智能抢答器的设计与功能实现设计说明书

1、智能抢答器的设计与功能实现设计说明书一、课程设计目标1.1 概述单片机原理及应用课程设计是学生综合运用所学知识,全面掌握单片微型计算机及其接口的工作原理、编程和使用方法的重要实践环节.通过独立或协作提出并论证设计方案,进行软、硬件调试,最后获得正确的运行结果,可以加深和稳固对理论教学和实验教学容的掌握,进一步建立计算机应用系统整体概念,初步掌握单片机软、硬件开发方法,为以后进行实际单片机软、硬件应用开发奠定良好的根底.课程设计的主要容：根据单片机原理及应用课程的要求,主要进行两个方面的设计,即单片机最小系统和存储器扩展设计、接口技术应用设计.其中,单片机最小系统主要要求学生熟悉单片机的部结构和

2、引脚功能、引脚的使用、复位电路、时钟电路、4个并行接口和一个串行接口的实际应用,从而可构成最小应用系统,并编程进行简单使用.存储器扩展设计要求学生掌握常用半导体芯片与单片机的接口,如EPRO怵储器用作外部程序存储器时与单片机的连接关系,SRAM存储器用作外部数据存储器时与单片机的连接关系,E2PROM存储器用作外部程序/数据存储器时与单片机的连接关系.能合理分配和使用单片机的部和外部存储器,编程实现正常的读写功能.接口技术应用设计主要要求学生能综合运用单片机、存储器、常用接口芯片构成单片机应用系统,有针对性地进行软、硬件设计与开发.1.2 功能介绍：1、如果想调节抢答时间或做题时间,按&quo

3、t;抢答时间调节"键或"做题时间调节"键进入调节状态,此时会显示现在设定的抢答时间或回答时间值,如想加一秒按一下"加1s"键,如果想减一秒按一下"-1s"键,时间LED上会显示改变后的时间,调整围为0s99s,0s时再减1s会跳到99,99s时再加1s会变到0s.2、主持人按“抢答开始键,会有提示音,并马上进入抢答倒计时预设30s抢答时间,如有选手抢答,会有提示音,并会显示其号数并马上进入答复倒计时预设60s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.3、如倒计时期间,主持

4、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.4、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.5、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抢答时间调整结,P3.3答复时间调整,P3.4为时间加1调整,P3.5为时间减1调整.1.3 设计方案1.3.1原理图确实定在设计开始,我们查了不少关于抢答器的资料,具

5、大体分为2种,一种是纯硬件实现,另一种是单片机实现.本次课程设计采用单片机实现.单片机实现抢答的原理图：1.3.2抢答器的工作原理抢答器的工作原理是利用单片机的定时器T0、T1中断完成,其余状态循环调用显示子程序,用4个共阴极LE躁码管来显示,用P0口作为数码管的八个段选,用P2口中的P2.0、P2.1、P2.2、作为4个数码管其中3个位选,P1口接8个按键,提供选手抢答,P3.0-P3.5四个接四个按键,提供开始、结束、做题时间调整、抢答时间调整,加1、减1调整之用.1.4抢答器的总体设计倒计时方案方面利用MCS-51的部的定时/计时器进行中断计时,配合软件延时实现倒计时.该方案节省硬件本钱

6、,并且能够在定时器/计数器的使用、中断及程序设计方案方面得到锻炼与提高,显示方面采用穿行传输实现动态显示,该方案的硬件连接简单,但动态扫描的显示方式需占用CPU较多的时间,适用于单片机没有太多实时测控的任务场合.抢答功能：通过八路按键配合程序来实现抢答功能.当主持人按下抢答键开始抢答后,此时任一路按下按钮均闭锁其它各路,由程序对键盘译码并显示最先按下抢答键的路数及其当前时间.抢答限时：主持人按下抢答键后,设置5秒为抢答时间此时间可在1-99秒之间修改.假设5秒无人抢答,倒计时为0时发出报警,说明该抢做题目作废.此时闭锁所有抢答按键,只有当主持人再次按下抢答键开始下一次抢答方可抢答.做题限时：中

7、选手按下按钮时,启动倒计时此倒计时时间可在199秒之间修改一倒计时为0时发出报警,说明做题时间到.二、硬件电路详细设计2.1 硬件的选择与电路设计2.1.1 芯片的选择抢答器电路的核心是89C51单片机,具部带有4KB的FLASHROM无需外扩程序存储器；抢答器没有大量的运算和暂存数据现有的128B篇RAME经能满足容量需求,故不需外扩片外RAM系统配有8位8段数码显示管,管采用共阴数码管,作为时钟的显示输出.2.1.2 复位电路的设计复位电路的设计如图2-1所示:呼匚1T|R222WTk图2-1复位电路原理图该复位电路采用上电自动复位和手动复位两种复位方式,图中网络标号所指9连接到单片机的复

