基于51单片机的多路数字定时抢答器设计.doc

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武汉理工大学《数字电子技术基础》课程设计说明书

学号：

课程设计

题目

多路数字定时抢答器设计

学院

专业

班级

姓名

指导教师

年

月

日

课程设计任务书

学生姓名：

专业班级：

指导教师：

工作单位：

题目:

多路数字定时抢答器设计

初始条件：

已知条件

本课程设计，要求用集成电路：

74LSl48，74LS279，74LS48，74LSl92，NE555，74LS00，74LSl21和其它器件等，实现八路定时抢答功能。

用蜂鸣器作声电器件，工作电源Vcc为+5V。

要求完成的主要任务:

（1）设计任务

根据已知条件，完成对多路数字定时抢答器的设计、装配与调试。

（2）设计要求

①可同时供8名选手（或代表队）参赛，其编号分别是0到7，各用一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相对应。

②给节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零（编号显示数码管灭灯）和抢答的开始。

③抢答器具有数据锁存和显示的功能。

抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，编号立即锁存，并在LED数码管上显示出选手的编号，同时扬声器给出音响提示。

此外，要封锁输入电路，禁止其它选手抢答。

优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。

④抢答器具有定时抢答的功能，且一次抢答的时间可以由主持人设定（如30秒）。

当节目主持人启动“开始”键后，要求定时器立即进行减计时，并用显示器进行显示，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续时间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时刻的时间，并保持到主持人将系统清零为止。

⑥如果定时抢答的时间已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效，系统进行短暂的报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答，定时显示器上显示00。

⑦画出总体电路原理图。

（选做：

用EWB软件完成仿真）。

按规定格式写出课程设计报告书。

时间安排：

1、年月日集中，作课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求说明。

2、年月日，查阅相关资料，学习电路的工作原理。

2、年月日至年月日，方案选择和电路设计。

2、年月日至年月日，电路调试和设计说明书撰写。

3、年月日上交课程设计成果及报告，同时进行答辩。

指导教师签名：

年月日

系主任（或责任教师）签名：

年月日

摘要

抢答器作为一种工具，已经广泛应用于各种智力和知识竞赛场合。

本设计以八路智力竞赛抢答器为基本概念，从实际应用出发,用STC89C52和74HC573设计具有扩充功能的抢答器。

八路抢答器由主体电路和扩展电路组成。

主体电路由抢答电路和驱动电路以及控制电路组成：

扩展电路主要由报警电路和显示电路组成。

电路经过布线、焊接、调试等工作后抢答器成形。

单片机体积小，价格低，应用方便，稳定可靠。

单片机将很多任务交给了软件编程去实现，大大简化了外围硬件电路，使外围电路的实现简单方便。

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

。

关键字：

抢答电路定时电路报警电路

Abstract

Responderasatool,hasbeenwidelyusedinvariousintelligenceandknowledgecontestsoccasion.ThedesignquizRespondereightbasicconceptsofpracticalapplication,withSTC89C52and74HC573designedwithextensionsResponder.OctalResponderbythemaincircuitandtheexpansioncircuit.Respondercircuitandmaincircuitfromthelatchcircuitandacontrolcircuitconsistsof:

expansioncircuitmainlybythealarmcircuitanddisplaycircuit.Afterthecircuitwiring,welding,commissioningworkRespondershape.SCMsmallsize,lowprice,convenient,stableandreliable.ManytaskswillbehandedovertotheMCUsoftwareprogrammingtorealize,greatlysimplifyingtheperipheralhardwarecircuit,theperipheralcircuitimplementationissimpleandconvenient.Responderitinthetraditionalfronthasasimplecircuit,lowcost,reliableoperationandothercharacteristics.

Keywords:

Respondercircuittimingcircuitalarmcircuit

目录

1设计内容与要求 5

1.1设计内容 5

1.2设计要求 5

1.2.1基本功能 5

1.2.2扩展功能 5

2方案设计与选择 6

2.1第一种方案 6

2.2第二种方案 6

2.3第三种方案 7

3硬件电路设计 7

3.1.时钟电路设计 7

3.2八路抢答按键输入电路设计 8

3.3复位按键输入电路设计 8

3.4设定时间、加减时间和开始电路设计 9

3.5LED数码管显示电路设计 9

3.6声音电路 10

4PCB制作 10

5软件设计 12

5.1软件设计思想 12

5.2软件逻辑结构图 12

6总结与体会 13

附录1完整电路图 14

附录2元件清单 15

附录3完整程序 16

1设计内容与要求

1.1设计内容

设计一个抢答器，可供8位选手抢答，主持人可通过开关控制，具有抢答、计时、报警等功能。

1.2设计要求

1.2.1基本功能

1）设计一个抢答器，可以同时供8名选手或8个代表队参加比赛，他们的编号分别是1、2、3、4、5、6、7、8，各用一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相对应，也是1、2、3、4、5、6、7、8。

