基于单片机的智能抢答器开题报告.doc

安徽工程大学机电学院本科毕业设计（论文）开题报告 题目：基于单片机的智能抢答器设计 课 题 类 型：设计 实验研究 论文学 生 姓 名： 张 立 群 学 号： 3112116216 专 业 班 级： 电气工程及其自动化 2112 教 学 单 位： 安徽工程大学机电学院 指 导 教 师： 朱 卫 东 开 题 时 间： 2 0 1 5 . 3 . 1 2015年3月8日一、本课题的研究意义 通过本次设计学习，更透彻的明确单片机的原理及应用，了解多功能智能抢答器的组成原理，初步掌握多功能智能抢答器的调整及测试方法，在实践中提高动手能力和排除故障的能力。同时通过本课题的设计与装配、调试，巩固本科期间学习到的理论知识，建立单片机技术理论与实践的结合，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，掌握多功能抢答器的调整及测试方法，提高动手能力和排除故障的能力。二、研究现状和发展趋势 抢答器目前广泛使用在学校，电台和企业单位等组织的简单文体娱乐活动中，但是在市场上，存在少量的设备可以给我们选择，有的产品过于复杂，不符合比赛的要求，同时价格也很昂贵，从而就浪费了；有的设备又过于简单，不能达到大型比赛的需求。为了达到操作简单而且经济实用的，我们考察了国内的众多成熟的产品的研发方向，工艺设备，技术应用和趋势对于提升产品技术的规格，提高市场竞争都是十分重要的。目前市场上抢答器种类繁多，功能也各异，价格差异那更别说有多大。目前市场上的抢答器大都是可以判断出抢答成功和选手的号码，无法显示出每一个抢答选手所用的时间，这样，每次都会自己感觉自己抢的比别人快，但是主持人却把成功给了别人，这样就存在很多不公平性，自从市面上推出了一种可以将每个抢答器的抢答时间都自动排列出来，精度可以高达到0.0000001秒的抢答器后，让整个抢答游戏充满了更多的公平与娱乐性。而且现在这种抢答器是采用单线连接的方式。我们知道，抢答器每组都需要一条线，12组就需要12根线，但是如果使用单线连接的方式，那么就可以解决布线复杂的问题，而且可以使整个布线都看起来相当的美观。单片微型计算机, 简称单片机, 是微型计算机的一个分支。它是在一块芯片上嵌入了CPU、RAM 和ROM 存储器、I/O 接口等构成的一种微型计算机。因为它主要用于工业测控领域, 所以又被称为微控制器或嵌入式控制器。单片机的核心是中央处理器CPU。用超大规模集成技术把CPU 集成在一块芯片上,这样我们把它称为微处理器。微处理器、微控制器和微型计算机三者的关系十分密切。单片机与微处理器存在很多的不同。微处理器运算速度快、数据分析与处理能力强、容量存储大，它的接口界面也是为了满足外设和网络接口而设计的。然而单片机则是从工业测控对象、环境、接口特点出发, 向着增强控制功能、提高工业环境下的可靠性、灵活方便的构成应用计算机系统的界面接口的方向发展。所以单片机有他自己的特点。张立科.单片机典型模块设计实例导航.北京,人民邮电出版社 2004.这本书以单片机的功能为模块，以外围器件、相关电路设计的实际应用为内容，以实例问答的方式向读者介绍了如何将单片机硬件、程序和外围器件的选择合理地实施在项目开发中去。主要内容是单片机中断和定时器的使用、单片机的输入/输出、单片机的数据采集功能以及单片机的算法和信号处理等知识。何立民.单片机应用技术大全.北京：北京航空航天大学出版社，1994.文中讲到“自从1971年出现了微处理器后不久，就出现了单片机，但只是一位的单片机。1976年Inter公司推出了8位的MCS-48系列的单片机，为单片机的发展奠定了坚实的基础。到80年代末，世界各地已相继研制出大约50个系列3000多个品种的单片机产品。继8位单片机之后，又出现了16位的单片机，随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。