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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80C51单片机及外围接口实现的抢答系统，利用单片机的定时器/计数器定时和计数的原理，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，扬声器发声提示。同时系统能够实现：在抢答中，只
2、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：80C51，LED数码管，抢答器，计时 3 目 录前言1第一章 绪 论2第二章设计要求、构思理论依据32.1 设计要求32.2 设计构思理论依据3第三章关键器件介绍53.1 数码管简介53.2 555定时器简介8第四章电路设计134.1抢答电路134.2 音响电路154.3时序电路16第五章电路实验及调试175.1焊接175
3、.2 调试出现的问题及解决方法18总结19参考文献204 前 言进入21世纪越来越来多的电子产品出现在人们的日常生活中，例如企业、学校和电视台等单位常举办各种智力竞赛, 抢答记分器是必要设备。过去在举行的各种竞赛中我们经常看到有抢答的环节，举办方多数采用让选手通过举答题板的方法判断选手的答题权，这在某种程度上会因为主持人的主观误断造成比赛的不公平性。人们于是开始寻求一种能不依人的主观意愿来判断的设备来规范比赛。因此，为了克服这种现象的惯性发生人们利用各种资源和条件设计出很多的抢答器，从最初的简单抢答按钮，到后来的显示选手号的抢答器，再到现在的数显抢答器，其功能在一天的趋于完善不但可以用来倒计时
4、抢答，还兼具报警，计分显示等等功能，有了这些更准确地仪器使得我们的竞赛变得更加精彩纷呈，也使比赛更突显其公平公正的原则。今天随着科技的不断进步抢答器的制作也更加追求精益求精，人们摆脱了耗费很多元件仅来实现用指示灯和一些电路来实现简单的抢答功能，使第一个抢答的参赛者的编号能通过指示灯显示出来，避免不合理的现象发生。但这种电路不易于扩展，而且当有更高要求是酒无法实现，例如参赛人数的增加。随着数字电路的发展，数字抢答器诞生了，它易于扩展，可靠性好，集成度高，而且费用低，功能更加多样话，是一种高效能的产品。而如今在市场上销售的抢答器大多采用可编程逻辑元器件，或利用单片机技术进行设计，本次设计主要利用常
5、见的74LS系列集成电路芯片和555芯片，并通过划分功能模块进行各个部分的设计，最后完成了八路智力竞赛抢答器的设计。 第一章 绪 论众所周知，科学技术的发展离不开实践，实践是促进科学技术发展的重要手段，应用起来更加广泛，电子系统的功能越来越强大，电路图也越来越复杂，印刷电路板的走线越来越复杂和精密。计算机的应用使得我们对各种复杂的电路设计工作变得简单快捷。“科学实践是科学理论的源泉”。基于“基础研究，应用研究，开发研究，生产研究”四个方面，如果结合得好的话，经济建设和国防建设定会兴旺发达。 验证性实践和训练性的实践主要是针对电子技术本门学科范围内的理论验证和实际技能的培养。 综合性的实践，属于
6、应用型实践，目的是培养学生综合运用所学的理论的能力和解决比较复杂的实际问题的能力。设计性实践，主要侧重于某些理论知识的灵活运用。随着自动化技术的飞速发展，各种新型电子器件和集成电路应用越集中，使得更好更复杂的电路得以实现。电气自动化工具的集成设计环境，电子设计软件Protel99se软件等的运用使得设计电路更加方便。作为应用电气自动化专业的学生，更应该熟练掌握各种电路编辑软件，作为专业必需的技能更要及时地对这一类软件的更新版本进行学习，其日趋强大的功能是对我们专业技能的补充。科学的进步要求我们在不断的实践中熟练各种制板的技术，并不断地总结经验。这次毕业设计对我来说非常重要，这是我第一次独立地完
7、成一篇相对完整的学科设计，好的开头是成功的第一步，我更应该加倍努力去完成，尽力做到最好，为将来的学习及毕业设计的完成奠定良好的基础！ 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。6第2页 共 20 页 第二章 设计要求、构思和理论依据2.1设计要求基于单片机的八路控制抢答器，能够及时快速地辨别选手的号码并执行主持人的
8、命令。八路抢答器功能为： 1、抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮S1-S8表示。2、设置一个系统清除和抢答控制开关S9，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30秒）。当主持人启动开始键后，计数器进行减一计数，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续的时间0.5秒左右。5、参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，计数器停止工作，显示器上显示选手的编号，并保
