抢答器课程设计报告Word格式.docx
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在电视和学校中我们会经常看到一些智力抢答的节目，如果要是让抢答者用举手等方法，主持人很容易误判，会造成抢答的不公平，比赛中为了准确、公正、直观地判断出第一抢答者，所设计的抢答器通常由数码显示、灯光、音响等多种手段指示出第一抢答者。
为了使这种不公平不发生，只有靠电子产品的高准确性来保障抢答的公平性。
1.1、方案选择与论证
方案1：
采用数字电路
定时抢答器主体电路和扩展电路两部分组成。
主体电路完成基本的抢答功能，即开始抢答后，当选手按动抢答键时，能显示选手的编号，同时能封锁输入电路，禁止其他选手抢答。
扩展电路完成定时抢答的功能。
定时抢答器的工作过程是：
接通电源时，节目主持人将开关置于“清除”位置，抢答器处于禁止工作状态，编号显示器灭灯，当节目主持人宣布“抢答开始”，同时将控制开关拨到“开始”位置，扬声器给出声响提示，抢答器处于工作状态，定时器倒计时。
当定时时间到，却没有选手抢答时，系统报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答。
当选手在定时时间内按动抢答键时，抢答器要完成以下四项工作：
（1）优先编码电路立即分辨出抢答者的编号，并由锁存器进行锁存，然后由译码显示电路显示编号；
（2）扬声器发出短暂声响，提醒节目主持人注意；
（3）控制电路要对输入编码电路进行封锁，避免其他选手再次进行抢答；
（4）控制电路要使定时器停止工作，时间显示器上显示剩余的抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止。
当选手将问题回答完毕，主持人操作控制开关，使系统回复到禁止工作状态，以便进行下一轮抢答。
方案二：
采用单片机
当主持人宣布抢答开始的时候，按下开始按钮，此时电路进入抢答状态，选手的输入采用了扫描式的输入，之后把相应的信息送往单片机，再由单片机输出到显示输出电路中。
此时有人第一按下相应的抢答按钮，经过单片机的控制选择，在八段显示器上显示相应的号码，并锁存，同时禁止其他按钮的输入。
1.2、方案的比较
方案比较
数字电路
单片机
制作难度
低
一般
实现难度
价格
电路原理
简单
设计电路
表1方案比较
通过表1的方案比较，数字电路的制作方案比较容易实现，并且在原理方面也是较简单，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，在具体的应用过程中也容易出问题。
利用了单片机的延时电路、按键复位电路、时钟电路、定时/中断等电路，设计的抢答器具有实时显示抢答选手的号码和抢答时间的特点，还有复位电路，使其再开始新的一轮的答题和比赛，同时还利用汇编语言编程，使其实现一些基本的功能。
单片机的系统实用性强、判断精确、操作简单、扩展功能强。
它的功能实现是比赛开始，主持人读完题之后按下总开关，即计时开始，此时数码管开始进行1s的加计时，直到有一个选手抢答时，对应的会在数码管上显示出该选手的编号和抢答所用的时间，同时该选手对应的发光二极管会发出相应的光，蜂鸣器也会发出声音，以提示有人抢答本题，如果在规定的60s时间内没有做出抢答，则此题作废，即开始重新一轮的抢答。
2、硬件电路详细设计
2.1硬件电路设计与器件选择
单片机使一种特殊的计算机，它是在一块半导体芯片上集成了CPU、存储器RAM、ROM以及输入与输出接口电路的芯片。
由于单片机的集成度高、功能强、通用性好，特别是它具有体积小、重量轻、能耗低、价格便宜、可靠性高、抗干扰能力强和使用方便等独特优点，使单片机迅速得到了推广应用。
2.1.1芯片的选择
抢答器电路的核心是89C51单片机，其内部带有4KB的FLASHROM，无需外扩程序存储器；
抢答器没有大量的运算和暂存数据现有的128B篇内RAM已经能满足容量需求，故不需外扩片外RAM，系统配有8位8段数码显示管，管采用共阴数码管，作为时钟的显示输出
。
2.1.2复位电路的设计
该复位电路采用上电自动复位和手动复位两种复位方式，图中网络标号所指9连接到单片机的复位引脚。
要实现复位只需在，51系列单片机的RESET引脚上加上5ms的高电平就可以了。
上电复位是利用电容的充电来实现的，即上电瞬间RESET端的电位与Vcc相同，随着电容上储能增加，电容电压也逐渐增大，充电电流减小，RESET端的电位。
这样就会建立一个脉冲电压，调节电容与电阻的大小可对脉冲的持续时间进行调节。
通常若采用12MHz的晶振时，复位元件参数为22μF的电解电容和10kΩ的电阻。
按钮复位电路是通过按下复位按钮时，电源对RESET端维持两个机器周期的高电平实现复位的。
2.1.3晶振电路的设计
MSC-51单片机的定时控制功能是用时钟电路和振荡器完成的，而根据硬件电路的不同，连接方式分为内部时钟方式和外部时钟方式。
本设计中采用内部时钟方式。
