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1、沈阳航空航天大学课程设计论文基于单片机的四路抢答器的设计2序言电子技术和微型计算机的迅速发展，促进微型计算机测量和控制技术的迅速发展和广泛应用，单片机（单片微型计算机）的应用已经渗透到国民经济的各个部门和领域，它起到了越来越重要的作用。单片微型计算机就是将中央处理单元、存储器、定时/计数器和多种接口都集成到一块集成电路芯片上的微型计算机。因此一块芯片就构成了一台计算机。它已成为工业控制领域、智能仪器仪表、尖端武器、日常生活中最广泛使用的计算机。 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
2、的，线路复杂，可靠性不高，功能也比较简单，特别是当抢答路数很多时，实现起来就更为困难。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。控制系统的三个模块为：显示模块、存储模块、抢答开关模块。该系统通过开关电路四个按键输入抢答信号，利用1602液晶屏来完成显示功能，用按键来让选手进行抢答，在液晶屏上显示抢答最快的号码及时间，从而实现整个抢答过程。本文主要介绍了单片机抢答器设计及工作原理，以及它的实际用途。系统工作原理本系统采用AT89C52单片机作为核心。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
3、出控制信号，单片机控制的智能抢答器设，计，二十世纪跨越了三个“电”的时代，即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代。不过，这种电脑，通常是指个人计算机，简称PC机。它由主机、键盘、显示器等组成。还有一类计算机，大多数人却不怎么熟悉。这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机（亦称微控制器）。顾名思义，这种计算机的最小系统只用了一片集成电路，即可进行简单运算和控制。因为它体积小，通常都藏在被控机械的“肚子”里。它在整个装置中，起着有如人类头脑的作用，它出了毛病，整个装置就瘫痪了。现在，这种单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了单片机，就
4、能起到使产品升级换代的功效，常在产品名称前冠以形容词“智能型”，如智能型洗衣机等。现在有些工厂的技术人员或其它业余电子开发者搞出来的某些产品，不是电路太复杂，就是功能太简单且极易被仿制。究其原因，可能就卡在产品未使用单片机或其它可编程逻辑器件上。在知识竞赛中，特别是做抢答题时，在抢答过程中，为了更确切的知道哪一组或哪一位选手先抢答到题，必须要有一个系统来完成这个任务。若在抢答中，只靠人的视觉（或者是听觉）是很难判断出哪一组（或哪一个选手）先抢答到题的。利用单片机编程来设计抢答器，可以使以上问题得以解决，即使两组的抢答时间相差几微秒，也能轻松的分辨出哪一组（或哪个选手）先抢答到题的。本文主要介绍
5、了抢答器的工作原理及设计，以及它的实际用途。目 录0.摘要31. 四路抢答器的基本理论32.方案设计43. 硬件电路的工作原理54. 软件编程145. 系统调试和结果分析216. 结论及进一步设想24参考文献25附录1 元件清单26课设体会28摘要：抢答器可以在竞赛、文体娱乐活动（抢答活动）中，能准确、公正、直观地判断出抢答成功者。通过抢答者的指示灯、液晶屏显示和声音显示等手段指示出第一抢答者。一般抢答器由单片机以及外围电路组成，分为四路、八路等不同，四路和八路的差别是，抢答器背面的接口有几组，和外形没有关系。通过自主的设计、编程和调试出一个简单的四路抢答并在液晶屏显示抢答成功者号码；熟悉C语
6、言编程；了解单片机仿真系统的使用方法，达到提高综合运用相关知识的能力；进一步熟悉和掌握Proteus7的使用方法；掌握单片机系统设计全部过程的目的。关键字: 抢答 单片机 液晶屏显示Abstract: responder can be in competition, sports entertainment ( answer activity ), accurate, impartial, visually judged successful answer. The responder indicating lamp, liquid crystal display screen and sou
7、nd display means is indicative of a first responder. The general answer is controlled by single chip microcomputer and the peripheral circuit, divided into four road, eight road, four road and eight road difference is, responder on the back of the interface has several groups, and the shape of it do
8、esnt matter.Through the independent design, programming and debugging a simple four way contest and in the liquid crystal display screen successful answer number; familiar with C programming language; understand the MCU simulation system the use of methods, to improve the comprehensive use of knowle
