基于Multisim的路智力竞赛抢答器(完整资料)

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基于Multisim的路智力竞赛抢答器(完整资料）(可以直接使用，可编辑优秀版资料，欢迎下载）基于Muｌtｉsiｍ１0的4路抢答器-—《硬件实训》实验报告班级：组员：指导老师:时间：目录ＴＯＣ\o＂1—3"\u1.设计题目PＡＧEREF_Tｏｃ２３3822039\h12。课程设计目的PAGＥRＥＦ＿Toｃ２338２2039\ｈ13。设计内容和要求PＡＧEREＦ_Toc23３8220３９＼h14.基本设计原理ＰAGＥＲEF_Toｃ233８22039\h1５.总体设计框图ＰAGEREF_Toc2３3822０40\h16。单元电路设计方案和原理说明PAＧEＲＥF_Tｏｃ23382２０41\ｈ23。１抢答电路PAGERＥF_Toc233８22０４２\ｈ2３.2发光二极管显示电路ＰAGEＲＥＦ＿Tｏc2338２2043\h33．3主持人控制开关电路ＰＡGERＥF＿Ｔoc233822044\ｈ３3。4控制电路和秒脉冲产生电路PAＧＥRＥＦ_Tｏc23382204５\h53。５定时、译码、显示电路PAGEＲＥF＿Ｔｏc233８220４6＼h５3。6完整电路图PAGEREＦ_Toc２3382２047\ｈ67.元件清单PAＧＥREF＿Toc23382２04８\h７4.电路仿真PAGEREF＿Tｏc23３822049\ｈ10９.心得体会PAGERＥF_Ｔoc233８２2０4９\ｈ1０１0.参考文献PAGEREF＿Toc23３８２20５０\ｈ1１一、设计题目四路智力竞赛抢答器二、课程设计目的1、培养数字电路的设计能力。２、掌握抢答器电脑设计方法。三、设计内容和要求3。1设计内容⒈设计一个智力竞赛抢答器，可同时供4名选手或４个代表队参加比赛，他们的编号分别是1、2、3、4、５、6、7、4,各用一个抢答按钮,按钮的编号与选手的编号相对应，分别是S0、S1、S２、Ｓ3、S4、S5、Ｓ6、S7。⒉给节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零（编号显示数码管灭灯）和抢答的开始。⒊抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开始后，若有选手按动抢答按钮,编号立即锁存，相应选手的灯亮。封锁输入电路，禁止其他选手抢答。优先抢答选手的信号灯一直亮到主持人将系统清零为止。4．用中小规模集成电路组成智力竞赛抢答器电路,画出各单元电路图和总体逻辑框图,正确描述各单元功能,合理选用电路器件,画出完整的电路设计图以及写出设计总结报告。3。2设计要求⒈抢答器具有定时抢答的功能，且一次抢答的时间可以由主持人设定。当节目主持人启动“开始"键后，要求定时器立即减计时，并用显示器显示。⒉参赛选手在设定的时间内抢答，抢答有效,定时器停止工作，相应选手的灯亮，显示器上显示抢答时刻的时间，并保持到主持人将系统清零为止。⒊如果定时抢答的时间已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效,系统短暂报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答。四、基本设计原理4路智力竞赛抢答器，当有人按下按钮后，代表他这一组的发光二极管就亮了,同时,别组成员按下按钮时,则不会使自己这一组的灯亮。要想实现这个目的,我们可以用锁存器或者触发器来实现，因为它们都能存储一位二进制数字。主持人有一个开始键,当这个键按下时,才会使抢答器正常工作；当这个键弹起时，无论４个选手如何按按钮,他们各自所对的发光二极管都不会亮。这个开关我们可以用芯片上的清零端或者使能端来实现。当然，既然是抢答器,就会有时间限制，我们需要一个倒计时器，并且需要将时间显示,我们可以用相关的芯片实现这一功能，具体设计在下面的设计中会有详细的叙述.每次抢答完后,主持人都会将时间重新置数，这一功能也可以通过芯片上的相应端口来实现.总体设计框图它由主体电路和扩展电路两部分组成。主体电路完成基本的抢答功能，即开始抢答后，当选手按动抢答键时，能使代表该选手的发光二极管发光，同时能封锁输入电路，禁止其他选手抢答,扩展电路完成定时抢答的功能以及将时间显示出来.六、单元电路设计方案和原理说明智力抢答器包括抢答电路，发光二极管显示电路，主持人控制开关电路，控制电路，秒脉冲产生电路，定时、译码、显示电路。下面对各部分进行详细叙述。６.１抢答电路抢答电路的功能有两个：1、能分辨出选手按按钮的先后,并锁存优先抢答者的编号，供显示电路使用;２、使其他选手的按钮操作无效。抢答电路包括集成D触发器74LS３７4和4个开关。374为具有三态输出的四D边沿触发器,且是上跳沿触发的。当一个脉冲的上升沿到来时，输出Ｑ端的值为相应Ｄ端的值.OC端为使能端,低电平有效,当ＯＣ接高电平时,处于高阻状态，ＯＣ端接低电平时,芯片能够正常工作。