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1、. . . . 本科生毕业设计（论文、创作）题目基于单片机的数字式竞赛抢答器的设计姓名耿艳磊学号3院 系物理系专业物理学指导教师 王 新 智2014 年 06 月教务处制本科生毕业设计（论文、创作）声明本人重声明：所呈交的毕业设计，是本人在指导教师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的容外，本设计的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或没有公开发表的作品容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本设计创作声明的法律责任由本人承担。 作者签名： 年 月 日 本人声明：该毕业设计是本人指导学生完成的研究成果，已经审阅过毕业设计的全部容，保证
2、题目、关键词、摘要部分中英文容的一致性和准确性，并通过一定检测手段保证毕业设计未发现违背学术道德诚信的不端行为。 指导教师签名： 年 月 日目 录容摘要3关 键 词1 Abstract1 Keywords1 1. 序论21.1 单片机的发展历史及其应用21.2 单片机抢答器的背景及意义21.3 本设计的方案21.4 本设计中抢答器的主要功能3 2. 硬件电路设计42.1 AT89C51单片机42.2 键盘电路62.3 显示驱动电路82.4 蜂鸣报警器电路92.5 电源电路10 3. 软件部分113.1 单片机部信号分析113.2 主要程序流程11 4. 软件仿真与硬件调试134.1 软件仿真1
3、34.2 硬件调试14 5. 结论14参考文献16致17附录1 整机电路18附录2 源程序19 . . . 容摘要：随着抢答竞赛节目的涌现，抢答器也形形色色，但是基于单片机的数字式抢答器因为其诸多优点而越来越被人们重视。本设计就是利用单片机为核心部件的，主要由硬件部分和软件部分组成。硬件部分包括单片机、驱动器、显示屏、报警器以及操作按键，这些共同构成了抢答器的身体；软件部分给予了抢答器生命，这要归功于汇编语言，本设计使用了单片机汇编语言和C语言。本设计可以显示抢答、犯规选手号和抢答、答题倒计时，可以犯规报警，还可以锁存选手。电路简单、功能齐全是本设计的特色，单片机价格低且能对竞赛过程进行精准控
4、制，综合来说本设计性价比较高。 关 键 词：单片机 抢答器 报警器 Abstract：With the emergence of competition program Responder, Responder also diverse, but the microcontroller-based digital answering device because of its many advantages and has been growing attention. This design is the use of the microcontroller core components,
5、 mainly by hardware components and software components. The hardware includes a microcontroller, drives, displays, alarms and keys, which together constitute the Responder body; software is a compilation of some of the major languages, including microcontroller assembly language and C language, asse
6、mbly language is both soul Responder make fresh technology. The design of the LED display can show answer, and the answer fouls player number, answer the countdown; alarm alarm can answer fouls and timeouts alarm latch also has an automatic latch, set, clear function. Circuit is simple, functional d
7、esign is characteristic of the low price and can Microcontroller precise control of the contest process, to sum up the higher cost of the design. Keywords：SCM Responder alarm1. 序论1.1 单片机的发展历史及其应用单片机的发展分为以“48系列单片机的推出”为标志的单片机形成阶段、以“51系列单片机的推出”为标志的结构成熟阶段和以“AT89C51单片机的推出”为标志的性能提高阶段。 单片机的应用领域非常之广，究其原因不外乎
