数码显示八路抢答器电路设计Word格式.docx

数码显示八路抢答器电路设计Word格式.docx

《数码显示八路抢答器电路设计Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数码显示八路抢答器电路设计Word格式.docx（16页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

能够实现抢答器功能的方式有多种，可以采用前期的模拟电路、数字电路或模拟与数字电路相结合的方式，但这种方式制作过程复杂，而且准确性与可靠性不高，成品面积大，安装、维护困难。

本节介绍一种利用51单片机作为核心部件进行逻辑控制及信号产生的八路抢答器。

近年来，随着单片机档次的不断提高，功能的不断完善，其应用日趋成熟、应用领域日趋扩大，特别是工业测控、尖端武器和日用家电等领域更是因为有了单片机而生辉增色。

单片机应用技术已成为一项新的工程应用技术。

本次毕业设计我们做的是无线八路抢答器，我们采用STC89C51单片机实现抢答功能，采用红外遥控收发实现无线信号的抢答，性能更稳定，更易操作调试。

2.系统设计内容

2.1系统设计依据

抢答器由计数器、寄存器、集成定时器和译码显示等组合、无线传输与接收、时序电路组成。

可分为抢答电路，定时电路，报警电路，无线电路等几个单元部分。

每个单元电路分别可以处理一些抢答竞赛中的基本问题。

本次毕业设计设计的是一个多路定时无线抢答器，是一个多于两位选手参赛的一个抢答器，具有锁存和显示功能。

同时有主持人控制系统的清零和抢答的开始。

抢答开始后，若有任何一名选手按动抢答按钮，抢答器就会显示该选手编号直至系统被主持人清零，并有扬声器发出提示，同时其他人再抢答就无效了。

这次设计的抢答器还有自动定时功能，主持人可以设定选手答题的时间。

当主持人启动“开始”键后，定时器会自动减计时，这个会显示在显示器上。

选手只有在抢答时间内抢答才有效，若在答题时间内没有选手答题，时间到时，报警电路就会发出警报亮灯并且禁止抢答。

本系统采用单片机作为整个控制核心。

控制系统主要由：

显示模块、控制模块、报警模块、抢答模块和无线模块组成。

工作时，该系统通过矩阵键盘输入抢答信号，经单片机的处理后，输出控制信号，利用一个4位数码管来完成显示功能并伴随蜂鸣器报警，用按键来让选手进行抢答，在数码管上显示哪一组先答题，从而实现整个抢答过程。

图2-1系统结构图

2.2设计任务和要求

以单片机为核心，设计一个8位竞赛抢答器。

1）抢答器同时供8名选手或2个代表队比赛，分别用8个按钮S0-S7表示。

2）设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。

3）抢答器具有锁存与显示功能。

即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。

4）抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如30s等）。

当主持人启动“开始”按键后，定时器进行减计时，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续时间为0.5s左右。

5）参赛选手在设定时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手编号和抢答时间，并保持到主持人将系统清除为止。

