单片机论文八位抢答器.docx

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单片机论文八位抢答器

新疆工业高等专科学校电气与信息工程系课程设计

八路数字抢答器

专业班级：

电力09-9

（1）班

学生姓名：

王涛

指导教师：

郭辉

完成日期：

2011-12-29

新疆工业高等专科学校

电气与信息工程系课程设计任务书

11/12学年上学期2011年12月18日

专业

电力系统自动化

班级

电力09-91班

课程名称

微机控制技术

设计题目

八路数字抢答器

指导教师

郭辉

起止时间

2011.12.23-2011.12.29

周数

1

设计地点

B309

设计目的：

学生根据控制要求，明确设计任务，拟定设计方案与进度计划，运用所学的理论知识，控制原理设计、硬件系统设计、软件系统设计，提高理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。

设计任务或主要技术指标：

1.设计出硬件系统的结构图、接线图、时序图等；

2.程序结构与控制功能自行设计；

3、系统有启动、停止功能；

4、进行系统调试，实现控制要求；

5、设计报告要做到层次清晰，论述清楚，图表正确，书写工整，格式正确。

设计进度与要求：

共1周设计时间，第一天领取设计题目，然后小组成员利用2天时间对题目内容相关做了初步的了解，然后各个成员查阅相关书籍，搜集相关资料，在第四天由小组长负责，各个成员在系机房完成自己的设计报告。

主要参考书及参考资料：

[1]51单片机原理与实践/高卫东，辛友顺，韩彦征编著.北京航空航天大学出版社，2008.1

[2]刘红玲、邵晓根，《微机原理与接口技术》，中国电力出版社，2006年第一版

[3]冯博琴，《微型计算机原理及接口技术》，清华大学出版社

[4]艾德才，《微型计算机原理与接口技术》，高等教育出版社

[5]沈美明，《IBM-PC汇编语言程序设计》，清华大学出版社

[6]任致程，《经典集成电路400例》机械工业出版社，2002

[7]薛栋梁，《单片机原理及应用》，中国水利水电出版社，2001

[8]谢筑森,张辉等，《单片机开发与典型应用设计》，中国科学技术大学出版社。

教研室主任（签名）系（部）主任（签名）年月日

新疆工业高等专科学校电气与信息工程系

课程设计评定意见

设计题目：

八路数字抢答器

学生姓名：

王涛专业电力系统自动化班级电力09-9

（1）班

评定意见：

评定成绩：

指导教师（签名）：

年月日

评定意见参考提纲：

1.学生完成的工作量与内容是否符合任务书的要求。

2.学生的勤勉态度。

3.设计或说明书的优缺点，包括：

学生对理论知识的掌握程度、实践工作能力、表现出的创造性和综合应用能力等。

摘要

随着电子技术的飞速发展，基于单片机的控制系统已广泛应用于工业、农业、电力、电子、智能楼宇等行业，微型计算机作为嵌入式控制系统的主体与核心，代替了传统的控制系统的常规电子线路。

