智力竞赛抢答器系统设计正文

目 录 1 绪论.1 2 系统总体方案设计.2资料 个人收集整理，勿做商业用途 2.1 抢答器显示模块.3资料个人收集整理，勿做商业用途 2.2 控制器模块.4资料个人收集整理，勿做商业用途 2.3 电源方案的选择.5 2.4 抢答器键盘的选择.5资料个人收集整理，勿做商业用途 3 系统硬件电路设计.8资料 个人收集整理，勿做商业用途 3.1 主控芯片介绍.8 3.2 74HC573 芯片介绍 .10资料个人收集整理，勿做商业用途 3.3 单元电路设计.10资料个人收集整理，勿做商业用途 3.3.1 晶振复位电路.10资料个人收集整理，勿做商业用途 3.2.2 抢答电路设计 .11资料个人收集整理，勿做商业用途 3.2.3 显示与显示驱动电路.12资料个人收集整理，勿做商业用途 3.2.4 蜂鸣器音频输出电路.13 3.4 整机工作原理.14 4 系统软件设计.15资 料个人收集整理，勿做商业用途 4.1 定时中断模块.15 4.2 外部中断模块.15 4.3 报警模块.16 4.4 控制模块.17 4.5 主程序模块.17 5 系统仿真、制作与调试.18资 IV / 42 料个人收集整理，勿做商业用途 5.1 抢答器KELL软件仿真.18资料个人收集整理，勿做商业用途 5.2 抢答器PROTENUS软件仿真.18资料个人收集整理，勿做商业用途 5.3 制作与调试.19资料个人收集整理，勿做商业用途 结论.21 资料个人收集整理，勿做商业用途 致谢.22 参考文献.23 附录.24 1 绪论 抢答器是一种应用比较广泛的设备，在各种竞赛和抢答场合中，它能快速、准确、 客观地分辨出抢答成功的选手。早期的抢答器通常由几个三极管、发光管、可控硅等 组成， 能通过发光管的指示判别出抢答成功的选手号码。现在的大多数抢答器均使用 数字集成电路和单片机(如 MCS-51 型)，并且增加了许多新功能，如选手号码显示、抢 答和答题时间的倒计时、选手得分显示功能。对于这类抢答器，制作过程比较简单， 准确性与可靠性高，而且安装维护简单。资料个人收集整理，勿做商业用途 随着电子技术的发展，抢答器功能越来越强，可靠性和准确性也越来越高。能够 实现抢答功能的方式有多种，可以采用早期的模拟电路、数字电路或模拟与数字电路 相结合的方式，但这种方式制作过程较复杂，准确性与可靠性不高。资料个人收集整理，勿做 商业用途 本文所设计的抢答器比较简易，没有使用过多的、复杂的元器件。它的特点是电 路简单、方便、操作简单、性能可靠，适用于多种智力竞赛活动。该抢答器可供八人 使用，它主要实现以下功能：资料个人收集整理，勿做商业用途 (1)为 8 位参赛选手各提供一个抢答按键，分别编号 S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8； (2)电路具有复位和抢答开关； (3)电路具有锁存和显示功能； (4)电路具有定时抢答和报警功能。 2 / 42 2 系统方案设计 抢答器是为智力竞赛参赛者答题时进行抢答而设计的一种优先判决电路。能够实 现抢答功能的方式有多种，可以采用前期的模拟电路、数字电路或模拟与数字相结合 的方式，也可以采用单片机来实现抢答功能。资料个人收集整理，勿做商业用途 方案一： 采用模数电设计，包括优先编码电路、译码电路、锁存电路将参赛队输入信号在 显示器上显示出来。用控制电路和主持人开关来启动报警电路，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显示实现计时功能。 定时抢答器的工作过程是：主持人将开关置于“复位”位置，抢答器处于禁止工作状 态，定时显示器上显示设定的时间，当主持人宣布抢答题目后，按下“开始抢答”键， 扬声器发出响声提示，定时器开始倒计时。当规定的抢答时间到，而没有选手抢答时， 系统报警，并禁止选手超时后抢答。当选手在规定时间内抢答时，电路能立即分辨出 成功抢答的选手编号，由锁存器锁存，并由译码显示电路显示编号，同时扬声器发声 报警，同时对输入编码电路进行封锁，避免其他选手再次进行抢答，显示剩余抢答时 间，并保持到主持人将系统清零为止。当选手将问题回答完毕时，主持人操作控制开 关，使系统恢复到禁止工作状态，以便进行下一轮的抢答1。