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1、单片机课程设计题 目 八 路 抢 答 器 专业班级 电子科学与技术 院 （系） 电气工程学院 完成时间 2015 年 1 月 9 日 目 录1 课程设计的目的和用处 .12 课程设计的要求 .13 设计方案的思路与论证 .24 系统的组成 .35 单元电路的设计 .45.1 单片机最小系统的设计 .45.2 键盘扫描电路 .65.3 蜂鸣器报警电路 .75.4 数码管显示电路 .86 系统软件设计 .96.1 软件设计方案 .96.2 抢答/答题时间设置 .106.3 数码管动态扫描程序 .117 总结 .11参考文献 .13附录一：原理图 .14附录二：元件清单 .15附录三：程序 .161
2、1 课程设计的目的和用处在现代社会中，随着电视节目和各种竞赛的出现，抢答器越来越多的被广泛使用，人们已经无法准确的判断在各中抢答中究竟是哪一方面比较快，而电子电器能够轻易地办到，所以说制作八路抢答器是很有必要的。综合这方面的考虑我就设计制作这一课程设计题目。因为大多数功能单元都通过程序设计在单片机内部。其次，工作性能可靠，抗干扰能力优于传统抢答器，并能够解决以上提出的问题。通过这次设计，掌握 51 单片机的原理，了解简单多功能抢答器组成原理，初步掌握多功能抢答器的调整及测试方法，提高动手能力和排除故障的能力。同时通过本课题设计与装配、调试，提高自己的动手能力，巩固已学的理论知识，建立单片机理论
3、和实践的结合，了解多功能抢答器各单元电路之间的关系及相互影响，从而能正确设计、计算定时计数的各个单元电路。2 课程设计的要求设计并制作一个功能稳定，外观简洁的实用八路抢答器，基本的要求有：1）可同时提供最多包括 8 个人（组）的抢答数量。2）需由主持人按下开始抢答按键后才视为抢答时间，在这个时间前抢答的，视为违规抢答，要求能显示出违规抢答的选手编号。3）要求当主持人按下开始抢答的按键后，数码管进行抢答时间的倒计时，在这个倒计时结束后，若无人抢答，蜂鸣器报警，提示本轮抢答结束，且这个抢答时间可设置。4）要求具有抢答锁定功能，即某一选手抢到后，其它选手的抢答2功能被锁定，无法进行抢答，直至下一轮抢
4、答开始。5）对于抢到题目的选手，要求能显示出该选手的编号，并将其答题时间进行倒计时显示，在倒计时结束后，蜂鸣器报警，提示本次答题时间到，且这个抢答时间可设置。6）意义显而易见是各种竞赛显得更加公正公平，提高了效率，使我们能够更好更快的工作。3 设计方案的思路与论证根据目前市场上抢答器的种类，抢答器的种类可以大体分为三种，以下我们对这三种进行详细比较。方案一: 抢答器系统的各部分均采用中小规模集成数字电路,利用硬件电子元器件实现，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，没有软件的设计部分，不需要编程
5、，但是电路结构复杂，调试困难，造成抢答器的成本较高，并且制作过程工序比较烦琐，不便于安装与调试，给实际操作带来很大的麻烦。方案二：系统采用 STC89C52 单片机作为控制核心，该系统可以完成运算控制、信号识别以及显示功能的实现。利用单片机程序判断选手按键是否有效，但是选手违规抢答，利用简答程序显示，启动蜂鸣器报警，告诉主持人有人违规操作，抢答无效。给出相应的延时，选手按正常的操作抢答，软件倒计时，利用数码管的动态扫描，实现倒计时显示时间，到 5 秒相应时间提醒选手时间快到了，要及时作答，并启动蜂鸣器。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