9、dge related to ability; further familiar with and master the use of Proteus7 method; the master MCU system design whole process objective.Keywords : Vie for answering ，the MCU LCD ，screen display。1. 四路抢答器的基本理论本设计是采用单片机设计的四人比赛用抢答器系统。它具有电路简单、功能齐全、制作成本低、性价比高等特点，是一种经济、实用的比赛用抢答器。硬件部分主要由单片机AT89c52、74HC573
10、锁存器、1602液晶屏、主持人操作键盘和其它基本外围电子电路组成。2.方案设计抢答器的设计方案要实现以下功能：(1)抢答器同时供4名选手或4个代表队比赛，分别用4个按钮S0 S3表示。(2)设置一个系统清除S1和抢答控制开关S2，该开关由主持人控制。(3)抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在1602液晶屏上显示，同时蜂鸣器发出报警声响提示。选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。(4)抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如10秒）。当主持人启动开始键后，定时器进行减计时 (5)如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，
11、系统禁止抢答，定时显示器上显示01s。该设计采用AT89C52单片机作为控制系统核心。该系统可以完成信号识别，运算控制以及显示功能。抢答器的工作原理是采用单片机最小系统，用查询式键盘进行抢答。通过抢答按键模块，连接按键进行抢答。此电路完成的功能如图1所示，当主持人宣布抢答开始的时候，按下开始按钮，此时电路进入抢答状态，选手的输入采用了扫描式的输入，之后把相应的信息送往单片机，再由单片机输出到显示输出电路中。此时有人第一按下相应的抢答按钮，经过单片机的控制选择，在液晶屏上显示相应的号码，并锁存，同时禁止其他按钮的输入。系统是采用模块化设计的智能抢答器，主控与参赛者设为终端分系统。主控分系统有：开
12、始与结束控制按钮、时限设定、各种相关显示调控功能等。参赛者分系统设有：抢答按纽、计时显示、提示功能等。图1 抢答器原理图3. 硬件电路的工作原理3.1抢答器的电路图如图（2）所示为电路图，其工作原理为：接通电源后主持人将开关拨到“清零”状态，抢答器处于禁止状态，定时器设定时间，主持人将开关置“开始”，宣布抢答开始时，选手要在规定时间内完成抢答；定时器倒计时优先判断，编号锁存，扬声器提示。 图2 抢答器仿真电路图若按了清零键后，仿真图为如下所示：硬件电路应能完成以下功能：参加竞赛者对主持人提出的问题要在最短的时间内作出判断，并按下抢答按键回答问题。当第一个人按下按键后，则在显示器上显示此竞赛者的
13、号码并进行声音提示，同时电路将其他抢答按键封锁，使其不起作用。若有人在可以抢答之前按键，应该有违规提示。电路应该具有倒计时功能，倒计时时间可以设置并显示，在规定时间内没有人抢答则本题作废。回答完或超时后，由主持人将所有按键恢复，重新开始下一轮。完成上述功能的电路包括时间设定开关、声光显示、按键控制以及按键锁存等部分，如图13.6所示。各电路模块的功能如下。 单片机部分：通过读取P3.7P3.3的状态决定倒计时时间；通过读取P1.3P1.0的状态读取按键情况；通过P2.4P2.2控制显示模块以显示按键者的号码和倒计时所剩时间；通过P0.1控制蜂鸣器。 时间设定模块：以拨码开关U3作为倒计时时间的
14、选择信号。若P3.7通过U3接地，倒计时时间为10s；若P3.6通过U3接地，倒计时时间为8s，若P3.5通过U3接地，倒计时时间为6s，若P3.4通过U3接地，倒计时时间为4s。判断时P3.7优先级最高，P3.4优先级最低。 按键模块：KEY1KEY4的信息可以直接传输到P1.3P1.0。单片机一旦检测到有按键按下，立即将P1.4置为低电平，将按键信息锁存，以免后来的按键对其产生影响。KEY1KEY4为抢答按键，KEY5为主持人控制按键。 数码管显示模块：数码管显示模块由一片MAX7219和3个数码管组成。其中U5用来显示按键者的编号，U6、U7在倒计时时显示还有多长时间，如果有人犯规抢答，
15、U6U7显示“FF”。 蜂鸣器模块：蜂鸣器在主持人发出可以抢答信号、有人按下抢答按键和倒计时时间到等3种情况下发出蜂鸣声。3.2 单片机的最小系统52单片机的最小系统电路图: 图3-1-1 单片机的最小系统图说明: 复位电路:由电容串联电阻构成,由图并结合电容电压不能突变的性质,可以知道,当系统一上电,RST脚将会出现高电平,并且,这个高电平持续的时间由电路的RC值来决定.典型的51单片机当RST脚的高电平持续两个机器周期以上就将复位,所以,适当组合RC的取值就可以保证可靠的复位.一般教科书推荐C 取10u,R取8.2K.当然也有其他取法的,原则就要让RC组合可以在RST脚上产生不少于2个机周期的高电平；复位输入高电平有效，当振荡器工作是，RST引脚出现两个机器周期以上的高电平，使单片机复位。此电路除具有上电复位功能外，若要复位只需按“RST”键，此电源Vcc经电阻分压，在RST端产生一个复位高电平；晶振电路:典型的晶振取11.0592MHz(因为可以准确地得到9600波特率和19200波特率,用于有串口通讯的场合)/12MHz(产生精确的方波便于12分频,方便定时操作)； 单片机:一片AT89S51/52或其他51系列兼容单片机