8、位引脚.要实现复位只需在,51系列单片机的RESE可脚上加上5ms的高电平就可以了.上电复位是利用电容的充电来实现的,即上电瞬间RESET端的电位与Vcc相同,随着电容上储能增加,电容电压也逐渐增大,充电电流减小,RESETS的电位.这样就会建立一个脉冲电压,调节电容与电阻的大小可对脉冲的持续时间进行调节.通常假设采用12MHz的晶振时,复位元件参数为22F的电解电容和10kQ的电阻.按钮复位电路是通过按下复位按钮时,电源对RESE础维持两个机器周期的高电平实现复位的.2.1.3 晶振电路的设计MSC-51单片机的定时限制功能是用时钟电路和振荡器完成的,而根据硬件电路的不同,连接方式分为部时钟

9、方式和外部时钟方式.本设计中采用部时钟方式.单片机部有一个反相放大器,XTAL1XTAL2分别为反相放大器的输入端和输出端,外接定时反应元件组成振荡器部时钟方式,产生时钟送至单片机部各元件.时钟频率越高,单片机限制器的限制节拍就越快,运算速度也就越快.一般来说单片机部有一个带反应的线性反相放大器,外界晶振或接瓷振荡器和电容就可组成振荡器,如图2-2所示.加电以后延时一段时间约10m§振荡器产生时钟,不受软件限制,图中Y1为晶振,震荡产生的时钟频率主要由Y1确定.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起微调作用,典型值为30pF.晶振电路的设计如图2-2所示

10、：图2-2晶振电路原理图2.2 数码显示管的选择数码显示管用来作为时间的显示输出,一般用7段数码显示管.本次设计中采用7段共阴数码显示管应用简单、可靠性高、本钱低,作为显示输出.连接时段选信号接在P0口的P0.0P0.6七个I/O口上,P1口是准双向I/O接口在输出驱动局部具有驱动4个TTL负载的水平,即输出电流不大于400仙A,所以在接电阻时选择接510Q限流电阻.而在位选方面采用单片机P2口的P2.0P2.2三个I/O口作为位选信号的输出口.软件详细设计3.1主程序的设计此程序的及时采用定时器T0和T1中断完成,其余状态循环调用显示子程序.系统主程序流程图如图3-1所示.(由印田井船二巾制

11、|-刑翔庭赤程中*避耳逆扫拈也小:t4J图3-1系统主程序流程图3.2 显示子程序的设计由于采用软件动态扫描实现数据显示,显示用十进制BCD码的数据对应段码存放在ROMft中.显示时,先取出70FH75H某一地址中的数据,然后查得对应的显示段码从P0口输出.P2口将对应的数码管选中,就能显示该地址单元的数据值.3.3 定时器T0、T1中断效劳程序的设计中断效劳程序流程图定时器T0用于响铃程序,定时器T1用于计时程序.当做题剩余5秒种时P3.6口不断取反使喇叭发出一定频率的声音,提示3-2所示.3.4 抢答处理程序的设计当有选手第一个按下抢答器按扭时数码管显示选手,开始倒计时,并锁定抢答.当在此

12、选手之后再有选手按下按扭时无效,数码管不变.四、附录源程序主程序局部和注解如下：OKEQU20版答开始标志位RINGEQU22H晌铃标志位ORG0000HAJMPMAINORG0003HAJMPINT0SUBORG000BHAJMPT0INTORG0013HAJMPINT1SUBORG001BHAJMPT1INTORG0040HMAIN:MOVR1,#30;初设抢答时间为30sMOVR2,#60初设做题时间为60sMOVTMOD,#11设置未定时器/模式1MOVTH0,#0F0HMOVTL0,#0FFH越高发声频率越高,越尖MOVTH1,#3CHMOVTL1,#0B0H;50m的一次溢出中断S

13、ETBEASETBET0SETBET1SETBEX0SETBEX1允许四个中断,T0/T1/INT0/INT1CLROKCLRRINGSETBTR1SETBTR0;显示子程序,及局部注解如下：DISPLAY:MOVDPTR,#DAT1;表显示程序,禾用P0口做段选码口输出/P2低三位做位选码输出,MOVA,R3MOVCA,A+DPTRMOVP2,#0feHMOVP0,AACALLDELAYMOVDPTR,#DAT2MOVA,R5MOVCA,A+DPTRMOVP0,AACALLDELAYMOVA,R4MOVCA,A+DPTRMOVP2,#0fbHMOVP0,AACALLDELAYRETDAT1:

14、DB00h,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,71H;"灭"1"2","3","4","5","6","7","8","9","灭","F"DAT2:DB3fh,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,71H第一个为零,其他与上相同,由于十位如果为零显示熄灭=TC溢出中断响铃程序尸=T0INT

15、:MOVTH0,#0ECHMOVTL0,#0FFHJNBRING,OUT;CPLP3.6;RING标志位为1时候P3.6口不断取反使喇叭发出一定频率的声音OUT:RETIT1溢出中断计时程序：T1INT:MOVTH1,#3CHMOVTL1,#0B0HINCR0RETIEND抢答器处理程序：TRUE1:ACALLBAR噬键发声MOVA,R2MOVR6,A抢答时间R2送R6MOVR3,#01HCLROK;由于做题的计时不再查询抢答,所以就锁了抢答AJMPCOUNTTRUE2:ACALLBARK;MOVA,R2MOVR6,AMOVR3,#02HCLROKAJMPCOUNTTRUE3:ACALLBARK;MOVA,R2MOVR6,AMOVR3,#03HCLROKAJMPCOUNTTRUE4:ACALLBARK;MOVA,R2