单片机内部有一个反相放大器，XTAL1、XTAL2分别为反相放大器的输入端和输出端，外接定时反馈元件组成振荡器（内部时钟方式），产生时钟送至单片机内部各元件。
时钟频率越高，单片机控制器的控制节拍就越快，运算速度也就越快。
一般来说单片机内部有一个带反馈的线性反相放大器，外界晶振（或接陶瓷振荡器）和电容就可组成振荡器，如图3.2所示。
加电以后延时一段时间（约10ms）振荡器产生时钟，不受软件控制，图中Y1为晶振，震荡产生的时钟频率主要由Y1确定。
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起微调作用，典型值为30pF。
数码显示管用来作为时间的显示输出，一般用7段数码显示管。
本次设计中采用7段共阴数码显示管应用简单、可靠性高、成本低，作为显示输出。
连接时段选信号接在P0口的P0.0～P0.6七个I/O口上，P1口是准双向I/O接口在输出驱动部分具有驱动4个TTL负载的能力，即输出电流不大于400μA，所以在接电阻时选择接510Ω限流电阻。
而在位选方面采用单片机P2口的P2.0～P2.2三个I/O口作为位选信号的输出口。
3、设计内容
3.1设计流程图
N
Y
图1程序流程图
3.2程序设计
LINEEQU30H
ROWEQU31H
VALEQU32H
ORG0000H
w0:
movp1,#0FFH
MOVP3,#0FH;
列线置高电平,行线置高电平
L1:
JBP3.0,L2;
逐行扫描
LCALLDELAY
JBP3.0,L2
MOVLINE,#10;
存行号
LJMPRSCAN
L2:
JBP3.1,L3
MOVLINE,#20;
L3:
JBP3.2,L4
MOVLINE,#30;
L4:
JBP3.3,L1
MOVLINE,#40;
RSCAN:
MOVP3,#0F0H;
行线列线电平互换
C1:
JBP3.4,C2;
逐列扫描
MOVROW,#1;
存列号
LJMPCALCU
C2:
JBP3.5,C3
MOVROW,#2;
C3:
JBP3.6,C4
MOVROW,#3;
C4:
JBP3.7,C1
MOVROW,#4;
存列号
CALCU:
MOVA,LINE;
根据行号和列号计算键值
ADDA,ROW
CJNEA,#41,w0
movp1,#00H
lcallD0
D0:
MOVP3,#0FH
M1:
JBP3.0,M2;
JBP3.0,M2
LJMPW1
M2:
JBP3.1,M3
JBP3.0,M3
M3:
JBP3.2,M4
JBP3.0,M4
M4:
JBP3.3,M1
JBP3.0,M1
W1:
N1:
JBP3.4,N2;
LJMPW2
N2:
JBP3.5,N3
N3:
JBP3.6,N4
N4:
JBP3.7,N1
W2:
MOVP2,#00H;
数码管显示初始化
CJNEA,#14,D1
MOVP0,#06H;
1
MOVTMOD,#00H
MOVTH1,#0F0H
MOVTL1,#0CH
MOVIE,#00H
SETBTR1
F1:
JBCTF1,F2
AJMPF1
F2:
MOVTH1,#0F0H
MOVTL1,#0CH
CPLP1.0
LJMPw0
D1:
CJNEA,#13,D2
MOVP0,#5BH;
2
F3:
JBCTF1,F4
AJMPF3
F4:
D2:
CJNEA,#12,D3
MOVP0,#4FH;
3
F5:
JBCTF1,F6
AJMPF5
F6:
D3:
CJNEA,#11,D4
MOVP0,#66H;
4
F7:
JBCTF1,F8
AJMPF7
F8:
D4:
CJNEA,#24,D5
MOVP0,#6DH;
5
F9:
JBCTF1,F10
AJMPF9
F10:
D5:
CJNEA,#23,D6
MOVP0,#7DH;
6
F11:
JBCTF1,F12
AJMPF11
F12:
D6:
CJNEA,#22,D7
MOVP0,#07H;
7
F13:
JBCTF1,F14
AJMPF13
F14:
D7:
CJNEA,#21,D8
MOVP0,#7FH;
8
F15:
JBCTF1,F16
AJMPF15
F16:
D8:
LJMPDELAY1
LJMPw0
DELAY:
MOVR6,#20
D20:
MOVR7,#250
DJNZR7,$
DJNZR6,D20
RET
DELAY1:
MOVR1,#200
W51:
MOVR2,#100
W52:
MOVR3,#250
W53:
DJNZR3,W53
DJNZR2,W52
DJNZR1,W51
RET
END
4、调试功能说明
4.1系统的调试
系统调试包括硬件调试和软件调试，而且两者是密不可分的。
设计好的硬件电路和软件程序，只有经过联合调试，才能验证其正确性；
软硬件的配人情况以及是否达到设计任务的要求，也只有经过调试，才能发现问题并加以解决、完善，最终开发成实用产品。
硬件调试分单元电路调试和联机调试，单元电路试验在硬件电路设计时已经进行，这里的调试只是将其制成印刷电路板后试验电路是否正确，并排除一些加工工艺性错误（如错线、开路、短路等）。
这种调试可单独模拟进行，也可通过开发装置由软件配合进行，硬件联机调试则必须在系统软件的配合下进行。
