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1、 第 21 页 共 21 页 课程设计(论文)说明书题 目： 八路智力竞赛抢答器 院 （系）： 信息与通信学院 专 业： 电子信息工程 学生姓名： 学 号： 指导教师： 职 称： 讲 师 2011年12月15日摘 要 本文主要介绍了八路智力竞赛抢答器设计及工作原理，以及它的实际用途。该抢答器以AT89C51单片机为核心，通过外围接口实现抢答功能。其电路控制系统分为存储模块、显示模块、语音模块和抢答开关模块共四个模块，利用单片机的定时器/计数器定时和记数的功能，用按键通过开关电路输入各路的抢答信号，经单片机的处理，输出控制信号，通过软、硬件的有机结合，从而实现单片机控制的智力抢答器系统。关键词：
2、八路抢答；AT89C51单片机；按键 AbstractThis paper mainly introduces eight intellectual competition Responder design and working principle, and its practical application. The responder based on AT89C51 single-chip microcomputer as the core, through the peripheral interface to achieve Responder function. The circ
3、uit control system is divided into storage module, display module, the voice module and Qiangda switch module consists of four modules, the use of single-chip timer / counter timing and counting function, with the key through the switch circuit input each responder signal, through the SCM processing
4、, output control signal, through the soft, organic combination of hardware, thus the realization of single-chip control intelligence system.Keywords: eight way contest; AT89C51 MCU; key目 录引言11 八路智力竞赛抢答器系统的概述21.1 设计要求及目的21.2 电路设计原理及框图22 八路智力竞赛抢答器软硬件设计及说明22.1 主要芯片的介绍22.2 硬件电路设计32.2.1时钟频率电路的设计32.2.2显示模
5、块设计42.2.3抢答开关模块设计42.2.4语音模块设计52.3 系统软件设计53 八路智力竞赛抢答器电路的设计与制作63.1 八路智力竞赛抢答器电路简介63.2 根据原理图用Altium Designer 09画出的SCH图73.3 八路智力竞赛抢答器的PCB图73.4 制作电路板过程83.5 焊接好的电路83.6 调试焊接好的电路83.7 调试实物图94 结论105 个人感言10谢 辞11参考文献12附 录13 第 1 页 共 25 页 引言随着我国经济和文化事业的发展，在很多公开竞争场合要求有公正的竞争裁决，诸如证券、股票交易及各种智力竞赛等,因此出现了抢答器。抢答器一般是由很多电路组
6、成的，线路复杂，可靠性不高，功能也比较简单，特别是当抢答路数很多时，实现起来就更为困难。目前很多抢答器基本上采用小规模数字集成电路设计，使用起来不够理想。因此设计一更易于使用和区分度高的抢答器成了非常迫切的任务。现在单片机已进入各个领域，以其功耗小、智能化而著称,所以我们设计了以AT89C51单片机为核心的新型智能的抢答器，在保留原始抢答器的基本功能的同时又增加了数码管显示电路，使本抢答器系统具有实用性强、判断精确、操作简单、扩展功能强等特点。本系统采用单片机作为整个控制核心。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八个按键输入抢答信号，利用四个数码
7、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位先答题的，从而实现整个抢答过程。本抢答器具有取材简单，成本低廉，体积小，实用性强，电路简单易懂等优点，并可以通过电路拓展增加数字锁存功能抢答器又称为第一信号鉴别器，因此可广泛应用于各种知识竞赛、文艺活动等场合。 第 2 页 共 25 页 1 八路智力竞赛抢答器系统的概述 1.1 设计要求及目的（1）设计一个可供8人进行的抢答器。（2）系统设置复位按钮，按动后，重新开始抢答。（3）抢答器开始时数码管不显示序号，选手抢答实行优先显示，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。抢答后显示优先抢答者序号，同时发出音响，并且不出现其他
