多路抢答器的设计

1、目录摘要2一、绪论222、单片机的应用3444 5 561、单片机的选择62、各模块设计882.2、抢答按键电路82.3、显示器电路92.4、蜂鸣器音频输出电路10四、111、程序设计112、主程序设计12五、调试121、仿真测试121.1、初始状态仿真121.2、抢答开始仿真131.3、抢答成功仿真131.4、抢答违规仿真141.5、抢答过时仿真142、仿真结果分析15六、心得体会15附录1.程序清单162.硬件图233.参考文献23基于单片机的多路抢答器设计硬件设计摘要如智能型洗衣机等。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。

2、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。二、抢答器的工作原理是采用单片机最小系统（时钟电路、复位电路），用查询式键盘进行抢答。采用动态显示组号。主持人按下开始抢答键后选手才可以开始抢答

3、。若主持人没有按下开始抢答按纽（P3.0），而有选手抢答则为抢答违规，此时报警器响起并显示此选手的组号，需要主持人按下开始抢答开关重新抢答。在主持人按下开始抢答按纽（P3.0），蜂鸣响声提示，且数码管进行30秒倒计时（30秒内抢答有效），有选手在30秒抢答，蜂鸣器响声提示并显示他的组号，同时开始60秒倒计时（60秒内必须回答完问题），60秒后主持人按下复位开关为下一题的抢答做准备；若此30秒内没有选手抢答，则此次抢答作废，由主持人按下复位开关进行下一轮重新抢答。此次设计包括单片机最小系统、抢答按键模块（8个按键）、显示模块、抢答开关模块、蜂鸣器音频输出模块。如下图所示为总体方框图。图1 总方框

4、图4）、如果主持人未按"抢答开始"键，而有人按了抢答按键，此为犯规抢答，LED上不断闪烁FF和犯规报警器并响个不停，直到主持人按下"停止" 键为止。 （4）、P3.0为开始抢答，P3.1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，蜂鸣器输出为P3.6口。P3.2抢答时间调整，P3.3回答时间调整，P3.4为时间加1调整，P3.5为时间减1调整。单片机（SCM）是单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）的简称。它是把中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、I/O接口电路、定时/计

5、数器以及输入输出适配器都集成在一块芯片上，构成一个完整的微型计算机。它的最大优点是体积小，可放在仪表内部，但存储量小，输入输出适配器简单，功能较低。目前，单片机在民用和工业测控领域得到最广泛的应用，早已深深地融入人们的生活中。近年来，AT89C51在我国非常流行，它最大的特点是内部有可以多次重复编程的ROM，并且ROM可以直接用编程器来擦写，使用起来比较方便。本设计使用到的元器件包括：AT89C51芯片、数码LED显示器、七段LED数码管的译码。其中AT89C51是系统的核心，它主要负责控制各个部分的协调工作。在其外围接上复位电路，上拉电阻，数码管，按钮以及振荡器，为抢答输入键接口，数码管段选

6、P0口，位选P2口，蜂鸣器输出为P口。 本课题在选取单片机时，根据课本上的单片机知识，并且充分借鉴了许多成 形产品使用单片机的经验，结合自己的实际情况，选择了Intel公司的89C51单片机。如AT89C51单片机引脚排列RST复位引脚。片外程序存储器开发信号引脚（输出信号）。ALE提供把地址的低字节锁存到外部锁存器，ALE 引脚以不变的频率（振荡器频率的1/6）周期性地发出正脉冲信号。因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时目的。片外程序存储器使用信号引脚/编程电源输入引脚。P0.0P0.7：P0口8位口线，第一功能作为通用I/O接口，第二功能作为存储器扩展时的地址/数据复用口。 P1.0P

7、1.7：P1口8位口线，通用I/O接口无第二功能。 P2.0P2.7：P2口8位口线，第一功能作为通用I/O接口，第二功能作为存储器扩展时传送高8位地址。 P3.0P3.7：P3口8位口线，第一功能作为通用I/O接口，第二功能作为单片机的控制信号。2、各模块设计单片机最小系统晶振提供89C51的时钟脉冲使其工作。复位电路是使单片机初始化，即使单片机重新开始执行程序。当复位开关按下，RST由高电平变为低电平，则程序从头开始执行。在此次课程设计电路中当一个问题结束主持人后按下复位开关后进行下一题的准备。如下图所示。、抢答按键电路的P1口做一个。P1口至当主持人按下开始按钮后，电平由高电平变成低电平

8、传入P3口，此时选手可以开始抢答。此电路中采用10K的电阻起保护作用。当某一选手按下抢答按钮后，电平由高电平变成低电平传入P1口，经单片机处理后从输出由数码管显示抢答者编号，扬声器给出音响提示。当有一人抢答以后，由于系统已经接收到了一个电平信号，同一时间内它将不再接受另外的电平信号，所以其他选手将不好再抢答。如图所示。图4 抢答按键电路4.3、显示器电路数码管的显示可以分为两种：静态显示和动态显示。静态显示的段选位和位选位均单独连接，因此占用的接口多，无法扩展多个数码管。而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个显示笔划的同名端连在一起，当单片机