4个D端接4个开关，开关另一端接高电平.CLK端接脉冲信号。下图即是抢答电路电路图.图为抢答电路6。2发光二极管显示电路发光二极管显示电路是由4个发光二极管组成,由于在仿真时要观察灯的亮与熄灭，所以用灯来代替一下。4个灯的一端分别接在74ＬS374的４个Q端,另一端分别接地。当Q端输出为高电平时，灯就会被点亮,否则就会熄灭。下图即为发光二极管显示电路。图为发光二极管显示电路6．3主持人控制开关电路主持人控制开关有很多作用,当这个开关弹起时,７4LS374将不工作,并且可以控制译码显示电路的清零和置数功能。我们先来介绍一下计数器７４ＬS１92的功能。下图为74LS１9２功能表。从以上两个图可知,CR端为清零端,当CＲ端为高电平时，输出为低电平；CＲ端为低电平时,芯片可以进行别的功能。在CR端为低电平的情况下，LD端为低电平时,输出为4个D端上的值,这就是我们所说的置数功能。在CR为低电平，LＤ为高电平的情况下，CPＵ接脉冲信号，CＰＤ接高电平,此时芯片处于加计数状态;CＰU接高电平,ＣPD接脉冲信号，此时芯片处于减计数状态;ＣPＵ和CＰＤ均接高电平,芯片处于保持的状态.基于对74LS１92的了解,我们可以将清零端和置数端作为主持人控制开关电路的一部分.我们将CR端和LD端分别接两个单刀双掷开关，开关一端接高电平，一端接低电平。下图即为主持人控制开关电路。6。4控制电路、报警电路和秒脉冲产生电路控制电路是由4个或门组成的。74LＳ3７4的４个输出端分别接在4个两输入或门的输入端上，每两组的输出有分别接在另一个或门的输出端，最后输出端和脉冲信号接在一个或门的输入端,输出端接在74LS374的脉冲输入端和74LS192的CPD端。当有一人按下了抢答开关后，所对应的Q端输出为高电平，经过几个或门后，最后输入74LS３74和74ＬS192的脉冲输入端的信号固定为高电平,则我们将脉冲信号锁住了,无论别的抢答开关按下与否，都不会影响结果.这就起到了控制电路的作用。报警电路中，使用灯来表示，当无人抢答时，指示灯亮.秒脉冲信号产生电路可以通过５5５定时器得以实现，但在此次设计中，我们为了简便，直接用方波电源来实现,将其周期改为1秒即可。下图为控制电路和秒脉冲产生电路电路图.6。5定时、译码、显示电路定时、译码、显示电路是由7４LS4４译码器,74LS19２计数器和七段数码管构成的。在仿真时我们用的是将译码器和七段数码管集成之后的一个数码管，这样可以使我们在仿真时稍微简单一些。我们将74ＬS192的四个输入端DCBA端分别接上高电平,低电平,低电平，高电平,则通过译码器在七段数码管上显示９，然后通过减计数，依次减一，当抢答按钮按下时，控制电路将会锁住脉冲信号,因此数码管应该显示当前数字不变.直至下一次抢答时,主持人通过置数重新将其置为９。下图为定时、译码、显示电路。６.6完整电路图元件清单十进制加减计数器74LS1９2×１D触发器74ＬS374×1电阻器包（RPACK1*４ＳＩＰ)×１开关DSWPK_4*1,ＴD＿SW1×3灯ＬAMP5v_１ｗ×９或门74HC３2D_4V×9示波器XSＣ1×1时钟电压源CLＯCK_VOLTAGＥ×1非门7404N×１数码管DＣD_HEＸ_YELLOW四、电路仿真1、当主持人开关电路的按钮弹起时,即使别的抢答按钮按下时，发光二极管也不会亮。下图是这种情况的仿真结果由上图可知,J１2弹起时,虽然J1中的开关3闭合，但是发光二极管仍然是熄灭的，这也证明了上文的结论。２、当主持人控制开关闭合时,如果有一组已经先将抢答开关按下后，其余的组再将抢答开关按下时，他们所对应的发光二极管也不会亮。在J１中的开关4先按下的情况下，虽然后面的开关１、6、7也按下了,但是也只有由开关4控制的灯X4亮，而别的灯都没有亮。这也就证明前文结论的正确。当开始正常抢答后，计数器开始倒计时，当无人抢答时,报警指示灯X9亮,数码管显示当前抢答剩余时间.４、当开始正常抢答后，计数器开始倒计时,当有人抢答后，数码管上应该显示当前的数字不变,直到主持人在下一个问题时将其重新置数.J1中开关5按下了，他所对应的灯Ｘ５也亮了，而此时数码管显示为5，并且不再变化了，这也证明了前文结论的正确。九、心得体会这一次的课程设计老师，没有限定我们用什么仿真软件,给了我们一定的空间。常用的仿真软件有三个，分别是pｅｓpicｅ，proteｌ和maｔｌab，这三个软件都各有利弊:pｅspice的仿真功能比ｐrotｅl强，proｔel主要是焊制电路板的,ｍａtｌab的画图功能很强悍(在做信号与系统实验里有深刻体验)。在这一次课程设计中,我选择Multiｓｉm仿真软件。对于Ｍuｌtisim仿真软件，在没用之前，我感觉很难。首先，这个软件是全英文的，大部分的专业词汇都是我们不认识的,这也增加了我们学习软件的难度，虽然它有汉化的，但很多重要的设置是无法汉化的，自己所需要用的全凭自学。因此,第一次接触它时说它不难那是假的。