基于51单片机的抢答器设计

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1、毕业论文毕业论文 基于 51 单片机的抢答器设计 学生: 院系: 机电工程学院 班级:电气自动化 学号: 指导教师: 装订交卷日期: 1 摘 要 抢答器作为一种工具，已广泛应用于各种智力和知识竞赛场合。但抢答 器的使用频率较低，且有的要么制作复杂，要么可靠性低。作为一个单位，如果专门购 一台抢答器虽然在经济上可以承受，但每年使用的次数极少，往往因长期存放使（电子 器件的）抢答器损坏，再购置的麻烦和及时性就会影响活动的开展，因此设计了本抢答 器。 本设计是以八路抢答为基本理念。考虑到依需设定限时回答的功能，利用 AT89C51 单片机及外围接口实现的抢答系统，利用单片机的定时器/计数器定时和记数

2、的原理， 将软、硬件有机地结合起来，使得系统能够正确地进行计时，同时使数码管能够正确地 显示时间。用开关做键盘输出，扬声器发生提示。同时系统能够实现：在抢答中，只有 开始后抢答才有效，如果在开始抢答前抢答为无效；抢答限定时间和回答问题的时间可 在 1-99s 设定；可以显示是哪位选手有效抢答和无效抢答，正确按键后有音乐提示；抢 答时间和回答问题时间倒记时显示，满时后系统计时自动复位及主控强制复位；按键锁 定，在有效状态下，按键无效非法。 关键词：AT89C51 LED 数码管 抢答器 计时器 2 目 录 1绪 论 1 1.1 课题研究的相关背景和选题的目的 1 1.2 课题研究的内容 1 1.

3、3 抢答器目前存在的主要问题 1 2抢答器的系统概述 .2 2.1 系统的主要功能 2 2.2 抢答器的工作流程 3 2.3 抢答器的工作过程 4 3系统总体方案的设计 .5 3.1 硬件电路的设计 5 3.2 总体原理图 6 3.3 显示电路的设计 6 3.4 发声电路 8 4软件设计 .9 4.1 主程序系统结构图 9 4.2 程序流程图 9 4.3 主要程序分析 .10 5总结 15 参 考 文 献.16 1 1 绪绪 论论 1.1课题的相关背景课题的相关背景和选题的目的和选题的目的 抢答器是一种应用非常广泛的设备，在各种竞赛、抢答场合中，它能迅速、客观地 分辨出最先获得发言权的选手。早

4、期的抢答器只由几个三极管、可控硅、发光管等组成， 能通过发光管的指示辩认出选手号码。现在大多数抢答器均使用单片机(如MCS-51型) 和数字集成电路，并增加了许多新功能，如选手号码显示、抢按前或抢按后的计时、选 手得分显示等功能。 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。 1.2 课题研究的内容课题研

5、究的内容 本系统采用模块化设计智能抢答器，在抢答比赛中广泛应用，各组分别有一个抢答 按钮。主持人有开始和结束、复位键。在后台主持人可以修改，抢答时间和选手回答问 题的时间设置，原始状态下抢答时间为 20s，回答问题时间为 30s。通过加键和减键修 改上述时间，改完后结束键确定。新时间开始有效，主持人按键开始后，选手开始抢答 为有效，数码显示屏显示抢答时间倒计时和选手号，在最后五秒扬声器发生提示。如果 主持人没有按下开始键而选手就抢答视为犯规，数码显示屏显示犯规者的代号，扬声器 持续发生。主持人可按键结束，新一轮抢答开始。 通过研究并在设计验证后发现，采用单片机技术设计的抢答器与目前常用的抢答器

6、 相比，首先，电路连接简单，大多数功能单元都通过程序设计在单片机内部，第二，工 作性能可靠，抗干扰能力优于目前抢答器。所以本研究是一个实用的工程设计，具有创 新性。 1.3 抢答器目前存在的主要问题抢答器目前存在的主要问题 随着改革开放事业的不断深入，促使人们学科学、学技术、学知识的手段多种多样， 抢答器作为一种工具，已广泛应用于各种智力和知识竞赛场合。但是目前多数抢答器存 在 3 个不足之处：第一，现场线路连接复杂。因为每个选手位于抢答现场的不同位置， 每个选手与控制台之间要有长长的连接线。选手越多，连接线就越多、越乱，这些连接 2 线不仅影响了现场的美观，而且降低了抢答器的可靠性，增加了安