8、抢答者的序号。（4）抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间有主持人设定，本抢答器的时间可有两种选择分别为20秒和40秒，当主持人启动“开始”开关后，定时器开始减计时，同时蜂鸣器有短暂的声响。（5）设定的抢答时间内，选手可以抢答，这时定时器停止工作，显示器上显示选手的号码和抢答时间，并保持到主持人按复位键。（6）当设定的时间到，而无人抢答时，本次抢答无效，扬声器报警发出声音，并禁止抢答。定时器上显示00。1.2 电路设计原理及框图 抢答器的基本工作原理:在抢答竞赛或呼叫时，有信号送入主电路中，抢答器内部的寄存器工作，并识别、记录号码，同时内部的定时器开始工作，记录有关时间并产生超时信号。在整个
9、抢答器工作过程中，显示电路、语音电路等还要根据现场的实际情况向外电路输出相应信号。抢答器的工作流程分为：系统复位、设置回答时间、抢答开始、回答开始、计分等几部分。具体原理框图如图下：（4位）电源复位电路主持人按键AT89C51声音提示数码显示选手按键图1 电路设计原理框图2 八路智力竞赛抢答器软硬件设计及说明2.1 主要芯片的介绍 AT89C51芯片是8位CPU， 有4kbytes 程序存储器(ROM) (52为8K) ，256bytes 第 3 页 共 25 页 的数据存储器(RAM) （52有384bytes的RAM），32条I/O口线，111条指令，大部分为单字节指令，21个专用寄存器
10、，2个可编程定时/计数器，5个中断源，2个优先级（52有6个），一个全双工串行通信口 ，外部数据存储器寻址空间为64kB ，外部程序存储器寻址空间为64kB ，逻辑操作位寻址功能。双列直插40PinDIP封装 ，单一+5V电源供电。图2 AT89C51芯片2.2 硬件电路设计2.2.1时钟频率电路的设计 外部震荡电路单片机必须在AT89C51的驱动下才能工作，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，外部震荡电路如下图：图3 外部震荡电路一般选用石英晶体振荡器。此电路在加电大约延迟10ms后振荡器起振,在XTAL2引脚产生幅度为3V左右
11、的正弦波时钟信号,其振荡频率主要由石英晶振的频率确定。电路中两个电容 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进行微调。C1,C2的典型值为30PF。 第 4 页 共 25 页 单片机在工作时,由内部振荡器产生或由外直接输入的送至内部控制逻辑单元的时钟信号的周期称为时钟周期。其大小是时钟信号频率的倒数,常用fosc表示。如时钟频率为12MHz,即fosc=12MHz,则时钟周期为1/12µs。2.2.2显示模块设计 显示功能与硬件关系极大，当硬件固定后，如何在不引起操作者误解的前提下提供尽可能丰富的信息，全靠软件来解决。图4 数码管显示电路2.2.3抢答开关模块
12、设计键盘是人与微机系统打交道的主要设备。关于键盘硬件电路的设计方法也可以在文献和书籍中找到，配合各种不同的硬件电路，这些书籍中一般也提供了相应的键盘扫描程序。站在系统监控软件设计的立场上来看，仅仅完成键盘扫描，读取当前时刻的键盘状态是不够的，还有不少问题需要妥善解决，否则，人们在操作键盘就容易引起误操作和操作失控现象。在单片机应用中键盘用得最多的形式是独立键盘及矩阵键盘。图5 抢答按键电路 第 5 页 共 25 页 2.2.4语音模块设计我们知道，声音的频谱范围约在几十到几千赫兹，若能利用程序来控制单片机某个口线的“高”电平或低电平，则在该口线上就能产生一定频率的矩形波，接上喇叭就能发出一定频
13、率的声音，若再利用延时程序控制“高”、“低”电平的持续时间，就能改变输出频率，从而改变音调，使喇叭发出不同的声音。图6 发声电路2.3 系统软件设计 流程图是使用图形表示算法的思路是一种极好的方法，不论采用何种程序设计方法，程序总体结构确定后，一般以程序流程图的形式对其进行描述。总体框图中的各个子模块或各个子任务也应该结合具体的教学模型和算法画出较详细的程序流程图，供后面编写具体程序和阅读程序使用。流程图是由一些图框和流程线组成的，其中图框表示各种操作的类型，图框中的文字和符号表示操作的内容，流程线表示操作的先后次序。流程图的基本结构为顺序结构，分支结构（又称选择结构），循环结构。为便于识别，绘制流程图的习惯做法是：方框表示：要执行的处理（Process）平行四边型表示：代表资料输入（Input）不规则图形代表资料输出（Output）或报表输出（Print）菱形表示：决策或判断（例如：