但是，当我们开始用它时，发现他并没有想象中的那么难，其实，我们只需要怎么画图和仿真就行了，至于别的，我们不需要怎么会用，以后有时间自己再学习就可以了。我到图书馆找了相关的书籍。经过一番努力地寻找，我终于找到了一本书。但是，回来一看，我发现这本书所讲的和我用的软件不是一个版本的。我想啊，虽然不是一个版本,但也应该差不多的,最起码基本功能应该一样。果然,和我想的一致。经过一段时间的摸索，我终于学会了画图.我做的题目是4路智力竞赛抢答器，经过一段时间的准备,我终于在软件上画出了相应的图，其中最麻烦的是不知如何接七段数码管,因为接上这个的话，在做仿真时就会出现问题，最后,我决定用四角的数码管来做仿真，这个四脚的是译码器和七段数码管集成的，因此连线方面倒省了我不少事。就这样，我做出了仿真.在此我要感谢老师的谆谆教导和同学们的帮助，我相信这十几天的不懈努力会给我未来的学习带来很多的启发，我会在以后的工作生活中更好的理论联系实际，证明自己的能力。十、参考文献[1］《电子技术基础》（数字部分)康华光主编高等教育出版社[2]《电子技术基础实验》(数字部分）祁存荣主编武汉理工大学出版社［3］《数字逻辑》欧阳星明主编华中科技大学出版社［4］《数字电子技术》张惠敏主编化学工业出版社［5］《74系列芯片手册》李海主编重庆大学出版社课程设计题目:基于ＰLＣ的抢答器设计姓名徐伟学号２01３03120０２4系（院）电子电气工程学院班级Ｐ1３电气二班指导教师贲艳波职称副教授2０1５年10月２４日引言可编程序控制器（PLC）是一种新型的通用的自动控制装置，它将传统的继电器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体,是功能加强、编程简单、使用方便以及体积小、重量轻、功耗低等一系列优点。近年来随着科技的飞速发展，ＰＬC的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。在实时检测和自动控制的ＰLC应用系统中，PLＣ往往是作为一个核心部件来使用,仅PLC方面知识是不够的,还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合,加以完善。PLC的应用领域已经拓宽到了各个领域，在日常生活中,智能抢答器广泛的应用于各种竞赛和抢答场合.越来越多的抢答器投入市场,可是大部分的抢答器主要采用的是单片机系统;而单片机系统由于稳定性不高，所以我们设想是否可以利用PLC进行抢答器的设计，所以我们小组针对此次毕业设计进行了软硬件的设计。基于此，我们采用了欧姆龙公司的ＰLＣ来实现智能抢答器控制系统的设计。一、可编程控制器的发展史1。1、可编程控制器的由来PLＣ早期主要应用于工业控制，但随着技术的发展，其应用领域正在不断扩大。可编程控制器（ＰrogrａmmabｌeLｏgｉcａlControｌler）简称PＣ或PLC，是60年代末发明的工业控制器件，是美国数字公司（ＤEC）为美国通用公司（GＭ）研制开发并成功应用于汽车生产线上,可编程控制器自此诞生.随着计算机技术的飞速发展，PLＣ软硬件水平与规模也发生了质与量的变化，其控制技术也朝着智能化方向不断发展，同时推动了先进制造技术的相应发展。现代PLC已经成为真正的工业控制设备.1。２、可控制编程器的发展虽然ＰＬＣ问世时间不长，但是随着微处理器的出现,大规模、超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通讯技术的不断进步,ＰLＣ也迅速发展，其发展过程大致可分三个阶段：１．早期的ＰLC（60年代末—70年代中期)早期的PLC一般称为可编程逻辑控制器。这时的PLＣ多少有点继电器控制装置的替代物的含义，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制、定时等.它在硬件上以准计算机的形式出现，在I／O接口电路上作了改进以适应工业控制现场的要求.装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路，存储器采用磁芯存储器。另外还采取了一些措施，以提高其抗干扰的能力。在软件编程上，采用广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式—梯形图。因此，早期的PLC的性能要优于继电器控制装置，其优点包括简单易懂，便于安装,体积小,能耗低，有故障指使,能重复使用等。其中PLＣ特有的编程语言—梯形图一直沿用至今.２．中期的PLC（70年代中期-80年代中后期）在7０年代微处理器的出现使PLC发生了巨大的变化。美国，日本,德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为ＰLＣ的中央处理单元(CPＵ)。这样，使PLＣ得功能大大增强。在软件方面，除了保持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。在硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外,还增加了模拟量模块、远程I/O模块、各种特殊功能模块。并扩大了存储器的容量,使各种逻辑线圈的数量增加,还提供了一定数量的数据寄存器,使PLC得应用范围得以扩大。３.近期的PＬＣ(80年代中后期至今）进入8０年代中、后期,由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价格大幅度下跌,使得各种类型的ＰLＣ所采用的微处理器的当次普遍提高。而且,为了进一步提高PLC的处理速度，各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。这样使得PＬC软、硬件功能发生了巨大变化。1．3、可编程控制器的应用自１969年第一台可控编程控制器问世以来，目前可编程控制器已经成为一种最重要、最普及、应用场合最多的工业控制器。PＬC所以被广泛应用,是由它的突出特点和优点的性能分不开的，为了满足工业生产对工业控制设备安全可靠的要求，PＬC采用了微电子技术，大量的开关动作由无触电的的半导体电路来完成，PLＣ选用的电子器件一般是工业机,有的甚至是军用机,平均无故障时间很长。PLＣ具有良好的环境适应性，可用于十分恶劣的工业现场。再电源瞬间断电的情况下仍可以正常工作,具有很强的的抗空间电磁干扰能力,可以抗峰值高达100０V、脉宽1０us的矩形波空间电磁干扰,具有良好的抗震能力和抗冲击能力。一般对环境温度要求不高，在环境温度-20-65度、相对湿度为３5%－８5％情况下仍可正常工作.二．可编程控制器的主要原理和组成2.1、可编程控制器的主要原理CPU连续执行用户程序、任务的循环序列称为扫描，CPＵ的扫描周期包括读输入、执行程序、处理通信请求、执行CPU自诊断测试及写输出等内容。PLＣ可被看成是在系统软件支持下的一种扫描设备.它一直周而复始地循环扫描并执行由系统软件规定好的任务.用户程序只是扫描周期的一个组成部分，用户程序不运行时，PＬC也在扫描，只不过在一个周期中去除了用户程序和读输入、写输出这几部分内容。典型的PＬC在一个周期中可完成以下５个扫描过程。1。自诊断测试扫描过程。为保证设备的可靠性,及时反应所出现的故障,ＰLC都具有自监视功能。自监视功能主要由时间监视器完成.WDT是一个硬件定时器，每一个扫描周期开始前都被复位.WDT的定时可由用户修改,一般在10０~20０ms之间。其它的执行结果错误可由程序设计者通过标志位进行处理。２.与网络进行通信的扫描过程。一般小型系统没有这一扫描过程，配有网络的ＰLC系统才有通信扫描过程,这一过程用于PＬC之间及PＬC与上位计算机或终端设备之间的通信。3.用户程序扫描过程。机器处于正常运行状态下，每一扫描周期内部包换扫描过程.该过程在机器运行中是可控的，即用户可以通过软件进行设定。用户程序的长短,会影响过程所用的时间。2。2、可编程控制器的组成部分PＬＣ与通用计算机没有什么区别,只是一台增强了I/O功能的可与控制对象方便连接的计算机。其完成控制的实质是按一定算法进行Ｉ／Ｏ变换,并将这个变换物理实现,应用于工业现场。１.输入寄存器输入寄存器可按位进行寻址,每一位对应一个开关量,其值反映了开关量的状态,其值的改变由输入开关量驱动，并保持一个扫描周期。CＰU可以读其值，但不可以写或进行修改。2。输出寄存器输出寄存器的每一位都表明了PLＣ在下一个时间段的输出值，而程序循环执行开始时的输出寄存器的值,表明的是上一时间段的真实输出值.在程序执行过程中，CＰU可以读其值,并作为条件参加控制,还可以修改其值,而中间的变换仅仅影响寄存器的值.只有程序执行到一个循环的尾部时的值才影响下一时间段的输出,即只有最后的修改才对输出接点的真实值产生影响。３.存储器存储器分为系统存储器和用户存储器。系统存储器存储的是系统程序，它是由厂家开发固化好了的，用户不能更改，PLC要在系统程序的管理下运行。用户存储器中存放的是用户程序和运行所需要的资源，Ｉ／O寄存器的值作为条件决定着存储器中的程序如何被执行，从而完成复杂的控制功能。4.CPU单元CPU单元控制着Ｉ/O寄存器的读、写时序,以及对存储器单元中程序的解释执行工作,是ＰＬC的大脑。5。其它接口单元其它接口单元用于提供PＬＣ与其它设备和模块进行连接通信的物理条件。三、智能抢答器的电路设计3.1、设计方案和思路（1）PLC抢答器的控制要求：一、在主持人按下抢答按钮之前，选手提前抢答则选手桌上的指示灯1或者２闪烁4秒，然后熄灭二、在主持人按下抢答按钮之后１５秒钟之内,选手未抢答则主持人桌上的指示灯灭，宣布抢答无效.三、主持人按下抢答按钮以后，其中一个选手先抢答，其桌上的指示灯亮,另一个选手不能抢答桌上的指示灯不亮。四、选手抢答后必须在40秒钟之内回答完毕，如果在40秒钟内未回答完毕则其桌上的指示灯灭，主持人桌上的指示灯亮，1５秒后自动熄灭。