基于单片机的多位抢答器论文

.六路抢答器设计任务书摘要： 此次设计提出了用AT89C51单片机为核心控制元件，设计一个简易的抢答器，本方案以AT89C51单片机作为主控核心，与晶振、数码管、蜂鸣器等构成八路抢答器，利用了单片机的延时电路、按键复位电路、时钟电路、定时中断等电路，设计的八路抢答器具有实时显示抢答选手的号码和抢答时间的特点，还有复位电路，使其再开始新的一轮的答题和比赛，同时还利用汇编编程，使其实现一些基本的功能。关键字：抢答器、单片机、蜂鸣器、数码管1 引言抢答器是一种应用非常广泛的设备，在各种竞赛、抢答场合中，它能迅速、客观地分辨出最先获得发言权的选手。早期的抢答器只由几个三极管、可控硅、发光管等组成，能通过发光管的指示辩认出选手号码。现在大多数抢答器均使用单片机(如MCS-51型)和数字集成电路，并增加了许多新功能，如选手号码显示、抢按前或抢按后的计时、选手得分显示等功能。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。2 总体设计方案本设计分为硬件设计和软件设计，这两者相互结合，不可分离；从时间上看，硬件设计的绝大部分工作量是在最初阶段，到后期往往还要做一些修改。只要技术准备充分，硬件设计的大返工是比较少的，软件设计的任务贯彻始终，到中后期基本上都是软件设计任务，随着集成电路技术的飞速发展，各种功能很强的芯片不断出现，使硬件电路的集成度越来越高，硬件设计的工作量在整个项目中的所占的比重逐渐下降。为使硬件电路设计尽可能合理，应注意以下几方面：(1) 尽可能采用功能强的芯片，以简化电路，功能强的芯片可以代替若干普通芯片，随着生产工艺的提高，新型芯片的的价格不断下降，并不一定比若干普通芯片价格的总和高。(2) 留有设计余地。在设计硬件电路时，要考虑到将来修改扩展的方便。因为很少有一锤定音的电路设计，如果现在不留余地，将来可能要为一点小小的修改或扩展而被迫进行全面返工。(3) 程序空间，选用片内程序空间足够大的单片机，本设计采用AT89C51单片机。 (4) I/O端口：在样机研制出来后进行现场试用时，往往会发现一些被忽视的问题，而这些问题不是靠单纯的软件措施来解决的。如有些新的信号需要采集，就必须增加输入检测端；有些物理量需要控制，就必须增加输出端。如果在硬件电路设计就预留出一些I/O端口，虽然当时空着没用，那么用的时候就派上用场了。2.1设计思路抢答器同时供6名选手或6个代表队比赛，分别用6个按钮表示。设置一个系统清除和抢答控制按钮，该开关由主持人控制。抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在、数码管上显示，同时蜂鸣器发出报警声响提示。选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如30秒）。当主持人启动开始键后，定时器进行减计时，同时蜂鸣器器发出短暂的声响，声响持续的时间0.5秒左右。参赛选手在设定的时间内进行抢答，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的时间，并保持到主持人将系统清除为止。如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示000如果有选手在规定的时间以前完成问题，主持人通过按键复位，开始新的问题作答，因为程序不是很大不需要扩展存储空间，选手按键跳入相应的子程序，回答倒记时，通过单片机实现功能可以更人性化，只需单电源供电更方便，容易实现。电路结构简单，外围扩展的电路不是很多，锻炼我们所学的知识应用到现实生活当中。为我们提供实践的机会。单片机是电子专业发展的方向，更好的使用单片机可以是我们的产品小型化，使用更方便，性能更稳定，功能更齐全，所以我们选用单片机加一定的外围设备实现本次课程设计的要求。2.1.1 时钟频率电路的设计单片机必须在时钟的驱动下才能工作.在单片机内部有一个时钟振荡电路,只需要外接一个振荡源就能产生一定的时钟信号送到单片机内部的各个单元,。图1外部震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。单片机在工作时,由内部振荡器产生或由外直接输入的送至内部控制逻辑单元的时钟信号的周期称为时钟周期。