同时楼宇智能化的发展与成熟，也为基于单片机的照明控制系统的普及与应用奠定了坚实的基础。

本设计是以八路抢答为基本理念。

考虑到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。

用开关做键盘输出，扬声器发生提示。

关键词：

80C51，抢答器,计时,报警

目录

1.绪论1

1.1选题背景、目的、意义1

1.2八路抢答器的概述1

1.3系统主要功能1

2.统硬件设计2

2.1芯片的选择2

2.2工作原理2

2.3系统的硬件构成及功能3

2.3.1抢答器的硬件框图3

2.3.2抢答器电路设计4

2.3.3时序控制电路设计4

2.3.4复位电路的设计4

2.3.5外部震荡电路设计4

2.3.6报警电路设计5

2.3.7显示电路的设计5

2.3.8抢答电路的设计6

3.系统软件设计7

4.系统软件仿真9

4.1KeiluVision2软件9

4.2Proteus仿真9

心得体会13

参考文献14

1.绪论

1.1选题背景、目的、意义

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。

而现在的抢答器有着向数字化，智能化的方向发展，这就必然提高了抢答器的成本。

鉴于现在小规模的知识竞赛越来越多，操作简单，经济实用的小型抢答器必将大有市场。

本抢答器通过十分巧妙的设计仅用两块数字芯片便实现了数显抢答的功能，与其他抢答器电路相比较有分辨时间极短、结构清晰，成本低、制作方便等优点，并且还有防作弊功能。

因此，我们制作了这款简易八路抢答器摒弃了成本高，体积大，而且操作复杂。

我们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，因而本抢答器具有显示直观，不需要人干预的特点。

而且在显示时抢答器会发出叮咚声使效果更为生动。

工厂、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。

1.2八路抢答器的概述

本组设计的八路数显抢答器具有电路简单、操作方便、灵敏可靠等优点。

它由8个发射器和1个接收器组成，可用于8组或8组以下的智力竞赛中。

比赛前，将参赛组从0至7编号，每组发给对应的一个发射器。

将接收器放于各组中央或前方。

主持人按一下启动键后，抢答开始。

此后，哪一组最先按下发射器上的抢答键，接收器就立即显示该组的组号并锁定，同时发出一声提示音，以后按下任何一路抢答键均不起反映。

只有主持人再次按动启动键后，才能进行下一次抢答，该电路由直流稳压电源、抢答器、倒计时报警与显示组分组成。

1.3系统主要功能

（1）系统运行初始状态显示的是FFF。

（2）按主持人按键，响铃提示进入显示抢答题30秒倒计时，在倒计时的最后5S时，提示灯会不断的闪烁，并发出提示音。

在0S响铃结束，显示初始状态的FFF。

a、30秒期间选手选题，显示选手号和进入60s答题倒计时，在倒计时的最后5S时，提示灯会不断的闪烁，并发出提示音。

在0S响铃结束，显示初始状态的FFF。

b、30秒期间选手不选题，则0s响铃结束，显示开始状态的FFF。

2.统硬件设计

2.1芯片的选择

本设计使用的元器件包括：

80C51芯片、七段码7SEG-MPX4-CC显示器、LED数码管的译码。

其中单片机80C51是系统工作的核心，它主要负责控制各个部分协调工作。

在其外围接上复位电路、上拉电阻、数码管、按钮及扬声器。

P3.0和P3.1分别是抢答停止和开始键。

P1.0-P1.7是8组抢答的输入口,P2.0--P2.3口为数码管的段选口,位选口用的是P0.0--P0.6口输出,外部中断0.1和P3.3，P3.4为抢答记时调整口,实现的对个队进行计时，并且加减调整,外部中断0，1实现了答题时间调整.P3.4P3.5分别实现了时间的加一和减一，P3.6为蜂鸣器的控制口。

2.2工作原理

本设计有抢答电路、译码显示电路、主持人控制电路、定时电路、报警电路，各个电路都有其自己的功能。

通过复位按键，电路进入就绪状态，等待抢答。

然后再由主持人发布抢答“开始”按钮，同时发光二极管随即变亮，当看到二极管亮，进入倒计时状态和抢答状态。

在电路中“1-8”为8路抢答器的8个按键，如果有人按下按键，程序就会判断是谁先按下的，然后将抢答者号码送到七段码管上显示，并封锁键盘，保持刚才按键按下时刻的时间，禁止其他人按键的输入，从而实现了抢答的功能。

如果在设定的时间中没有一个人按下按键，在最后5S会发出提示音，当0S结束后，不可以抢答。

当要进行下一次的抢答时，由主持人先按一下复位按键，电路复位，进入下一次抢答的就绪状态。

80C51的管脚图如下

图2.180C51的管脚图

2.3系统的硬件构成及功能

2.3.1抢答器的硬件框图

图2.2

硬件设计框图

如上图所示的硬件设计框图，其工作原理为：

接通电源后，主持人将“停止”按钮按下，抢答器处于禁止状态，当主持人将“开始”按钮按下时，宣布开始抢答工作。

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"状态按钮。

抢答器的接口电路如下

图2.3抢答器的接口电路图

2.3.2抢答器电路设计

参考电路如图2.3所示，该电路完成两个功能：

一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号；二是禁止其他选手按键操作无效。

如有再次抢答需由主持人将复位按钮按下,然后再进行下一抢答。

2.3.3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"开始"按钮按下时，扬声器发声，抢答电路和定时电路进行正常抢答工作状态.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。

2.3.4复位电路的设计

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。

复位电路如下图示：

图2.4复位电路

2.3.5外部震荡电路设计

外部震荡电路单片机必须在80C51的驱动下才能工作，在单片机内部有一个时钟震荡电路，只需要外接一个振荡器就能产生一定的时钟信号送到单片机内部的各个单元，外部震荡电路如下图。

图2.5外部振荡电路

2.3.6报警电路设计

报警电路用于报警，当遇到报警信号时，发出警报。

抢答开始、抢答时间到时、选手正常抢答、选手非法抢答、答题时间到时都会发出警报。

由于缺少蜂鸣器的驱动器，发生器不响，所以，用绿灯替换用来发出报警音，其图形如下：

图2.6蜂鸣器

选手在设定的时间内抢答时，实现优先判断、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按下"停止"和"开始"状态开关。

2.3.7显示电路的设计

采用七段码7SEG-MPX4-CC显示，在未开始进行抢答时，其上显示的是FFF；当主持人按下抢答“开始”按键时，其上显示的抢答的倒计时间；当某选手抢答成功时，其上显示的是答题的倒计时间。

它是共阴极的由高电平点亮。

图形如下：

图2.7七段码7SEG-MPX4-CC显示

2.3.8抢答电路的设计

采用八个BUTTON按钮作为抢答的选择按键，参赛选手可以在主持人按下“开始”抢答按键时，通过按下自己的抢答按键进行抢答。

图2.8八抢答个BUTTON

3.系统软件设计

智力竞赛抢答器要求有计时记忆功能,一次时间设置完,复位后不需重新进行时间设定，通过键盘扫描输出按键信息，当在扫描到有人按下了答题键，马上关调用显示程序、封锁键盘。

再通过单片机将它转换成能在七段数码管上显示字型码.