五、每一次抢答之前主持人按下复位开关，使得各选手桌上的指示灯处于熄灭状态。六、选手回答正确以后,主持人按下加分按钮，则其对应的选手组计分灯亮一个，回答错误，按下减分按钮，则对应的选手组计分灯灭一个.主持人按下复位按钮以后，加减分指示灯不变化。基于以上控制要求，我们小组讨论采用以欧姆龙公司的ＰＬＣ为主要控制器.图２—2既是我们的控制流程图。（２)硬件设计方案，即Ｉ/O配线图输入设备：S1抢答启动按钮00000S2１号抢答按钮００0０１S３2号抢答按钮00002S41号加分按钮00003S５1号抢答按钮00004S62号加分按钮０00０５S７2号减分按钮0０00６S8复位按钮０0007输出设备:HＬ１01０00HＬ２０1001/01００2HL３010０3／01004HL401005ＨL501006HＬ601007ＨＬ７01100ＨL80１10１HL9０1102HL100110３HL11０11043.２、软件编程及上机调试过程根据以上设计的I／O配线图,我们用欧姆龙的软件进行的编程。主要采用了欧姆龙的编程软件进行了程序设计,主要加入了时间、计数的程序,其程序见附录一；在小组的智能抢答器设计过程中,在我们的硬件完成制作以后，我们把程序传入PLC，进行软件调试过程中发现了一下问题：（1)调试过程中发现硬件与ＰLC接线的时候,输入点和输出点的接线出现了无响应的现象,经过我们小组对硬件的检查，以及查询各方面的资料,最终我们发现时在输入点介入的时候，其公共端的电源接线上出现了差错。经过调试,最后达到了预期的要求。(2）在小组的硬件设计完成以后，我们把程序传入PＬC中,进行上机调试。发现在不同的时间段,各个信号灯的状态如下图所示:序号10秒后20秒后30秒后HＬ1正常正常闪动HL2正常正常闪动HＬ3正常正常闪动HL4正常正常闪动HL5正常正常闪动HL６正常正常闪动HL7正常正常闪动ＨL8正常正常闪动HL9正常正常闪动HL10正常正常闪动HL11正常正常闪动经过小组的讨论，我们最后找到问题的解决方案,经过一段时间的调试，恢复了正常。３.3、本次设计在实际中的应用基于普通的抢答器，其准确性总是无法满足现实生活的需求,总是会出现抢答失误的现象,出现抢拍的现象，针对这种现状，我们小组讨论设计了一个智能抢答器控制系统，它的设计可以应用在比较正式的场合，对于设计的准确性进行了调试运行,我们采用了欧姆龙公司的PLC进行控制,编程简单，控制灵活成了本次设计的亮点，可以不断地改进设计的性能。为此，在社会中很受欢迎，而且还可以作为教师的实物教学过程。总之，对于本次设计的完成，有利于控制以后抢答器的发展导向，会向着更优化的发展方向前进。结论在这次设计的制作过程中,我们小组的成员不断的设计制作方案,经过多次讨论表决，最后制定出一个实际运行的计划,并把本次设计分为了四个设计阶段:第一阶段:我们收集相关的资料，把在制作过程中所需要的原件，进行统一整理，以备下一阶段的采购;第二阶段:针对以上的材料准备，我们分工明细,一起购买在设计中所需要的物件。第三阶段：在所有的物件都准备齐全以后,我们开始了水箱液位系统的制作过程,我们在陈娜老师的指导下，不断的发现问题，解决问题。最终基本完成了制作任务；第四阶段：我们整理了与制作相关的资料，对本次制作过程中花费进行了清算,最后全身心的去写作毕业论文。在本次设计过程中，我们学会了把理论上的知识和实际生活的需求进行了合理的融合，不断的把我们的好的想法和观点,实施于制作过程中。创新源于实际，我们真正的学会了学习，学会了适应社会的发展。老师的悉心指导，让我们从中学到了好多的知识.是我们在书本上无法学到的.附录一：青岛滨海学院毕业设计评阅、评审意见表专业：楼宇智能化工程技术学生姓名：王海峰题目:PLＣ二路抢答器指导教师评语：成绩：指导教师（签字):年月日答辩委员会（或答辩小组）评审意见:成绩:组长（签字）：年月日课程设计报告课程名称：单片机课程设计报告题目：8位竞赛抢答器的设计学生姓名：所在学院：信息科学与工程学院专业班级：学生学号：指导教师:2０13年1２月２5日课程设计任务书报告题目8位竞赛抢答器的设计完成时间12．15-1２．29学生姓名专业班级指导教师职称讲师总体设计要求和技术要点设计一个数字式电容测量仪电路,要求如下：以单片机为核心,设计一个8位竞赛抢答器:同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮Ｓ0~S7表示。设置一个系统清除和抢答控制开关S,开关由主持人控制.抢答器具有锁存与显示功能。即选手按按钮，锁存相应的编号,并在优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止.当主持人启动“开始”键后,定时器进行减计时，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续的时间为0。5s左右.