单片机抢答器论文.docx
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单片机抢答器论文
广东交通职业技术学院
毕业论文
题目:
单片机抢答器制作
学院:
计算机工程学院
专业:
交通安全与智能控制
学生姓名:
曾晓雨
指导教师:
曹成涛
开题日期 2011年 09月 02日
设计期限 2011年 09月 02 日起 2011年 10月 28 日止
答辩日期 2011 年 10月 日
广东交通职业技术学院毕业设计(论文)指导教师评语
指导教师评语:
指导教师
评定成绩:
指导教师签名
年月日
广东交通职业技术学院毕业设计(论文)答辩评语
答辩委员会评语:
答辩成绩:
答辩小组组长签名
年月日
摘要
抢答器在现实生活中的运用越来越广泛,电视台节目,商业机构及学校,使得比赛更加刺激,娱乐,丰富人们的业余生活。
本文介绍的是一种单片机抢答器,能够使四组或者四组以下同时参加抢答。
抢答器的操作比较简单,很多场合都适用。
该设计是采用AT89C51系列单片机为核心制作的一款四路电子抢答器。
在制作之初,首先完成总体方案的论证及制定,绘制控制的总体框图,紧接着分析系统的工作原理,在此基础上设计出各部分单元电路原理图,分析其工作原理,进一步完成对系统电路的设计。
在对系统工作原理充分研究的基础上,选择合适的元件型号和参数,再用Protel绘图软件画出电路原理图。
这款抢答器充分利用了单片机系统的优点,结构简单,功能强,可靠性好,实用性强。
关键字:
AT89C51,抢答器,单片机电路
Abstract
Summaryofpreemptiveanswerinreallifeusingmoreandmorewidely,TVprograms,businessesandschools,makesthegamemoreexciting,fun,enrichthesparelifeofpeople.Thisarticledescribesisamonolithicpreemptiveanswerthatallowsfourorfourgroupsofageatthesametimetotakepreemptiveanswer.Preemptiveanswerfortheoperationissimple,manyoccasionsareavailable.AT89c51seriessingle-chipatthecoreofthedesignmadeafour-wayelectronicpreemptiveanswer.Atthebeginningoftheproduction,firstcompletetheoverallprogrammeofdemonstrationanddevelopment,drawingcontrolofsystemblockdiagrams,principleofanalysissystem,basedonthisdesignthecellcircuitschematicdiagramoftheparts,analysisoftheirwork,furthertocompletethecircuitdesignofthesystem.Worksfullyonthebasisofthestudyonthesystem,componentmodelandselecttheappropriateparameters,andthendrawcircuitschematicswithProteldrawingsoftware.Thispreemptiveanswerforfulluseoftheadvantagesofsingle-chipcomputersystem,thestructureissimple,powerful,goodreliability,practical.
Keywords:
AT89C51,preemptiveanswer,monolithicintegratedcircuits
第一章前言
在科技高速发展的今日,高科技产品普遍进入我们的日常生活中,每一秒钟我们都能感受到产品的更新换代乃至技术革命的日新月异,让人难以相信。
像日常我们工作所用到的电脑、手机等等,这些高科技产品给我们带来了极大的方便,但这要归功于科学技术的高速发展。
在我校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。
