智能抢答器的设计与制作a.docx
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智能抢答器的设计与制作a.docx
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智能抢答器的设计与制作a
江西渝州科技职业技术学院
毕业论文
课题名称:
智能抢答器的设计与制作
专业班级:
电子工程与管理
学生姓名:
黎德洪
指导教师:
常永财
二零一零年十月
目录
第一章绪论......................................................2
1.1摘要........................................................2
1.2课题研究的相关背景..........................................3
1.3选题的目的和意义............................................3
1.4课题研究的内容.............................................3
1.5使用说明...................................................4
第二章智能抢答器的设计............................................4
2.1.1系统方案设.................................................4
2.1.2选择方案说明................................................5
2.2功能模块说明.................................................6
2.2.1硬件功能模块说明...........................................6
2.2.1.1STC80C52芯片介绍........................................6
2.2.1.2CD4017芯片介绍........................................7
2.2.1.3数码管显示电路...........................................8
2.2.1.3.1组别显示电路...........................................9
2.2.1.3.2倒计时时间显示电路....................................11
2.2.1.4倒计时到、抢答到报警电路................................12
2.2.1.5抢答按钮电路............................................13
2.2.1.6设置按钮电路............................................14
2.2.2程序模块说明..............................................14
第三章安装及电路调试........................................19
3.1接通电源逐步调试.......................................19
3.2抢答器的安............................................20
第四章设计体会...................................................21
参考文献...........................................................22
致谢...............................................................22
第一章绪论
1.1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。
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30S;可以显示是哪位选手有效抢答,正确按键后有提示;抢答时间计时显示,满时后系统计时手动复位;按键锁定,在有效状态下,按键无效非法。
Abstract:
Withthecontinuousdevelopmentofscienceandtechnologyhaveencouragedpeopletostudyscienceandtechnology,sciencemeansknowledgeofawiderange.Responderisatoolthathasbeenwidelyusedinavarietyofintelligenceandknowledgecompetitionsoccasions.ButtheResponderoftheuseoflowerfrequency,andtheproductionofsomeorcomplex,orlowreliabilityandreducemood.AsaspecialbuyoneunitiftheResponderWhiletheeconomycanbear,buteveryyearthenumberofrarelyused,oftenduetolong-termstoragesothat(electronicdevices)Responderisdamaged,thenthetroubleandtimelinessoftheacquisitionwillbeaffectedactivitieshavebeenconducted,sothedesignofthisResponder.
Thedesignisbasedoneight-waytoanswerinthebasicconcepts.Takingintoaccounttheneedtosettime-boundtoansweraccordingtothefunction,usingAT89C51microcontrollerandexternalinterfaceoftheanswerinhissystem,usingmicrocontrollertimer/countertimingandcountoftheprinciple,thehardwareandsoftwaretogetherorganically,makingthesystemabletocorrectlytocarryouttime,whilethedigitalcontroltocorrectlydisplaythetime.Switchingtodowiththekeyboardoutput,speakerpromptsoccur.Atthesametimethesystemcanbeachieved:
Intheanswerinhisplace,onlytobeeffectiveafterthecommencementofanswerinhisplace,iftheanswerinhisplacebeforetheanswerinhisplaceatthebeginningnullandvoid;toanswerinalimitedtime30S;canshowwhichplayerisaneffectiveanswerinthecorrectkeyaftertheprompt;toanswerintimetotimeshowsthatAftertheexpirationoftimetomanuallyresetthesystem;keyslockedintheeffectivestate,thebuttonisnotillegal.
