智能抢答器设计Word格式.docx
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像这类抢答器，制作过程简单，
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准确性与可靠性高，而且安装维护简单。
对于抢答器的应用，如早期的数字电路，随着科技的逐步发展，进而到了单片机的控制来实现其功能，而且功能齐全，电路简单，成本低，性能高，真正朝着有利的方向发展。
第二章:
抢答器的系统概述
2.1六路抢答器设计功能要求
单片机把我们带入了智能化的电子领域，许多繁琐的系统若由单片机进行设
计，便能收到电路更简单、功能更齐全的良好效果。
若把经典的电子系统当作一个僵死的电子系统，那么智能化的现代电子系统则是一个具有“生命”的电子系统。
而随着技术的进步，单片机与串口通信的结合更多地应用到各个电子系统中已成一种趋势。
本设计就是基于单片机设计抢答系统，通过串口通信动态传输数据，使抢答系统有了更多更完善的功能。
单片机系统的硬件结构给予了抢答系统“身躯”，而单片机的应用程序赋予了其新的“生命”，使其在传统的抢答器面前具有电路简单、成本低、运行可靠等特色。
对于抢答器我们大家都知道那是用于选手做抢答题时用的，选手进行抢答，抢到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。
2.1.1数字抢答器的概述
对于抢答器我们大家都知道那是用于选手做抢答题时用的，选手进行抢答，抢到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。
本实验设计的数字抢答器由主体电路与扩展电路组成。
优先编码电路、锁存器、译码电路将参赛队的输入信号在显示器上输出;
用控制电路和主持人开关启动报警电路，以上两部分组成主体电路。
通过定时电路和译码电路将秒脉冲产生的信号在显示器上输出实现计时功能，构成扩展电路。
经过布线、焊接、调试等工作后数字抢答器成形。
更具有实用性。
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设计任务与要求
任务:
设计一款数字抢答器
1、基本要求
（1）抢答器同时供6名选手或6个代表队比赛，分别用6个按钮S0~S5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LED数码管上显示，
同时扬声器发出报警声响提示。
选手抢答实行优先锁存,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
开始"
键后，定时器进行次抢答的时间由主持人设定（如30秒）。
当主持人启动
II
减计时，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续的时间0.5秒左右。
（5）参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。
（6）如果定时时间已到，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优点:
与普通抢答器相比，本作品有以下几方面优势:
1、具有清零装置和抢答控制，可由主持人操纵避免有人在主持人说“开始”前提前抢答违反规则。
2、具有定时功能，在30秒内无人抢答表示所有参赛选手获参赛队对本题弃权。
3、30秒时仍无人抢
答其报警电路工作表示抢答时间耗尽并禁止抢答。
2.1.3系统主要功能
抢答器原理:
该抢答器供不多于四个的抢答比赛使用。
每个选手的座位前安装一只抢答按钮开关和一只信号灯。
主持人的座位前安装一只复原按钮开关、一只蜂鸣器和一只抢答器工作状态指示灯。
每当主持人口头发出允许抢答的号令之后，哪个队先按下座位上的按钮开关，该座位的信号灯就先被点亮，同时封锁其他按钮开关的活动。
并且熄灭主持人座位上的状态指示灯和发出3声类似于电话振铃的提示声，以“声明”此次抢答动作已经完成。
在主持人确认后，按下复原按钮，状态指示灯重新点亮，并且同时发出“笛——笛——”声，为下一次的抢答作好准备。
电路中的蜂鸣器FM是一只带有助音腔的压电陶瓷蜂鸣器，用于模拟发出报警声的
功率放大器和喇叭。
在FM发声的同时，灯D6也在发光。
FM可以看作是一个电容性负载，本身不能流过直流电流。
发声的原理是，作用在两个电极极板的电位在发生变化时，陶瓷材料就发生弯曲，从而振动空气发出声音。
FM和4只按钮开关
SWa~SW以及4只电阻Ra~Rd都是在演示板的基础上额外添加的。
