课程设计报告--数字抢答器.docx

摘要数字抢答器由主体电路与扩展电路组成。优先编码电路、锁存器、译码电路将参赛队的输入信号在显示器上输出；用控制电路和主持人开关启动报警电路，以上两部分组成主体电路。通过定时电路和译码电路将秒脉冲产生的信号在显示器上输出实现计时功能，构成扩展电路。经过布线、焊接、调试等工作后数字抢答器成形。单片机体积小价格低，应用方便，稳定可靠。单片机将很多任务交给了软件编程去实现，大大简化了外围硬件电路，使外围电路的实现简单方便。单片机系统的硬件结构给予了抢答系统“身躯”，而单片机的应用程序赋予了其新的“生命”，使其在传统的抢答器面前具有电路简单、成本低、运行可靠等特色。对于抢答器我们大家都知道那是用于选手做抢答题时用的，选手进行抢答，抢到题的选手来回答问题。抢答器不仅考验选手的反应速度同时也要求选手具备足够的知识面和一定的勇气。选手们都站在同一个起跑线上，体现了公平公正的原则。关键字： 抢答电路 定时电路 报警电路 目录第一章 数字抢答器的概述及制作要求-3-1.1 数字抢答器的概述-3-1.2 设计任务与要求-3-第二章 单片机芯片的选择及抢答器方案-4-2.1 单片机芯片的选择-4-2.2 模块性能分析-4-第三章 硬件电路设计-6-3.1 总体设计-6-3.2 外部振荡电路-7-3.3 复位电路的设计-7-第四章 系统软件设计-8-4.1 抢答器流程图-8-4.2 主程序-9-第五章 总结- 11- 说明介绍一款利用51系列单片机作为主控制器的单片机6路抢答器的制作。当系统工作后，6路抢答者中只要有一人按下抢答键，系统的数码管便显示按键者的编号，同时二极管亮，表示抢答成功。当有几个人同时按键时，由于在时间上必定存在先后，系统将对第一个按下者进行锁存，显示的编号也是第一个按下者，其他按键者将不能响应，以便公平地选择第一个抢答者。当确定了抢答成功者后，裁判只要按下复位键，二极管便熄灭，返回到抢答状态，进行下一轮抢答。第一章 数字抢答器的概述及制作要求1.1 数字抢答器的概述对于抢答器我们大家来说都不陌生，它是用于很多竞赛场合，真正实现先抢先答，让最先抢到题的选手来回答问题。抢答器不仅考验选手的反应速度同时也要求选手具备足够的知识面和一定的勇气。选手们都站在同一个起跑线上，体现了公平公正的原则。1.2 设计任务与要求基本要求：1. 给主持人设置一个开关，用来控制系统的清零（编号显示数码管灭灯）和抢答器的开始。2. 抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开始后，若有选手按动抢答器按钮，编号立即锁存，并在led数码上显示选手的编号，同时二极管发光提示。此外，要封锁输入电路，禁止其他选手抢答。发挥部分：1. 抢答器具有定时抢答的功能，且一次抢答的时间可以由主持人设定（如30秒）。当节目主持人启动“开始”键后，要求定时器立即减计时，并用显示器显示，同时二极管发光，二极管亮持续时间0.5秒左右。2. 参加选手在设定的时间内抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答时刻的时间，并保持到主持人将系统清零为止。3. 如果定时抢答的时间已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效，系统短暂报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器上显示0。4. 选手如果在主持人按开始键之前违规抢答，系统报警，led显示违规选手号码和ff，直到主持人按下停止键。第二章 单片机芯片的选择及抢答器方案2.1单片机芯片的选择单片机是一种低功效、高性能cmos8位微控制器，具有8k在系统可编程flash存储器。使用atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80c51产品指令和引脚完全兼容。在单芯片上拥有灵巧的8位cpu和在线系统可编程flash，使得stc89c52具有以下标准功能：8k字节flash，256字节ram，32位i/o口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。空闲模式下，cpu停止工作，允许ram、定时器/计数器串口、中断继续工作。掉电保护方式下ram内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。而且，它还具有一个看门狗(wdt)定时/计数器。如果程序没有正常工作，就会强制整个系统复位，还可以在程序陷入死循环的时候，让单片机复位而不用整个系统断电，从而保护你的硬件电路。stc89c52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（i/o）端口，同时内含2个外中端口，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，片上flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。其将通用的微处理器和flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的flash存储器可有效地降低开发成本。2.2模块性能分析模块部分主要分为stc89c52芯片、独立式键盘、led数码管显示部分，下面对这后两部分进行介绍，其中对led七段数码管显示器做详细介绍，并根据实际工作情况采用合适的工作方式。