为解决这个问题,我们小组准备就本次课程设计的机会制作一个低成本但又能满足学校需求的四路单片机抢答器。
抢答器在比赛等场合中不可缺少的设备。
智力竞赛是一种生动活泼的教育方式,而抢答就是智力竞赛中非常常见的一种答题方式。
1.1课题研究的相关背景
抢答器对我们来说并不陌生,它用于很多的竞赛场合,包括学校的各种比赛,真正实现先抢先答,让最先抢道题的选手来回答问题。
抢答器不仅考验选手的反应速度同时也要求选手具备足够的知识面和一定的勇气。
选手们都站在同一个起跑线上,体现了公平公正的原则。
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辨认出选手号码。
现在大多数抢答器均使用单片机和数字集成电路,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。
1.2设计的目的
1.通过本课题设计与装配、调试,提高自己的动手能力,巩固已学过的理论知识。
2.熟悉几种常见集成数字芯片,并掌握其工作原理,进一步学会使用其进行电路设计。
3.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。
4.培养认真严谨的工作作风和事实求是的工作态度。
1.3设计的要求
1.抢答器同时供4名选手或者4个代表队比赛,分别用4个按钮A1—A4表示。
2.竞赛主持人另有一个按钮,用于将电路复位。
3.竞赛开始后,先按动按钮者对应的一个发光二极管点亮,且在数码管显示其编号,此后其他3人在按动按钮对电路不起作用。
1.4国内外研究现状
随着改革开放事业的不断深入,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。
作为一个单位若专门购买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,往往因长期放使(电子器件)抢答器损坏,在购置的麻烦和及时性就会影响活动的开展。
但目前多数抢答器存在3个不足之处:
第一,现场线路连接复杂。
因为每个选手位于抢答现场的不同位置,每个选手与控制台之间要有长长的连接线。
选手越多,连接线就越多、越乱,这些连接线不仅影响现场的美观,而且降低了抢答器的可靠性,增加了安装的难度,甚至影响了现场人员的走动。
第二,电路复杂。
因为单片机只完成号码处理、计时、数据运算等功能,其它功能如选手号码的识别、译码、计分显示等仍只能通过数学集成电路完成。
采用单片机扫描技术识别选手按号码时,电路的延迟时间较大。
第三,选手抢按成功。
选手的抢按这会在比赛过程时常出现,这会影响赛果,造成不公平性。
第二章单片机的概述
2.1单片机的发展史
单片机诞生于20世纪70年代末,经历了SCM、MCU、SOC三大阶段。
a)SCM即单片微型计算机(SingleChipMicrocomputer)阶段,主要是寻找最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。
“创新模式”获得成功,奠定了SCM与通用计算机完全不同的发展道路。
在开创嵌式系统独立发展道路上,Intel公司功不可没。
b)MCU即微控制器(MicroControllerUnit)阶段,主要的技术发展方向是:
不断扩展满足嵌入式应用时,对象系统要求的各种外围电路与接口电路,突显其对象的智能化控制能力。
它所涉及的领域都与对象系统相关,因此,发展MCU的重任不可避免地落在电气、电子技术厂家。
从这一角度来看,Intel逐渐淡出MCU的发展也有其客观因素。
在发展MCU方面,最著名的厂家当数Philips公司。
Philips公司以其在嵌入式应用方面的巨大优势,将MCS-51从单片微型计算机迅速发展到微控制器。
因此,当我们回顾嵌入式发展道路是,不要忘记Intel和Philips的历史功绩。
c)单片机是嵌入式系统的独立发展之路,向MCU阶段发展的重要因素,就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决;因此,专用单片机的发展自然形成了SOC的单片机应用系统设计会有较大的发展。
因此,对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控器延伸到单片应用系统。
2.2单片机的组成
单片机由硬件系统与软件系统组成,硬件系统是指构成微机系统的实体与装置,通常由运算器、控制器、存储器、输入接口电路和输入设备、输出接口电路和输出设备等组成。
