基于单片机的4人抢答器

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1、 本文由w o s u l e w e n 贡献d o c 文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机 查看。福建工程学院国脉信息学院目录摘要 2 一引言 3 1.1 本课程设计可实现的功能 3 1.2 本课程完成情况 3 1.3 本课程使有方法 3 二PIC 单片机控制的 四路抢答器工作原理 4 三硬件设计内容 6 3.1 基于 p r o t e l 的原理图 3.2 基于 PROTEUS 的四路抢答器硬件电路设计 3.3 实际电路图排版与焊接 6 7 10四四路抢答器系统软件设计 12 五系统软件 调试12 六课程设计总结 12 七参考文献 13 八程序清单

2、14-1-福建工程学院国脉信息学院摘要在知识比赛中， 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个 任务。如果在抢答中，靠视 觉是很难判断出哪组先答题。利用单片机 系统来设计抢答器，使以上问题得以解决， 即使两组的抢答时间相差 几微秒，也可分辨出哪组优先答题。本次设计主要应用单片 机抢答器 设计及工作原理，以及根据它的实际用途。系统工作原理本系统采用 PIC1 6F877A 单片机作为核心。控制系统的四个模块分别为：存储模 块、显示模块、语音 模块、抢答开关模块。该抢答器系统通过开关电 路四个按键输入抢答信号；利用蜂鸣 器完成语音

3、的报警功能； 利用 存储程序； 利用五个数码管来完成显示功能。工作时 ，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， 控 制数码管和语音芯片工作。在数码管上显示哪一组先答题，然后开始 倒计时，限 制回答时间，从而实现整个抢答过程。 关键字：PIC16F877A 单片机 抢答器。-2-福建工程学院国脉信息学院一 引言1.1 本课程设计可实现的功能： 本课程设计可实现的功能 a . 上电复位功能， 手动复位功能，进入初始画面，五个数码管分 别显示“H”、 “E”“L”“L”“O”、 、 、 。 b . 抢答器功能。分为四组，各组分别有一个抢答按钮。主持人有 开始 和结

4、束、 复位键。 设定选手抢答时间为 30s ， 回答问题时间为 60s 。 当主持人按 键开始后，开始 30s 倒计时，选手开始抢答为有效，如果 30s 后无人回答，则蜂鸣 器鸣两声发生提示。若 30s 内有选手回答， 则停止 30s 的倒计时，同时显示抢答选 手的号数，而且开始一分钟的 回答时间倒计时，当一分钟倒计时结束后，蜂鸣器鸣一 声以示回答时 间结束。主持人可按复位键，新一轮抢答开始。 c . 秒表功能。可作为 简单的秒表使用，设定一个键开始计时，再 按一下停住，记录时间，再按一下，重新 计时。 1.2 本课程完成情况 a . 基本实现了硬件电路与软件程序的设计； b . 基本连 接好

5、了硬件电路，虽然焊得不是很漂亮，但已经把根据 电路原理图做成了一个完整的 硬件电路； c . 由于经验不足，时间有限，可能硬件与软件都不够完美，需待 日后继 续努力改进。 1.3 本课程使有方法 本课程使有方法 使有方法： 装上电池，按下自 锁键开关，五个数码管显示“HELLO”。 按下键 5，换到秒表模式。按下键 6，开始 计时。再按下键 6，-3-福建工程学院国脉信息学院停止计时，显示计时的时间。再按下键 6，重新计时。 再按下键 5，切换到抢p a g e 1答器。按下键 6，开始 30 秒的倒计时，数 码管 2、3 显示剩余时间，若没有人抢答 ，30 秒过后，蜂鸣器响两声， 然后结束。