软件调试一般包括分块调试和联机调试两个阶段。
程序的分块调试一般在单片机开发装置上进行，可根据所调程序功能块的入口参量初值编制一个特殊的程序段，并连同被调程序功能块一起在开发装置上运行；
也可配合对应硬件电路单独运行某程序功能块，然后检查是否正确，如果执行结果与预想的不一致，可以通过单步运行或设置断点的方法，查出原因并加以改正，直到运行结果正确为止。
这时该程序功能块已调试完毕，可去掉附加程序段。
其它程序功能块可按此法进行调试。
程序联机调试就是将已调试好的各程序功能块按总体结构联成一个完整程序，在所研制的硬件电路上运行。
从而试验程序整体运行的完整性、正确性和与硬件电路的配合情况。
在联调中可能会有某些支路上的程序、功能块因受条件制约而得不到相应的输入参数，这时，调试人员应创造条件进行模拟调试。
在联调中如发现硬件问题也应及时修正，直到单片机系统的软件、硬件全部调试成功为止。
系统调试完成后，还要进行一段时间的试运行，从而检验系统的稳定性和抗干扰能力，验证系统功能是否达到设计要求，是否达到预期的效果。
4.2软件仿真
图2仿真电路图
将程序文件导入89C51元件中，然后单击开始，进行仿真。
进行按键尝试，观察LED和7段数码管的显示。
4.3焊接的问题及解决
一般来说，造成硬件问题的首要问题就是焊接了，也就是说焊接的好与坏直接响产品的正常运行。
造成焊接质量不高的常见原因是:
（1）焊锡用量过多,形成焊点的锡堆积；
焊锡过少,不足以包裹焊点。
（2）冷焊。
焊接时烙铁温度过低或加热时间不足,焊锡未完全熔化、浸润、焊锡表面不光亮（不光滑）,有细小裂纹。
（3）夹松香焊接,焊锡与元器件或印刷板之间夹杂着一层松香,造成电连接不良。
若夹杂加热不足的松香,则焊点下有一层黄褐色松香膜；
若加热温度太高,则焊点下有一层碳化松香的黑色膜。
对于有加热不足的松香膜的情况,可以用烙铁进行补焊。
对于已形成黑膜的,则要"
吃"
净焊锡,清洁被焊元器件或印刷板表面,重新进行焊接才行。
（4）焊锡连桥。
指焊锡量过多,造成元器件的焊点之间短路。
这在对超小元器件及细小印刷电路板进行焊接时要尤为注意。
（5）焊剂过量,焊点明围松香残渣很多。
当少量松香残留时,可以用电烙铁再轻轻加热一下,让松香挥发掉,也可以用蘸有无水酒精的棉球,擦去多余的松香或焊剂。
（6）焊点表面的焊锡形成尖锐的突尖。
这多是由于加热温度不足或焊剂过少,以及烙铁离开焊点时角度不当浩成的内。
最小系统的电路不工作，首先应该确认电源电压是否正常。
用电压表测量接地引脚跟电源引脚之间的电压，看是否符合电源电压，常用的是5V左右。
接下来就是检测复位引脚的电压是否正常，EA引脚的电压要正常为5V左右。
5、实验总结
课程设计是培养我们综合运用所学知识，发现，提出，分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对我们实际工作能力的具体训练和考察过程。
随着科学技术发展的日新日异，单片机已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域，在生活中可以说得是无处不在。
因此作为二十一世纪的大学生来说掌握单片机的开发技术是十分重要的。
回顾这次单片机毕业设计，我感慨颇多。
从选题到定稿，从理论到实践，在这两个里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。
通过这次毕业设计使我懂得了理论与实际相结合的重要性，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中我遇到了很多问题，从而发现了自己的不足之处，主要是对以前所学过的理论知识掌握得不够透彻，对单片机语言掌握得不好，以及缺少实践经验。
这次毕业设计使我重新了解自己的水平，从而确定了今后的努力方向。
我想这对于自己以后的学习和工作都会有很大的帮助的。
在这次设计中遇到了很多实际性的问题。
在实际设计中才发现，书本上理论性的东西与在实际运用中的还是有一定的出入的，所以有些问题不但要深入地理解，而且要不断地更正以前的错误思维。
一切问题必须要靠自己一点一滴的解决。
而在解决的过程当中你会发现自己在飞速的提升。
对于单片机设计，其硬件电路是比较简单的，主要是解决程序设计中的问题。
而程序设计是一个很灵活的东西，它反映了你解决问题的逻辑思维和创新能力。
它才是一个设计的灵魂所在。
因此在整个设计过程中大部分时间是用在程序上面的。
很多子程序是可以借鉴书本上的，但怎样衔接各个子程序才是关键的问题所在，这需要对单片机的结构很熟悉。
因此可以说单片机的设计是软件和硬件的结合，二者是密不可分的。
这次课程设计更好的加深了我们对电路知识的掌握、理解及运用，提高了我的实际动手能力和学习兴趣。
参考文献：
李精华单片机原理与应用高等教育出版社2010.5
附录
图3PCB图
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