单片机抢答器设计与实现

单片机抢答器设计与实现单片机抢答器设计与实现 摘摘 要要 此次设计提出了用 AT89S52 单片机为核心控制元件 设计一个抢答器 本方案以 AT89S52 单片机作为主控核心 与发光二极管 数码管 蜂鸣器等构成硬件操作 再 利用 C 语言编程 来控制抢答器的功能实现 本设计的系统实用性强 判断精确 操 作简单 扩展功能强 其实在以往企业或学校等举行自己搞的知识竞赛中 都是主持 人读题 观众选手得安静仔细听题目 有条件的花上万元买个电子抢答器 算是给知 识竞赛赛场添彩了 大多依靠主持人发挥水平 选手和观众渴望的类似电视台的节目 效果难以实现 与电视播放的那些竞赛场面对照 选手坐在显示器前答题 观众看 着大屏幕显示题目和答案 大屏幕有抢答显示计分排行等 绚丽的画面有节奏的音乐 差距很大 但这些都不是电视台的专利 利用竞赛软件 运用互动式多媒体技术 将竞赛题目制作成演示程序 通过投影仪大屏幕或电视墙在现场播放 给观众强烈的 视听感受 凝聚竞赛现场气氛 通过选手面前的显示器 为参赛队员提供最直接的看 题效果 保证队员对题目的正确理解 而我们设计的抢答器节省的不小的开支 还能 直观公正的看清哪位选手先抢答到题并有主持人来往下读题目 它的功能实现是有主 持人按键来控制总开关 先调节倒计时的时间主持人按下开关那么选手开始抢答 此 时数码管开始计数 并且选手们必须在规定的时间内进行抢答 距离答题结束还有 5 秒的时候蜂鸣器开始发出提示音 若过了设定时间还没抢答 无人抢答指示灯点亮 抢答失效 选手们若有一个在规定的时间内抢答成功则其余的选手不可以再抢答 在 数码管上会显示哪位选手抢答到题目及其所用的时间 关键字 AT89S52 单片机 动 态显示 中断 第一章第一章 绪论绪论 1 1 单片机抢答器的背景单片机抢答器的背景 二十世纪跨越了三个 电 的时代 即电气时代 电子时代和现已进入的电脑时代 不过 这种电脑 通常是指个人计算机 简称 PC 机 它由主机 键盘 显示器等组成 还有一类计算机 大多数人却不怎么熟悉 这种计算机就是把智能赋予各种机械的单 片机 亦称微控制器 顾名思义 这种计算机的最小系统只用了一片集成电路 即可 进行简单运算和控制 因为它体积小 通常都藏在被控机械的 肚子 里 它在整个 装置中 起着有如人类头脑的作用 它出了毛病 整个装置就瘫痪了 现在 这种单 片机的使用领域已十分广泛 如智能仪表 实时工控 通讯设备 导航系统 家用电 器等 各种产品一旦用上了单片机 就能起到使产品升级换代的功效 常在产品名称 前冠以形容词 智能型 如智能型洗衣机等 现在有些工厂的技术人员或其它业 余电子开发者搞出来的某些产品 不是电路太复杂 就是功能太简单且极易被仿制 究其原因 可能就卡在产品未使用单片机或其它可编程逻辑器件上 在知识竞赛中 特别是做抢答题时 在抢答过程中 为了更确切的知道哪一组或哪一位选手先抢答到 题 必须要有一个系统来完成这个任务 若在抢答中 只靠人的视觉 或者是听觉 是很难判断出哪一组 或哪一个选手 先抢答到题的 利用单片机编程来设计抢答器 可以使以上问题得以解决 即使两组的抢答时间相差几微秒 也能轻松的分辨出哪一 组 或哪个选手 先抢答到题的 本文主要介绍了抢答器的工作原理及设计 以及它 的实际用途 1 2 单片机抢答器的意义单片机抢答器的意义 本系统采用单片机作为整个控制核心 控制系统的四个模块为 显示模块 存储 模块 语音模块 抢答开关模块 该系统通过开关电路八个按键输入抢答信号 利用 一个数码管来完成选手号显示功能 另一个进行倒计时提醒 用按键来让选手进行抢 答 在数码管上显示哪一组先答题的 从而实现整个抢答过程 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 本文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 系统工作原理本系统采用 C51 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 抢答开关模块 声音提示模块 该抢答器系统通过开 关电路八个按键输入抢答信号 利用一个数码管来完成显示功能 另外还有 4 个按 键进行参数设置 调整答题时间 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 单片机控制的智能抢答器设计 第二章 硬件电路硬件电路 2 1 单片机的最小系统单片机的最小系统 单片机的最小系统电路 说明 复位电路 由电容串联电阻构成 由图并结合 电容电压不能突变 的性质 可以 知道 当系统一上电 RST 脚将会出现高电平 并且 