其大小是时钟信号频率的倒数,常用fosc表示。如时钟频率为12MHz,即fosc=12MHz,则时钟周期为1/12s。2.1.2键盘扫描设计键盘是人与微机系统打交道的主要设备。在单片机应用中键盘用得最多的形式是独立键盘及矩阵键盘。它们各有自己的特点，其中独立键盘硬件电路简单，而且在程序设计上也不复杂，一般用在对硬件电路要求不高的简单电路中；矩阵键盘与独立键盘有很大区别，首先在硬件电路上它要比独立键盘复杂得多，而且在程序算法上比它要烦琐，但它在节省端口资源上有优势得多，因此它更适合于多按键电路。其次就是消除在按键过程中产生的“毛刺” 现象。这里采用最常用的方法，即延时重复扫描法，延时法的原理为：因为“毛刺”脉冲一般持续时间短，约为几ms，而我们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(这里我们取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 图2 键盘扫描电路2.1.3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。在设计当中使用到了硬件复位和软件复位两种功能,由上面的硬件复位后的各状态可知寄存器及存储器的值都恢复到了初始值,而前面的功能介绍中提到了倒计时时间的记忆功能,该功能的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。图3：复位电路的设计2.2总体设计框图 主 控 制 器LED显示扬声器键盘显示时钟频率复位电路 图4 总体设计框图3设计原理分析3.1抢答器原理该抢答器供6个的抢答比赛使用。每个选手的座位前安装一只抢答按钮开关。主持人的座位前安装一只复原按钮开关、一只蜂鸣器和一只抢答器工作状态指示灯。每当主持人口头发出允许抢答的号令之后，哪个队先按下座位上的按钮开关，数码管即显示该号数，同时封锁其他按钮开关的活动，蜂鸣器报警提示。以此表示抢答动作已经完成。在主持人确认后，按下复原按钮，状态指示灯重新点亮，为下一次的抢答作好准备。电路中的蜂鸣器是一只带有助音腔的压电陶瓷蜂鸣器，用于模拟发出报警声的功率放大器和喇叭。在抢答竞赛或呼叫时，有多个信号同时或不同时送入主电路中，抢答器内部的寄存器工作，并识别、记录第一个号码，同时内部的定时器开始工作，记录有关时间并产生超时信号。在整个抢答器工作过程中，显示电路、语音电路等还要根据现场的实际情况向外电路输出相应信号。抢答器的工作流程分为、系统复位、正常流程、违例流程等几部分。显示FFF开始按下开始加一键按下违规抢答正常抢答显示违规显示抢答号并计时减一键按下调整抢答时间回答时间图5 总流程图3.2 抢答器的工作过程1、主持人按抢答开始键，会有提示音，并立刻进入抢答倒计时（预设15s抢答时间），如有选手抢答，会有提示音，并会显示其号数并立刻进入回答倒计时（预设10s抢答时间），不进行抢答查询，所以只有第一个按抢答的选手有效。倒数时间到小于5s会每秒响一下提示音。2、如倒计时期间，主持人想停止倒计时可以随时按停止按键，系统会自动进入准备状态，等待主持人按抢答开始进入下次抢答计时。3、如果主持人未按抢答开始键，而有人按了抢答按键，犯规抢答，LED上不断闪烁FF和犯规号数并响个不停，直到按下停止 键为止。总而言之，本课题利用AT89S51单片机及外围接口实现的抢答系统设计了抢答器，该抢答器增加了新功能、提高了系统的可靠性、简化了电路结构、节约了成本，是一个实用的工程设计。3.3器件选型方案及详细清单微控制器选用AT89S51，该芯片货源充足，并且价格也比较便宜。如下表所示。表1 器件清单器件名称 规格型号 数量微处理器 AT89S51 1电阻 3WTT10K 10电容 30PF 3晶振 12MHZ 1按钮 - 8数码管 SR42036 1蜂鸣器 - 1 驱动 74LC245 24 总结与体会通过这次设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。