如图 2.1 所示：资料个人收 集整理，勿做商业用途 资料个人收集 抢答 按钮 优先 编码 锁存 器 译码 电路 显示 电路 主持人 控制 开关 控制 电路 报警 电路 秒脉冲 产生 电路 定时 电路 译码 电路 显示 电路 整理，勿做商业用途 3 / 42 图 2.1 模数电设计的抢答器电路框图 方案二： 采用 AT89S52 单片机为核心控制元件,发光二极管、蜂鸣器、数码管等构成 8 路抢 答器，利用单片机的延时电路、复位电路、按键时钟电路、报警电路、显示电路、控 制电路、抢答电路，设计的抢答器具有实时显示抢答选手号码和抢答时间的特点，复 位电路能使其再开始新一轮的答题和比赛，同时利用 C 语言编程，使其实现一些基本 的功能2。如图 2.2 所示：资料个人收集整理，勿做商业用途 单 片 机 显示电路 控制电路 抢答电路 时钟电路 复位电路 报警电路 图 2.2 单片机设计的抢答器电路框图 目前市场上有各式各样的抢答器，但大部分产品是以数字电路、模拟电路或者模 拟电路与数字电路相结合的产品。这些产品已经相当成熟，但是可以看出功能越多的 抢答器电路就越复杂，且成本较高，故障高，显示方式简单，甚至无显示电路。资料个人 收集整理，勿做商业用途 方案一由很多电路组成，线路复杂，可靠性不高，功能也比较简单，特别是当抢 答路数较多时，实现起来就更困难。因此采用方案二，以单片机为核心的智能抢答器。 资料个人收集整理，勿做商业用途 2.1 抢答器显示模块 显示模块主要用于准确、鲜明的显示出抢答成功的选手编号，抢答时间及答题时 间，显示器的选择有以下两种方案。资料个人收集整理，勿做商业用途 方案一：使用液晶屏显示时间。液晶显示屏（LCD）具有轻薄短小、无辐射危险、 低耗电量，平面直角显示以及影像稳定不闪烁等优势，可视面积大，分辨率高，画面 效果好，抗干扰能力强的特点。但由于只需要显示时间，信息量比较少，且由于液晶 是以点阵的模式来显示各种符号的，需要利用控制芯片创建字符库，编程工作量较大， 4 / 42 占用较多的控制器资源，其成本也偏高。在使用时，不能有静电干扰，否则容易烧坏 液晶显示芯片，不易维护。资料个人收集整理，勿做商业用途 方案二：使用传统的数码管显示。数码管具有：低能耗、寿命长、低损耗、耐老 化、低压、防晒、防潮、防火、防高（低）温，对外界环境要求较低，易于维护，同 时其精度高，操作简单。数码显示是采用 BCD 编码来显示数字，程序编译容易，资源 占用较少。资料个人收集整理，勿做商业用途 使用 4 位 7 段共阴极数码管和两个 74HC573 组成的显示器。CPU 要维持一个数据的 显示，往往要持续的快速的刷新。在人类能够接受的刷新频率内，大概每三十毫秒就 要刷新一次。这就大大占用了处理器的处理时间，还浪费了处理器的功耗。因而选用 锁存器来大大缓解处理器在这方面的压力。当处理器把数据传输到锁存器并将其锁存 后，锁存器的输出端便会一直保持数据状态直到下一次锁存新的数据为止。这样在数 码管的显示内容不变之前，处理器和 IO 引脚便可以释放。可以看出，处理器处理的时 间仅限于显示内容发生变化时，这在整个显示时间上只占非常少的一部分。而处理器 在处理完后可以有更多的时间来执行其他任务3。根据以上的论述拟订方案二。资料个人 收集整理，勿做商业用途 2.2 控制器模块 控制器主要用于各模块的控制、显示和抢答等。控制器的选择有以下两钟方案。 方案一：采用 FPGA（现场可编程门列阵）作为系统的控制器。FPGA 是采用并行输 入输出方式，提高了系统的处理速度，适合作大规模实时系统的控制核心。FPGA 可以 实现各种不同的复杂逻辑功能，密度高，规模大，它将所有器件集成在一块芯片上， 提高了稳定性，减小了体积，且可以应用 EDA 软件进行仿真、调试，还可进行功能扩 展。资料个人收集整理，勿做商业用途 因为本次毕业设计对数据处理的速度要求不高，FPGA 的高速处理的优势便得不到 很好的利用，并且其集成度高，成本也偏高，芯片的引脚较多，实物的硬件电路板布 线复杂，增加了电路设计和实际焊接工作的难度。资料个人收集整理，勿做商业用途 方案二：采用 ATMEL 公司的 AT89S52 作为系统控制器的 CPU。单片机的算术运算功 能强，软件编程灵活且自由度大，可以用软件编程来实现各种算法和逻辑运算的控制， 并且由于其功耗低、体积小、成本低、技术成熟等优点，使其在各个领域被广泛应用4。 基于以上分析采用方案二。资料个人收集整理，勿做商业用途 5 / 42 2.3 电源方案的选择 AT89S52 使用 5V 稳压电源，本系统需要提供 5V 的直流稳压电源。 方案一：利用可调稳压集成芯片 LM317 得到 5V 的稳压电源。由于电源为电路板不 可或缺的模块，为了提高其利用率，可以制作可调稳压电源，以便其应用于不同电压 要求的电路中。