其中运算器和控制器一般做在一个集成芯片上,统称中央处理单元(CentralProcessingUnit),简称CPU,是微机的核心部件。
CPU配上存放程序和数据的存储器、输入/输出(Input/output,简称I/O)接口电路以及外部设备即构成单片机的硬件系统。
软件系统是微机系统所使用的各种程序总称,人们通过它对微机进行控制并与微机系统进行信息交换,使微机按照人的意图完成预定的任务。
软件系统与硬件系统共同构成完整的单片机微型计算机系统,两者相辅相成,缺一不可。
第三章 系统总体方案及硬件
3.1控制系统
控制系统主要由单片机应用电路、存储接口电路组成。
其中单片机AT89C51是系统工作核心,它只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。
复位端由主持人控制,是数据复位键。
P1.0—P1.3是4组抢答的输入端口,P0.0—P0.7口为数码管的端口。
3.2电路原理图,具体如图3-1
图3-1
3.3实验原理
智力竞赛抢答器用单片机来设计制作完成,由于其功能的实现主要通过软件编程来完成,采用单片机AT89C51,它是低功耗、高性能的CMOS型8位单片机。
片内带有4KB的flash存储器,且允许在系统内改写或者用编程器编程。
该智力竞赛抢答器的准确度很高,其误差主要由晶振自身的误差所造成。
AT89c51单片机有微处理器,存储器,I/O口以及特殊功能寄存器SFR等部分构成。
其存储器在物理上设计成程序存储器和数据存储器两个独立的空间,片内程序存储器的容量为44KB,片内数据存储器为128个字节。
89C51单片机有4个8位的并行I/O口;P0口,P1口和P2口和P3口。
各个接口均由接口锁存器输出驱动器,和输入缓冲器组成。
P1口实唯一的单功能口,仅能用作通用的数据输入/输出口。
P3口实双功能口除了具有数据输入/输出功能外,每条接口还具有不同的第二功能,如P3.0是串行输入口线,P3.1口实串行输出口线。
在需要外部程序存储器和数据存储器扩展时,P0可作为分时复用的低8位地址/数据总线,P2口可作为高8位的地址总线。
P3口也可作为AT89c51的一些特殊功能口,同时位闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
AT89c51的管脚图:
图3-2
单片机必须在时钟的驱动下才能工作,在单片机内部有一个时钟振荡电路,只需要外接一个振荡源就能产生一定的时钟信号送到单片机内部的各个单元。
外部振荡电路如图3-3
图3-3
外部中断和内存中断并存,单片机有硬件复位端,只要输入持续4个机器周期的高电平既可实现复位。
硬件复位后的各状态可知寄存器及存储器的值都恢复到了初始值,本抢答器的功能相对简单,可以使用硬件的复位端。
复位电路采用如图3-4
图3-4
采用7段码数码管7SEG-MPX4-CC,它是共阴极的,由高电平点亮。
图像如下
图3-5图3-6
采用4个BUTTON按钮作为抢答的选择按键如图3-7所示:
图3-7
采用了4个发光二极管,如图3-8所示:
图3-8
第四章系统软件设计
4.1抢答器流程图
流程图是使用图形表示算法的思路的一种极好的方法,不仅采用何种程序设计方法,程序总体结构确定后,一般程序流程图的形式对其进行描述。
总体框图中的各个子模块或各个子任务也应该结合具体的教学模型和算法画出比较详细的程序流程图,供后面编写具体程序和阅读程序使用。
流程图是由一些图框和流程线组成的,其中图框表示各种操作的类型,图框中的文字和符号表示操作的内容,流程线表示操作的先后次序。
流程图的基本结构位顺序结构,分支结构(又称选择结构),循环结构。
为了便于识别,绘制流程图的习惯做法是:
方框表示:
要执行的处理(Process)
平行四边形表示:
代表资料输入(Input)
不规则图形代表资料输出(Output)或报表输出(Print)
菱形表示:
决策或判断(例如:
If...Then...Else)
图4-1抢答器主程序流程图
4.2主程序
软件是计算机系统的灵魂,没有软件计算机不能充分发挥其功能,这是软件在计算机中的地位,而在计算机控制系统中,软件也是非常重要的。
在四人多功能抢答器系统中,硬件设备的功能是有软件来定义的,如系统要数码管显示字符,通过向数码管输入段选码和位选码程序来完成控制功能,通过软件定义键盘功能,通过编程完成LED数码管显示字符等等,由此可见,软件是控制系统中的一个重要组成部分。