这个高电平持续的时间由电路的 RC 值来决定 典型的 51 单片机当 RST 脚的高电平持续两个机器周期以上就将复位 所以 适 当组合 RC 的取值就可以保证可靠的复位 一般教科书推荐 C 取 10u R 取 8 2K 当然也 有其他取法的 原则就要让 RC 组合可以在 RST 脚上产生不少于 2 个机周期的高电平 复位输入高电平有效 当振荡器工作是 RST 引脚出现两个机器周期以上的高电平 使单片机复位 此电路除具有上电复位功能外 若要复位只需按 RST 键 此电源 Vcc 经电阻分压 在 RST 端产生一个复位高电平 晶振电路 为了计算方便采用了 12M 的晶振 起振电容为 30P 单片机 一片 AT89S52 单片机 对于 31 脚 EA Vpp 当接高电平时 单片机在复位后从内部 ROM 的 0000H 开始执行 当接低电平时 复位后 直接从外部 ROM 的 0000H 开始执行 电源部分 接 5 伏特的电压 2 2 数码管显示电路 LED 显示器 实现七段数码管的显示三位十六进制数 来进行倒 计时 即来限制抢答的时间 采用了 I O 口的 P0 口接上拉电阻直接驱动的方式 动 态显示驱动 数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一 动 态驱动是将所有数码管的 8 个显示笔划 a b c d e f g dp 的同名端连在一起 另外为每个 数码管的公共端 COM 增加位选通控制电路 位选通由各自独立的 I O 线控制 当单片 机输出字形码时 所有数码管都接收到相同的字形码 但究竟是那个数码管会显示出 字形 取决于单片机对位选通 COM 端电路的控制 所以我们只要将需要显示的数码管 选通控制打开 该位就显示出字形 没有选通的数码管就不会亮 通过分时轮流控制 各个数码管的 COM 端 就使各个数码管轮流受控显示 这就是动态驱动 在轮流显示 过程中 每位数码管的点亮时间为 1 2ms 由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余 辉效应 尽管实际上各位数码管并非同时点亮 但只要扫描的速度足够快 给人的印 象就是一组稳定的显示数据 不会有闪烁感 动态显示的效果和静态显示是一样的 能够节省大量的 I O 端口 而且功耗更低 2 3 电路原理图和电路原理图和 PCB 设计 设计 电路基于 AT89S52 单片机的八路抢答器由于电路稍微复杂 无法进行手工绘制 因此 使用了 Altium designer 10 进行了原理图和 PCB 设计 抢答器原理图抢答器原理图 抢答器抢答器 PCB 图图 抢答器实物图抢答器实物图 2 4 元件及材料清单元件及材料清单 元件数量 个 元件数量 个 元件数量 个 AT52 单片 机 1按键开关 大 8 电阻 3 数码管1按键开关 小 5DIP40IC 座 1 蜂鸣器1电容 3 发光二极管 4 排阻1 三极管 1 按钮开关1 12M 晶振 1 第三章第三章 软件程序设计软件程序设计 4 1 抢答器流程图抢答器流程图 流程图是使用图形表示算法的思路是一种极好的方法 不论采用何种程序设计方法 程序总体结构确定后 一般以程序流程图的形式对其进行描述 总体框图中的各个子 模块或各个子任务也应该结合具体的教学模型和算法画出较详细的程序流程图 供后 面编写具体程序和阅读程序使用 流程图是由一些图框和流程线组成的 其中图框 表示各种操作的类型 图框中的文字和符号表示操作的内容 流程线表示操作的先后 次序 流程图的基本结构为顺序结构 分支结构 又称选择结构 循环结构 为便 于识别 绘制流程图的习惯做法是 方框表示 要执行的处理 Process 平行四边 型表示 代表资料输入 Input 不规则图形代表资料输出 Output 或报表输出 Print 菱形表示 决策或判断 例如 If Then Else 抢答器主程序 流程图 开始开始 设置时间设置时间 倒计时倒计时 时间到时间到 是否为最后后是否为最后后 5 5 秒秒 是否抢答是否抢答 蜂鸣器报警蜂鸣器报警 否否 是是 是是 否否 否否 是是 是是 否否 3 2 主程序主程序 我们组所设计的抢答器的程序采用的是 C 程序设计 C 语言的显著特点是用二进制 来编写程序 程序的各个部分除了必要的信息交流外彼此之间相互独立 这种结构化方 式可使程序层次清晰 便于使用 维护以及调试 C 语言是以函数形式提供给用户的 这些函数可方便调用 并具有多种循环 条件语句控制程序流向 从而使程序完全结构 化 虽然 C 语言也是强类型语言 但它的语法比较灵活 允许程序编写者有较大的自 由度 本次设计的主程序中包括时钟设计程序 定时器中断子程序 LED 显示程序以 