资料个人收集整理，勿做商业用途 方案二：采用三端稳压集成芯片 7805 得到 5V 稳定电压。利用该方法方便简单， 工作稳定可靠5。 综上所述，选择方案一，采用可调稳压电源。 2.4 抢答器键盘的选择 键盘是单片机不可缺少的输入设备，是实现人机对话的纽带。键盘按结构形式可 以分为编码键盘和非编码键盘，后者用软件方法产生键码，而前者则用硬件方法来产 生键码。在单片机中使用的均是非编码键盘，由于非编码键盘结构简单，成本低廉， 类型较多，常用的有独立式键盘，行列式键盘等。资料个人收集整理，勿做商业用途 方案一：独立式键盘 独立式按键电路配置灵活，软件结构简单，是直接用 I/O 口线构成的单个按键电 路，其特点是每个按键单独占用一根 I/O 口线，每个按键的工作不会影响其它 I/O 口 线的状态，但每个按键必须占用一根 I/O 口线，因此，在按键较多时，I/O 口线浪费较 大，不宜采用。因此可以根据实际需要对键盘中的按键灵活的编码。独立式键盘如图 2.3 所示。资料个人收集整理，勿做商业用途 6 / 42 图 2.3 独立式键盘 最简单的编码方式就是根据 I/O 输入口所直接反映的相应按键被按下的状态进行 编码，称为按键直接状态码，对于这样编码的独立式键盘，CPU 可以通过直接读取 I/O 口的状态来获取按键的直接状态编码值，进而根据这个值进行按键识别，这种形式的 键盘结构简单，按键识别容易。资料个人收集整理，勿做商业用途 独立式键盘的缺点是需要占用较多的 I/O 口线，当单片机应用系统键盘中需要的 按键比较少或 I/O 口线比较富余时，可以采用此类型的键盘。资料个人收集整理，勿做商业用途 方案二：行列式键盘 行列式键盘能够有效的提高单片机系统中 I/O 的利用率，是用 M 条 I/O 线作为列 线，N 条 I/O 线作为行线组成的键盘，在行线和列线的每个交叉点上，设置一个按键， 此类型的按键的个数为 M*N 个。对于这种形式的键盘结构，列线接 P1.0P1.3 行线接 P1.4P1.7，行列适用于按键输入多的情况。资料个人收集整理，勿做商业用途 CPU 对键盘的扫描可以采取程序控制的随机方式，即只有在 CPU 空闲时才去扫描键 盘，响应操作人员的键盘输入，但 CPU 在执行应用程序过程中，不能响应键盘输入， 对键盘的扫描可以采用定时方式，即利用单片机的内部定时器每隔一定的时间对键盘 扫描一次，这样的控制方式不管键盘上有无按键闭合，CPU 总是定时的关心键盘的状态。 资料个人收集整理，勿做商业用途 在大多数情况下，CPU 可能对键盘进行空扫描。为了提高 CPU 的效率并及时响应键 盘的输入，可以采用中断方式，既 CPU 平时不必扫描键盘，只有当键盘上有键盘闭合 时才会产生中断请求，向 CPU 申请中断后，立即对键盘上的键盘进性扫描，识别闭合 按键，并做相应处理6。资料个人收集整理，勿做商业用途 0123 4567 89AB CDEF P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 图 2.4 行列式键盘 根据以上论述，采用方案一，在本系统中使用了独立式键盘，其按键比较少，且 7 / 42 键盘中各个按键的工作互不干扰。如图 2.4 所示。资料个人收集整理，勿做商业用途 8 / 42 3 系统硬件电路设计 3.1 主控芯片介绍 AT89S52是一个低电压，高性能的 CMOS 8位单片机，片内含4k bytes 的可反复擦 写的 Flash 只读程序存储器和128 bytes 的随机存取数据存储器（RAM） ，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS-51指令系统，片内置 通用8位中央处理器和 Flash 存储单元，内置功能强大的微型计算机的 AT89S52提供了 高性价比的解决方案。资料个人收集整理，勿做商业用途 AT89S52 是一个低功耗高性能单片机，32 个外部双向输入/输出（I/O）端口，40 个引脚，同时包含 2 个全双工串行通信口，2 个 16 位可编程定时计数器,2 个外部中断 口， AT89S52 可按常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的 Flash 存储器和 微处理器有效的结合在一起，尤其是可反复擦写的 Flash 存储器能显著地降低开发成本。 其引脚图如 3.1 所示。主要功能特性如表 3.1 所示。