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1、 东北大学秦皇岛分校东北大学秦皇岛分校自动化工程系东北大学秦皇岛分校自动化工程系自动控制系统课程设计自动控制系统课程设计基于单片机的多路抢答器设计基于单片机的多路抢答器设计专业名称自动化班级学号xxx学生姓名xxx指导教师xxx设计时间2011.6.272010.7.8东北大学秦皇岛分校2东北大学秦皇岛分校自动化工程系自动控制系统自动控制系统课程设计任务书课程设计任务书专业专业 xxx 班级班级 xxx 姓名姓名 xxx 设计题目：基于单片机的多路抢答器设计设计题目：基于单片机的多路抢答器设计 一、设计实验条件一、设计实验条件地 点：自动化系实验室实验设备：PC 机二、设计任务二、设计任务1、
2、设计一款 6 路或以上的抢答器；2、设计一个抢答器控制开关（开始抢答后才允许答题者抢答，供主持人使用） ；3、设定抢答时间限制，超时该体作废；4、设定抢答时间；5、数字 LED 显示当前答题者号数；6、其他功能：有犯规时显示其号码。三、设计说明书的内容三、设计说明书的内容1、设计题目与设计任务（设计任务书）2、前言（绪论）(设计的目的、意义等)3、主体设计部分4、参考文献5、结束语四、设计时间与设计时间安排四、设计时间与设计时间安排1、设计时间：6 月 27 日7 月 8 日2、设计时间安排： 熟悉课题、收集资料： 3 天（6 月 27 日 6 月 29 日) 具体设计（含上机实验）： 6 天
3、（6 月 30 日 7 月 5 日)编写课程设计说明书： 2 天（7 月 6 日 7 月 7 日)东北大学秦皇岛分校3答辩： 1 天（7 月 8 日）前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成的，线路复杂，可靠性不高，功能也比较简单，特别是当抢答器路数有很多时，实现起来就更困难。因此我们设计了以单片机为核心的新型智能的抢答器，在保留了原始抢答器的基本功能的同时又增加一系列的实用功能并简化其电路结构抢答器又称第一信号鉴别器，其主要应用于各种知识竞赛，文娱活动等场合。传统普通的抢答器主要
4、存在以下缺陷：（1）在一次抢答过程中，当出现超前违规抢答时，只能处理违规抢答信号，而对没有违规的抢答信号不能进行处理，因而使该次抢答过程变为无效。（2）当有多个违规抢答时，普通抢答器或采用优先编码电路选择其中一个，或利用抢答电路电子元件的竞争选择其中一个。对于后者由于抢答电路制作完毕后电子元件被固定。各路抢答信号的竞争能力被固定，因而本质上也有优先权。普通抢答器存在不公平性。（3）当有多个违规抢答时，普通抢答器只能“抓住”其中一个而出现“漏洞” 。本文介绍一种以 AT89C51 单片机为核心的八路抢答器系统，它充分利用了单片机系统的优点，具有结构简单、功能强大、可靠性好、实用性强的特点。1.系
5、统硬件电路设计1.1 抢答器电路原理图下图 1.1 为系统总体方框图。其工作原理为：接通电源后，单片机上电自动复位，主持人没有按“开始”键时，抢答器处于禁止状态，号码显示数码管灭，时间显示数码管灭。主持人按下“开始”键后，宣布开始抢答器工作。定时器倒计时，扬声器给出声响提示。选手在定时时间内抢答时，抢答器完成：优先判断，编码显示，扬声器提示。当有选手抢答成功时，数码管显示其号码，并开始答题计时，显示剩余时间。当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答。如果再次抢答，必须由主持人再次按“复位”和“开始”键。东北大学秦皇岛分校4单片机 AT89C51复位电路晶振电路抢答键盘主持人开始键数据锁存 74
6、LS373时间显示按键号码显示报警电路1.2单片机系统及各部分电路1.2.1 单片机系统AT89C51 单片机是 51 系列单片机的一个成员，是 8051 单片机的简化版。内部自带 2K 字节课编程 FLASH 存储器的低电压、高性能 COMS 八位微处理器，与 Intel MCS-51 系列单片机的指令和输出管脚相兼容。由于将多 功能八位 CPU 和闪速存储器结合在单个芯片中，因此， AT89C51 构成的单片机系统具有结构简单、造价最低廉、 效率最高的微控制系统，省去了外部的 RAM、ROM 和 接口器件，减少了硬件开销，节省了成本，提高了系统 的性价比。1.2.2 复位电路MCS-51
7、的复位输入引脚 RST 为 MCS-51 提供了初始化 的手段，可以使程序从指定处开始执行，在 MCS-51 的时 钟电路工作后，只要 RST 引脚出现超过两个及其周期以上 的高电平时，即可产生复位的操作，只要 RST 保持高电平， 则 MCS-51 循环复位，只有当 RST 由高电平变低电平以后， MCS-51 才从 0000H 地址开始执行程序。本系统采用按键 复位方式的复位电路。1.2.3时钟电路设计MCS-51 的时钟可以由两种方式产生。一种是内部方 式，利用芯片内部的振荡电路；另外一种为外部方式。本 论文根据实际需要和简便，采用内部振荡方式。MCS-51 内部有一个用于构成 振荡器的
8、高增益反相放大器，引脚 XTAI_1 和 XTAI_2 分别是此放大器的输入端和输出端。这个放 大器与作为反馈元件的片外晶体或陶瓷谐振器一起构 成一个自激振荡器。MCS-51 虽然有内部振荡电路，但要形成时钟， 必须外接元件。所以实际构成的振荡时钟电路：外接XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD
9、11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C51XTAL2XTAL1C11nFC21nFX1 CRYSTALR1 4k7C3 30p12U4:A74LS04东北大学秦皇岛分校5晶体以及电容 C1 和 C2 构成并联谐振电路接在放大器的反馈回路中。对接电容 的值虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响振荡器频率的高低、振荡器的 稳定性、起振的快速性和温度的
10、稳定性。晶体频率可在 1.2MHz12MHz 之间任 选。考虑到本系统对外接晶体的频率稳定性要求不高，所以采取比较廉价的 12MHz 陶瓷谐振器。1.2.4输入模块抢答器输入信号由八个按键控制，从 P1 口输入。当有按键按下时，就产生 了有效的输入信号，本文使用了上了电阻把输入信号先嵌位在高电平。当有按 键按下时便使与这个按键项链的引脚变为低电平，产生一个低电平的输入信号。 本模块由八个按键和八个 10K 的电阻构成。ALE30 EA31P1.01 P1.12 P1.23 P1.34 P1.45 P1.56 P1.67 P1.78P3.0/RXD10 P3.1/TXD11 P3.2/INT01
11、2 P3.3/INT113 P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.4/A1225 P2.5/A1326 P2.6/A1427AT89C51R210kR310kR410kR510kR610kR710kR810kR910k1.2.5数据锁存及显示电路 选用 74LS373 作为数据锁存器，将 P0 口输出的时间和 P2 口输出的号码 的值进行锁存，以用于数码管的显示。数码管采用共阴数码管，其位选通信号 由 P3.0P3.2 控制，当输出为 0 时选通。XTAL1XTAL2P0_0 P0_1 P0_2 P0_3 P0_4 P0_5 P0_6
12、 P0_7a b c d e f g hcom2 com3com1a b c d e fhgcom1 com2 com3 jugewarn warnledD0 D1 D2 D3 D4 D5 D6P2_0 P2_1 P2_2 P2_3 P2_4 P2_5 P2_6 P2_7a b c d e f g hP0_0 P0_1 P0_2 P0_3 P0_4 P0_5 P0_6 P0_7D0 D1P2_0 P2_1 P2_2 P2_3 P2_4 P2_5 P2_6 P2_7D2 D3 D4 D5 D6 D7XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/A
13、D138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C512 3 4 5 6 7 8 91RP1 RESPACK-8D0
14、3Q02D14Q15D27Q26D38Q39D413Q412D514Q515D617Q616D718Q719OE1LE11U274LS373D03Q02D14Q15D27Q26D38Q39D413Q412D514Q515D617Q616D718Q719OE1LE11U374LS3731.2.6抢答提示及报警电路抢答提示音由 P3.6 控制，当有人抢答时，WarnLedWarnD1 LED-REDQ1 2N2905LS1SPEAKERR304k7vcc东北大学秦皇岛分校6P3.6 输出一个低电平，喇叭发出响声。报警电路由 P3.7 控制，当抢答时间到或 是答题时间到时，P3.7 输出一个低电平，
15、发光二极管亮，时间到报警。2.系统软件设计总体设计思想：当主持人按下开始键时，用 Start=1 标志可以开始抢答， 并用喇叭提示音提示。Start=1 启动定时器 T0 进行抢答倒计时，并用数码管 2 和数码管 3 显示出来。此时读取 P1 口的按键值，判断抢答者的号，并将其用数 码管 1 显示。有人在规定时间内抢答时，则 Start=0,封锁抢答器，不能再抢答， 用 Flag=1，来启动定时器 T1，进行答题时间倒计时，用数码管 2 和数码管 3 显 示时间。当时间到时，P3.7 输出一个低电平，二极管发光。如果主持人没有按 键，用 Stop=1 标志犯规，如果此时有人按键则犯规，显示其号
16、码。将单片机的 复位电路作为主持人的“复位”按键电路，按下后即可复位，进行下一轮抢答。开始主持人开始键 是否按下？是否有人抢答？铃声提示 显示其号码抢答时间T0开始计时铃声提示，可以抢答是否有人按键抢答时间未到否是是是显示其号码，铃声提示定时器T0停止计时定时器T1开始计时， 显示答题倒计时答题时间到，二极管亮是否停止计时，提示音 响，不显示号码否封锁抢答器，不能再抢答结束语总结这次的课设，感受颇多。当看到题目的时候，想着用以前学过的汇编 语言编写应该不难。于是便想挑战一下，用 C 语言编程。于是开始了 C 语言编 程的学习。学习了一段时间后，便参考一些书编写了课设的程序。可是仿真结 果却是出乎意料。仿真不出程序中所要实现的功能，很是郁闷。在几位同学的