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。
用开关做键盘输出,扬声器发生提示。
系统达到要求:
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;抢答限定时间的时间可是在1-225s设定;可以显示是哪位选手有效抢答和无效抢答,正确按键后有提示;抢答时间时间倒记时显示,时间完后再复位复位;按键锁定,在有效状态下,按键无效非法。
1.3选题的目的和意义
通过这次课程设计,掌握51单片机的原理,了解简单多功能抢答器组成原理,初步掌握多功能抢答器的调整及测试方法,提高动手能力和排除故障的能力。
同时通过本课题设计与装配、调试,提高自己的动手能力,巩固已学的理论知识,建立单片机理论和实践的结合,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。
提高动手能力和排除故障的能力。
1.4课题研究的内容
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、复位和设定时间键。
在后台主持人可以修改,抢答时间时间设置,原始状态下抢答时间为30s。
1.5使用说明
该抢答器有八个强大按钮,八个强大按钮分别给选手使用。
选手按下按钮就可以抢到答题机会。
操作面板上有四个按钮供主持人操作,一个是开始按钮、一个是复位/减按钮、一个是加按钮、一个是置位按钮。
主持人按下开始选手就可以抢答,否则选手按下也没有用。
有人按下抢答按钮或倒计时时间到时,报警器就会报警主持人按下复位按钮就回到初始化。
时间置位按一下“加”按钮再按“置位”按钮就可以设置初始时间长一点,同样按一下“减/复位”按钮,再按下“置位”按钮可以设置初始时间段一点。
第二章智能抢答器的设计
2.1.1系统方案设计
方案1:
如图所示为总体方框图。
其工作原理为:
接通电源后,主持人将开关拨到"清零"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"清除"和"开始"状态开关。
方案2:
如图所示为总体方框图。
其原理是理由单片机将抢答程序、显示程序、置位程序和报警程序,写入单片机。
在对应的输入、输出埠接到相应的外围组件。
开机后倒计时初始值为30S,根据情况主持人可以在0S——255S间任意设置。
主持人宣布开始的同时按下“开始”按钮,时间显示倒计时选手就可以开始抢答。
第一个选手选中报警点路开始报警,其他的选手抢答无效定时器显示剩余时间。
按下“复位”按钮组别显示归零,倒计时时间回到初始值。
2.1.2选择方案说明
这次毕业设计我选择的是方案二,用51单片机将程序写入单片机中实现其功能。
方案二利用单片机外围电路设计比较简单,程序复杂一点。
上一学期学习了单片机C语言对单片机比较感兴趣,所以选择了方案二。
方案二还有以下优点:
1)比起方案方案二设计外围电路简单一些,不需要编码器、定时器。
2)调试没有方案一那么复杂,方案二调试分为两块一是程序二是外围电路。
3)单片机计时更为精确,运行更稳定。
2.2功能模块说明
2.2.1硬件功能模块说明
2.2.1.1STC80C52芯片介绍
80c52引脚图管脚图及各引脚功能介绍
该系列单片机是采用高性能的静态80C52设计由先进CMOS工艺制造并带有非易失性Flash程序内存全部支持12时钟和6时钟操作P89C51X2和P89C52X2/54X2/58X2分别包含128字节和256字节RAM32条I/O口线3个16位定时/计数器6输入4优先级嵌套中断结构1个串行I/O口可用于多机通信I/O扩展或全双工UART以及片内振荡器和时钟电路。
此外,由于器件采用了静态设计,可提供很宽的操作频率范围,频率可降至0。
可实现两个由软件选择的节电模式,空闲模式和掉电模式,空闲模式冻结CPU但RAM定时器,串口和中断系统仍然工作掉电模式保存RAM的内容但是冻结振荡器导致所有其它的片内功能停止工作。
由于设计是静态的时钟可停止而不会丢失用户数据运行可从时钟停止处恢复
Vss(20脚):
接地
VCC(40脚):
主电源+5V
XTAL1(19脚):
接外部晶体的一端。
在片内它是振荡电路反相放大器的输入端。
在采用外部时钟时,对于HMOS单片机,该端引脚必须接地;对于CHMOS单片机,此引脚作为驱动端。