2.2.1独立式键盘 利用7个常开按钮开关s1s6和6只电阻r1r6组成抢答器的输入电路。s1s6为自复式常开按钮开关，分别作为6位抢答按钮，与它相连的6只电阻为下拉电阻，以保证按钮未按下时，锁存器的输入端为低电平。当程序执行时，按下按键，数码管显示器上即显示相应的是哪个组按下抢答。2.2.2led数码管显示译码器的逻辑功能是将每一个输入的二进制代码译成对应的输出高、低电平信号，是编码器的反操作。数码管可以用ttl或cmos集成电路直接驱动，所以使用译码器将bcd编码译成数码管所需要的驱动信号，以便使数码管用十进制数字显示出bcd编码表示的数值。点亮显示器分为静态和动态显示两种方法。所谓静态显示，就是当显示器显示某一字符时，相应的发光二极管恒定的导通或是截止。例如，其段数码管的a、b、c、d、e、f、导通，g截止，则显示0.这对这种显示方式每一位都要有一个8位输出口控制，所占硬件较多，一般用于显示位数较少（很少）的场合。当位数较多时，用静态显示所需的i/o过多，一般采用动态显示方法。所谓动态显示，就是逐位地轮流点亮各位显示器（扫描），对于每一位显示器而言，每个一段时间点亮一次。显示器的点亮既与点亮时的导通电流有关，也与点亮时间和间隔时间比例有关。调整电流和时间参数，可是实现亮度较高、较为稳定的显示，同时可减少工作电流。三极管中的com是选通位，对于共阳极数码管，当a、b、c、d、e、f、g、h端接低电平时，com位高电平，数码管各段全部点亮。例如，想让数码管显示“1”，就必须使数码管的b、c段点亮，其它段熄灭；所以使b、c段为低电平，其它各引脚均为高电平。在设计电路时，可将这几位分别接到单片机的引脚上，还要加上限流电阻，这样就可由程序控制数码管的工作情况了。但是如果用一个端口驱动一个数码管，四位数码管就需要四个空闲端口，而在许多系统中并无四个端口可用。此外，使用四个端口往往使得每一个数字都需要独立驱动(缓冲)电路和排阻，这将大大增加系统的成本。最常见的解决方案是采用多路复用显示。这是指对于每一个显示只驱动1/4时间。只要在20hz-50hz之间循环所有显示，由于人眼存在视觉残留，在这样的显示方式下，数码管看起来时同时点亮的。在这次课程设计中根据实际需要采用了数码管共阳极和静态显示方式。第三章 硬件电路设计3.1总体设计根据抢答器的基本功能，可以设计出如下的单片机外围pcb电路：图3-1 总体设计如图3-1，p3.0为开始抢答，p3.2为停止，p1.0-p1.7为八路抢答输入，数码管段选p0口，位选p2口低3位，蜂鸣器（用绿灯代替）输出为p3.6口。p3.2为时间加1调整，p3.3为时间减1调整。3.1.1 显示电路的设计显示电路使用了单个数码管7seg-mpx4-cc，它是共阳极的，由低电平点亮。、3.1.2 按钮输入电路的设计抢答器的输入按钮使用常开开关，这些常开开关组成了抢答按键，硬件电路简单，在程序设计上也不复杂，只要在程序中消除在按键过程中产生的“毛刺” 现象就可以了。这里采用最常用的方法即延时法，其的原理为：因为“毛刺”脉冲一般持续时间短，约为几ms，而按键的时间一般远远大于这个时间,所以当单片机检测到有按键动静后再延时一段时间(这里取10ms)后再判断此电平是否保持原状态,如果是则为有效按键，否则无效。3.1.3 二极管亮这里能利用程序来控制单片机p3.7口线反复输出高电平或低电平，即在该口线上产生一定频率的矩形波，接上发光二极管就能发出亮光，再利用延时程序控制“高”“低”电平的持续时间，控制发光时间。3.2 外部振荡电路图3-2 外部振荡电路一般选用石英晶体振荡器。此电路在加电大约延迟10ms后振荡器起振,在xtal2引脚产生幅度为3v左右的正弦波时钟信号,其振荡频率主要由石英晶振的频率确定。电路中两个电容 c1,c2的作用有两个:一是帮助振荡器起振;二是对振荡器的频率进行微调。c1,c2的典型值为30pf。3.3 复位电路的设计单片机的第9脚rst为硬件复位端,只要将该端持续4个机器周期的高电平即可实现复位,复位后单片机的各状态都恢复到初始化状态，其电路图如图4所示:图3-3 复位电路在方案中使用到了硬件复位和软件复位两种功能,由上面的硬件复位可使寄存器及存储器的值都恢复到初始值,而前面的功能提到了倒计时间需要有记忆功能,该功能实现的前提条件就是不能对单片机进行硬件复位,所以设定了软复位功能。软复位实际上就是当程序执行完毕之后,将程序指针通过一条跳转指令让它跳转到程序执行的起始地址。第四章 系统软件设计4.1 抢答器流程图初始化部分kz= =0启动中断，数码管开始计时若有选手抢答中断停止，数码管显示选手的标号及所用的时间结束开始nyyn图4-1-1抢答器主程序流程图4.2 主程序org 00hajmp mainorg 0030hmov p1,#1main：jnb p3.0,s1ok ;检测按键是否按下 jnb p3.1,s2ok jnb p3.2,s3ok jnb p3.3,s4ok jnb p3.4,s5okjnb p3.5,s60k jmp main s1ok:mov p1,#0cfh ;写段码和位码 mov p3,#01h ;点亮发光二极管 jnb p1.0,s7ok ;检测复位键是否按下跳转 jnb p1.0,$ ;等待复位键按下 ret s2ok:mov p1,#0a4h mov p3,#01h jnb p1.0,s7okjnb p1.0,$ ret s3ok:mov p0,#0b0h mov p3,#01h jnb p1.0,s7ok jnb p1.0,$