参赛选手在设定的时间内进行抢答,抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间,并保持到主持人将系统清除为止。如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答,定时显示器上显示０0工作内容及时间进度安排第17周:周一、周二:选题,明确任务，指导教师对课题进行讲解，资料检索周三：硬件设计,硬件仿真周四、周五：软件设计第１8周：周一:综合调试周二、周三、周四：书写课程设计报告周五：答辩评分课程设计成果1．与设计内容对应的软件程序2．课程设计总结报告摘要抢答器作为一种工具，已广泛应用于各种智力和知识竞赛场合。但抢答器的使用频率较低，且有的要么制作复杂，要么可靠性低.作为一个单位，如果专门购一台抢答器虽然在经济上可以承受,但每年使用的次数极少,往往因长期存放使(电子器件的)抢答器损坏，再购置的麻烦和及时性就会影响活动的开展，因此设计了本抢答器.本设计是以八路抢答为基本理念。考虑到依需设定限时回答的功能,利用AT89Ｃ5２单片机及外围接口实现的抢答系统，利用单片机的定时器/计数器定时和记数的原理,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。用开关做键盘输出，扬声器发生提示。同时系统能够实现：在抢答中,只有开始后抢答才有效，如果在开始抢答前抢答为无效；抢答限定时间和回答问题的时间可在1—30s设定；可以显示是哪位选手有效抢答，正确按键后有5s的音乐提示(即扬声器发出响声)；抢答时间和回答问题时间倒记时显示,满时后系统计时自动复位及主控强制复位；按键锁定，在有效状态下，按键无效非法。关键词:8９ｃ52；电路;显示；按键目录一、概述…………１二、方案设计………………1三、硬件电路设计…………21、抢答器的电路框图…………22、单元电路………………32。１、抢答器电路………………………32．2、时序控制电路……………………３２．3、复位电路…………33、时钟震荡电路………………34、报警电路…………………3四、软件设计………………41、系统主程序…………42、系统程序…………5五、结论与心得………………………10六、参考文献……………………1０一、概述本实验电路由抢答电路、译码显示电路、主持人控制电路、定时电路、报警电路组成.通过复位按键ＦＷ,电路进入准备就绪状态。将抢答时间设定在30S，然后按下开始键开始抢答.，在电路中“Ｓ0－S7”为8路抢答器的８个按键，当有键按下，程序锁定信号，从P2口输出抢答者号码的七段码值，送到数码管显示,并封锁按键，保持刚才按键按下时刻的时间，禁止其他人按键的输入,从而实现了抢答的功能。当设定的抢答时间结束，仍然没有抢答键被按下,则产生已经超时的报警信号,结束抢答。当要进行下一次的抢答时,首先按一下复位按键，电路复位.该设计是以MCS51为基础，结合单片机汇编语言知识，设计而成的８位竞赛抢答器。在伟福试验箱上实现仿真.主持人按下“开始抢答键"既单脉冲键后,喇叭响0。5秒给出提示信号，并立刻进入抢答倒计时（预设30秒抢答时间)此时，数码显示管上显示倒计时时间：有选手抢答,停止计时，八段数码显示抢答时间和选手号;无选手抢答，倒计时３0秒后，显示0０。然后选手等待主持人按下按钮开始新一轮抢答。注意：（１)由于设计的局限性,如果在无人抢答期间，30秒还未到,主持人不能按下重新下一轮抢答按钮。(2）由于试验箱上按钮数量有限,故选用开关代替按钮，供８位选手抢答使用。鉴于开关与按钮动作过程的差异,所以每次当选手抢答，拨下开关时必须将开关复位。(3）当系统出现错误的时候,停止操作，重新编译开始。二、方案设计方案:该系统采用51系列单片机AＴ８9C５1作为控制核心,该系统可以完成运算控制、信号识别以及显示功能的实现.由于用了单片机，使其技术比较成熟，应用起来方便、简单并且单片机周围的辅助电路也比较少,便于控制和实现。整个系统具有极其灵活的可编程性,能方便地对系统进行功能的扩张和更改.MＣS－51单片机特点如下：〈1＞可靠性好:单片机按照工业控制要求设计,抵抗工业噪声干扰优于一般的CＰU，程序指令和数据都可以写在ROM里，许多信号通道都在同一芯片，因此可靠性高，易扩充。<2〉单片机有一般电脑所必须的器件.＜3>控制功能强：单片机指令除了输入输出指令，逻辑判断指令外还有更丰富的条件分支跳跃指令.三、硬件电路设计1、抢答器的电路框图

