湖南省娄底职业技术学院抢答器毕业设计Word格式.docx
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日期:
2011年11月15日
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。
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,减少兴致。
做为一个单位若专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。
本设计是以六路抢答为基本理念。
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,只需要人为的编写程序(汇编语言)到单片机里,就能实现和满足不同的控制方案,利用单片机的定时器/计数器定时和记数的原理,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LED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单片机;
LED数码管;
抢答器;
计时;
汇编语言;
定时器/计数器;
第一章概述
1.1单片机简介
单片机,亦称单片微电脑或单片微型计算机。
它是把中央处理器(CPU)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、输入/输出端口(I/0)等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。
由于单片机的集成度高、功能强、通用性好,特别是它具有体积小、重量轻、能耗低、价格低廉、可靠性高、抗干扰能力强和使用方便等独特的优点,使单片机迅速得到了推广应用,目前已经成为测量控制应用系统中的优选机种和新电子产品的关键部位。
世界各大电气厂家、测控技术企业、机电行业,竞相把单片机应用于产品更新,作为实现数字化、智能化的核心部件。
智能风扇就是以单片机为核心的系统。
计算机的产生加快了人类改造世界的步伐,但是它毕竟体积大,微计算机(单片机)在这种情况下诞生了,它为我们改变了什么?
纵观我们现在生活的各个领域,从导弹的导航装置,到飞机上各种仪表的控制,从计算机的网络通讯与数据传输,到工业自动化过程的实时控制和数据处理,以及我们生活中广泛使用的各种智能IC卡、电子宠物等,这些都离不开单片机。
以前没有单片机时,这些东西也能做,但是只能使用复杂的模拟电路,然而这样做出来的产品不仅体积大,而且成本高,并且由于长期使用,元器件不断老化,控制的精度自然也会达不到标准。
在单片机产生后,我们就将控制这些东西变为智能化了,我们只需要在单片机外围接一点简单的接口电路,核心部分只是由人为的写入程序来完成。
这样产品的体积变小了,成本也降低了,长期使用也不会担心精度达不到了。
所以,它的魔力不仅是在现在,在将来将会有更多的人来接受它、使用它。
自世界上第一单片机诞生以来,单片机不断陈出新,目前已有几十个系列、上百种型号。
目前应用比较广、影响比较大的有如下几种:
<
1>
美国Intel公司MCS-51系列、MCS-96系列单片机
2>
美国Atmel公司的AT89系列单片机
3>
中国宏晶STC8051系列
4>
日本NEC公司的ŪPD7800系列
上面这些产品有很多相同的内容,但各有其特点,用户可以根据需要选择。
如此庞大的单片机家族,其实只要熟练掌握一种单片机的使用方法,便可以举一反三,对其它型号的单片机也能够很快上手。
1.2课题研究的相关背景
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。
本课题利用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和选手号码。
系统达到要求:
抢答限定时间和回答问题的时间可是在1-99s设定;
抢答时间和回答问题时间倒记时显示,时间完后系统自动复位;
1.3国内外研究现状
抢答器作为一种电子产品,早已广泛应用于各种智力和知识竞赛场合,但目前所使用的抢答器有的电路较复杂不便于制作,可靠性低,实现起来很困难;
有的则用一些专用的集成块,而专用集成块的购买又很困难。
为适应高校等多代表队单位活动的需要而设计一个多功能抢答器,这种抢答器具有电路简单,元件普通,易于购买等优点,很好地解决了制作者制作困难和难于购买的问题。
在国内外已经开始了普遍的应用。
1.4抢答器设计的主要内容
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10s,回答问题的时间为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,选手开始抢答有效,数码显示屏抢答时间倒计时和选手号,在最后5S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,新一轮开始。
主控制器模块:
采用AT89S51单片机控制
抢答器显示模块:
数码管显示
电源方案的选择:
采用单相稳压电路
抢答器键盘:
独立式键盘
第二章系统硬件设计
2.1系统的主要功能
本系统是借用单片机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。
参赛者分系统设有:
抢答按纽、计时显示、提示功能等(根据需要可另设或多设相关功能);
主控分系统有:
开始与结束控制按钮、时限设定、各种相关显示调控功能等(根据需要也可另设或多设相关功能)。
参赛者系统,除享有抢答按纽的权利功能外[1],还有人性化的提示功能和时间提示功能,也可设定由主控控制在参赛者终端表现的趣味性功能等;
主控系统的控制按钮做开始与结束控制,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式,并有公示性显示。
图2-1系统主要功能模块
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10s,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。
主持人可按键结束,新一轮抢答开始。
系统的主要功能模块方框图如2-1所示。
2.2抢答器的工作流程
抢答器的基本工作原理:
在抢答竞赛或呼叫时[2],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、语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2-2
图2-2抢答器工作流程
2.2.1总体原理图
图3-1系统原理图
2.2.2复位电路的设计
单片机的第9脚RST为硬件复位端,只要将该端持续4个机器周期的高电平即可实现复位,复位后单片机的各状态都恢复到初始化状态,其电路图如图4所示:
2.2.3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。
将显示功能集中到一起,作为一个功能模块,就要求它的功能全面,能根据系统软件提供的信息自动完成显示内容的查找,变换和输出驱动。
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:
MOVA,R5
MOVCA,@A+DPTR;
查字型码
MOVP2,#01H;
送位选码
MOVP0,A;
送字型码
ACALLDELAY;
调延时,去闪烁
2.2.4键盘电路的设计
键盘是人与微机系统打交道的主要设备,本次设计采用独立式键盘,独立式键盘硬件电路简单,而且在程序设计上也不复杂,一般用在对硬件电路要求不高的简单电路中
2.2.5系统复位
使CPU进入初始状态,从0000H地址开始执行程序的过程叫系统复位。
程序如下:
POWERDATA67H;
上电标志存放单元
ERR:
CLREA;
关中断
MOVDPTR,#ERR1;
准备返回地址
PUSHDPL
PUSHDPH
RETI;
清除高级中断激活标志
ERR1:
MOVPOWER,#0AAH;
重建上电标志
CLRA;
准备复位地址
PUSHACC;
压入复位地址0000H
PUSHACC
清除低级中断激活标志,从程序0000H开始执行。
第三章系统软件设计
3.1程序流程图
在本设计中包括了以下主要的程序:
主程序,查询程序,非法抢答程序,抢答时间调整程序,回答时间调整程序,倒计时程序,正常抢答处理程序,犯规处理程序,显示及发声程序。
主流程图如14所示:
图14程序设计流程图
3.2程序设计
主程序:
ORG0040H
MAIN:
MOVR1,#0FH
MOVR2,#0AH
MOVTMOD,#11H
MOVTH0,#0F0H
MOVTL0,#0FFH
MOVTH1,#3CH
MOVTL1,#0B0H;
50ms为一次溢出中断[10]
SETBEA
SETBET0
SETBET1
SETBEX0
SETBEX1
CLROK
CLRRING
SETBTR1
SETBTR0
非法抢答处理程序:
FALSE1:
ACALLBARK
MOVR3,#01H
AJMPERROR
FALSE2:
MOVR3,#02H
FALSE3:
MOVR3,#03H
FALSE4:
MOVR3,#04H
FALSE5:
MOVR3,#05H
FALSE6:
MOVR3,#06H
A
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