基于STM32的四路抢答器

课程计划的陈述课程计划的陈述题目：基于STM32的四路应答机学校：年级专业：号码：学生姓名：讲师：摘要在各种智力竞赛中，应答机是最必要、最公平的工具。在我们的各种比赛中，我们经常看到抢答的部分。一些组织者使用的方法是让参赛者通过举起答案板来判断参赛者的回答权。在某种程度上，由于主持人的主观判断失误，这将导致比赛的不公平，采用抢断装置可以避免这种弊端。今天，随着科学技术的不断进步，电话答录机的制作越来越追求卓越。人们已经摆脱了花费大量的元件来实现带有指示灯和一些电路的简单应答功能，从而可以通过指示灯显示第一个参赛选手的人数，避免不合理的现象。然而，这种电路不容易扩展，并且当有更高的需求时(例如，参与者的数量增加)不能实现。随着数字电路的发展，数字应答机诞生了。它易于扩展，可靠性好，集成度高，成本低，功能更加多样。这是一款高性能产品。然而，今天市场上出售的大多数应答机都使用可编程逻辑元件或者是用单片机技术设计的。本文实现了一种基于嵌入式STM32单片机的四路应答器系统的设计。系统设计主要分为硬件设备和软件控制两部分。外部硬件以STM32单片机为控制中心，以4个按键为竞赛输入。竞赛开始后，竞赛获胜者的发光二极管指示灯闪烁红色，并显示每个竞赛输入的时间。关键词：智能应答机，STM32，按键输入，数字显示第34页，共34页目录摘要2目录3第1章导言51.1课题研究的相关背景51.2选题的目的和意义51.3项目研究的内容51.4国内外研究现状61.5目前应答机存在的主要问题6第2章应答器系统概述72.1系统的主要功能72.2应答机工作流程72.3 STM32功能和简介72.4应答机10的优点和组成2.5本章概述11第三章系统的硬件设计与开发113.1整体系统硬件设计113.2 STM32最低系统133.4时钟频率电路14的设计3.5复位电路15的设计3.6数码管显示器163.7键盘电路设计173.8发光二极管电路183.9本章概述19第四章系统的软件设计和开发194.4主要程序分析214.5本章概述30第五章总结与展望315.1摘要5.2展望谢谢你参考文献34第一章引言1.1相关研究背景应答机是一种应用广泛的设备。在各种比赛和回答场合，它能快速、客观地区分第一个获得发言权的选手。早期的应答机只有几个三极管、可控硅整流器、发光管等。它可以通过发光管的指示来识别玩家的号码。目前，大多数应答机使用单片机和数字集成电路，增加了许多新的功能，如播放人数显示、按下前后计时、播放分数显示等。本系统的设计主要分为硬件设备和软件控制两部分。外部硬件以STM32单片机为控制中心，以4个按键为竞赛输入。竞赛开始后，竞赛获胜者的发光二极管指示灯闪烁红色，并显示每个竞赛输入的时间。1.2选题的目的和意义通过本次设计，我掌握了STM32单片机的原理，了解了简易多功能应答机的组成原理，初步掌握了多功能应答机的调试方法，从而提高了操作能力和故障排除能力。同时，通过本课题的设计和仿真，我们可以提高自己的实践能力，巩固所学的理论知识，建立单片机理论与实践的结合，了解多功能应答机各单元电路之间的关系和相互影响，该系统采用模块化设计的智能应答机，广泛应用于答疑比赛中。每个组都有一个应答按钮。比赛开始后，获胜者的发光二极管闪烁红色，显示每个比赛的输入时间。经过研究和设计验证，发现单片机技术设计的应答机电路连接比目前常用的应答机简单，因为大多数功能单元都是在单片机内部编程的。其次，工作性能可靠，抗干扰能力优于目前的应答机。因此，本研究是一项具有创新性的实用工程设计。1.4国内外研究现状作为一种电子产品，应答机已经广泛应用于各种智力和知识竞赛中。然而，目前使用的应答机的一些电路复杂且不便于制造，可靠性低且难以实现。有些使用特殊的集成模块，购买特殊的集成模块非常困难。为了满足高校等多团队单位的活动需求，设计了一种多功能应答机。该应答机具有电路简单、元器件通用、易于购买等优点。它解决了生产者生产困难和购买困难的问题。它已经在国内外广泛使用。