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1、四川信息职业技术学院毕业设计说明书设计题目: 基于单片机的数字式竞赛抢答器 专 业: 通 信 技 术 班 级: 学 号: 姓 名: 指导教师: 二八年十二月三十日四川信息职业技术学院毕业设计（论文）任务书学 生姓 名学号班级专业通信技术设计题目基于单片机的数字式竞赛抢答器指导教师姓名职 称工作单位及所从事专业联系方式备 注讲 师高级工程师设计（论文）内容：（1）设计指标抢答器可同时供8名选手或8个代表队比赛。设置一个系统清除和抢答控制开关，该开关由主持人控制。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LED数码管上显示，同时扬声器发出报警声响提示。选手抢答实行优先锁存，优先
2、抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。 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30秒）。当主持人启动开始键后，定时器进行减计时，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续的时间0.5秒左右。参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示FF。（2）设计要求画出电路原理图（或仿真电路图）；元器件及参数选择；单片机程序设计与编程；电路仿真与调试；PCB文件生成。进度安排：第5周：任务下达，理解消化任务要求；初步设计方案确定；第
3、6周第10周：设计方案确定，分模块部分完成；第11周：中期检查，查找问题，分析解决难点；第12周第15周：分模块调试，整体电路调试，论文书写等；第16周：答辩。参考文献：1朱永金.成友才.单片机应用技术.北京：中国劳动社会保障出版社，20072何立民.单片机高等教程.北京：航空航天大学出版社，20003雄建云.Protel99 se EDA技术及应用.北京：机械工业出版社，20074林春方.电子线路学习指导与实训.北京:电子工业出版社,2004审批意见教研室负责人：年 月 日备注：任务书由指导教师填写，一式二份。其中学生一份，指导教师一份四川信息职业技术学院毕业设计说明书目录摘要1第1章绪论2
4、第2章总体方案设计32.1方案比较32.2方案论证及选择4第3章抢答器硬件电路设计53.1单片机最小系统53.1.1单片机时钟电路53.1.2单片机复位电路63.2键盘电路设计63.2.1选手抢答电路73.2.2主持人控制电路73.3显示驱动电路83.4蜂鸣电路93.5电源电路10第4章软件部分114.1单片机内部信号分析114.2主要程序流程114.2.1系统主程序流程114.2.2中断程序流程12第5章仿真及调试145.1软件仿真145.2硬件调试14总结16致谢17参考文献18附录1整机电路图19附录2PCB板图20附录3源程序21II四川信息职业技术学院毕业设计说明书摘要本设计是采用单
5、片机设计的多人比赛智力抢答器系统。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、LED显示器、LED驱动器、声音报警器、主持人操作键盘和其它基本外围电子电路组成。软件部分采用51系列单片机通用汇编语言与C语言设计编写。该抢答器不仅能实现显示各位抢答选手号，而且具有抢答30秒倒计时（可调）、答题60秒倒计时（可调）、违例抢答报警等功能。并且功能增减方便，只需对软件做相应修改即可。关键词单片机；抢答；倒计时第1页共28页第1章绪论电子计算机的发展经历了从电子管、晶体管、集成电路到大规模集成电路共四个阶段，即通常所说的第一代、第二代、第三
6、代和第四代计算机。现在广泛使用的微型计算机是大规模集成电路技术发展的产物，因此它属于第四代计算机，而单片机则是微型计算机的一个分支。从1971年微型计算机问世以来，由于实际应用的需要，微型计算机向着两个不同的方向发展：一个是向着高速度、大容量、高性能的高档微机方向发展；而另一个则是向稳定可靠、体积小和价格廉的单片机方向发展。但两者在原理和技术上是紧密联系的。单片机因将其主要组成部分集成在一个芯片上而得名，具体说就是把中央处理器、随机存储器、只读存储器、中断系统、定时器/计数器以及I/O口电路等主要微型机部件，集成在一块芯片上。虽然单片机只是一块芯片，但从功能和组成上，它已具有了计算机的属性，为
7、此它称为单片微型机。单片机有很多的特点，主要表现在：体积小、功耗低、价格廉、控制功能强、应用现场环境恶劣等。本设计的核心采用了AT89C51单片机。80C51单片机系列是在MCS51系列的基础上发展起来的，早期的80C51只是系列众多芯片中的一类，但是随着后来的发展，80C51已经形成独立的系列，并且成为当前8位单片机的典型代表。80C51芯片为40引脚双列直插封装，单一的+5V电源，它具有3个可编程I/O口，其中2个口（A和B）为8位口，1个口(C)为6位口。此外还有128单元的RAM和1个14位计数结构的定时器/计数器。第10页共28页第2章总体方案设计2.1方案比较方案一：采用数字电路实
8、现定时抢答器的总体框图如图2-1所示，它由主体电路和扩展电路两部分组成。主体电路完成基本的抢答功能，即开始抢答后，当选手按动抢答按钮时，能显示选手的编号，同时能封锁输入电路，禁止其他选手抢答。扩展电路完成定时抢答功能。主要是对秒脉冲产生电路计算从而达到定时功能。图2-1数字抢答器组成框图定时抢答器的工作过程是：主持人将开关置于“清除”位置，抢答器处于禁止工作状态，定时显示器上显示设定的时间，当节目主持人宣布抢答题目后，按下“开始”键，扬声器发出响声提示，定时器倒计时。当定时时间到，却没有选手抢答，系统报警，并禁止选手超时后抢答。当选手在定时时间内抢答时，电路立即分辨出抢答者的编号，由锁存器进行