本程序通过C语言来编程的,C语言的特点就是可以使你尽量少地对硬件进行操作,具有很强的功能性、结构性和可移植性。
程序设计如下:
#include
sbitk1=P1^0;
sbitk2=P1^1;
sbitk3=P1^2;
sbitk4=P1^3;
sbitled1=P3^0;
sbitled2=P3^1;
sbitled3=P3^2;
sbitled4=P3^3;
sbitxuanshou=P2^1;
unsignedchartable[]={0x7e,0xa2,0x62,0x74};
unsignedinta,z;
voiddis(unsignedinta);
voiddelay(unsignedintz);
voidkey();
voidinit()
{
TMOD=0x01;/*定时器0方式1中断*/
TH0=(65536-50000)/256;/*给高八位预置数*/
TL0=(65536-50000)%256;/*给低八位预置数*/
IT0=0;/*低电平触发*/
EA=1;/*开总中断允许*/
ET0=1;/*开定时器0允许*/
EX0=1;/*开外部中断*/
TR0=1;/*定时器0开始运行8*/
}
voidmain()
{
init();/*调用定是子程序*/
while
(1)
{
key();/*调用key子程序*/
}
}
voidkey()
{
if(k1==0)
{led1=0;
dis(0);
led1=1;
}
if(k2==0)
{led2=0;
dis
(1);
led2=1;
}
if(k3==0)
{led3=0;
dis
(2);
led3=1;
}
if(k4==0)
{led4=0;
dis(3);
led4=1;
}
}
voiddelay(unsignedintz)/*延时Zms子程序*/
{
unsignedintx,y;
for(x=z;x>0;x--)
for(y=110;y>0;y--);
}
voiddis(unsignedinta)/*显示得抢选手号码子程序*/
{
while
(1)
{
xuanshou=0;
P0=table[a];
delay(5);
xuanshou=1;
}
}
第五章总结与展望
做这次的毕业设计真是花了我不少心血,本来对单片机知识就不是很掌握,所以做起来相对很难。
刚开始选定跟曹老师做毕业设计的时候就预料到要花很多的精力去温故以前学习的知识。
这次的毕业答辩虽然是分组制作,但是我组成员对单片机知识都是很薄弱,制作过程相对艰辛。
在制作电路原理图的时候,我们都不知道要用到哪些部件,所以很难下手。
不过通过课堂老师的指导,课后查阅相关书籍,上网查阅资料,最终制作出了电路原理图。
几经修改,才完成了电路图的终稿。
做好电路图之后,软件编程的问题更是深深的困扰我们小组。
这问题我们小组不好意思向老师求助,所以迟迟不能开展接下来的工作。
幸好其他小组的成员伸出援手,一条一条代码解释给我们听,让我们小组终于完成了代码的编程。
几经修改和调试,最后完美的实现我我们小组的制作的要求。
在整个毕业设计的的过程中,由于时间比较紧张再加上知识面不深,有些功能还不是很完善,如果条件允许还可以将设计的扩展功能增强:
1、把四路拓展成八路或者更多路抢答。
2、将抢答器按键用无线实现,如红外线,使抢答者可以远距离进行抢答,并简化按键模块的线路布置。
第六章致谢
本次毕业论文设计的顺利完成,都离不开我的指导老师曹成涛老师的悉心指导。
在整个毕业设计的过程中,曹老师不仅严厉教诲,并通过细致的观察、耐心的辅导和不厌其烦的态度认真的教导我对实训内容的完善,使我对专业知识有更一步提高,还有让我在课题中存在问题得以解决。
在此我对曹老师致以崇高的敬意和诚挚的感谢!
在毕业设计即将完成之际,在我大学生涯最后的时刻,我满怀激动之情,我想对那些给了我那么多帮助的师长、同学和朋友们说一声:
谢谢你们!
参考文献:
[1]张伟,《单片机原理及应用》,机械工业出版社,2005
[2]张鑫,《单片机原理及应用》,电子工业出版社,2005
[3]余发山,《单片机原理及应用技术》中国矿业大学出版社,2004
[5]薛栋梁,《单片机原理及应用》,中国水利水电出版社,2001
[6]吴金戎,沈庆阳等,《8051单片机实践与应用》,清华大学出版社,2001
[7]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,1997
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