图3.1软件设计

当抢答完毕时,会在数码管上显示抢答者数字号码提示以表示抢答成功.在显示时使用的是七段数码管显示，在本设计中根据实际情况采用的是动态显示方法.并通过查表法将其在数码管上显示出来,其中P1口为字型码输入端,P2口低6位为字选段输入端.通过查表将字型码送给7段数码管显示的数字。

软件去抖动,如果"开始键"按下就向下执行,否者跳到开始。

采用倒计时程序，使其具有倒计时功能。

回答倒计时30秒。

抢答时间5秒。

采用发声警报（由于没有驱动器，因此就用绿灯换了），起到报警作用。

其程序的流程图如下：

图3.2程序流程图

1、如果想调节抢答时间或答题时间,按"抢答时间调节"键或"答题时间调节"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1s"键,如果想减一秒按一下"-1s"键，时间LED上会显示改变后的时间，调整范围为0s~99s,0s时再减1s会跳到99，99s时再加1s会变到0s。

2、主持人按抢答“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60s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。

3、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。

4、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FFF和犯规号数并响个不停，直到按下"停止"键为止。

5、P3.0为开始抢答，P3.1为停止，p1.0-p1.7为八路抢答输入数码管段选P0口，位选P2口低3位，蜂鸣器输出为P3.6口。

P3.2抢答时间调整结，P3.3回答时间调整，P3.4为时间加1调整，P3.5为时间减1调整。

4.系统软件仿真

4.1KeiluVision2软件

用到了伟福软件，集成调试环境，集成了编辑器、编译器、调试器，支持软件模拟，支持项目管理功能强大的观察窗口,支持所有的数据类型。

树状结构显示，一目了然，支持ASM（汇编）、C语言,多语言多模块源程序混合调试，在线直接修改、编译、调试源程序，错误指令定位。

功能很强大。

用于对程序的调试和编辑。

其界面如下：

图4.1KeiluVision2软件界面

4.2Proteus仿真

系统仿真还用到了Proteus软件，可通过仿真可以完全显示出所设计系统的功能,对于程序的调试等有很大的帮助。

系统仿真时首先要在使用伟福编译器，把所写的程序进行编译，同时在仿真器里设置生成HEX文件，编译无错误时进行Proteus仿真，其仿真图如下：

（1）仿真图

图4.2仿真图

（2）五号抢答成功时的显示图：

图4.3五号抢答成功时的显示图

（3）二号违规抢答时的显示图：

提示灯会不断的闪烁，并发出提示音。

图4.4二号违规抢答时的显示图

（4）使用加法调整时间的图：

图4.5使用加法调整时间的图

（5）使用减法调整图：

图4.6使用减法调整图

（6）倒计时还有1秒时的报警显示图：

提示灯会不断地闪烁，并发出提示音。

图4.7倒计时还有1秒时的报警显示图

心得体会

通过这一周的课程设计，我学到了不少的知识。

把以前没有学好的模拟电路的知识进行了补充和加强。

这使我受益很大。

加深了我对于单片机和数字电路的认识，相信在以后的学习和工作中碰到这些基础的元器件我会更加得心应手。

通过查阅大量的资料，我获得了以前在课堂上学不到的东西，我想这对于以后的毕业设计，或者工作也好，都是很有帮助的。

我很认真地对待这个过程中的每一个细节，希望自己能做得更好。

希望今后还有这样的机会，能够让我学到更多的知识。

在此次的数字钟设计过程中,更进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法。

在设计电路中,往往是先仿真后连接实物图,但有时候仿真和电路连接并不是完全一致的,因此在实际的电路连接中往往容易遗漏。

在设计电路的连接图中出错的主要原因都是接线和芯片的接触不良以及接线的错误所引起的。

在以后的设计过程中进行了修改、改正。

参考文献

[1]51单片机原理与实践/高卫东，辛友顺，韩彦征编著.北京航空航天大学出版社，2008.1

[2]刘红玲、邵晓根，《微机原理与接口技术》，中国电力出版社，2006年第一版

[3]冯博琴，《微型计算机原理及接口技术》，清华大学出版社

[4]艾德才，《微型计算机原理与接口技术》，高等教育出版社

[5]沈美明，《IBM-PC汇编语言程序设计》，清华大学出版社

[6]任致程，《经典集成电路400例》机械工业出版社，2002

[7]薛栋梁，《单片机原理及应用》，中国水利水电出版社，2001

[8]谢筑森,张辉等，《单片机开发与典型应用设计》，中国科学技术大学出版社，