资料个人收集整理，勿做商业用途 AT89S52 单片机的管脚功能： VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：P0口是一个8位漏级开路双向 I/O 口，每个管脚可吸收8个 TTL 门电流。 当 P1口的管脚第一次写 入1时，被定义为高阻输入。 P0口能够用于外部程序数据 存储器，它可以被定义为数据 /地址的第八位。在 FIASH 编程时，P0口作为原码 输入口，当 FIASH 进行校验时， P0输出原码，此时 P0口外部必须被拉高。资料个 人收集整理，勿做商业用途 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的 8位双向 I/O 口，P1口缓冲器能接收输 出4个 TTL 门电流。P1口管脚写入 1后，被内部上拉为高 电平，可用作输入 口。P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部提供上拉电阻的缘故。在 FLASH 编程和校验时， P1口作为第八位地址接收。资料个人收集整理，勿做商业用途 P2口：P2口为一个内部 提供上拉电阻的 8位双向 I/O 口，P2口缓冲器可接收， 输出4个 TTL 门电流，当 P2口被写入“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为 9 / 42 输入口。P2口的管脚被外部 下拉为低电平时，将输出电流。这是由于内部上拉的 缘故。当 P2口用于16位地址数据存储器或外部程序存储器进行存取时， P2口输出 地址的高八位。 P2口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。当 对外部八位地址数据存储器进行读写时， P2口输出其特殊功能寄存器的内容。资料 个人收集整理，勿做商业用途 图 3.1 AT89S52 引脚图 表表 3.1 AT89S52 功能特性表功能特性表 P3口：P3口是内部带上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4个 TTL 门电流。 当 P3口写入“1”后，其管脚被内部上拉为高电平，并用作输入 口。外部下拉为低 电平时，P3口将输出电流（ ILL） 。P3口也可作为 AT89S52的一些特殊功能口，如 下表所示：资料个人收集整理，勿做商业用途 P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） 兼容 MCS-51 指令系统4k 可反复擦写（1000 次）Flash ROM 32 个双向 I/O 口可编程 UARL 通道 两个 16 位可编程定时/计数器全静态操作 0-24MHz 1 个串行中断128x8bit 内部 RAM 两个外部中断源共 6 个中断源 可直接驱动 LED3 级加密位 低功耗空闲和掉电模式软件设置睡眠和唤醒功能 10 / 42 P3.2 （外部中断 0）INT0 P3.3（外部中断1）INT1 P3.4T0（记时器0外部输入） P3.5T1（记时器1外部输入） P3.6（外部数据存储器写选通）WR P3.7（外部数据存储器读选通）RD P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST：复位输入。当振荡器复位时，要保持RST 脚两个机器周期的高电平时 间。 /VPP：当保持低电平时， 访问外部程序存储器（ 0000H-FFFFH） ，不管EAEA 是否有内部程序存储器。当端保持高电平时， 访问内部程序存储器。在EA FLASH 编程期间，此引脚也用于施加 12V 的编程电源（ VPP） 。资料个人收集整理，勿做 商业用途 ：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机PSEN 器周期两次有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的信号将PSENPSEN 不会出现。资料个人收集整理，勿做商业用途 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出7。 3.2 74HC573 芯片介绍 74HC573 为八进制 3 态非反转透明锁存器，是高性能硅门 CMOS 器件。输入是和 标准 CMOS 输出兼容的；加上拉电阻，他们能和 LS/ALSTTL 输出兼容。 