基于51单片机抢答器毕业设计－毕业设计论文.doc

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电子电路课程设计

基于单片机的简单抢答器

学院计算机科学与技术

专业计算机科学与技术

学号

学生姓名

指导教师姓名

2013年11月17日

经济增长：

在优化结构、提高效益和降低消耗的基础上，“十一五”期市GDP年均增长12%以上（现14%以上），2010年达到650亿元以上，人均GDP力争1000美元；财政收入达到80亿元；规模以上工业销售达到550亿以上；全社会固定资产投资年均长20%，五年累计1000亿元；社会消费品销售额260亿元，年均增长20%，外贸进口总额2.5亿美元，年均增长15%；五年累计招商引资突破500亿元，力争达到600亿元17

摘要

数字抢答器是由扩展电路和主体电路构成的。

在显示器上输出的参赛队的输入信号是由优先编码电路、锁存器和译码器电路等生成的；扩展电路是在显示器上输出实现计时功能，由定时电路、译码电路将秒脉冲产生的信号构成。

主体电路是由控制电路、主持人开关启动报警电路构成。

数字抢答器成形是经过布线、调试和焊接等工作。

单片机为了试外围电路的实现更加简单，简化了外围硬件电路，把很多任务都交给了软件编程。

单片机不仅应用方便，而且体积小价格低，还很稳定可靠。

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：

AT89C51LED数码管抢答电路定时电路抢答电路

目录

1 绪论 1

2实验目的和意义 1

3 抢答器的系统概述 2

3.1 系统的主要功能 2

3.2 抢答器的工作过程 3

3.3 器件选型方案及详细清单 3

3.4 AT89C51的功能及简介 4

3.5 抢答器的优点及组成 5

4 系统总体方案的设计 6

4.1 硬件电路的设计 6

4.2 总体原理图 7

4.3 时钟频率电路的设计 8

4.4 复位电路的设计 9

4.5 显示电路的设计 9

4.6 键盘扫描电路的设计 10

4.7 发声电路 11

4.8 系统复位 11

5 软件设计 12

5.1 软件设计流程图 12

5.2软件设计代码 13

6 总结 16

参考文献 17

1绪论

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。

2实验目的和意义

通过这次设计，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。

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20s，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。

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，新一轮抢答开始。

通过研究并在设计验证后发现，采用单片机技术设计的抢答器与目前常用的抢答器相比，首先，电路连接简单，因为大多数功能单元都通过程序设计在单片机内部，第二，工作性能可靠，抗干扰能力优于目前抢答器。

所以本研究是一个实用的工程设计，具有创新性。

3抢答器的系统概述

3.1系统的主要功能

本系统是借用单片机采用模块化设计的八路抢答器，包括8路抢答按纽、计时显示、提示功能等（根据需要可另设或多设相关功能）、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，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，并有显示提示。

系统的主要功能模块方框图如图1所示。

AT89C51单片机

七段数码管显示

声音电路=

8路抢答

按键输入

复位电路

开始、结束

按键输入

加一、减一

按键输入

时钟

图1系统主要功能模块

本系统采用模块化设计的八路抢答器，在抢答比赛中广泛应用，各组分别有一个抢答按钮。

一共有8个按键输入，分别对应8路选手的抢答按键。

主持人有开始和结束键。

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20s，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。

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，新一轮抢答开始。

单片机是整个抢答器的核心，内部电路设计用汇编语言编写。

它完成了时间参数的设定，抢按号码的译码，保存；显示；输出，抢按及答题倒计时功能等。

抢答器的工作流程

抢答器的基本工作原理[4]：

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，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，如图2所示，下面分别予以介绍。

3.2抢答器的工作过程

1、如果想调节抢答时间或答题时间，按“加一”键或“减一”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“减1s”键，时间LED上会显示改变后的时间，调整范围为0~99s，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20s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30s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AT89C51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。

3.3器件选型方案及详细清单

微控制器选用ATMAL公司生产的AT89C51，该芯片货源充足，并且价格也比较便宜。

如表1所示。

表1器件选型方案的详细清单

元件名称

型号

数量/个

用途

元件名称

型号

数量/个

用途

单片机

AT89C51

1

控制核心

按键

7

选手输入

晶振

12MHz

1

晶振电路

按键

1

主持人输入

电容

30pF

2

三极管

2N3905

1

蜂鸣器及驱动电路

电解电容

10μ

1

复位电路

蜂鸣器

1

按键

1

电阻

10kΩ

1

电阻

10kΩ

1

数码管

1位共阴

1

显示电路

电源

5V

1

电源电路

3.4AT89C51的功能及简介

AT89C51单片机是ATMAL公司89系列单片机的一种8位Flash单片机。

它最大特点是片内含有Flash存储器，用途十分广泛，特别是在生产便携式商品，手提式仪器等方面，有着十分广泛的应用[6]。

AT89C51单片机内部主要有以下部件：

8031CPU、振荡电路、总线控制部件、中断控制部件、片内Flash存储器、片内RAM、并行I/O接口、定时器和串行I/O接口

AT89C51是89系列单片机的标准型，它是与MSC-51系列单片机兼容的。

在内部含有4KB或8KB可重复编程的Flash存储器，可进行1000次擦写操作。

全静态工作为0-24MHZ，有3级程序锁存器，内部含有128-256字节的RAM，有32条可编程I/O口线，2-3个16位定时/计数器，6-8个中断源，通用的串行接口，低电压空闲及电源下降方式。

AT89C51单片机内部由CPU、4KB的FPEROM，128B的RAM，两个16位的定时/计数器T0和T1，4个8位的I/O端P0、P1、P2、P3等组成。

单片微机内部最核心的部分是CPU。

CPU主要功能是产生各种控制信号，控制存储器、输入/输出端口的数据传输、数据的算术运算、逻辑运算以及位操作处理等，CPU按其功能可分为运算器和控制器两部分。

控制器由程序计数器PC、指令储存器、指令译码器、实时控制与条件转移逻辑电路等组成。

它的功能是对来自存储器中的指令进行译码，通过实时控制电路，在规定的时刻发出各种操作所需的内部和外部的控制信号，使各部分协调工作，完成指令所规定的操作。

运算器由算术逻辑器部件ALU、累加器ACC、暂存器、程序状态字寄存器PSW，BCD码运算调整电路等组成。

外部定

时元件

复位

中断

电源

系统时钟

RO