如图3。1。１所示为电路框图。其工作原理为：接通电源后,主持人按下开关即为“开始”状态，宣布“开始”抢答器工作。编号显示器灭灯，定时器显示设定时间。定时器倒计时，扬声器给出5s声响提示。选手在定时时间内抢答时,抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示。当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。如果再次抢答必须由主持人再次操作＂开始、停止”状态按键。抢答按扭抢答按扭优先编码电路锁存器译码电路译码显示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图3.1。1电路框图2、单元电路3。2。1、抢答器电路该电路完成两个功能：一是判断出选手按键的先后,并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号；二是禁止其他选手按键操作无效。如有再次抢答需由主持人将Ｓ开关重新置，“清除"然后再进行下一次抢答。3.２。２、时序控制电路时序控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下功能：a．主持人将控制开关拨到"开始”位置时，扬声器发声，抢答电路和定时电路进人正常抢答工作状态。ｂ。当参赛选手按动抢答键时,扬声器发声,抢答电路和定时电路停止工作。3．2．3、复位电路设计外部中断和内部中断并存，单片机硬件复位端，只要持续4个机器周期的高电平即可实现复位,硬件复位后的各状态可知寄存器以及存储器的值都恢复到了初始值,因为本设计中功能中有倒计时时间的记忆功能，所以不能对单片机进行硬件复位,只能用软件复位，软件复位实际上就是当程序执行完之后，将程序通过一条跳转指令让它完成复位。3、时钟震荡电路时钟震荡电路单片机必须在89Ｃ52驱动下才能工作，在单片机内部有一个时钟震荡电路,只需要外接一个振荡器就能产生一定的时钟信号送到单片机内部的各个单元。4、报警电路报警电路用于报警,当遇到报警信号时，发出警报。8952动喇叭的信号为各种频率的脉冲。因此,最简单的喇叭驱动方式就是利用达林顿晶体管，或者以两个常用的小晶体管连接成达林顿架势。在右图中电阻R为限流电阻，在此利用晶体管的高电流增益,以达到电路快速饱和的目的。不过，如果要由Ｐ0输出到此电路，还需要连接一个10K的上拉电阻.图3硬件电路图四、软件设计１、系统主程序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，主持人发布抢答命令按下ｓ１按键,程序开始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。当在扫描到有人按下了答题键,马上关闭T0、调用显示程序、封锁键盘。以单片机为核心,设计一个8位竞赛抢答器:同时供８名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮S０~S７表示.设置一个系统清除和抢答控制开关Ｓ,开关由主持人控制。抢答器具有锁存与显示功能。即选手按按钮，锁存相应的编号,并在优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。当主持人启动“开始”键后，定时器进行减计时,同时扬声器发出短暂的声响，声响持续的时间为0.5s左右。参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效,定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止.如果定时时间已到,无人抢答，本次抢答无效,系统报警并禁止抢答,定时显示器上显示00。主程序主程序设置抢答时间和回答问题时间定时器及并行口初始化将时间计数器及启动标志值1开中断采并行口数据为0吗？启动标志=1吗？判断抢答组号将抢答组发光二极管点亮判断哪一组为抢答组将抢答组号送显示抢答时间到了吗？输出响铃信号提示超时NYNYYYN抢答时间到了吗？继续抢答比赛吗？系统返回NYYYNYN图4．1主程序方框图２、系统程序＃inclｕｄe〈reｇ５2．h〉＃defiｎｅuintunsｉgｎeｄint＃deｆineucharuｎｓｉgnedcharsbits１=Ｐ3^0;ｓbitwe=P３^６；ｕｃhａrh[］={0xe0，0xd０，0xｂ０,0ｘ7０}；uchａrｃｏｄetable[］=｛０xc0，０ｘf9，0xa４，０xb0,0ｘ99,0x９2，0x82，０xｆ8,0ｘ80，０x90，0xff}；uchａrnum,cｏuｎt;uchａra＝０，ｃ=0，t，bb=0,ｔ1；voiｄｄｅｌay(uintz）｛uintx，y；for（x=110；x〉0；x－—)for（ｙ=ｚ；y〉0;ｙ－-)；｝ｖｏidwrite_ｓx(）{P2=0xdｆ；P0=0ｘ０８；P2=0ｘ00;P0=0xff；Ｐ２=0xff；P0=taｂle［t1]；P2=0ｘ0０；P0=0ｘ0０；ｄeｌay（５）;P2=0ｘdf；P0=0x40；Ｐ２=０x０0;P0=0xff；P2=0xｆｆ；P０＝ｔaｂｌe［(t／1０)％10］;P2=0ｘ０0；Ｐ0=0x00;dｅｌaｙ（５）；P2=0ｘdf;Ｐ0＝0x８0;P2=0x0０；Ｐ0=0xｆｆ；P2=0xff；Ｐ0=ｔablｅ[ｔ%10］；P２＝0x０0；P0＝０ｘ００;ｄeｌａｙ(5）;}voｉdinｉt(){P2=０ｘｂf；P0=0xbｆ;TＭOD=０ｘ0１;TH0=(65536-5０000）/256；TL0＝(6５536-5０000)％２56;EA=0；ET0=１;TＲ0=1；}vｏｉdkeysｃａn(){we=0;iｆ(s1＝＝0）｛ｄelay（5);iｆ（ｓ1＝=0){wｈile（!