XTAL2(18脚):
接外部晶体的另一端。
在片内它是一个振荡电路
反相放大器的输出端,振荡电路的频率是晶体振荡频率。
若需采用外部时钟电路,对于HMOS单片机,该引脚输入外部时钟脉冲;对于CHMOS单片机,此引脚应悬浮。
RST(9脚):
单片机刚接上电源时,其内部各寄存器处于随机状态,在该脚输入24个时钟周期宽度以上的高电平将使单片机复位(RESET)
PSEN(29脚):
在访问片外程序内存时,此端输出负脉冲作为内存读选通信号。
CPU在向片外内存取指令期间,PSEN信号在12个时钟周期中两次生效。
不过,在访问片外数据存储器时,这两次有效PSEN信号不出现。
PSEN端同样可驱动8个LSTTL负载。
我们根据PSEN、ALE和XTAL2输出端是否有信号输出,可以判别80C51是否在工作。
ALE/PROG(30脚):
在访问片外程序内存时,此端输出负脉冲作为内存读选通信号。
CPU在向片外内存取指令期间,PSEN信号在12个时钟周期中两次生效。
不过,在访问片外数据存储器时,这两次有效PSEN信号不出现。
PSEN端同样可驱动8个LSTTL负载。
我们根据PSEN、ALE和XTAL2输出端是否有信号输出,可以判别80C51是否在工作。
EA/VPP(31脚):
当EA端输入高电平时,CPU从片内程序内存地址0000H单元开始执行程序。
当地址超出4KB时,将自动执行片外程序内存的程序。
当EA输入低电平时,CPU仅访问片外程序内存。
在对87C51EPROM编程时,此引脚用于施加编程电压VPP。
输入/输出引脚:
(1)P0.0—P0.7 (39脚—32脚)
(2)P1.0—P1.7 (1脚—8脚)
(3)P2.0—P2.7 (26脚—21脚)
(4)P3.0—P3.7 (10脚—17脚)
2.2.1.2CD4017芯片介绍
cd4017中文数据内容说明:
CD4017是5位Johnson计数器,具有10个解碼输出端,CP、CR、INH输入端。
时钟输入端的斯密特触发器具有脉冲整形功能,对输入时钟脉冲上升和下降时间无限制。
INH为低电平时,计数器在时钟上升沿计数;反之,计数功能无效。
CR为高电平时,计数器清零。
Johnson计数器,提供了快速操作、2输入解碼选通和无毛刺解碼输出。
防锁选通,保证了正确的计数顺序。
解碼输出一般为低电平,只有在对应时钟周期内保持高电平。
在每10个时钟输入周期CO信号完成一次进位,并用作多级计数链的下级脉动时钟。
CD4017提供了16引线多层陶瓷双列直插(D)、熔封陶瓷双列直插(J)、塑料双列直插(P)和陶瓷片状载体(C)4种封装形式。
引出端功能符号
CO:
进位脉冲输渊
CP:
时钟输入端
CR:
清除端
INH:
禁止端
Q0-Q9:
计数脉冲输出端
VDD:
正电源
VSS:
地CD4017组成的防抖动触摸开关电路
本电路使用一片十进制计数器CD4017,输出Y2和复位端RST相接,14脚每收到两个记数脉冲既复位。
其工作原理是220伏交流电经变压器降压、D1-D4整流、C1滤波后获得+9V直流电压。
C3、R2构成上电复位电路,CD4017复位后Y0输出高电平,Y1和Y2输出低电平,三极管V导通。
继电器吸合,其常开触点接通用电器。
K被按下后,C2迅速放电,14脚获得脉冲上升沿,触发CD4017记数,使Y0输出低电平,Y2仍保持低电平。
此时三极管V截止,继电器释放,用电器断电。
再次按下K时,C2再次放电,14脚又获得一个记数脉冲,CD4017的Y0和Y1输出低电平,Y2输出高电平,通过二极管D5将CD4017复位,Y0输出高电平,Y1和Y2输出低电平,三极管V再次导通,继电器吸合。
因此,每按一次K,Y0的输出电平就翻转一次,用电器被开、关一次。
每当K按下时,C2将放电,与此同时,CD4017得到一个记数脉冲,K松开之后,须经过一段对C2的充电时间后,才使CD4017的14脚为低电平,在此期间内K键上的任何抖动不会产生第二个记数脉冲。
CD4017时序图如下:
2.2.1.3数码管显示电路
2.2.1.3.1组别显示电路
组别显示是用得静态显示,显示数字为0,1,2,3,4,5,6,7,8.其中“0”表示没有人或方队抢答,后面分别表示1——8个方队或参选选手。
选用是单个的七段数码管:
在主持人按下开始按钮后参选选手就可以抢答,如果有人或方队选中组别显示数码管就会显示那一组的组号,以便于大家和主持人辨别出那一组抢到。