而传统的8 位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起80年代提高了数百倍。目前，高端的32位单片机主频已经超过300MHz，性能直追90年代中期的专用处理器，而普通的型号出厂价格跌落至1美元，最高端的型号也只有10美元。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用 Windows和Linux操作系统。” 邹寿彬.电子技术基础. 高等教育出版社2005.本书在应用方面，围绕着信号的放大、运算、处理、转换和产生来编排。主要内容包括常用的半导体器材、放大电路基础、多级放大电路、集成运算放大电路、放大电路的频率效应还有就是信号产生和变换、直流电源盒系统应用的举例等等。因为这本书在编排时没有采用很多逻辑电路和逻辑分析设计分开的方式，反倒是采用将电路在系统组成和逻辑功能分析、逻辑设计相互交叉的方式，这样提高了学生在实际组成数字系统的能力。董晓红.单片机原理及接口技术.西安电子科技大学出版社 2004.这本书以AT89C51为主线介绍了单片机的原理与应用、AT89C51汇编语言及程序设计，并列举了大量应用实例。主要内容包括单片机基础知识、AT89C51的内容结构和原理、指令系统、汇编语言程序设计、系统扩展、串行通信、A/D转换以及D/A转换及接口技术等。 瞿贵荣.15通道红外遥控电路J.实用电子制作, 2005.这本书介绍了一种利用模拟电子开关进行编码和译码的红外遥控电路，15个编码控制键与译码输出一一对应，操作非常简单，相应速度快，可以广泛运用于电风扇，电动窗帘，装饰彩灯，视听设备及家用电器等遥控操作，编码发射电路由时钟振荡器，模拟电子开关，编码控制键，双稳态触发器，红外载波频振荡器，与非门调制器，输出驱动器及红外发射管等。蒋敏. 从Proteus仿真设计到实际产品制作J. 科技创新导报, 2009. Proteus是由英国Labcenter electronics公司开发的EDA工具软件。它从1989年出现到现在已经有十多年的历史，在全球已经广泛的使用。Proteus跟其他的单片机仿真软件不同的地方在于它不仅仅能仿真单片机CPU的工作情况，也能仿真单片机外围电路或没有单片机参与的其他电路的工作情况，所以在仿真和调试的时候，关心的不再是某些语句执行时单片机寄存器和存储器内容的改变，而是从工程的角度直接看程序运行和电路工作的过程和结果。潭浩强.C程序设计. 清华大学出版社 2003.从20世纪70年代末、80年代初开始，中国的高等院校开始面向8个专业的全体大学生展开计算机教育。面向非计算机专业的学生的计算机基础教育，对于这门基础学科，可以看出普及计算机知识是多么意义重大而且任务艰巨的工程。这本书分为四个部分，第一部分是书的习题和参考答案。这里包含很多的题库。第二部分是深入学习C程序设计，包括预处理指令、位运算和C程序案例，第三部分是上机指南，详细的介绍了Visual C+6.0集成环境下编辑、编译、调试和运行程序的方法，第四部分是上机实验指导，包括程序的调试与测试、实验的目的语要求，并且提供了12个实验。 徐熙文.电路基础. 高等教育出版社2003.这本书里介绍到了电路这门课程是一门非常重要的专业课，从1827年欧姆定律发现至今的一个多世纪中，电路理论由电磁学的一个分支发展成为一门体系完整、逻辑严密、不断发展的独立学科，而且也渐渐的影响着我们日常生活。这里坐着主要介绍电路的基本概念和基本物理量，产生基尔霍夫定律。以及还有正弦交了电路等简单的电路知识。因为计算机的普及现象，我们对智能抢答器也有了更高的要求，如何有效的保证比赛中的公平公正，单片机智能抢答器可以提供很好的条件和发展空间。设计一个价格适中，智能化的抢答器具有重要意义。