八路抢答器说明书

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1、微机原理及应用课程设计课题：8路抢答器姓名：班级：学号：学院：指导教师：设计日期：2016年6月设计任务书一、设计任务设计一个可供 8 组同时使用的抢答器。1设计系统的硬件和软件设计。2. 要求显示抢答的结果，并有45s的答题时间显示。二、基本要求1、设计系统的硬件和软件设计；2、撰写课程设计报告。3、课程设计报告由封面、设计任务书、目录、摘要、正文、参 考文献、附录等部分组成。4、封面可自行设计，应包含课程设计名称及设计题目、专业、 班级、姓名、指导老师、设计日期等内容。5、正文是设计报告的核心部分。应包含以下内容：（1）概述所 做课题的意义、本人所做的工作及系统的主要功能；（2）硬件电路

2、设计及描述；（3）软件设计流程图及描述；（4）源程序代码（要有 注释）；（5）体会和建议等。摘要6 实验材料清单22 7 设计总结献23 参考文23摘要随着科学技术的不断发展，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，当今的社会竞争 日益激烈，选拔人才，评选优胜，知识竞赛之类的活动愈加频繁，那么也就必然 离不开抢答器。因此抢答器是机关学校、电视台等单位开展智力竞赛活动必不可 少的设备，通过抢答者的按键、数码显示等能准确、公正、直观地判断出优先抢 答者。本产品采用了数字显示器直接指示，自动锁存显示结果，并自动复位的设 计思想，由数字电

3、路以及外围电路组成，分为八路抢答；在抢答同时附有声音输 出接口，提示主持人此时已完成这次的抢答。数字抢答由主体电路与扩展电路组成。主体电路包括两部分：一部分是优先编码 电路、锁存器、译码电路将参赛队的输入信号在显示在 LED 上的输出电路；另一 部的分式控制电路和报警电路。通过布线、调试等工作后抢答器成形。关键字：抢答电路；定时电路；报警电路；LED目录设计任务书 I8 路抢答器课程设计 II摘 要 错误！未定义书签。一 序言41.1 抢答器设计的目的和意义41.2 抢答器设计的功能41.3 抢答器的工作流程5设计任务书 I8 路抢答器课程设计 II一 序言1.1抢答器设计的目的和意义通过这次

4、课程设计,了解简单多功能数字电路抢答器的组成原理，初步掌握 数字电路抢答器的调整及测试方法，提高思考能力和实践能力。同时通过本课题 设计，巩固已学的理论知识，建立逻辑数字电路的理论和实践的结合，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。初步掌握多功能抢答器的调整及测试方法。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或数字集成电路，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。 通过这次课程设计进一步掌握 AT89C51 单片机的原理，了

5、解简单多功能多路抢答 器组成原理，初步掌握数字电路抢答器的调整及测试方法，提高思考能力和实践 能力。1.2抢答器设计的功能1.2.1 基本功能：(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 S0 S7 表 示。(2)设置一个系统清除和抢答控制开关S,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,定时器进行减计

6、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。1.2.2 扩展功能：(1)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。( 2)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 00。1.3抢答器工作流程1.3.1 抢答器的基本工作原理：抢答器的工作原理是在抢答竞赛或呼叫时，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

7、，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。选手在定时时间内抢答时， 抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。当一轮抢答之后， 定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。如果再次抢答必须由主持人 再次操作清除和开始状态开关。1.3.2 抢答器的工作过程如果想调节抢答时间或答题时间，按“加1”键或“减1”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Is键，如 果想减一秒按一下“减I

8、s”键，时间LED上会显示改变后的时间，调整范围为 099s。主持人按开始键，会有提示音，并立刻进入抢答倒计时（预设 30s 抢答时 间），如有选手抢答，会有提示音，并会显示其号数并立刻进入回答倒计时（预 设 45s 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。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。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。总而言之，本课题利用

9、 89C51 单片机及外围接口实现的抢答系统设计了抢答器，该抢 答器增加了新功能、提高了系统的可靠性、简化了电路结构、节约了成本，是一个实用的工 程设计。二 抢答器设计方案的比较方案一： 传统的数电控制电路传统的数电控制电路可靠性虽好，但不能显示台几号给主持人带来一定的麻烦，而模拟 电子控制电路可靠性较差。 8 路抢答器可以利用硬件电子元器件实现，但电路结构复杂， 调试困难，涉及到的外围元件多，不便于安装，实验给实际操作带来很大的麻烦。电路结构 复杂，调试困难电子，电子器件管脚很多，实际搭建起来费时费力，焊接很容易出错。而且 它的造价却很高。仅仅是集成电路它就用了八个，这跟我们当初的设计理念是