2）给节目主持人设置一个控制开关clear，用来控制系统的清零（编号显示数码管灭灯）和抢答的开始。

3）抢答器具有数据锁存和显示功能。

抢答开始，若有选手按动抢答按钮，编号立即锁存，并在LED数码管上显示出选手的编号，同时扬声器给出音响提示。

此外要封存输入电路，禁止其他选手抢答。

优先抢答选手的编号一直保持到系统清零为止。

1.2.2扩展功能

1）抢答器具有定时抢答的功能，且一次抢答的时间可以由主持人设定，档节目主持人按下“clear”按钮后，要求定时器立即倒计时，并在显示器上显示，同时扬声器发出短暂声响，声响持续0.5S左右。

2）参赛选手在设定的时间内抢答，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时刻的时间，并保持到主持人将系统清零为止。

如果定时抢答时间已到，却没有选手抢答，则本次抢答无效，系统短暂报警，并封存输入电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器上显示00。

2方案设计与选择

2.1第一种方案

图2.1.1第一种方案

抢答按钮连接控制电路，抢答开始，有选手按下抢答按钮后，控制电路是锁存器锁存各个抢答路的电平高低，从而锁存了第一位抢答者的抢答信号，同时切断其他抢答者的抢答信号，阻止其他选手的抢答。

编码器将抢答结果译成二进制数送给下一级译码显示电路，译码显示电路显示抢答成功者的号码。

声响电路可以发出提醒声响，定时电路有定时抢答功能，并能显示倒计时的时间。

该方案满足设计的功能要求，但是用锁存器锁存抢答结果这一思路有缺陷，就是可能有两个选手抢答时间间隔很小，两路的抢答信号同时锁存了起来，导致编码器编码出错，下一级译码显示电路不能显示抢答结果。

2.2第二种方案

第二种方案流程图如下图2所示：

图1.2.1第二种方案

第二种方案的原理和第一种方案基本一样，只是在第一种方案上做了改进，在锁存器和抢答按钮之间增加了优先编码器，避免了多路的抢答信号同时被锁存，编码器编码出错，下一级译码显示电路不能显示抢答结果的情况。

但是，电路过于复杂繁琐，不太方便。

2.3第三种方案

该方案以STC89C52单片机为核心设计的八路抢答器，该抢答器能根据不同的八个不同按键输入抢答信号，经过单片机的控制处理并产生与按键相对应路数的输出信号，最后通过4位LED数码管显示相应的路数和答题时间等

图2.3.1第三种方案

该方案简单容易实现，而且单片机体积小，价格低，应用方便，稳定可靠。

因此，选用方案三。

3硬件电路设计

3.1.时钟电路设计

CPU的操作需要精确的定时，可用一个晶体振荡器产生稳定的时钟脉冲来控制STC89C52单片机上的XTAL1和XTAL2分别为振荡电路的输入和输出，晶振频率选择11.0592MHZ。

图3.1.1晶振电路

3.2八路抢答按键输入电路设计

该电路有八个按钮分别接于P2.0～P2.7可实现：

一是分辨出选手按键的先后并锁存有抢答者的编号，同时在LED上显示相应选手编号；二是当有选手抢答成功时其他选手按键无效，具有锁存功能。

（锁存功能由软件实现）

图3.2.1抢答电路

3.3复位按键输入电路设计

复位是计算机的一个重要工作状态。

开始按钮和复位按钮分别接在P3.7和RST口，在单片机工作时，接电之前要复位，断电后也要复位。

在抢答器中复位则为定时做铺垫，在抢答之前要复位，抢答完毕后也要复位。

图3.3.1复位电路

3.4设定时间、加减时间和开始电路设计

该电路主要是对答题和抢答时间调整而设计的。

开始按钮用clear表示，作用是将系统状态在调整状态和应答状态相互转换，在调整状态时，裁判可以用“+”、“-”按钮调整抢答时间，抢答时间的初始值设置为15秒；应答状态时，系统可以响应选手的抢答，并给出相关反应。

“clear”按钮接P3.7，“+”按钮接P3.6，“—”按钮接P3.5。

图3.4.1时间设定电路

3.5LED数码管显示电路设计

本设计所用的显示器为7段共阳极接法4位LED显示器，当某一发光二极管的阴极输入低电平时，则该段发光。

段选通过一片74HC573与P0口相连，位选com1,com2,com3,com4通过74HC573分别与P1.3，P1.2，P1.1，P1.0口相连。

此处芯片74HC573不起锁存数据的功能，做为驱动增加数码管的电流。

图3.5.1显示电路

3.6声音电路

用P3.6口和蜂鸣器相连，在抢答开始和抢答过程中有人抢答，则会给选手答题警示声。

若定时时间已到，无人抢答则本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上最终显示为000。

图3.6.1报警电路

4PCB制作

在AltiumDesigner中画出电路图后，制作PCB。