6、若有人抢答，数码管 1 显示抢中的选手号 数，数码管 2、 3 停住，数码管 4、5 开始 60 秒的倒计时回答时间，倒计时结束后 蜂 鸣器叫一声。图 1 电路实物图二 PIC 单片机控制的四路抢答器工作原理用单片机设计四路抢答器包括硬件电路设计和软件程序设计。 硬 件电路的核心 是 PIC16F877A 单片机，配以输入输出电路构成。软件 程序采用 PIC 汇编语言或 语言编写单片机程序。PIC 单片机控制的 四路抢答器原理框图，如图所示。 如图 所示，系统框图各部分功能说明如下：-4-福建工程学院国脉信息学院单片机控制器：选用 PIC16F877A 单片机，输入端接收抢答 输入、解除输入

7、和复位输入信号等，经运算和处理后，输出信号控制 抢答指示灯和抢答显示数码管等 。 抢答输入：共 4 路，选用按键开关，实现参赛选手的抢答输 入，抢答完后再输 入信号无效。 编码电路：对 4 路抢答输入信号进行编码，实现对 PIC16F877A 单 片机输入端口的扩展，由于本设计只有四路抢答，也 可不用。 解除输入：选用按 键开关，用程序实现封锁，通过复位键为 继续抢答作准备。 复位输入：选用按键 开关，可对单片机进行硬件复位操作。 倒计时：用倒计时来提示抢答或回答时间的 开始。 停止计时：停止倒计时来显示，选手抢答所用的时间，以及 提示回答时间 开始。-5-福建工程学院国脉信息学院抢答显示：用

8、 LCD 数码管显示参赛选手的编号。 语音报警电路：当过了限 定抢答时间后，蜂鸣器鸣两声表示 抢答时间已到，不能再抢答了。当回答时间到了后 ，蜂鸣器鸣一声表 示回答时间已到。三 硬件设计内容3.1 根据设计思想及查阅相关资料，设计出实现欲定功能的系统电路 原理图， 用 p r o t e l 画出原理图（图 3） 。图 3 基于 p r o t e l 的原理图-6-福建工程学院国脉信息学院3.2 基于 PROTEUS 的四路抢答器硬件电路设计 3.2.1 多路抢答器总体电路设计1.创建一个新的设计文件 首先进入 Pr o t e u s ISIS 编辑环境。 选择 “Fi l e /Ne w

9、 D e s i g n ” 选项， 在弹出的模板对话框中选择 DEFAULT 模板，并将新建的设计保存。 如图 3.2.1 (a )所示。如图 3.2.1 (a ) 2.置工作环境 打开 Te m p l a t e 菜单，对工作环境进行设置。 3.拾取元器件 选择 Li b r a r y 下的 Pi c k De v i c e /Sy m b o l 菜单项， 出现如图 3.2.1 (b ) 所示对话框。-7-福建工程学院国脉信息学院图 3.2.1 (b ) 元件拾取对话框 在 Ke y w o r d s 中输入你所需要的元器件名称，单 击 OK 按扭，或 在元器件列表区域双击元器件

10、名称，即可完成对该元件的添加。 4. 在原理图中放置元件 选择对象选择器中的 PIC16F877A 件， Pr o t e u s ISIS 编辑环境在 主界面的预览窗口将出现 PIC16F877A 的图标。在编辑窗口双击鼠 标左键，元器 件 PIC16F877A 被放置到原理图中。 按照上述步骤，将其他元器件放置到原理图中。5.编辑元器件 放置好元器件后，双击相应的元器件，即可打开该元器件的编 辑对话 框。 6.绘制原理图 单击的一个对象连接点。如果想让 Pr o t e u s ISIS 自动定出走线路径，只需单击另一个连接点；如果想自己决定走线路径，只需在 希望的拐点处单 击。-8-福建

11、工程学院国脉信息学院p a g e 2按照上述步骤，将所有的原器件按照所需方式连线。连接后的原理 图如图 3.2 .1 (c )所示。图 3.2.1 (c )连接后的原理图 8.对原理图进行电气规则检测 选择 To o l s 下的El e c t r i c a l Ru l e Ch e c k 菜单项， 出现电气规则检测 报告单。如图 3.2.1 (d )所示 。 9.存盘及输出报表 将设计好的原理图文件存盘。同时，可使用 To o l s 菜单下的 Bi l l o f Ma t e r i a l s 草单项输出 BOM 文档。如图 3.2.1 (e )所示。-9-福建工程学院国脉信