7、装的难度，甚至影响 了现场人员的走动。第二，电路复杂。因为单片机只完成号码处理、计时、数据运算等 功能，其它功能如选手号码的识别、译码、计分显示等仍只能通过数字集成电路完成。 采用单片机扫描技术识别选手抢按号码时，电路的延迟时间较大。第三，选手抢按成功， 但出现没有抢答被记录的问题。 2 抢答器的系统概述抢答器的系统概述 2.1系统的主要功能系统的主要功能 本系统是借用单片机采用模块化设计的八路抢答器，包括 8 路抢答按纽、计时显示、 提示功能等、开始与结束控制按钮、时限设定、各种相关显示调控功能等，除享有抢答 按纽的权利功能外，还有人性化的提示功能和时间提示功能，主控系统的控制按钮做开 始与

8、结束控制，根据活动参赛者的层次，对提前抡答者的行为设定为非法或阻隔，若设 有非法抢答控制功能时，在主控处带有公示性显示的非法抡答者的台位号，对抢答限时 及回答问题限时设为倒计时，并有显示提示。 系统的主要功能模块方框图如图 1 所示。 AT89C51 单片机 4 位 七段 数码 管显 示 声音电路 = 8 路抢答 按键输入 复位电路 开始、结束 按键输入 加一、减一 按键输入 时钟 图 1 系统主要功能模块 本系统采用模块化设计的八路抢答器，在抢答比赛中广泛应用，各组分别有一个抢 答按钮。一共有 8 个按键输入，分别对应 8 路选手的抢答按键。 3 主持人有开始和结束键。在后台主持人可以修改，

9、抢答时间和选手回答问题的时间 设置，原始状态下抢答时间为 20s，回答问题时间为 30s。通过加键和减键修改上述时 间，改完后结束键确定。新时间开始有效，主持人按键开始后，选手开始抢答为有效， 数码显示屏显示抢答时间倒计时和选手号，在最后五秒扬声器发生提示。如果主持人没 有按下开始键而选手就抢答视为犯规，数码显示屏显示犯规者的代号，扬声器持续发生。 主持人可按键结束，新一轮抢答开始。 单片机是整个抢答器的核心，内部电路设计用汇编语言编写。它完成了时间参数的 设定，抢按号码的译码，保存；显示；输出，抢按及答题倒计时功能等。 2.2 抢答器的工作流程抢答器的工作流程 抢答器的基本工作原理：在抢答竞

10、赛或呼叫时，有多个信号同时或不同时送入主电 路中，抢答器内部的寄存器工作，并识别、记录第一个号码，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。在整个抢答器工作过程中，显示电路、声音电路等 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、 正常流程、违例流程等几部分，如图2所示，下面分别予以介绍。 4 加载程序 运 行 行 开始 开始数码管显 示 FFF 开始抢 按时间倒计时 开始前有选手抢按 显示违例选手号 码并伴有语音报 警 倒计时结 束，超时 有选手 抢按 显示 FFF显示选手号码，倒计 时时间,语音报警，答 题,答题时间倒计时 正常流程违规流程 若

11、超过答题 时间，则数 码管显示 FFF 答题完毕 根据选手表现， 规 则由主持人减分 图2 抢答器工作流程 2.3 抢答器的工作过程抢答器的工作过程 1、如果想调节抢答时间或答题时间，按“加一”键或“减一”键进入调节状态， 此时会显示现在设定的抢答时间或回答时间值，如想加一秒按一下“加 1s“键，如果想减 一秒按一下“减 1s”键，时间 LED 上会显示改变后的时间，调整范围为 099s， 0s 时 再减 1s 会跳到 99，99s 时再加 1s 会变到 0s。 5 2、主持人按“抢答开始“键，会有提示音，并立刻进入抢答倒计时（预设 20s 抢答时 间） ，如有选手抢答，会有提示音，并会显示其