9、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端电路的控制，通过分时轮流控制各个数码管的端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。数码显示管分为共阳数码管和共阴数码管两种。本设计采用共阴极数码显示管做显示电路。由于采用的是共阴的数码显示管，所以只要数码管的各引脚为高电平，那么其对应的二极管就会发光。数码管要显示抢答违规者编号、正常抢答者编号、抢答倒计时和回答问题时间倒计时，数码管采用动态显示。段选位接P0口,P0口显示的是抢答者的编号；位选位接P2口，P2口显示的是抢答倒计时和答题倒计时。图5 显示器电路4.4、蜂鸣器音频输出电路蜂鸣器

10、是一种电子电路中常用的发声器件，蜂鸣器分为有源蜂鸣器和无源蜂鸣器两种。提供蜂鸣器发声所需要较高的电流，单片机的口驱动能力有限，而我们知道三极管有电流放大的作用。蜂鸣器音频输出电路的功能是用来报警，当遇到报警信号时，发出蜂鸣声，以此来提醒操作者。本电路通过控制不同频率的矩形脉冲来控制蜂鸣器发声。此次课程设计中只需要一些简单的提示声音，如有抢答违规，开始抢答，抢答时间结束和回答问题时间到的提示声音。当主持人按下开始按钮，系统接收到一个低电平，此时蜂鸣器响起；当开始抢答后，某一选手按下抢答按钮，系统接收到一个低电平，此时蜂鸣器响起；当还未开始抢答就有选手按下抢答按钮后，此时系统将接收到一个矩形脉冲由

11、高低电平交换运行来控制蜂鸣器，是低电平时蜂鸣器响起，高电平时蜂鸣器停止发声。图6 蜂鸣器音频输出电路1、程序设计计是指设计单个模块比起一个完整的程序易编写子程序、显示驱动2、主程序设计为了能够达到抢答的公平、公正、合理，应该在主持人发布抢答命令之前必须先设定抢答的时间，因而在编开始抢答前的程序得先编写设定时间的程序，当时间设好了之后，主持人按开始键发布抢答命令，若在主持人未按开始键之前，有选手提前答题，则为违规抢答，蜂鸣器会发出警告声，并在显示器上显示犯规的选手编号。当有选手抢答成功，则程序打开定时中断开始倒计时，然后调用键盘扫描子程序，编写键盘扫描程序，其他选手在此之后按键无效。当在扫描到有

12、人按下了抢答键，马上关闭T0、调用显示程序、封锁键盘。主持人按下开始按钮后，选手们进入抢答30秒倒计时。仿真结果如图8。主持人按下开始按钮后，30秒内抢答则为成功抢答。仿真图为3号选手成功抢答，抢答后进入60秒倒计时答题时间。仿真结果如图9。若在主持人还未按下开始按钮时，选手就抢答则为抢答犯规。图为4号选手在主持人未宣布开始时就抢答，从而造成犯规。仿真结果如图10。图10 抢答违规仿真图通过对电路的仿真，可以看出基于单片机控制的抢答器在软件上可以很好的实现抢答报警、抢答成功显示、抢答倒计时等一系列功能。当仿真开始运行时，各个模块处于初始状态。此时显示器并无状态显示，但此时抢答键和蜂鸣器都处于开

13、启状态，若此时有选手按下抢答键，则蜂鸣器会发出报警声，并且在数码管上显示犯规的选手的编号。主持人重新按下开始键，此时表示抢答正式开始，并且数码管显示秒倒计时，同时蜂鸣器发出声音提醒选手抢答开始了。选手抢答成功，同时也进入到倒计时秒答题时间。从仿真的测试结果来看，此设计还是能比较好的实现预期的目标。六、心得体会 通过本次课程设计使我对Proteus仿真软件的使用和汇编语言有了更进一步的了解和掌握。并且在老师的耐心指导和自己的不懈努力下，我终于顺利的完成了这次科研实践。在最初编写过程中，我也曾经因为实践经验的缺乏失落过，也曾经因仿真成功而热情高涨。特别是Proteus仿真软件的使用，一开始因为对软

14、件不熟悉，要慢慢摸索，后来差不多会了以后，画仿真图又浪费了我大量的时间，最后在不断努力中终于把仿真图画出来了，最后要把写好的程序导入芯片。其实这也是一大难事，由于对于书本上的很多知识还不能灵活运用，尤其是对程序语言的理解和运用，不能够充分理解每个语句的具体含义，导致编程的程序过于复杂。但后来通过自己和同学的仔细的分析，并认真分析了原来已有的代码和应有的硬件后，经过多次调试和测试终于成功了。平心而论，这次课程设计耗费了我不少的心血。虽说这次课程设计有点辛苦，但是苦中还是有乐的，和同学们相互帮助，当LED亮了起来，喇叭响了起来是对我这段日子以来最好的告慰。而且对于论文的总体构思也有了很多经验，相信自己经过这一次的训练与学习，对于今后的毕