6、制和实现。整个系统具有极其灵3活的可编程性，能方便地对系统进行功能的扩张和更改性。方案比较分析：从第一个方案我们可以看出，这个抢答器是由抢答电路，定时电路，报警电路，时序控制电路四个关键电路部分组成。扩展电路是由秒钟脉冲信号产生电路，译码电路，显示电路等，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，仅仅是集成电路他就用了八个，所以我们放弃这个方案。方案二采用单片机为核心器件，外围电路采用集成芯片，其可靠性好，结构简单，不但从性能上优于方案一而且在使用上及其功能的实现上都较一方案简洁，并且由于单片机具有优越的高集成电路性，使其工作速度更快、效率更高。比较经济实用，所以我们选用单片机的
7、方案。4 系统的组成整个系统以 STC89C52 单片机为核心器件，其它个模块围绕着单片机展开。输入部分包括 2 个内容，一个是选手的抢答输入，另一个是主持人的控制输入，由于这两个内容都是通过按键控制的，所以这里统一使用普通的轻触开关作为本设计的输入模块，一共包括 8 个选手输入按键和 2 个主持人输入按键。输出部分则采用蜂鸣器加四位共阳数码管进行声光的输出，蜂鸣器主要起到报警的作用，这里主要有几个需蜂鸣器发出报警的地方，如最后 5 秒仍无人抢答、答题剩余最后 5 秒、抢答时间结束以及答题时间结束等。而数码管则主要用于信息的输出，包括当主持人按下开始抢答按键后，显示 30 秒（默认）的倒计时，
8、当有选手违规抢答时，显示违规选手的编号，有人抢到题目时，显示选手编号以及该选手剩余的答题时间。系统框图如图 4-1 所示：4STC89C52最小系统选手抢答输入主持人控制输入 数码管显示模块蜂鸣器报警模块图 4-1 系统框图 5 单元电路的设计5.1 单片机最小系统的设计本系统采用 STC89C52 为主控器，兼容所有 89C51 单片机，89C52单片机引脚功能说明：图5-1 89C52单片机引脚图5单片机最小系统：整个系统的核心部件就是单片机，搭建一个稳定的单片机最小系统对于系统的正常工作是很重要的。单片机最小系统如图 5.2 所示，其中有 4 个双向的 8 位并行 I/O 端口，分别记作
9、 P0、P1 、P2、P3，都可以用于数据的输出和输入， P3 口具有第二功能为系统提供一些控制信号。时钟电路用于产生单片机工作所必须的时钟控制信号，内部电路在时钟信号的控制下，严格地按时序指令工作。单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器，该高增益反向放大器的输入端为芯片的引脚 XTAL1，输出端为 XTAL2。这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，就构成了一个稳定的自激振荡器。电路中的微调电容通常选择为 30pF 左右，该电容的大小会影响到振荡器频率的高低、振荡器的稳定性和起振的快速性。晶体的振荡频率采用 12MHz。图5-2 单片机最小系统MCS-52 的复位是由外部的复位电路
10、来实现，采用最简单的上电复6位电路。5.2 键盘扫描电路键盘是人与单片机打交道的主要设备。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。它们各有自己的特点，其中独立键盘硬件电路简单，而且在程序设计上也不复杂，一般用在对硬件电路要求不高的简单电路中；矩阵键盘与独立键盘有很大区别，首先在硬件电路上它要比独立键盘复杂得多，而且在程序算法上比它要烦琐，但它在节省端口资源上有优势得多，因此它更适合于多按键电路。其次就是消除在按键过程中产生的“毛刺”现象。这里采用最常用的方法，即延时重复扫描法，延时法的原理为：因为“毛刺”脉冲一般持续时间短，约为几 ms，而我们按键的时间一般远远大于这个时间,所以当单片机检测到有按键动静后再延时一段时间后再判断此电平是否保持原状态,如果是则为有效按键，否则无效。本设计中采用了独立键盘的方式，本设计中有 8 个抢答按键输入，一个复位按键以及一个主持人使用的开始抢答按键，同时为了简化电路设计，节约单片机的 IO 口资源，将设置抢答时间和答题时间等这些功能按键复合到了 8 个选手的抢答按键中。按键的连接图 5-3 所示：7GNDK1234
