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1、智力竞赛抢答器的设计姓 名： 学号：单 位： 专业： 指导老师： 职称：摘 要：本文介绍了以单片机80C51为核心芯片的智力竞赛抢答器的设计。利用Keil C51平台编译程序，在Proteus中搭建硬件模型，配合编译好的软件，进行仿真调试。在Protel中绘制PCB图，进行硬件制作，并调试成功。最终实现的智力竞赛抢答器性能优良，操作简单，实用性强。 关键词：抢答器；80C51；程序控制; Proteus仿真The Design and Realization of Four-way Answering DeviceAbstract: The design of answering device
2、 of which the core chip is the microcontroller 80C51 is introduced in this article. Procedures are compiled by using Keil C51, hardware model built in Proteus,and the simulation debugged compiled with the software completed. The PCB chart is drew up in Protel, carring on the hardware manufacture and
3、 debuging successfully. The final answering device has good performance , simple operating mode and wide range of practical use.Key Words: Answer devices; 80C51; Procedures control;Proteus simulation引言随着现代电子电路的快速发展，以及电子行业对现有电子工程技术的不断需求，特别是对实际操作实践的电子人才的需求越来越多，所以加强学生动手能力、重视实践应该是电子发展需求的必然趋向。实践动手能力的培养是一
4、种综合能力，这种能力当然是在一定难度的前提下完成的，通过一定数量的实践才能逐步形成的1。因此在培养实践能力的同时，要通过实践来不断的发现问题和解决问题的途径和方法，从而提高实践能力。近年来，随着单片机档次的不断提高，功能的不断完善，其应用日趋成熟、应用领域日趋扩大，特别是工业测控、尖端武器和日用家电等领域更是因为有了单片机而生辉增色。单片机应用技术已成为一项新的工程应用技术。1.概述1.1主要技术指标本设计需要抢答器实现以下四个性能:(1)4名选手编号为：1，2，3，4。各有一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号对应，也分别为1，2，3，4。(2)给主持人设置一个控制按钮，用来控制系统清零和抢答
5、的开始。(3)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，该选手编号立即锁存，并在抢答显示器上显示该编号，同时扬声器给出音响提示，封锁输入电路，禁止其他选手抢答2。抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。(4)抢答器具有定时（9秒）抢答的功能。当主持人按下开始按钮后，定时器开始倒计时，定时显示器显示倒计时间，若无人抢答，倒计时结束时，扬声器响，音响持续1秒。参赛选手在设定时间（9秒）内抢答有效，抢答成功，扬声器响，音响持续1秒，同时定时器停止倒计时，抢答显示器上显示选手的编号，并保持到主持人将系统清零为止。1.2方案论证在抢答器设计的过程中通常有以下两套方案：方案一
6、：四路抢答器可以利用硬件电子元器件实现，系统各部分采用中小规模集成数字电路，用机械开关按钮作为控制开关，完成抢答输入信号的触发。该方案的特点是中小型规模集成电路应用技术成熟，性能可靠，能方便地完成选手抢答的基本功能，但电路结构复杂，调试困难，涉及外围元件多，并且制作工序比较繁琐，不便与安装，给实际操作带来很大麻烦3。方案二：该系统采用MCS-51系列单片机80C51作为控制核心，该系统可以完成所存功能、显示和音响等功能的实现。利用单片机程序判断选手按键是否有效 ，并且给出相应延时，选手按正常操作抢答，软件倒计时，利用80C51移位寄存7端数码管，实现倒计时显示时间。由于用了单片机使其技术比较成
7、熟，应用起来方便、简单并且单片机周围的辅助电路比较少，便于控制与实现4。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。方案一中的抢答器由抢答电路、定时电路、报警电路、时序控制电路四个电路组成。扩展电路是由时钟脉冲信号产生电路、译码电路、显示电路等组成，它的功能很齐全，设计的电路也很稳定，但是它的造价却很高，仅仅集成电路它就用了四个。而方案二采用单片机，可靠性好，结构简单，具有显示功能、音响功能等5。该系统不仅能够实现方案一中抢答器的功全部能，而且经济实用，因此本设计选用方案一来实现抢答器的设计。 1.3本设计思路 四路抢答器抢答过程如图1所示。第一选手第三选手第二选手第四