9、持到主持人将系统清除为止。6、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0。2.2 设计构思和理论依据2.2.1 设计思路 整个抢答器的设计主要是按键模块。按键模块可以通过AT89S51单片机内部适当的软件编程来实现。8051中内部ROM是4K，RAM是256B。本次设计的8路抢答器，用89S51单片机控制由主持人控制抢答开始和停止按键，选手按键后显示选手序号和点亮相应指示灯，之后开始倒计时，到相应时间，提醒选手时间将结束，启动蜂鸣器，提醒选手要及时作答从而更好把握作答时间。根据设计我初步将系统分3为大功能模块：主电路、控制电路和音响电路。可将主电路分为一个
10、十六进制（实现一分钟倒记时答题时间）计数、译码、显示电路；数据采集电路（获得优先抢答选手的编号）分为8路抢答开关、八D数据锁存器、优先编码器、加1电路；控制电路分为锁存控制、倒记时控制、音响控制；音响电路分为单稳态触发器、音振及喇叭电路。7 八路抢答器的总体图具体设计方案如下： 接通电源后，主持人将开关拨到清除状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器和指示灯灭灯，等主持人将开关置“开始”位置后，抢答器处于等待状态，此时可以进行抢答。抢答器完成：优先判断抢答的组号，并将编号进行锁存，然后通过译码器将编号显示在七段数码管上。如果再次抢答必须由主持人操作清除和开始状态的开关，即需要主持人清零。2.2.2
11、 设计理论依据 计时模块最主要的是选手的按键，其它的都是简单的编程问题。抢答器的关键在于选手按下键所给出的脉冲，由单片机内的程序对键盘进行查询，然后去执行相应的命令。即大家所看到抢答过程。第三章 关键器件介绍 整个电路的电子器件有：555定时器，CD4511以及若干电容和电阻。我详细介绍一下我所设计的这两个电路中所用到的重要器件（数码管和555定时器）：3.1 数码管简介3.1.1 数码管结构数码管由8个发光二极管（以下简称字段）构成，通过不同的组合可用来显示数字0 9符号及小数点。数码管的外型结构如图3-1所示。数码管又分为共阴极和共阳极两种结构，分别如图3-2和图3-3所示。 图3-1 外
12、型结构 图3-2 共阴极 图3-3 共阳极3.1.2 数码管工作原理 数码管就是由简单的半导体二极管构成，而二极管就是一个PN结，在一个PN结两端接上相应的电极引线，外面用金属（或玻璃、塑料）管壳封装起来，就构成了半导体二极管。共阳极数码管的8个发光二极管的阳极（二极管正端）连接在一起，通常，公共阳极接高电平（一般接电源），其它管脚接段驱动电路输出端。当某段驱动电路的输出端为低电平时，则该端所连接的字段导通并点亮，根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。此时，要求段驱动电路能吸收额定的段导通电流，还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻。 3.1.3 数码管字形选择要使数码管
13、显示出相应的数字或字符必须使段数据口输出相应的字形编码。 表3.1 数码管字型编码表显示字符字形共 阳 极Dpgfedcba字型码000001000111H1111010111D7H220011001032H331001001092H4411011001D4H551001100098H660001100018H7711010011D3H880001000010H991001000090H。011111117FH熄灭灭11111111FFH静态显示是指数码管显示某一字符时，相字型码各位定义如下：数据线D0与a字段对应，D1字段与b字段对应，依此类推。如使用共阳极数码管，数据为0表示对应字段亮，数据为1表示对应字段暗；如使用共阴极数码管，数据为0表示对应字段暗，数据为1表示对应字段亮。1、静态显示概念对应的发光二极管恒定导通或恒定截止。这种显示方式的各位数码管相互独立，公共端恒定接地（共阴极）或接正电源（共阳极）。每个数码管的8个字段分别与一个8位I/O口地址相连，I/O口只要有段码输出，相应字符即显示出来，并保持不变，直到I/O口输出新的段码。采用静态显示方式，较小的电流即可获得较高的亮度，且占用CPU时间少，编程简单，显示便于监测和控制，但其占用的口线多，硬件电路复杂，成本高，只适合于显示位数较少的场合。2、动态显示概念动态显示是一位一位地轮流点亮各位数码管，