12、号数并立刻进入回答倒计时（预设 30s 抢答时间） ，不进行抢答查询，所以只有第一个按抢答的选手有效。倒数时间到小于 5s 会每秒响一下提示音。 3、如倒计时期间，主持人想停止倒计时可以随时按“停止”按键，系统会自动进 入准备状态，等待主持人按“抢答开始”进入下次抢答计时。 4、如果主持人未按“抢答开始”键，而有人按了抢答按键，犯规抢答，LED 上不 断闪烁 FF 和犯规号数并响个不停，直到按下“停止” 键为止。 3 系统总体方案的设计系统总体方案的设计 3.1 硬件电路的设计硬件电路的设计 本设计分为硬件设计和软件设计，这两者相互结合，不可分离，为使硬件电路设计 尽可能合理，应注意以下几方面

13、： (1) 尽可能采用功能强的芯片，以简化电路，功能强的芯片可以代替若干普通芯片， 随着生产工艺的提高，新型芯片的的价格不断下降，并不一定比若干普通芯片价格的总 和高。 (2) 留有设计余地。在设计硬件电路时，要考虑到将来修改扩展的方便。因为很少 有一锤定音的电路设计，如果现在不留余地，将来可能要为一点小小的修改或扩展而被 迫进行全面返工。 (3) 程序空间，选用片内程序空间足够大的单片机，本设计采用 AT89C51 单片机。 (4) RAM 空间，AT89C51 内部 RAM 不多，当要增强软件数据处理功能时，往往 觉得不足。如果系统配置了外部 RAM，则建议多留一些空间。如选用 8155

14、作 I/O 接口， 就可以增强 256 字节 RAM。如果有大批数据需要处理，则应配置足够的 RAM，如 6264，62256 等。随着软件设计水平的提高，往往只要改变或增加软件中的数据处理算 法，就可以使系统功能提高很多，而系统的硬件不必做任何更换就使系统升级换代。只 要在硬件电路设计初期考虑到这一点，就应该为系统将来升级留足够的 RAM 空间，哪 怕多设计一个 RAM 的插座，暂不插芯片也好。 (5) I/O 端口：在样机研制出来后进行现场试用时，往往会发现一些被忽视的问题， 而这些问题不是靠单纯的软件措施来解决的。如有些新的信号需要采集，就必须增加输 入检测端；有些物理量需要控制，就必须

15、增加输出端。如果在硬件电路设计就预留出一 些 I/O 端口，虽然当时空着没用，那么用的时候就派上用场了。 6 3.2 总体原理图总体原理图 图 3 系统原理图 图中 U1 为单片机 AT89C51，U2 为芯片 74HC30，U3 为芯片 74LS04。K1K8 分 别为 8 路抢答按键，分别接到单片机的 P1.0P1.7 中。开始按键与结束按键分别接到单 片机的 10、11 脚，由于单片机的 10、11 脚既有串行接口 RXD、TXD 功能，又有 P3.0、P3.1 的 IO 端口功能，此处按键用到单片机 10、11 脚的 IO 端口功能。抢答时间 调整按键和回答时间调整按键分别接到单片机的

16、 13、14 管脚，加一按键和减一按键分 别接到单片机的 15、16 管脚。4 位七段数码管段选 P0 口。4 位七段数码管的位选接 P2 口低 3 位，蜂鸣器输出为 P3.7 口。 3.3 显示电路的设计显示电路的设计 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。 在这里我们使用的是七段数码管显示，通常在显示上我们采用的方法一般包括两种： 一种是静态显示，一种是动态显示。动态显示相对静态显示而言占用端口资源少。在本 7 设计中根据实际情况采用的是动态显示的方法。 通过查表法，将其在数码管上显示出来，其中 P0 口为字型码输入端，P2 口低 3 位 为字选段输入端。在这里我们通过查表将字型码送给 7 段数码管显示的数字，数码管显 示原理如下： MOV A,R3 MOVC A,A+DPTR MOV P2,#0feH MOV P0,A ACALL DELAY MOV DPTR,#DAT2 MOV A,R5 MOVC A,A+DPTR MOV P2,#0fdH MOV P0,A ACALL DELAY MOV A