10、相冲突的。我 们要的是功能齐全，但是造价比较低的设计。所以我们放弃了这项设计。方案二：利用硬件和软件结合用单片机实现单片机体积小价格低，应用方便，稳定可靠。单片机将很多任务交给了软件 编程去实现，大大简化了外围硬件电路，使外围电路的实现简单方便。由于单片 机本身不具有软件编译测试的功能，我们需要借助其他软件编译，将编译好的程 序“烧”入单片机内。在实际电路设计中，需要先通过仿真软件测试电路以及编译的程序，检查外 围电路设计是否合理，软件编译是否正确，以及软件和硬件电路能否正常配合工 作，能否准确的实现所设计的功能。如果测试通过，电路仿真没有问题能完全实 现功能的话就可以实际的做板子的焊接工作了

11、。在老师的指导下我选择了常用的 单片机仿真软件 proteus 及 keil 进行仿真。三 硬件电路设计3.1 抢答器电路框图如图3-1 所示为电路框图。其工作原理为：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，编号显示器灭灯，定时器显示设定时间； 主持人将开关置，“开始”状态，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、编号锁 存、编号显示、扬声器提示。当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定 时器显示剩余时间。如果再次抢答必须由主持人再次操作开始、停止状态开关3.2 单元电路设计3.2.1 抢答器电路抢答

12、电路的功能有两个：一是能分辨出选手按键的的先后，并锁存优先抢答 者的编号，供译码显示电路用；二是要使其他选手的按键操作无效。选用优先编 码 74LS148 和 RS 锁存器 74LS279 可以完成上述功能，其电路组成如图 4.1 所示：图 4.1 抢答电路其工作原理是：当主持人控制开关处于“清零”位置时，RS触发器的R端 为低电平，输出端（4Q1Q）全部为低电平。于是74LS48的BI=0,显示器灭 灯；74LS148的选通输入端ST=0, 74LS148处于工作状态，此时锁存电路不工 作。当主持人将开关拨到“开始”位置时，优先编码电路和锁存电路同时处于工 作状态，既抢答器处于等待工作状态，

13、等待输入端 I7、I6、I5、I4、I3、I2、I1、 10输入信号，当有选手将键按下时（如按下S5） , 74LS148的输出Y2Y1Y0=010, YEX=0，经 RS锁存器后，CTR=1，BI=1，此时74LS279处于工作状态， 4Q3Q2Q=101，经74LS48译码后，显示器显示出“5”。此外，CTR=1，使74LS148 的ST端为高电平，74LS148处于禁止工作状态，封锁了其它按键的输入。当按 下的键松开后， 74LS148 的 YEX 高电平，但由于 CTR 维持高电平不变，所以 74LS148仍处于禁止工作状态，其它按键的输入信号仍不会被接受。这就保证了 抢答者的优先性以

14、及抢答电路的准确性。当优先抢答者回答完问题后，主持人操 作控制开关S,使抢答电路复位，以便进行下一轮抢答。3.2.2 时序控制电路设计时序控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下功能：a.主持人将控制开关拨到开始位置时，扬声器发声，抢答电路和定时电路进人正常抢答工作状态。b.当参赛选手按动抢答键时，扬声器发声，抢答电路和定时电路停止工作。C 当设定的抢答时间到，无人抢答时，扬声器发声，同时抢答电路和定时电路停止工作。3.2.3亠宀P2.3/A11P2.47A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15斗：- &-O - OP3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INTUP3.3/IN

15、T1P3.4JTUP3.5ZT1P3.6AiVRP3.7/RDX .SPEAKER24252627281DK ML 12汕13H14U15P 他 仃LS1图3-3时序控制电路复位是计算机的一个重要工作状态。在单片机工作时，接电之前要复位，断 电后也要复位，发生故障也要复位，在抢答器中复位则是为定时做铺垫的，在抢 答之前要复位，抢答完毕业要复位，按了复位键之后， LED 的显示的是 O 。单 片机的复位引脚 RST （全称 RESET ）出现 2 个机器周期以上的高电平时，单 片机就执行复位操作。外部中断和内部中断并存，单片机硬件复位端，只要持续 4 个机器周期的高 电平即可实现复位，硬件复位后的各状态可知寄存器以及存储器的值都恢复到了 初始值，因为本设计中功能中有倒计时时间的记忆功能，所以不能对单片机进行 硬件复位，只能用软件复位，软件复位实际上就是当程序执行完之后，将程序通 过一条跳转指令让它完成复位。复位电路如图 3-4所示：91QK-10RS293031