ｓ1）;ＥA＝1；P2=0xbｆ；P0=０ｘff；t＝３0；a=１;ｔ1=1０；ｃ=0；}｝ｉf（c==0）｛P3＝0xfd;nｕm=P3；nｕm=num＆0xf0；if（nｕｍ！=0ｘf0)｛delaｙ（５);if（num！=０xｆ0){while（P3！=0xfd）;c=1;EA=0;iｆ(ｎum==h[3］)t１=1；ｉf（ｎum==h［2]）t1=２；ｉf（ｎuｍ==ｈ［1］）t１＝3;if（num=＝h[0］)t1＝４;}｝P3=０ｘfｂ；num=P3；nuｍ=num&0xｆ0;iｆ(nｕm!=0xf0)｛ｄelaｙ（5）;if（nuｍ!=０xf0)｛ｗhile（P3！=0ｘfb);c=1；ＥA＝0;iｆ（num=＝h［３］)t1＝5；if（num=＝ｈ［２]）t１=6；if（num=＝h[1]）t1＝７;if（ｎｕm＝=h［0]）t１=８;｝}｝｝voｉdmain（)｛inｉt(）;wｈile（1)｛keyscan(）；if((a＝=１)&＆((t〉０）＆＆（t〈＝３0)))｛ｗriｔe_sｘ(）；｝iｆ（t==0）｛EA=0；t=0;t１=１0;｝}｝ｖoidtimer０（）iｎteｒrｕpt1｛ＴH０＝(65536—５0000）/25６；TL0＝(65５36-５００0０）％256；count++；if(couｎt==10){P2＝０ｘbf；P0=0xbf；｝if(ｃｏuｎt==20){count＝0；ｔ－-；}｝五、结论与心得通过这次课程设计,我深刻的认识到自己在许多方面的不足。通过编程，我学会了如何独立的写出程序，提高了自己的分析解决问题的能力，并且使自己所学的知识与实践相结合，应用到实践当中。在刚开始的时候无从下手，感觉有些茫然,但同学和老师给予我很大的帮助，每当设计过程中遇到困难时,老师都会细心的教导我，耐心的为我讲解，同学也热心帮助我，为我排忧解难，让我深深的体会到了团队的力量和重要性。通过设计,我也学到了很多书本上没有的知识。在设计当中遇到了很多问题，但通过查找资料，克服了这些问题，提高了自己在实际当中解决问题的能力。在此我感谢学校给了我们的这次实践机会。在这里为奔波劳累在这次设计中老师便是感谢，老师们不辞劳苦,不在乎身体的不适认真为我们讲解并为我们知道实际操作过程中的问题。让我们一步一步有序完成此次课程设计。在这里对我们的廖老师、曹老师说声谢谢，谢谢你们，你们辛苦了！也祝你们身体健康工作顺利六、参考文献［１］张毅刚。《单片机原理及应用》.高等教育出版社,20０９［2］谭浩强.《C程序设计教程》.清华大学出版社［3］周兴华．《单片机C程序设计》.北京航空航天大学出版社教师评语及设计成绩教师评语:课程设计成绩：指导教师:(签名）日期：年月日电子设计与制作课程设计班级：通信工程姓名：学号:指导教师：设计时间：成绩：评语：电子设计与制作实习报告实习目的此次电子设计实习主要为大学四年的专业课起承接作用，完成此次设计有三部分目的。首先对大学两年来所学的有关电子设计方面专业课进行巩固,将所学的理论知识应用到实践中来，理论联系实际，进一步加深对已学相关专业知识的认识。其次，通过此次电子设计，熟悉并掌握电子设计电路的一般设计方法，熟悉电子元器件的表示、参数及封装样式。在设计出租车里程计价表电路过程中,进一步系统地掌握相关专业知识及元件作用，学习利用相关软件进行电子线路的调试，掌握电子电路的仿真及应用仿真软件.最后,通过此次实习，加强对本专业的了解，通过设计,培养同学们的动手能力,从而为以后学习更加高深的专业知识打好基础.实习时间实习内容及过程设计题目出租汽车里程计价表设计与仿真设计目的掌握出租汽车里程计价表的设计与仿真；熟悉同步十进制系数乘法计数器芯片的工作原理和使用方法；掌握计数器、寄存器和译码器及显示电路的原理和使用方法。设计要求设计出租汽车里程计价表电路；选用中小规模集成器件；具有在线仿真及显示电路.出租车计费器原理框图出租车计价器根据乘客乘坐时汽车行驶路程的多少计价，并在行驶过程中同步显示车费.从起步价3元开始,汽车里程未满1。5公里时,均按起步价计算。超过１。５公里，则在起步价基础上按每0。1公里加０．２元计算.路程和计费可通过十进制加法计数器实现。要设计一个精度为0.１公里，计费范围为9９．9元的计费器，则需有6个数码管，前三个用来显示路程，后三个用来显示计价。起价（Ｘ．Ｘ元）可以通过计数器的置数端进行数据预置。这里行车里程用脉冲信号代替，每来一个脉冲代表0．１公里路程。出租车计费器主要由路程计数电路、比较器电路、计费电路、显示电路和时钟脉冲信号源等组成，其原理框图如图：图一出租车计价器设计原理框图出租汽车里程