由于RB端口内部具有上拉电阻，只要用软件设置其有效，即可省略
4
在4只端口引脚上外接上拉电阻。
按钮开关和指示灯与座位的对应关系如表3所示。
按钮开关和指示灯与座位的对应关系
座位主持人席座位1座位2座位3座位4座位5座位6按钮开SW1SWa
SWbSWcSWdSWeSW
指示灯D7D0D1D2D3D4D5蜂鸣器有无无无无无无
2.2抢答器方案论证
抢答器同时供6名选手或6个代表队比赛，分别用6个按钮S0~S5表示。
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。
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LED数
码管上显示，同时扬声器发出报警声响提示。
选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。
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30秒）。
当主持人启动"
键后，定时器进行减计时，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续的时间0.5秒左右。
（5）参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。
如果定时时间已到，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
（6）6路抢答器可以利用硬件电子元器件实现，但电路结构复杂，调试困难，涉及到的外围元件多，不便于安装，实验给实际操作带来很大的麻烦。
（7）我们利用单片机可以用很少元件实现相同功能，而且单片机性能稳定，可
操作性强。
可以只用P0口连接上拉电阻，完成驱动LED的功能，串接按键可以由选手自己控制抢答机会，利用P3口的RXD接74LS164的A,B端，TXD接移位脉冲做时钟信号。
利用单片机程序判断选手按键是否有效，但选手违规抢答，利用简单程序显示选手序号，启动蜂鸣器并不间断，告诉主持人有人违规操作，抢答无效。
给出相应的延时，选手按正常的操作抢答，软件倒记时，利用74LS164移位寄存8
段数码管，实现倒记时显示时间，到5秒相应时间提醒选手时间快到了，要及时作答，并启动蜂鸣器。
如果有选手在规定的时间以前完成问题，主持人通过按键P2.4复位，开始
5
新的问题作答，因为程序不是很大不需要扩展存储空间，选手按键跳入相应的子程序，回答倒记时，通过单片机实现功能可以更人性化，只需单电源供电更方便，容易实现。
电路结构简单，外围扩展的电路不是很多，锻炼我们所学的知识应用到现实生活当中。
为我们提供实践的机会。
单片机是电子专业发展的方向，更好的使用单片机可以是我们的产品小型化，使用更方便，性能更稳定，功能更齐全，所以我们选用单片机加一定的外围设备实现本次课程设计的要求。
第三章:
系统硬件电路设计
为使硬件电路设计尽可能合理，应注意以下几方面:
（1）尽可能采用功能强的芯片，以简化电路，功能强的芯片可以代替若干普通芯片，随着生产工艺的提高，新型芯片的的价格不断下降，并不一定比若干普通芯片价格的总和高。
（2）留有设计余地。
在设计硬件电路时，要考虑到将来修改扩展的方便。
因为很少有一锤定音的电路设计，如果现在不留余地，将来可能要为一点小小的修改或扩展而被迫进行全面返工。
（3）程序空间，选用片内程序空间足够大的单片机，本设计采用AT89C5仲片
机。
（4）I/O端口，在样机研制出来后进行现场试用时，往往会发现一些被忽视的问题，而这些问题不是靠单纯的软件措施来解决的。
如有些新的信号需要采集，就必须增加输入检测端；
有些物理量需要控制，就必须增加输出端。
如果在硬件电路设计就预留出一些I/O端口，虽然当时空着没用，那么用的时候就派上用场了。
3.1系统原理图
如图2-1，P1.0为开始抢答，P1.7为停止，P1.1-P1.6为六路抢答输入，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为时间加1调整，P3.3为时间减1调整。
（数码管采用共阳数码管，所以位选端必须用pnp三极管驱
动;
蜂鸣器输出口也必须接三极管驱动；
否则数码管将显示不了，蜂鸣器不能发声），仿真时没考虑此问题也可以正常显示。
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图3-1系统原理图
3.2时钟频率电路的设计
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，决定单片