三、主要设计内容 本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，原始状态下抢答时间为20s，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。采用单片机技术设计的抢答器与目前常用的抢答器相比，首先，电路连接简单，因为大多数功能单元都通过程序设计在单片机内部，第二，工作性能可靠，抗干扰能力优于目前抢答器。所以本研究是一个实用的工程设计，具有创新性。四、研究方案及工作计划 本课题研究方案 1、 方案论证 我们通过网上搜索，对抢答器有的一定的了解，基于单片机的抢答器具备以下三个特点： 第一：性能好； 第二：在功能的实现和使用上非常简洁； 第三：利用优越的高度集成电路性，使其工作速度快，效率高，反应灵敏。 所以针对以上提出的内容，我对于此次抢答器的设计都是基于单片机上来完成的。 2、 难点设计 2.1、按键 设计一个基于单片机的无线抢答器，我们需要使用到MCS-51单片机，但是由于单片机每组的接口只有八位，对于我们要设计的16路达不到要求，为了克服这一问题，我们就要使用矩阵式键盘。矩阵式键盘是适用于按键数目较多的场合，它由行线和列线组成，按键是位于每行跟每列的交叉点上，行线跟列线分别连接到按键开关的两端。1个4*4的行、列结构可以形成一个具有16个按键的键盘。所以我们可以看出，矩阵式键盘跟普通独立的键盘相比，在按键数目较多的场合，矩阵式键盘可以节省很多的I/O接口的。这也正是我们要采用矩阵式键盘的原因了。 2.2、电源 在整个系统设计中，我们首先要考虑的就是电源的设计。一直以来，单片机系统中使用的集成电路器件电源基本上都是5V，随着电路制造的技术的发展和数字电子器件的微小型变化，集成电路器件制造商要实现在减少集成芯片尺寸的同时能够降低工作电压，所以我们在考虑电源方面上，就要着手思考到底是采用单电源还是多电源方案。 2.3、定时器、复位和清零 定时器是通过计数器的技术来实现的，每经过一个机器周期的时间，计数器就会加1，因为在此次的设计中，我们采用的是MCS-51，然后这种单片机采用的是12MHz晶振，素以，它的计数频率是1MHz，也就是说，每过1微妙的时间，计数器就会加1，这样我们就可以通过计数器上的数值计算出定时时间了。 如果一个单片机系统中没有正确的复位信号，那么这个单片机也不会正常工作。复位电路具有两种方式，分别是上电自动复位和按键手动复位。我们在设计中就需要考虑到底使用哪种复位方式了，上电自动复位，它是通过外部复位电路的电容充电来实现的，然而按键手动它又分为两种方式，电平方式和脉冲方式，电平复位是通过RST端经电阻和电源Vcc接通来实现的，然而脉冲方式是利用RC微分电路产生的正脉冲。 在每一轮比赛结束后，我们都需要对上场比赛结果的一个清零。所以这一步骤是万万不能少的。 2.4、报警器 在整个设计中，报警器的作用是当有选手按下按钮时，报警器就会发生声音，这是为了防止其他选手再次无效的抢答。工作计划：第14周 资料搜集和开题报告 第67周 硬件电路设计 第810周 软件设计及仿真 第1113周 撰写毕业论文 第1416周 毕业论文答辩5、 阅读的主要参考文献1 沈红卫.基于单片机的智能系统设计与实现M.北京：电子工业出版社,2005.1 2 徐建军.MCS-51系列单片机应用及接口技术M.北京：人民邮电出版社,2003.6 3 何立民.单片机应用技术大全.北京:北京航空航天大学出版社,1994 4 何立民.MCS-51单片机应用系统设计系统配置与接口技术M.北京：航空航天大学 5 楼然苗，李光飞51系列单片机设计实例北京：北京航空航天大学出版社，2004：24-35 6 张培仁基于C语言编程MCS-51单片机原理与应用北京：清华大学出版社，2003：159-163 7 Analog Device Corp.Data-Acquisition Databook,1991 8 Joseph D.Greenfield:Practical Digital Design Using ICs