9、锁存，然后译码显示电路显示编号，同时扬声器发声报警，同时对输入编码电路进行封锁，避免其他选手再次抢答，显示剩余抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止。当选手将问题回答完毕时，主持人操作控制开关，使系统恢复到禁止工作状态，以便进行下一轮抢答。方案二：采用单片机实现相比第一方案而言此方案，采单片机为控制核心大大简化了系统电路结构，把各种处理的功能整合在了单片机内部。此设计方案把软件的设计作为设计重点，在原始的单一功能上添加了倒计时抢答、答题倒计时、显示选手号等新颖的附属功能，并保留了传统的报警部分，电路还较简单，具体方框图如2-2所示。图2-2方案二框图这是一种单片机控制的智能化抢答器，该抢答器可
10、以克服普通抢答器存在的各种缺陷。本系统的功能是通过按下抢答键的按钮使单片机相应的端口线读入信号，经过处理后输出显示所按下的键号。本系统还具备筛选第一有效抢答信号、显示超前违规抢答信号、以及可变的抢答倒计时信号和答题倒计时信号等功能。2.2方案论证及选择无论是学校、工厂、军队还是益智性电视节目，都会举办各种各样的智力竞赛，都会用到抢答器。目前市场上已有各种各样的智力竞赛抢答器，但绝大多数以模拟电路、数字电路或者模拟电路与数字电路相结合的产品。这部分抢答器以相当成熟，但是可以看到功能越多的电路相对来说就越复杂，且成本较高，故障高，显示方式简单，甚至没有显示电路。方案一中电路模块太多，还不能显示剩余
11、答题时间，无法准确判断选手答题是否超时。近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正不断走向深入。所以我们选用单片机作为核心部件进行逻辑控制及信号的产生，用单片机本身的优势使竞赛真正达到公正、公平、公开。第3章抢答器硬件电路设计3.1单片机最小系统单片机使用51系列的AT89C51单片机，该单片机应用广泛，技术成熟。AT89C51单片机是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128bytes的随机存取数据存储器（RAM）。AT89C51有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器，
12、2个全双工串行通信口，AT89C51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。AT89C51单片机引脚见图3-1所示：图3-1AT89C51引脚图3.1.1单片机时钟电路AT89C51单片机中有一个用于构成内部振荡器的高增益反向放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出，这个放大器作为反馈元件的片外石英晶体振荡或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器。外接石英晶体及电容、接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。对于外接电容、虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器的稳定性、起振的难易程度及温度稳定性。一般使用石英晶体，电容使用30pF10pF，而如使用
13、陶瓷谐振器，最好选择40pF10pF。3.1.2单片机复位电路复位是单片机的重要操作内容，复位功能是系统正常运行的先决条件。在简单的复位电路中，只要在微处理芯片的RST引脚保持高电平达2个以上的机器周期，即可完成一次复位操作。考虑到电源的稳定时间，参数漂移，晶振稳定时间以及复位的可靠性等因素，一般只要在RST引脚出现10ms以上的高电平，就能使单片机有效复位。复位是由外部电路来实现的，按功能分为以下两种方式：上电自动复位方式和人工复位方式。上电自动复位电路虽然能实现上电复位功能，但对干扰没有抵抗作用，不能保证复位电路任何时候都能可靠地工作。人工复位将一个按钮开关并联于上电复位电路中。按一下开关
14、会在RST端出现一段时间的高电平，使单片机复位，安全可靠，所以选择人工复位电路。见图3-2所示。图3-2单片机最小系统电路原理图3.2键盘电路设计键盘是单片机应用系统最常用的输入设备，操作人员可以通过键盘向单片机系统输入指令、地址和数据，实现简单的人机通信。3.2.1选手抢答电路本设计要求设计可供8名选手抢答的抢答器，可选用矩阵键盘独立式行列键盘。独立式按键就是各按键相互独立，每个按键单独占用一根I/O口线，每根I/O口线的按键工作状态不会影响其他I/O口线上的工作状态。因此，通过检测输入线的电平状态可以很容易判断哪个按键被按下了。优点:电路配置灵活，软件结构简单。缺点:每个按键需占用一根I/O口线，在按键数量较多时，I/O口浪费大，电路结构显得复杂。因此，此键盘是用于按键较少或操作速度较高的场合。矩阵键盘与独立式按键键盘相比，硬件电路大大节省。可通过软件的方法让一键具有多功能。它适用于按键数量较多的场合，由行列线组成，按键位于行列的交叉点上，节省I/O口。但是需要大量扫描、译码程序设计对于我们来说有些困难，考虑到本设计只需8名选手抢答，所以采用独立式行列按键，S1-S8分别是选手1至选手8的抢答按键，如图3-