机的工作速度
图3-2外部振荡源电路
般选用石英晶体振荡器。
此电路在加电大约延迟10ms后振荡器起振，在
XTAL2引脚产生幅度为3V左右的正弦波时钟信号,其振荡频率主要由石英晶振的频
率确定。
电路中两个电容C1,C2的作用有两个：
一是帮助振荡器起振；
二是对振荡
器的频率进行微调。
C1,C2的典型值为30PF
单片机在工作时，由内部振荡器产生或由外直接输入的送至内部控制逻辑单元
的时钟信号的周期称为时钟周期。
其大小是时钟信号频率的倒数，常用fosc表示。
如时钟频率为12MHz即fosc=12MHz,则时钟周期为1/12卩s
3.2复位电路的设计
单片机的第9脚RST为硬件复位端,只要将该端持续4个机器周期的高电平即
4所示:
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值得注意的是，在设计当中使用到了硬件复位和软件复位两种功能，由上面的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，而前面的功能介绍
中提到了倒计时时间的记忆功能，该功能的实现的前提条件就是不能对单片机进行硬件复位,所以设定了软复位功能。
软复位实际上就是当程序执行完毕之后，将程序
指针通过一条跳转指令让它跳转到程序执行的起始地址。
3.4显示电路的设计
显示功能与硬件关系极大，当硬件固定后，如何在不引起操作者误解的前提下
提供尽可能丰富的信息，全靠软件来解决。
3.5键盘扫描电路的设计
键盘是人与微机系统打交道的主要设备。
关于键盘硬件电路的设计方法也可以在文献和书籍中找到，配合各种不同的硬件电路，这些书籍中一般也提供了相应的键盘扫描程序。
站在系统监控软件设计的立场上来看，仅仅完成键盘扫描，读取当前时刻的键盘状态是不够的，还有不少问题需要妥善解决，否则，人们在操作键盘就容易引起误操作和操作失控现象。
在单片机应用中键盘用得最多的形式是独立键盘及矩阵键盘。
它们各有自己的特点，其中独立键盘硬件电路简单，而且在程序设计上也不复杂，一般用在对硬件电路要求不高的简单电路中;
矩阵键盘与独立键盘有很大区别，首先在硬件电路上它要比独立键盘复杂得多，而且在程序算法上比它要烦琐，但它在节省端口资源上有优势得多，因此它更适合于多按键电路。
其次就是消除在按键过程中产生的“毛刺”现象。
这里采用最常用的方法，即延时重复扫描法，延时法的原理为：
因为“毛刺”脉冲一般持续时间短，约为几ms而我们按键的时间一般远远大于这个时间,所以当单片机检测到有按键动静后再延时一段时间（这里我们取10ms）后再判断此电平是否保持原状态，如果是则为有效按键，否则无效。
3.6发声
我们知道，声音的频谱范围约在几十到几千赫兹，若能利用程序来控制单片机某个口线的“高”电平或低电平，则在该口线上就能产生一定频率的矩形波，接上喇叭就能发出一定频率的声音，若再利用延时程序控制“高”“低”电平的持续时间，就能改变输出频率，从而改变音调，使喇叭发出不同的声音。
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3.7系统复位
使CPU进入初始状态，从0000H地址开始执行程序的过程叫系统复位。
从实现系统复位的方法来看，系统复位可分为硬件复位和软件复位。
硬件复位必须通过CPU外部的硬件电路给CPU勺RESET端加上足够时间的高电位才能实现。
上电复位，人工按钮复位和硬件看门狗复位均为硬件复位。
硬件复位后，各专用寄存器的状态均被初始化，且对片内通用寄存器的内容没有影响。
但是，硬件复位还能自动清除中断激活标志，使中断系统能够正常工作，这样一个事实却容易为不少编码人员所忽视。
软件复位就是用一系列指令来模拟硬件复位功能，最后通过转移指令使程序从0000H地址开始执行。
对各专用寄存器的复位操作是容易的，也没有必要完全模拟，可根据实际需要去主程序初始化过程中完成。
而对中断激活标志的清除工作常被遗忘，因为它没有明确的位地址可供编程。
有的编程人员
（LJMP0000H）作为软件陷阱，认为直接转向0000H地址就完成了用020000
软件复位，就是这类错误的典型代表。
软件复位是使用软件陷阱和软件看门狗后必须进行的工作，这时程序出错完全有可能发生在中断子程序中，中断激活标志已置位，它将阻止同级中断响应。
由于软件看门是高级中断，它将阻止说要中断响应，由此可见清除中断激活标志的重要性。
在所有的指令中，只有RETI指令能够清除中断激活标志。
前文各处提案到的出错处理程序ERR主要完成这一功能，其他的善后工作交由复位后的系统去完成。
这部分程序如下:
POWERDATA67H上电标志存放单元