及按键控制子程序 程序设计如下 include define uint unsigned int 倒计时停止倒计时停止 显示选手号和剩余时间显示选手号和剩余时间 继续下一题继续下一题 结束结束 无人抢答指示灯亮无人抢答指示灯亮 define uchar unsigned char uchar code num 0 x3f 0 x06 0 x5b 0 x4f 0 x66 0 x6d 0 x7d 0 x07 0 x7f 0 x6f uchar code num1 0 xbf 0 x86 0 xdb 0 xcf 0 xe6 0 xed 0 xfd 0 x87 0 xff 0 xef uchar press playnum 0 uint time1 300 time2 0 t 0 f 0 sbit wela1 P2 7 sbit wela2 P2 6 sbit wela3 P2 5 sbit wela4 P2 4 sbit sz P3 3 sbit ad P3 2 sbit ms P3 1 sbit st P3 0 sbit d1 P2 0 sbit d2 P2 1 sbit d3 P2 2 sbit d4 P2 3 sbit fm P3 7 sbit player1 P1 0 sbit player2 P1 1 sbit player3 P1 2 sbit player4 P1 3 sbit player5 P1 4 sbit player6 P1 5 sbit player7 P1 6 sbit player8 P1 7 void init TMOD 0 x01 TH0 65536 50000 256 TL0 65536 50000 256 EA 1 ET0 1 void time interrupt 1 TH0 65536 50000 256 TL0 65536 50000 256 t f if t 2 time2 t 0 if time2 50 time2 50 if f 6 fm 1 f 0 void delay uint x int y z for y 0 y 110 y for z 0 z x z void display1 uint m uint n uint ba sh ge uint i 0 ba m 100 sh m 100 10 ge m 10 for i 0 i 150 i P0 num ba wela1 0 P0 num ba wela1 1 for i 0 i 150 i P0 num1 sh wela2 0 P0 num1 sh wela2 1 for i 0 i 150 i P0 num ge wela3 0 P0 num ge wela3 1 for i 0 i0 answer if press 0 xff TR0 0 fm 1 if st 0 delay 5 if st 0 delay 5 while st break 第四章第四章 抢答器工作说明抢答器工作说明 抢答器使用说明 抢答器使用说明 1 通电 通电 首先给该八路抢答器接上直流 5V 电源 然后按下开关 此时单片机时间 显示 LED 上应该显示的是默认的答题时间 30 秒 选手号显示的是 0 即无人答 题状态 如果显示的不正常 请按下复位键 即可正常 2 设置 设置 默认的答题时间是 30 秒 此时按下设置键后 设置指示灯点亮 同时倒 计时显示的 LED 上的时间开始闪烁 此时按 调整答题时间 此时答 题时间一直处于闪烁状态 再次按下设置键后 则答题时间设定 时间显示 LED 上的时间停止闪烁 此时 LED 上均只显示中间一段 同时等待指示灯亮起 进 入答题等待状态 3 答题 答题 在等待状态下按下抢答按钮 此时时间 LED 上开始进行倒计时显示 最 小单位为 0 1 秒 此时计时灯亮起提示选手可以进行抢答 此时开始扫描键盘 如果有选手按下手中的抢答键 则倒计时停止 选手显示 LED 上显示抢答成功 的选手编号 此时其他选手无法再进行抢答 若答题时间只剩下 5 秒仍然没有选 手抢答的话 则蜂鸣器进行提示 如果一直到答题时间结束时仍然没有选手进行 抢答的话 无人抢答指示灯亮起 同时时间显示 LED 和选手号显示 LED 上均显 示 0 4 再次抢答 再次抢答 一题结束后 不管有没有人进行抢答 按下抢答键后 抢答器进入 等待模式 再次按下抢答键后即可进行下一题的抢答 5 关闭 关闭 抢答活动结束后 关闭电源开关 断掉电源即可 第五章第五章 问题及参考的资料问题及参考的资料 焊接的问题及解决焊接的问题及解决 一般来说 造成硬件问题的首要问题就是焊接了 也就是说焊接 的好与坏直接响产品的正常运行 造成焊接质量不高的常见原因是 焊锡用量