通过这次课程设计懂得了很多，我们自己去图书馆，上网查资料然后自己和我们这组的成员一起合作商讨完成的，原以为会很简单的，但无论在制作与写作过程中我们都遇到了理论课上所不曾遇到的问题，第一是综合性太强，这次制作与论文不仅涉及到我们以前所学到的单片机，模拟电子技术，数字电子技术，高等数学等课程的知识还涉及到很多我们的选修及课外的知识像实训课上学到的手工焊接技术等等知识。第二是理论联系实际性太强，把所学的搜集到得知识运用的实际中不是一件容易的事，不仅由元件从课本上的符号到实物的认识还是理论的测量结果与实际值的误差。在不断的努力下我们组的课程设计终于完成了。在没有做课程设计以前觉得课程设计只是对这几年来所学知识的大概总结，但是真的面对课程设计时发现自己的想法基本是错误的。课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。课程设计是我们对所学知识理论的检验与总结，能够培养和提高设计者独立分析和解决问题的能力；课程设计提高了我们理论联系实际的能力更在知识的巩固与实际的操作上的衔接提高了我们的能力，课程设计中遇到的困难与挫折以及解决这些问题的思路与方法更增加了我们对以后工作中遇到困难克服解决的信心，也让我们积累了经验，为以后的工作打下了良好的基础，同时也培养了我们遇到突发状况要稳定冷静的精神，也培养了我们学会怎么与别人合作的方法，怎么解决与合作的伙伴意见不同一时状况，为以后怎么和同事相处好奠定了基础。这次课程设计业也让我们懂得了分析问题，才能解决问题的道理，通过了这次更增加了我们以后能够干好自己工作的信心。参考文献1 张毅刚.单片机原理及接口技术 M北京：人民邮电出版社,20122 张迎新.单片机应用设计培训教程M北京：北京航空航天大学出版社,20083 张大明.单片机控制实训指导及综合应用实例M，北京：机械工程出版社，2007.附录1：主程序POWERDATA 67H ERR: CLR EA ; MOV DPTR,#ERR1 PUSH DPLPUSH DPHRETI ERR1: MOV POWER,#0AAH CLR A PUSH ACCPUSH ACCRETIOK EQU 20H RING EQU 22H ORG 0003H AJMP INT0SUB ORG 000BH AJMP T0INT ORG 0013H AJMP INT1SUB ORG 001BH AJMP T1INT ORG 0040Horg 0000Hljmp mainorg 0040H MAIN: MOV R1,#0FH MOV R2,#0AH MOV TMOD,#11H MOV TH0,#0F0H MOV TL0,#0FFH MOV TH1,#3CH MOV TL1,#0B0H SETB EA SETB ET0 SETB ET1 SETB EX0 SETB EX1 CLR OK SETB RING SETB TR1 SETB TR0START: MOV R5,#0bH MOV R4,#0bH MOV R3,#0bH ACALL DISPLAY JB P1.0,NEXT ACALL DELAY JB P1.0,NEXT ACALL BARK MOV A,R1 MOV R6,A SETB OK MOV R3,0AH AJMP COUNT NEXT: JNB P1.1,FALSE1 JNB P1.2,FALSE2 JNB P1.3,FALSE3 JNB P1.4,FALSE4 JNB P1.5,FALSE5 JNB P1.6,FALSE6 AJMP STARTFALSE1: ACALL BARK MOV R3,#01H AJMP ERRORFALSE2: ACALL BARK MOV R3,#02H AJMP ERRORFALSE3: ACALL BARK MOV R3,#03H AJMP ERRORFALSE4: ACALL BARK MOV R3,#04H AJMP ERRORFALSE5: ACALL BARK MOV R3,#05H AJMP ERRORFALSE6: ACALL BARK MOV R3,#06H AJMP ERROR INT0SUB:MOV A,R1 MOV B,#0AH DIV AB MOV R5,A MOV R4,B MOV R3,#0AH ACALL DISPLAY; 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