7段数码管，实现倒计时显示时间，到5秒相应时间提醒选手时间快到了，要及时作答，并启动扬声器。由于用了单片机，使其技术比较成熟，应用起来方便、简单并且单片机周围的辅助电路也比较少，便于控制和实现。整个系统具有极其灵活的可编程性，能方便地对系统进行功能的扩张和更改性。方案比较分析：从第一个方案我们可以看出，这个抢答器是由抢答电路，定时电路，报警电路，时序控制电路四个电路组成。扩展电路是由秒钟脉冲信号产生电路，译码电路，显示电路等，它的功能很齐全，设计的电路也很稳定。但是它的造价却很高，仅仅是集成电路他就用了八个，这个跟我们当初的设计理念是相冲突的。我们要的是功能齐全，但是造价比较低的设计。所以我们放弃这个方案。而方案二采用单片机，可靠性好，结构简单，具有显示出台号，倒计时功能等。该模式充分体现了原有系统性能的改进，功能的扩展及其他同类系统的不同之处，它包括硬件逻辑图与软件流程图，比较经济实用，所以我们选用单片机的方案。1．5国内外现状抢答器作为一种电子产品，早已广泛应用于各种智力和知识竞赛场合，但目前所使用的抢答器有的电路较复杂不便于制作，可靠性低，实现起来很困难；有的则用一些专用的集成块，而专用集成块的购买又很困难。为适应高校等多代表队单位活动的需要而设计一个多功能抢答器，这种抢答器具有电路简单，元件普通，易于购买等优点，很好地解决了制作者制作困难和难于购买的问题。在国内外已经开始了普遍的应用。1．6抢答器的简介数字抢答器系统设计是借用单片机采用模块化设计的八路抢答器，包括8路抢答按纽、计时显示、提示功能、开始与结束控制按钮、时限设定、各种相关显示调控功能等。参赛者系统，除享有抢答按纽的权利功能外，还有人性化的提示功能和时间提示功能，也可设定由主控控制在参赛者终端表现的趣味性功能等；主控系统的控制按钮做开始与结束控制，根据活动参赛者的层次，对提前抡答者的行为设定为非法或阻隔，若设有非法抢答控制功能时，在主控处带有公示性显示的非法抡答者的台单片机原理及系统课程设计报告-4-位号，对抢答限时及回答问题限时设为倒计时，并有显示提示。系统的主要功能模块方框图如图1-6所示。图1-6系统主要功能模块数字抢答器采用模块化设计，在抢答比赛中广泛应用，各组分别有一个抢答按钮。一共有8个按键输入，分别对应8路选手的抢答按键。主持人有开始和结束键。在后台主持人可以修改，抢答时间和选手回答问题的时间设置，原始状态下抢答时间为30s，回答问题时间为30s。通过加键和减键修改上述时间，改完后结束键确定。新时间开始有效，主持人按键开始后，选手开始抢答为有效，数码显示屏显示抢答时间倒计时和选手号，在最后五秒扬声器发生提示。如果主持人没有按下开始键而选手就抢答视为犯规，数码显示屏显示犯规者的代号，扬声器持续发生。主持人可按键结束，新一轮抢答开始。单片机是整个抢答器的核心，内部电路设计用汇编语言编写。它完成了时间参数的设定，抢按号码的译码，保存；显示；输出，抢按及答题倒计时功能等。数字抢答器设计中，有一个共阳的数码管组，四个数码管。其中两个显示时间，一个空位，一个显示抢答号码。主持人依次按下复位键，开始键后开始抢答。可以抢按：超时数码管显示“FFF”，当抢按超过规定时间或答题超过规定时间后数码管显示“FFF”。若有选手在规定时间内抢按成功，则可以答题，数码管显示