1.5目前应答机的主要问题随着改革开放的深入，人们被要求通过各种方式学习科学、技术和知识。作为一种工具，应答机已经广泛应用于各种智力和知识竞赛中。然而，应答机的使用频率很低，有些要么制造复杂，要么可靠性低，从而降低了人们的兴趣。作为一个单元，如果只购买一个应答机，虽然它在经济上是可以负担的，但它很少每年使用。(电子设备的)应答机通常会因长期存放而损坏，重新购买的麻烦和及时性会影响活动。目前，大多数应答机有三个不足之处：第一，现场线路连接复杂。因为每个参赛者都位于比赛现场的不同位置，所以每个参赛者和控制台之间必须有一条长长的连接线。玩家越多，连线越多，就越混乱。这些连接线不仅影响了现场的美观，还降低了应答机的可靠性，增加了安装的难度，甚至影响了现场人员的移动。其次，电路很复杂。因为单片机只完成数字处理、计时、数据计算等功能。其他功能，例如玩家号码识别、解码、计分显示等。只能通过数字集成电路来完成。当采用单片机扫描技术识别竞争对手的号码时，电路的延迟时间很长。第三，参赛者成功抓举，但有一个问题是没有抓举记录。第二章应答机系统概述2.1系统的主要功能该系统是由单片机设计的模块化4路应答机，包括4路应答按钮、定时显示、成功应答标志以及各种相关显示控制功能等。该系统采用模块化设计的四路应答机，广泛应用于答疑比赛中。每个组都有一个应答按钮。有4个按键输入，分别对应4路选手的抢答键。单片机是整个应答机的核心，内部电路设计用汇编语言编写。它完成了时间参数的设置、解码和保存印刷号码。显示；输出、按键和应答倒计时功能等。在这个设计中，有四个普通的正数码管和四个数码管。主持人按下重置按钮，开始匆忙回答。成功参赛选手的指示灯闪烁红色，显示每个参赛选手的输入时间。2.2应答机的工作流程应答机的基本工作原理是：接听后，按键产生的下降沿被断线捕捉，从而进入中断服务功能，闪烁发光二极管，实现相应数码管的定时显示，进而识别答录机的获胜者的标签并相应接听。2.3 STM 32的功能和简介目前市场上的低端处理器主要是8位单片机，如广为人知的C51系列，而高端处理器主要是32位单片机，如基于ARM Cortex-M3内核的STM32系列，是专门为要求高性能、低功耗、低成本的嵌入式系统设计的。该系统采用STM32单片机，采用4路应答机模块化设计，包括4路应答按钮、定时显示、各种相关显示控制功能等。采用100引脚的STM32F103VET6单片机，连接四个按键、四个发光二极管，显示四个独立的数码管，需要更多的输入输出端口。利用16个带外部中断的边沿检测器产生中断，每条中断线路可以独立配置其触发事件(上升沿、下降沿或双沿)，并且可以单独屏蔽。有一个未决寄存器保持所有中断请求的状态。EXTI可以检测到脉冲宽度小于内部APB2的时钟周期。多达112个通用输入/输出端口连接到16个外部中断线路，以满足系统功能的需求。从性能、价格和实际需求来看，STM32F103VET6比8位8051单片机更符合设计要求。图2.4 STM 32单片机内部结构图M3处理器是新一代32位处理器。它是一个高性能、低成本的开发平台，适用于微控制器、工业控制系统、无线网络传感器等应用。其特征在于：1.性能丰富，成本低廉。专为微控制处理器的应用特点而开发的32位单片机具有高性能、低成本、易于应用的特点。2.低功耗。睡眠模式与状态保留功能相结合，可确保Cortex-M3处理器在不影响高运行性能的情况下提供低功耗。3.可配置性强。Cortex-M3处理器的NVIC功能提高了设计的可配置性，提供多达240个系统中断，具有独立优先级、动态复位优先级功能和集成系统时钟。4.丰富的链接。功能和性能的结合使基于M3的设备能够有效地处理多个输入/输出通道和协议标准。STM32系列处理器的高级内部结构；1.哈佛结构。在处理器的整体性能测试中，它具有优异的性能，达到1.25DMIPS/MHz，而功耗仅为0.19mW/MHz。2.Thumb-2指令集带来32位性能和16位代码密度。3.