12、息学院图 3.2.1 (d )电气规则检查报告单图 3.2.1 (e )输出的 BOM 文档 3.3 实际电路图排版与焊接 实际电路图排版与 焊接 电路图设计出来，并经仿真可以用以后，接下去进行器件采购。 原件清单如下 ：- 10 -福建工程学院国脉信息学院然后， 开始根据原理图焊接电路。 焊完后最重要的是进行测试。 测试可以从 以下几个方面入手： a . 逻辑故障 这类故障往往由于焊线和放元器件的过程中工艺性 错误所造成 的。主要包括错线、开路、短路。排除的方法是首先将做好的板认真 对 照原理图，看两者是否一致。应特别注意电源系统检查，以防止电 源短路和极性错误 ， 并重点检查系统总线是否存

13、在相互之间的短路或 与其它信号线路短路。必要时利 用万用表的短路测试功能，可以缩短 排错时间。 b . 元器件检查 检查元器件是否坏 掉可以用万用表测相关参数等方法， 也可以用 替换的方法进行检测。 c . 电源故障在通电前，一定要检查电源电压的幅值和极性，否则很容易造成 集成块损坏。加电 后检查各插件上引脚的电位，一般先检查与 GND 之间电位，若在 4.8-5Vi 之 间属正常。若有高压，联机仿真器调- 11 -福建工程学院国脉信息学院试时， 将会损坏仿真器等， 有时会使用应用系统中的集成块发热损坏。 d . 电 路线路检测 电路的调试主要看接口以及连线是否正确，由于引脚数目蛮多 的，刚开

14、 始制作电路板前最好先进行引脚的测试。硬件的测试是电路 原理能不能实现的基础， 所以要认真的调试，依次仔细检查，直到正 常工作。四 四路抢答器系统软件设计根据电路原理图，编写设计程序，我们可以用汇编编写，也可以 用 C 语言编写 ，本次设计采用 C 语言编写。综合中断、定时器计数 器 TMR1 有应用等所写知识设 计编写，程序清单见第 页。五 系统软件调试电路焊完后，程序写完后，开始进行系统测试。首先，将仿真无 误的程序烧进 单片机芯片，然后装上电路板上进行验证。如果不行， 再进行检测，测出是硬件问题 ，还是程序问题，直到把所有的问题都 解决了为止。 本次课程设计，经验证成功以 后，通过更改程

15、序，付加了秒表功 能，使抢答器又多出了个功能。经调试没有错误后 ，终于比较完整的 完成了任务。六 课程设计总结本次课程设计，对我来说可谓受益非浅。这种经历可以说是从来 就没有的。 首 先，这次课程设计虽然历时两个星期。但我们真正可以开始准- 12 -福建工程学院国脉信息学院备的只有四五天。从星期天那天，开始焊，一直到星期四下午，可以 说，我除 了吃饭、睡觉，剩下就都是在焊电路，从来也没有这么专注 过一件事情，而且一干就 是连继好几天，可见这门课程确定有具大的 吸引力。 再者，通过这次设计，我发现 我很多问题。比如，在焊的过程中 一不小心就把电路给焊错了，还有一个问题就是， 可能是因为第一次 做，没经验，排版有点不好，导致后面的接线复杂，所以更容易出 错 了。总之，经过本次课程设计，我收获了经验，对焊工有了更浓厚的 兴趣。 本次 作业， 可以说一波三折。 本来花了三天的时间把电路焊好了， 烧进程序后，发现根p a g e 3本不能用，后面经过检查电路，发现许多线都接 错了，经过重新修改。再次验证后， 依然不行，几个数码管出现了乱 码现象。经同学的建议，将数