ERR:
CLREA;
关中断
MOVDPTR,#ERR1准备返回地址
PUSHDPL
PUSHDPH
RETI;
清除高级中断激活标志
ERR1:
MOVPOWER,#0AA重建上电标志
CLRA;
准备复位地址
PUSHACC压;
入复位地址0000H
PUSHACC
清除低级中断激活标志，从程序0000H开始执行。
这段程序先关中断，以便后续处理能顺利进行，然后用两个RETI指令代替两
个LJMP指令，从而清除了两级中断激活标志。
有相应软件陷阱捕捉来的程序可能没有全部激活两个标志，这也无妨。
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第四章：
系统软件设计
软件任务分析和硬件电路设计结合进行，哪些功能由硬件完成，哪些任务由软
件完成，在硬件电路设计基本定型后，也就基本上决定下来了。
4.1主程序系统
结构图
系统初始化模块=
4.2程序流程图
在本设计中包括了以下八个主要的程序：
主程序；
非法抢答序；
抢答时间调整程
序；
回答时间调整程序；
倒计时程序；
正常抢答处理程序；
犯规处理程序；
初始忙•
图2-6程序设计流程图
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程序如下：
FALSE1:
ACALLBARK;
按键发声
MOVR3,#01H
AJMPERRORFALSE2:
ACALLBARK
MOVR3,#02H
AJMPERRORFALSE3:
MOVR3,#03H
AJMPERRORFALSE4:
MOVR3,#04H
AJMPERRORFALSE5:
MOVR3,#05H
AJMPERRORFALSE6:
MOVR3,#06H
AJMPERROR
;
=====INT0（R1）=====抢答时间调整程序
INT0SUB:
MOVA,R1
MOVB,#0AH
DIVAB
MOVR5,A
MOVR4,B
MOVR3,#0AH
ACALLDISPLAY;
LEDR1先在两个时间上显示
JNBP3.4,INC0;
P3.4+1s,INCO为键如按下跳到
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JNBP3.5,DEC0;
P3.5-1s,DECO为键如按下跳到
JNBP1.7,BACK0;
P3.1,BACKO为确定键如按下跳到
AJMPINT0SUBINC0:
MOVA,R1
CJNEA,#63H,ADD0;
99,R21,99,R10如果不是加如果加到了就置，重新加起MOVR1,#00H
ACALLDELAY1
AJMPINT0SUBADD0:
INCR1
AJMPINT0SUBDEC0:
JZSETR1;
R10,R199如果为就置，
DECR1
AJMPINT0SUBSETR1:
MOVR1,#63H
AJMPINT0SUBBACK0:
RETI;
=====INT1（R2）=====回答时间调整程序INT1SUB:
MOVA,R2
ACALLDISPLAY
14
JNBP3.4,INC1
JNBP3.5,DEC1
JNBP1.7,BACK1
AJMPINT1SUBINC1:
MOVA,R2
CJNEA,#63H,ADD1
MOVR2,#00H
AJMPINT1SUBADD1:
INCR2
AJMPINT1SUBDEC1:
JZSETR2
DECR2
AJMPINT1SUBSETR2:
MOVR2,#63H
AJMPINT1SUBBACK1:
RETI
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结论语:
大学的学习中，毕业设计是一个很重要的环节，是我们步入社会参与社会实践的很好锻炼，从最初的选题，开题构思，绘图，编程，直到完成设计，这中间，查找资料，老师指导，同学交流，每一个过程都是一次成长和对自己的一次的检验。
本次设计是智能抢答器，包括硬件电路和软件两部分。
设计初对于单片机的应用并不是很了解，本科学习中初步接触过C语言，由于本次设计需要硬件和软件两部分，因此我是从软件部分先开始的，然后才开始硬件电路的设计，是由于软件的不完美影响了硬件电路设计的不是很美观。
在软件设计过程中，我基本是一步步开始学起的，在学习中遇到很多问题，经过和同学的讨论，我学到了很多编程技巧，同时也掌握了一些编程思想。
由于原器件的局限性，硬件电路不是很美观，其中一些电容和电阻并不是原理图中设计的大小，但是这并不影响结果。
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