8、选手主持人宣布抢答数码管显示抢答组数，并发出1S钟的声音数码管清零开始下一轮抢答主持人按下复位开关 图1 四路抢答器抢答过程图2.总体设计选手按键电路控制电路音响电路数码管显示电路清零按键电路 图2 设计电路方框图本系统采用单片机作为整个控制核心。设计方框图如图2所示，控制系统的四个模块为：显示模块、存储模块、语音模块、抢答开关模块。该系统通过开关电路四个按键输入抢答信号；利用一个数码管来完成显示功能；用按键来让选手进行抢答，在数码管上显示哪一组先答题的，从而实现整个抢答过程6。在知识比赛中， 特别是做抢答题目的时候， 在抢答过程中，为了知道哪一组或哪一位选手先答题，必须要设计一个系统来完成这
9、个任务。如果在抢答中，靠视觉是很难判断出哪组先答题。图3 智力抢答器原理图电路原理图如图3所示。S1、S2、S3、S4 为四个抢答开关， 通过74LS21连接P3.2 ，P3.2为四路抢答信号输入端。抢答信号为低电平有效，当有一个按钮按下，对应的端口向单片机输入一个抢答信号让其处理。 S5为复位开关，也为低电平有效，为手动复位电路。信号输入为 P2.2 端口。 P2.0 连接了一个扬声器，其作用是在抢答后输出一定频率的方波，让扬声器的电平不断取反来驱动蜂鸣器发出声音，同时用一个大功率扬声器，来得到较大功率的声音。 P1.0-P1.6 七个端口用来输出段码数据，后面连接了一个七段数码管，当选手抢
10、答成功后，会显示抢答选手所在的组数，同时伴有1秒钟的声音提示。 抢答开始前，先给机器上电，各选手准备开始抢答。当主持人按下开关时，各选手开始抢答，数码管显示第一个按抢答按键的选手所在的组数，并且产生1秒钟的蜂鸣声，以表示抢答成功7。当主持人按下“主持人按键”时，数码管清零，各选手准备开始第二轮抢答，以此往复。 3.硬件设计3.1晶振电路在80C51单片机内部有 一振荡电路，只要在单片机的XTAL1和XTAL2引脚外接石英晶体就构成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟脉冲信号。晶振电路如图4所示电容器C1和C2的作用是稳定频率和快速起振，电容值为30pF。晶振CYS的振荡频率为12MHz8。 图4
11、 晶振电路3.2复位电路当在80C51单片机的RST引脚引入高电平并保持两个 机器周期时，单片机内部就执行复位操作（若该引脚持续保持高电平，单片机 处于循环复位状态）9。 图5 复位电路上电复位要求接通电源后，单片机自动实现复位操作。常见的上电复位电路如图5所示。上电瞬间RST引脚获得高电平，随着电容C3的充电，RST引脚的高电平将逐渐下降。RST引脚的高电平只要保持足够的时间（两个机器周期），单片机就可以进行复位操作10。我们用的电阻和电容参数为：C3为10uf，R18为8.2千欧。单片机的复位操作使单片机进入初始化状态。初始化后，程序计数器PC=0000H，所以程序从0000H地址单元开始
12、执行。单片机启动后，片内RAM为随机值，运行中的复位操作不改变片内RAM的内容。特殊功能寄存器复位后的状态是确定的。P0-P3为FFH,SP为07H,SBUF不定,IP、IE和PCON的有效位为0，其余的特殊功能寄存器的状态为00H11。3.3控制电路及显示电路图6 控制电路及显示电路原理图控制电路及显示电路如图6所示。电路有五个按键开关S1、S2、S3、S4分别代表四名选手，当选手按键时数码管显示选手编号蜂鸣器发出声音提示，并且输入电路锁存，是其他选手的按键无效。S5为主持人按键，当主持人按键时，倒计时开始，选手开始抢答，再按数据清零开始下一轮抢答。单片机80C51为该电路的控制核心，以电阻
13、、开关、74LS21、数码管和蜂鸣器组成周围电路，利用单片机的软件编程来控制锁存功能、数码管显示、蜂鸣器报警等功能的实现12。4.软件设计抢答器流程图如图7所示。主持人宣布抢答开始控制电路判断有无按键按下并做出相应电路显示，当有选手按下按键是数码管显示组号并且蜂鸣器报警1秒钟抢答成功。主持人按下按键电路清零，进入下一轮抢答。抢答开始数码管显示零判断有键按下 N Y 关闭中断（EA=0）,并使数码管清零继续等待主持人按下键键盘扫描，获取组数显示对应组数进入中断服务程序，产生1S声音等待主持人是否按下键图7四路抢答器流程图5.制作与调试5.1程序调试与电路仿真打开keil软件操作页面，点击file
14、菜单下的new新建开始编程程序，程序编完后点击菜单内的保存菜单选择要保存到的文件夹以便以后查找。应用protel和proteus软件分别进行电路原理图的绘制布线和仿真，布线图如图8所示，仿真图见附录1。软硬件联合仿真系统由一个硬件执行环境和一个软件执行环境组成，通常软件环境和硬件环境都有自己的除错和控制界面，Keil与Proteus的整合调试可以实现系统的总调，在该系统中，Keil作为软件调试界面，Proteus作为硬件仿真和调试界面13。利用 keil与proteus进行联调的方法为：1、打开proteus，画出相应电路，在proteus的debug菜单中选中use remote debug monitor。2、打开keil软件建立新的project。3、在keil中编写C语言程序。4、进入keil的project菜单option for target 工程名。在DEBUG选项中右栏上部的下拉菜