内置快速中断控制器提供卓越的实时特性。中断延迟时间减少到只有6个CPU周期，从低功耗模式唤醒的时间只有6个CPU周期。4.单周期惩罚指令和硬件分割指令。STM32在嵌入式系统的应用领域具有无可比拟的优势，该系统应用的增强型单片机STM32F103ZET6系列也非常强大。详情如下：1.内核：(ARM32位Cortex-M3CPU)最高工作频率为72兆赫兹，可达1.25兆赫兹；当存储器在0等待期间被访问时；单周期乘法和硬件除法。2.内存：从256千字节到512千字节的闪存程序内存；静态存储器；高达64K字节；静态存储器控制器，具有4个芯片选择、cf卡支持、静态存储器、随机存取存储器、或非门和与非门存储器；并行液晶显示器接口兼容8080/6800模式。3.时钟、复位和电源管理：2.03.6V电源和输入输出引脚；通电/断电复位(POR/PDR)，可编程点电压监控器(PVD)；4 16mhz晶体振荡器；内置工厂校准的8兆赫遥控振荡器；内置一个经过校准的40千赫射频振荡器：具有校准功能的32千赫射频振荡器。4.低功耗：睡眠、关机和待机模式；VBAT为RTC和备用寄存器供电。5.3 12位模数转换器，1s转换时间(最多21个输入通道):转换范围：0至3.6V；三重采样和保持功能；温度传感器6.2通道12位数模转换器7.DMA(12通道DMA控制器):支持的外设：定时器、ADC、DAC、SDIO、I2S、SPI、I2C和USART。8.调试模式：串行单线调试(SWD)和JTAG接口；Cortex-M3嵌入式跟踪模块(ETM)。9.多达112个快速输入/输出端口：51/80/112多功能双向输入/输出端口，所有这些端口都可以映射到16个外部中断；几乎所有端口都可以容忍5V信号。10.最多11个定时器：最多4个16位定时器，最多4个通道和增量编码器输入，用于定时器内的输入捕获/输出比较/脉宽调制或脉冲计数；两个16位脉宽调制高级控制定时器，带死区控制和用于电机控制的紧急制动；2个看门狗定时器(独立和窗口型)；系统时间计时器；24位自递减计数器；两个16位基本定时器用于驱动数模转换器。11.多达13个通信接口：多达2个I2C接口(支持SM总线/PM总线)；最多5个USART接口(支持ISO7816、LIN、红外-数字接口和调制解调器控制)；多达3个SPI接口(18M位/秒)和2个可重复使用的I2S接口；控制器局域网接口(2.0B激活)；USB2.0全速接口；SDIO界面。12.循环冗余校验计算单元，96位芯片唯一代码13.ECOPACK包2.4应答机的优点和组成在知识竞赛中，尤其是在进行竞赛时，为了知道哪一组或哪一位参赛者应该首先回答，必须设计一个系统来完成这项任务。很难判断哪一组人会首先根据视觉回答这个问题。采用单片机系统设计应答机，可以解决上述问题，即使两组的回答时间相差几微秒，也可以区分哪一组有回答问题的优先权。本文主要介绍单片机应答机的设计、工作原理及其实际应用。系统工作原理该系统以STM32单片机为核心。控制系统的四个模块是：存储模块、显示模块、定时模块和应急开关模块。应答机系统通过四个按键输入应答信号；使用存储的程序完成软件设计；显示功能通过使用四个4位和7段杨公数码管来完成。操作时，按键通过开关电路输入各种应急信号，经单片机处理后，输出控制信号，控制四个七段数码管和喇叭工作。在数码管上显示哪个组先回答，从而实现整个回答问题的过程。2.5本章概述本章主要讲述应答机的工作原理和本设计系统的工作过程。在解释工作原理的过程中，重点介绍了电路的组成以及这些组成部分是如何实现答疑功能的。在说明系统流程时，结合本设计的内容，指出了参数设置的方法和意义。实现了正常的答疑过程，同时也说明了应答机的优点以及STM32的功能和简介。第三章系统的硬件设计和开发3.1系统硬件总体设计本章的主要内容是系统硬件电路的实现，即现场检测设备的硬件电路设计。四个按键作为STM32单片机的输入信号，STM32作为主控芯片，四个发光二极管作为输出，成功候