8、三个方面：第一，由于单片机价格低，适合于大批量低成本的产品设计且单片机的品种和型号多；第二，因为单片机的引脚少、体积小、从而电路板减小，使产品小巧精致；第三，在种类繁多的电子类产品中，单片机的性价比之高令人震惊。应用单片机的领域很多，例如智能仪器仪表等。利用单片机可以提高精准度和功率且方便他们的产品更新；打印机等机电一体化产品应用单片机更是广泛；像温度指控、自动生产线等产品中采集控制电流、电压、温度等物理量的参数也广泛的应用了单片机及其技术，能大量的提高生产速度和效率 李全利. 单片机原理及接口技术M. 北京：高等教育出版社，2009：2-7.。1.2 单片机抢答器的背景及意义1971年1月，
9、由Intel公司的特德霍夫于日本商业通信公司合作研制的台式计算机中，首次使用了集成电路芯片，其中将经典结构中的运算器和控制器压缩在了一个芯片中，这就是所谓的“微处理器”。微处理器、存储器和I/O接口电路构成微型计算机。本设计中所应用的单片机正是微型计算机的一种，它是将微处理器、存储器、I/O接口电路集成在一片电路芯片中，它具有体积小、价格低、可靠性高和易于嵌入式应用等特点，可以使产品升级换代，易于维修。在本设计中，同样应用到了单片机，设计的抢答器具有一定的特色。而在抢答竞赛中的抢答环节上，如果靠基本的电源、开关、导线、闹铃组成的串并联电路或者靠人体感知器官不容易说得清哪一组或哪一位选手获得抢答
10、权，不能使比赛达到公平、公正、公开，利用单片机程序设计抢答器可以迅速的判断出获得抢答权的选手以及实现其他的一些功能，这在后文中会重点介绍。1.3 本设计的方案本设计采用了80C51系列中的AT89C51单片机作为整个抢答器的灵魂，就像人类的大脑一样。这样利用了将微处理器、存储器、I/O接口电路集成在一片电路芯片中的单片机，能使电路结构精简1。这样整个抢答器就包括单片机、LED驱动器、LED显示屏、蜂鸣报警器以及操作按键，其中操作按键包括主持人控制键盘和选手抢答键盘。本设计的工作原理是“输入信号-信号分析-信号输出”，输入信号是通过主持人操作键钮（“开始”键、“停止”键、“复位”键）和选手操作按
11、钮（抢答键）操控，单片机通过汇编语言来分析信号，通过LED显示屏、蜂鸣报警器来输出信号。设计方案如1.3图所示。键盘输出电路LED显示屏A T 8 9 C 5 1单 片 机时钟电路LED显示器驱动电路复位电路蜂鸣（报警）电路电源电路图1.3 单片机抢答器设计方案简图1.4 本设计中抢答器的主要功能本设计可以实现选手抢答功能，供八名选手使用。在抢答的基础上，还可以显示获得抢答权的选手号以及违规的选手号以及抢答、答题剩余时间，所谓“违规”就是违反抢答规定，本轮抢答或答题开始，主持人会按动“复位”、“开始”按钮，并宣布开始抢答，此时八位选手才能按动“抢答”按钮，如果提前按动，则视为违规。开始因为本设
12、计具有时钟电路，所以还可以对抢答过程和答题过程进行时间限制。当到达时间后，会通过报警电路报警，同样，当选手具有违规操作时，报警电路会发声报警。抢答器还有一个重要的功能就是“锁存”，是通过单片机中锁存器来完成的，所谓“锁存”指当有选手抢答成功后，系统会自动将这名选手号锁住，其他选手在按动抢答按钮则不被系统识别，即使相差几微妙也能区分开来，这样就实现了抢答的公正性和精准性。2. 硬件电路设计2.1 AT89C51单片机 本设计使用AT89C51。通过图2.1所示的单片机引脚图我们可以看出：AT89C51单片机引脚相对较多，总共有40个,分别有双向I/O端口、外中断口、可编程定时计数器、全双工串行通
13、信口。因为AT89C51单片机含有可擦写的Flash存储器，所以在进行软件编程上，可以采用在线编程，也适用于常规编程1。2.1.1 单片机时钟电路AT89C51单片机有高增益反相放大器，其频率围为1.2MHz12MHz，输入引脚和出入引脚分别为为XTAL1（引脚号19）和XTAL2（引脚号18）。引脚XTAL1接地；XTAL2接外部振荡源。本设计时钟采用部方式产生，电路如图2.1.1所示。XTAL1和XTAL2接由C1、C2、石英晶体（晶振）并联成的谐振，这样连接会使电路自动激发震荡。C1和C2可以微调频率。2.1.2 单片机复位电路复位，顾名思义，恢复到初始位置、初始状态并从初状态工作。AT
14、89C51复位结构如图2.1.2（a）所示，在复位的外部电路中，在振荡器正在运行的情况下，要想实现复位功能，必须靠在RST/VPD引脚（引脚号9）加连续2个周期即24个振荡周期的高电平。部复位是在RST引脚出现高电平后的第二个周期执行，复位开始以后每过一个周期都有一次复位，直至RST端随着电容充电电流的减少， RST的电位逐渐下降最终变低电平 朱永金，成友才单片机应用技术M北京：中国劳动社会保障出版社，2007：153-167.。复位分为两种方式：第一种方式是上电自动复位如图2.1.2（b）所示，但是这种复位方式因为不能低抗干扰容易出现故障；第二种复位方式是人工按键复位方式，要想采取后者复位方式，则只需要在复位电路中并联一个按钮，按一下按钮，RST引脚出现高电平，则实现一次复位，安全可靠。本设计复位电路采取的是人工按键复位方式，如图2.1.2（c）所示2.2 键盘电路在现代高科技迅速发展，各类电子产品普及的时代，“键盘”发挥了重要的作用，例如手机上、电脑