6）如果定时时间到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示00；

7）设计出软件编程方法，并写出源代码；

8）主机与从机实现无线抢答

9）用PROTEUS进行仿真；

10）论文格式要符合学院的统一规定，结构要合符逻辑，表达要得体。

2.3设计目的

通过设计学习单片机最小系统的基本设计方法，掌握单片机应用系统的开发调试过程。

（1）学习单片机开发工具功能、特点和使用方法。

（2）学会单片机控制系统程序的编制和编制和调试方法。

（3）设计单片机抢答器硬件电路，绘制出电路原理图。

（4）编制并调试出键盘扫描程序和显示驱动程序。

（5）掌握单片机定时器的基本用法，编制出定时器的中断程序。

2.4设计要点

根据控制系统的工作原理和执行装置，可以将系统设计分为硬件和软件两大部分。

硬件设计部分，包括编写电路原理图、合理选择元器件、焊接各个元器件，然后对硬件性能进行调试、测试，以达到设计要求。

软件设计部分，首先在设计之前完成系统总框图和确定各个功能模块，然后进行具体设计，包括各模块的流程图，选择合适的编程语言和软件应用程序，进行编程设计等；

最后是通过软件对程序进行调试、测试，以及仿真，以达到性能的最优化。

下面是软硬件设计方法确定的。

软件设计的方法与开发环境的选取有着直接的关系，本系统由于是采用51系列单片机，因此使用KeilC语言进行开发。

此编程工具相比汇编语言具有结构化、适用范围大、可移植性好等特点。

本系统软件设计采用模块化系统设计方法，先编写各个功能模块子程序，然后进行组合与调整，经过调试后，可以进行仿真测试，已达到设计功能要求。

为配合软件的灵活设计，硬件电路是采用结构化系统设计方法，该方法保证设计电路的标准化、模块化。

硬件电路的设计最重要的选择用于控制的单片机，再确定与之配套的外围芯片，使所设计的系统既经济又高性能。

硬件电路设计可以在焊接元器件之前画出详细电路图，标出芯片的型号、器件参数值，根据电路图在仿真软件上进行调试，发现设计错误时立即修改，高效，准确地完成硬件设计。

3.单元电路设计与分析

3.1单片机控制原理

单片机（SCM）是单片微型计算机（SingleChipMicrocomputer）的简称。

它是把中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、I/O接口电路、定时/计数器以及输入输出适配器都集成在一块芯片上，构成一个完整的微型计算机。

它的最大优点是体积小，可放在仪表内部。

但存储量小，输入输出适配器简单，功能较低。

目前，单片机在民用和工业测控领域得到最广泛的应用，早已深深地融入人们的生活中。

简单的说，用单片机系统来设计抢答器，实现两组的抢答时间即使是相差几微秒，也可分辨出哪组优先答题。

P0端口（P0.0-P0.7）：

P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。

当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。

P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。

在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

STC89C51是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。

在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C51为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

具有以下标准功能：

8k字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，内置4KBEEPROM，MAX810复位电路，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口。

另外STC89X51可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。

空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。

掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

最高运作频率35Mhz，6T/12T可选。

图3-1STC89C51单片机引脚图

单片机是美国STC公司最新推出的一种新型51内核的单片机。

片内含有Flash程序存储器、SRAM、UART、SPI、PWM等模块。

（一）STC89C51主要功能、性能参数如下：

（1）内置标准51内核，机器周期：

增强型为6时钟，普通型为12时钟;

（2）工作频率范围：

0~40MHZ，相当于普通8051的0~80MHZ;

（3）STC89C51RC对应Flash空间：

4KB;

（4）内部存储器（RAM）：

512B;

（5）定时器\计数器：

3个16位；

（6）通用异步通信口（UART）1个；

（7）中断源:

8个；

（8）有ISP（在系统可编程）\IAP（在应用可编程）,无需专用编程器\仿真器；

（9）通用I\O口：

32\36个；

（10）工作电压：

3.8~5.5V；

（11）外形封装：

40脚PDIP、44脚PLCC和PQFP等。

（二）STC89C51单片机的引脚说明：

VCC：

供电电压。

GND：

接地。

RST：

复位输入。

当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

ALE/PROG：

当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。

在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。

在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。

因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。

然而要注意的是：

每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。

如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。

此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。

另外，该引脚被略微拉高。

如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

/PSEN：

外部程序存储器的选通信号。

在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。

但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

/EA/VPP：

当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。

注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；

当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。

在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

XTAL1：

反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2：

来自反向振荡器的输出。

（三）STC89C51单片机最小系统：

最小系统包括单片机及其所需的必要的电源、时钟、复位等部件，能使单片机始终处于正常的运行状态。

电源、时钟等电路是使单片机能运行的必备条件，可以将最小系统作为应用系统的核心部分，通过对其进行存储器扩展、A/D扩展等，使单片机完成较复杂的功能。

STC89C51是片内有ROM/EPROM的单片机，因此，这种芯片构成的最小系统简单且可靠。

用STC89C52单片机构成最小应用系统时，只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可，结构如图3-2所示，由于集成度的限制，最小应用系统只能用作一些小型的控制单元。

图3-2单片机最小系统原理框图

（1）时钟电路

STC89C51单片机的时钟信号通常有两种方式产生：

一是内部时钟方式，二是外部时钟方式。

内部时钟方式如图3-3所示。

在STC89C51单片机内部有一振荡电路，只要在单片机的XTAL1（18）和XTAL2（19）引脚外接石英晶体（简称晶振），就构成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟脉冲信号。

图中电容C1和C2的作用是稳定频率和快速起振，电容值在5~30pF，典型值为30pF。

晶振CYS的振荡频率范围在1.2~12MHz间选择，典型值为12MHz和6MHz。

图3-3STC89C51内部时钟电路

（2）复位电路

当在STC89C51单片机的RST引脚引入高电平并保持2个机器周期时，单片机内部就执行复位操作（若该引脚持续保持高电平，单片机就处于循环复位状态）。

复位