当锁存使能端 LE 为高时，这些器件的锁存对于数据是透明的（也就是说输出同步） 。当锁存使能变低 时，符合建立时间和保持时间的数据会被锁存。74HC573 引脚如图 3.2 所示。资料个人收集 整理，勿做商业用途 11 / 42 图 3.2 74HC573 引脚图 74HC573 是由八个 D 触发器组成，当使能为高时，Q 输出端将随数据输入端（D） 而变。当使能为低时，输出端将锁存在已建立的数据电平上。输出控制不影响锁存器 的内部工作，即老数据可以保持，甚至当输出被关闭时8。其各引脚功能和真值表分 别如表 3.2、3.3 所示：资料个人收集整理，勿做商业用途 表表 3.2 74HC573 各引脚功能各引脚功能 PIN No 引脚号SYMBOL 符号 NAME AND FUNCTION 名称 及功能 1OE 3 State output Enable Input (Active LOW)3 态输出使能输 入（低电平） 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9D0 to D7Data Inputs 数据输入 12,13,14,15,16,17,18,19Q0 to Q7 3 State Latch Outputs 3 态 锁存输出 11LE Latch Enable Input 锁存使 能输入 10GNDGround 接地(0V) 20VCC Positive Supply Voltage 电源 电压 表表 3.3 74HC573 真值表真值表 输出使能锁存使能 DQ LHHH LHLL LLX 不变 HXXZ 3.3 单元电路设计 3.3.1 晶振复位电路 晶振的频率为 12MHZ，提供 89S52 的时钟脉冲使 89S52 工作，复位电路是单片机的 12 / 42 初始化，使单片机重新开始执行程序。当复位开关按下后 RST 由低电平变为高电平， 程序从头开始执行。当一个问题结束后主持人按下复位开关进行下一题的准备。晶振 的复位电路如图 3.3 所示9：资料个人收集整理，勿做商业用途 图 3.3 晶振复位电路 3.3.2 抢答电路设计 89S52 的 P1 口作为选手抢答的输入按键引脚，P1.0 至 P1.7 轮流输出低电位，给 每一个选手编号 1 至 8，当选手按下按钮时，P1 口端口的电平变化从 P1 口输入，经单 片机处理后从 P0 输出从数码管上显示抢答选手编号。选手抢答电路10如图 3.4 所示： 资料个人收集整理，勿做商业用途 图 3.4 选手抢答电路 3.3.3 驱动显示电路 驱动显示电路如图 3.5 所示： 13 / 42 + 图 3.5 显示与显示驱动电路 该电路包括显示和驱动，显示采用 4 位 7 段共阴数码管，驱动用 P0 的低四位，抢答 30 秒倒计时、正常抢答者编号和答题时间 60 秒倒计时，数码管采用动态显示。驱动电路 P0 口，查询显示程序利用 P0 口作段选码输出，P0 口低 4 位作位选码输出，当为低电 平则能驱动数码管使其显示数字。在+5V 电压下接 10k 的电阻，保证正常压降。资料个人 收集整理，勿做商业用途 3.3.4 蜂鸣器音频输出电路 通过控制不同频率的矩形脉冲来控制蜂鸣器发声。本次毕业设计中只需要一些简 单的提示声音，有抢答成功，开始抢答，抢答时间结束和回答时间到均需提示声11。 蜂鸣器音频输出电路如图 3.6 所示：资料个人收集整理，勿做商业用途 A 1 B 2 U 1 B EL L V CCE 2 C 3 B 1 Q 1 9012 R 1 R ES 2 P32 图 3.6 蜂鸣器音频输出电路 14 / 42 3.4 整机工作原理 本系统采用单片机作为整个系统的控制核心。控制系统的四个模块为：显示模块、 控制模块、报警模块、抢答模块。该系统通过矩阵键盘输入抢答信号，经单片机处理， 输出控制信号，利用一个 4 位数码管来完成显示功能并伴随有蜂鸣器报警，选手通过 按键进行抢答，在数码管上显示哪位选手抢答成功，从而实现整个抢答过程。资料个人收 集整理，勿做商业用途 当主持人按下开始键后，向单片机 P3.4 引脚输入一个低电平信号，表示整个电路 开始工作，此时数码管前两位显示选手编号（无人抢答显示 00） ，后两位显示倒计时所 剩余的时间。若在 30 秒内有人抢答，并且抢答成功，则将选手号显示在数码管的前两 位上，后两位显示抢答剩余时间，同时蜂鸣器发出报警，提示其他选手此题已被人抢 答成功。