组别显示数码管选用的是共阴的七段数码管,从单片机的P1口输出对应的段码:
{f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f}分别对应0——8;由于80c51单片机埠的输出电流在10mA左右输出电压在5V,所以在单片机输出口上串联一个限流电阻。
组别数码管显示电路如下:
2.2.1.3.2倒计时时间显示电路
倒计时显示根据问题的难易或主持人的需要,可以0—225S任意设置倒计时时间。
开机的时候程序将初始时间设置30S,通过“加”、“减”、“置位”按钮可以任意设置倒计时时间。
一般抢答环节给选手思考时间是60秒钟以内,所以我将时间变量设置为unsignedchar(无符字符型)设置范围在0—225。
倒计时时间显示用的是数码管动态显示,选用的数码管是共阳三位七段数码管:
三位共阳七段数码管的显示采用的是动态显示,数码管动态显示是利用LED显示的辉光效应。
根据三位七段数码管的结构可以知道三位数码管的段码输入是连在一起。
段码输入只有对应的八个输入引脚,我们需要显示的数字元的段码对应引脚输入。
三位数码管分别对应一个共阳的引脚,为选择信号则从这三个引脚输入。
数码管动态显示在段码端输入段码,并同时在对应的数码管的共阳端输入高电平。
这样对应的数码管则显示我们需要显示的数字元。
以此循环不断在三个数码管给定段码和为选码,就可以显示三个数字。
三个数码管是依次显示因为人的分辨频率有限,显示频率达到一定时我们就无法分辨出来了。
数码管的段码由单片机的P2口输出,输出段码x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90段码对应的数字为0—9.由于80c51单片机埠的输出电流在10mA左右输出电压在5V,所以在单片机输出口上串联一个限流电阻。
动态显示段码输出电路:
数码管动态显示位选择是利用十进制计数器CD40174,单片机P3.0、P3.1分别控制CD4017的CLR(复位端)和CLK(控制脉冲)。
单片机控制时钟脉冲和复位信号,同样在P3.0、P3.1口分别串联一个限流电阻。
CD4017的输出口的限流有限,所以用Q0、Q1、Q2分别控制三个三极管(9013)。
9013在电路中起开关作用,分别对三个数码管的共阳端进行电平控制。
数码管动态显示位驱动电路:
2.2.1.4倒计时到、抢答强大到报警电路
当主持人按下开始按钮后倒计时数码管数字开始减计数。
当时间减到零的时候报警器发出报警声音。
到选手在设定时间内抢中,报警器也会发出报警声响。
报警点路是通过单片机P3.6口输出高低电平控制报警器报警。
报警器采用的是5V的蜂鸣器,单片机P3.6口控制三极管9013的基极从而控制报警点路的通断。
同样单片机的P3.6口串联一个限流电阻。
报警电路:
2.2.1.5抢答按钮电路
抢答按钮信号从单片机P0口输入。
50c52单片机的4个I/O口由于结构不一样,带负载能力不同。
P1、P2和P3口都能驱动三个LSTTL门,并且不需外加电阻就能直接驱动MOS电路。
P0口在驱动TTL电路时能带八个LSTTL门,但驱动MOS电路时,若作为地址/数据总线,则可以直接驱动;而作为I/O口时,需外接上上拉电阻(电阻接Vcc)才能驱动MOS电路。
抢答电路:
2.2.1.6设置按钮电路
设置按钮有四个分别为:
开始、复位/减、加和置位按钮。
单片机P3.2、P3.3、P3.4、P3.5分别对设置按钮信号进行采集。
设置按钮电路:
2.2.2程序模块说明
单片机C程序主要功能是主要通过T0定时器定时,读取P0口强大信号数据。
利用动态显示将倒计时显示出来,显示组别并报警。
利用单片机编写抢答器程序流程图如下:
1)利用STC51单片机对外部八路输入信号进行比较,将最先发出信号的那组确定出来。
C程序:
voidQD(void) //抢答
{unsigned char temp;
if(flag==1)
{
temp=P0;
if(temp!
=0xff)
{
delay10ms(50);
if(temp!
=0xff)
{
TR0=0;
switch(temp)
{
case 0xfe:
P1=0x06;flag=0;
break;
case 0xfd:
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