若要开始新一轮的抢答，主持人按下复位键后再按开始键即可。此次用单片 机设计的抢答器思路简单明了，可操作性强，扩展功能强，可靠性高，能够完全实现 普通抢答器的基本功能12。其整机电路图如 3.7 所示：资料个人收集整理，勿做商业用途 15 / 42 EA/VP 31 X1 19 X2 18 R ESET 9 R D 17 WR 16 INT0 12 INT1 13 T0 14 T1 15 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE/P 30 TXD 11 R XD 10 U6 8051 Y2 12M C 4 30P C 5 30P X1 X2 R 35 1K R 36 10K S9 SW-PB + C 6 C APACITOR POL R EST X1 X2 S1 SW-PB S3 SW-PB S6 SW-PB S8 SW-PB S2 SW-PB S4 SW-PB S5 SW-PB S7 SW-PB P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 P17 P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 P17 1 2 3 4 5 6 7 8 9 J1 C ON9 P00 P01 P02 P03 P04 P05 P06 P07 P00 P01 P02 P03 P04 P05 P06 P07 VCC P20 P21 P22 P23 P24 P25 P26 P27 D1 LED D2 LED D3 LED D4 LED D5 LED D6 LED D7 LED D8 LED VCC P20 P21 P22 P23 P24 P25 P26 P27 A 1 B 2 U1 B ELL VCCE 2 C 3 B 1 Q1 9012 R 1 R ES2 R 2 510 R 3 510 R 4 510 R 5 510 R 6 510 R 7 510 R 8 510 R 9 510 R ESTP30 P31 P32 P33 P34 P35 P36 P37 P32 S10 SW-PB S11 SW-PB S12 SW-PB S13 SW-PB P34 P35 P36 P37 1 2 J2 C ON2 VCC 1 1 a 2 f 3 2 4 3 5 b 6 e 7 d 8 dp 9 c 10 g 11 4 12 U4 SM G D0 2 D1 3 D2 4 D3 5 D4 6 D5 7 D6 8 OE 1 LE 11 Q0 19 Q1 18 Q2 17 Q3 16 Q4 15 Q5 14 Q6 13 Q7 12 D7 9 VCC 20 GND 10 U2 74HC573 D0 2 D1 3 D2 4 D3 5 D4 6 D5 7 D6 8 OE 1 LE 11 Q0 19 Q1 18 Q2 17 Q3 16 Q4 15 Q5 14 Q6 13 Q7 12 D7 9 VCC 20 GND 10 U3 74HC573 P00 P01 P02 P03 P04 P05 P06 P07 Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 VCC VCC Q10 Q11 Q12 Q13 Q10 Q11 Q12 Q13 P00 P01 P02 P03 P30 P31 VCC VCC 图 3.7 整机电路原理图 4 系统软件设计 4.1 主程序模块 主程序主要完成硬件初始化，子程序调用和程序间的切换，由于本设计要求抢答 器具有开始抢答、复位、答题三种方式的切换功能，所以主程序除了要进行硬件部分 的初始化外还要进行各个程序之间的调用和切换13。主程序流程图如图 4.1 所示。资料 个人收集整理，勿做商业用途 资料个人收集整理，勿做商业用途 开 始 初 始 化 部 分 K0=0？ 启动中断，数码管开始倒计时 若有选手抢答 中断停止，数码管显示选手编号及所剩时间 结 束 Y Y N N Y 图 4.1 抢答器主程序流程图 4.2 定时中断模块 由于抢答器中需要显示倒计时来提示选手们抢答时间，在规定时间内作答，所以需 要有定时中断模块，当抢答时间和答题时间结束时，要关闭外部中断并报警，用定时 器 0 进行抢答时间的倒计时和中断，用定时器 1 来进行答题时间计时和中断，抢答中 断后再有按键按下抢答器也不会再做出反应。流程图如图 4.2 所示。资料个人收集整理，勿做商 业用途 17 / 42 1S 时间到？ N 定时时间到？ Y N 数码管显示 报警 Y 中断返回 定时器中断 图4.2 抢答器定时器中断流程图 4.3 外部中断模块 抢答器外部中断主要来自于选手们的抢答，当选手抢答时，抢答器判断被按下的 选手号并显示在数码管上，数码管的后俩位显示剩余时间，同时关闭中断，表示抢答 结束，此时再有键按下抢答器也不会做出反应。外部中断流程图如图 4.3 所示。资料个人 收集整理，勿做商业用途 18 / 42 资料个人收集整理，勿做商业用途 外部中断 0 中断 K2 按下？ K1 按下？ K3 按下？ K4 按下？ K5 按下？ K7 按下？ K8 按下？ K6 按下？ 中断返回 数码管显示 1 数码管显示 2 数码管显示 3 数码管显示 4 数码管显示 6 数码管显示 5 数码管显示 7 数码管显示 8 图 4.3 外部中断流程 图 Y Y Y Y Y Y Y Y N N N N N N N N 4.4 报警模块 报警模块主要作用有三个，一是主持人按下开始键，报警器发声提示开始抢答； 二是当有选手第一时间抢答成功时发出报警声，提示其他选手不必再抢答，若抢答时 间到但仍没有选手抢答时发出报警，提示该题在规定时间内无人抢答；三是当答题时 间到时发出报警声，提示正在答题的选手停止答题。其流程图如图 4.4 所示：资料个人收集 19 / 42 整理，勿做商业用途 初始化部分 K0=0？ Y N 是否抢答成功？ Y N 抢答时间到否？ Y N 答题时间是否到？ Y N 结 束 报 警 图 4.4 报警模块流程图 4.5 控制模块 控制模块主要作用是对抢答器的开始和复位功能进行控制，主要由主持人来实现 功能。当开始键被按下时，抢答器开始正常工作；当抢答器停止工作时，可以按下复 位键使抢答器回到初始化状态。控制程序流程图如图 4.5 所示。资料个人收集整理，勿做商业用途 20 / 42 图 4.5 控制模块流程图 21 / 42 5 系统仿真、制作与调试 5.1 抢答器 Keil 软件仿真 运行程序，查找语法错误，按照错误提示修改程序，直到 0 错误 0 警告为止程序 语法调试成功，生成 HEX 文件加载进电路。如图 5.1 所示。资料个人收集整理，勿做商业用途 图 5.1 程序调试 5.2 抢答器 Protenus 软件仿真 绘制抢答器的软件仿真图步骤分一下四步： （1）查找所需要的元器件； （2）根据电路图进行连线； （3）是用来写线所对应的坐标； （4）装载 keil 生成和 HEX 文件进行仿真。 通过以上步骤，来实现抢答器设计的仿真实现，仿真如图 5.2 所示。把编写好的程 序放入仿真软件中，按照本次设计的要求进行调试与运行。仿真成功后，再进行下一 步制作实物。资料个人收集整理，勿做商业用途 22 / 42 图 5.2 抢答器的 proteus 仿真图 5.3 制作与调试 板子制作完成后，首先整体观察一下线路有无开路、短路的情况，然后再进行焊 接，焊接时的注意事项如下： 1. 使用烙铁时，注意安全，以免发生危险； 2. 元件的焊接顺序大致是从低到高的，如先悍贴片元件，电阻，三极管等； 3. 对于有极性的器件需要注意其焊接方向，如芯片底座，数码管，发光管，电解 电容等，长引脚端为正。 焊接完成后，其调试过程如下： 1. 先将焊好的电路板对照印刷电路图认真核对一遍，是否有错悍、漏焊、短路等 现象。 2. 接着通电观察，是否有异常现象，如冒烟、放电、异常气味、声光、元器件发 烫等； 23 / 42 3. 观察各个模块是否正常工作，各项指标是否达到设计要求。 在本次调试过程中，数码管正常显示，但蜂鸣器不发声，在更换蜂鸣器后并 无改善，经对报警模块测量分析后，发现电阻的阻值偏大，更换后蜂鸣器正常工 作。PCB 和实物图如 5.3、5.4 所示：资料个人收集整理，勿做商业用途 图 5.3 PCB 板 图 5.4 实物图 结 论 本文提出了利用 AT89S52 单片机及外围接口实现的抢答系统，利用单片机的定时 器/计数器的定时和记数原理，将软、硬件有机地结合起来，使得系统能够正确地进行 计时，同时使数码管能够正确地显示时间。经过近一个月的努力,在老师和同学的商讨 和帮助下,我较好的完成了设计任务。通过此次的抢答器的设计，巩固了所学的相关知 识，进一步锻炼了自己的编程能力，掌握了仿真软件 proteus 的使用。由于知识水平 的局限，设计中可能会存在着一些不足，我真诚的接受老师和同学的批评和指正。资料 个人收集整理，勿做商业用途 25 / 42 致 谢 通过本次毕业设计我发现仅靠以前的课本学习是不可能完成毕业设计的，它需要 很多实践方面的知识，另外设计一个系统的思路和方法很重要，这都需要我们在毕业 设计中不断的收集资料，认真研究学习，逐步提高自己这方面的能力。感谢我的导师 董雪峰老师，我的本次毕业设计是在他的悉心指导和关心下完成的，董老师给予我很 大的关心和支持，一直激励着我去努力做好本次毕业设计。董老师精湛的专业知识、 耐心的工作态度和真诚的待人风格给我留下了非常深刻的印象，很多不懂的地方，他 耐心的给我讲解，他不仅使我开拓了视野，增加了知识，更重要的是使我掌握了科学 研究的手段、方法。同时也感谢帮助过我的所有同学，特别是在我的设计遇到困难的 时候，他们在精神上和行动上，都给予我很大的支持，鼓励我不要泄气，勇敢的面对 困难，使我终于突破了设计的难点，顺利完成了此次毕业设计。资料个人收集整理，勿做商业用 途 由于本人知识水平有限，本设计中难免有不足之处，希望各位老师和同学给予批 评和指导。 26 / 42 参考文献 1 刘开绪.数字式抢答器的设计与实现J.电子工程师,2005 年 05 期:13-15. 2 王冬梅,张建秋.基于单片机八路抢答器的设计与实现J.佳木斯大学学报,2009 年 03 期:8.资料个人收集整理，勿做商业用途 3 李素敏.抢答器的设计J.职业,2011 年 23 期:26. 4 邹显圣.基于单片机控制的智能抢答器研究J.电子设计工程,2011 年 13 期:29. 5 康华光,邹寿彬编.电子技术基础数字部分（第四版）M.北京:高等教育出版社, 2005:37-45.资料个人收集整理，勿做商业用途 6 段德功,丁莹亮.单片机原理及应用M.经济科学出版社,2010 年 88-95. 7 文明月.基于 AT89S52 单片机的抢答器设计与实现J.科技创新导报,2009 年 28 期:10.资料个人收集整理，勿做商业用途 8 李丽红.基于 74 系列八路抢答器的设计J.科技信息,2009 年 35 期:19-20. 9 林凌,李刚,丁茹,李小霞.新型单片机接口器件与技术M.西安:西安电子科技大学 出版社,2005 年:120-130. 资料个人收集整理，勿做商业用途 10 朱斌.利用单片机制作简易的八路抢答器及仿真J.科技信息，2011 年 01 期:4. 11 康丽杰,康迪.基于单片机的 8 路抢答器简单设计J.信息系统工程,2010 年 02 期:15-18. 资料 个人收集整理，勿做商业用途 12 宋春华,刘江涛,王贵恩,裴小英.基于单片机控制的数字抢答器J.河南机电高等 专科学校学报,2005 年 05 期:20-22.资料个人收集整理，勿做商业用途 13 程相波,卫安军.基于 MCS51 单片机的八路抢答器设计方法研究J.北京工业 职业技术学院学报,2007 年 02 期:7. 资料个人收集整理，勿做商业用途 27 / 42 附录 C 程序如下： #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit kai=P34; sbit beep=P32; sbit ting=P35; sbit hao1=P10; sbit hao2=P11; sbit hao3=P12; sbit hao4=P13; sbit hao5=P14; sbit hao6=P15; sbit hao7=P16; sbit hao8=P17; sbit D1=P20; sbit D2=P21; sbit D3=P22; sbit D4=P23; sbit D5=P24; sbit D6=P25; sbit D7=P26; sbit D8=P27; sbit wela=P31; sbit dela=P30; uchar code table= 0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f, 0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07, 0 x7f,0 x6f,0 x40; uchar a,a1,num,shi,ge,hao, 28 / 42 aa,num1,flag1,flag2,flag3,flag4, flag5,flag6,flag7,flag8,flag9,flag10; void display(uchar hao,uchar aa,uchar ge,uchar shi);资料个人收集整理，勿做商业用途 void init(); vo