八相抢答记时器.docx
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八相抢答记时器
毕业设计(论文)
题目竞赛抢答计时器设计
专业应用电子技术
班级08级电子大专三年(一班)
姓名刘文俊、杨全东、周霞
指导教师谢勇
2010年11月14
单片机八路抢答计时器设计
摘要
抢答器作为一种工具,已广泛应用于各种智力和知识竞赛场合。
但抢答器的使用频率较低,且有的要么制作复杂,要么可靠性低。
作为一个单位,如果专门购一台抢答器虽然在经济上可以承受,但每年使用的次数极少,往往因长期存放使(电子器件的)抢答器损坏,再购置的麻烦和及时性就会影响活动的开展,因此设计了本抢答器。
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
定时
第一章设计任务与要求
1、抢答器同时供8名选手或8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,且一次抢答的时间由主持人设定(如30秒)。
当主持人启动"开始"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。
第二章方案设计与论证
方案一
系统各部分采用中小规模集成数字电路,用机械开关按钮作为控制开关,完成抢答输入信号的触发。
该方案的特点是中小规模集成电路应用技术成熟,性能可靠,能方便地完成选手抢答的基本功能,但是由于系统功能要求较高,所以电路连接集成电路相对较多,而且过于复杂,并且制作过程工序比较烦琐,使用不太方便。
方案二
该系统采用51系列单片机AT89C51作为控制核心,该系统可以完成运算控制、信号识别以及显示功能的实现。
由于用了单片机,使其技术比较成熟,应用起来方便、简单并且单片机周围的辅助电路也比较少,便于控制和实现。
整个系统具有极其灵活的可编程性,能方便地对系统进行功能的扩张和更改。
MCS-51单片机特点如下:
<1>可靠性好:
单片机按照工业控制要求设计,抵抗工业噪声干扰优于一般的CPU,程序指令和数据都可以写在ROM里,许多信号通道都在同一芯片,因此可靠性高,易扩充。
<2>单片机有一般电脑所必须的器件,如三态双向总线,串并行的输入及输出引脚,可扩充为各种规模的微电脑系统。
<3>控制功能强:
单片机指令除了输入输出指令,逻辑判断指令外还有更丰富的条件分支跳跃指令。
方案比较及其选用依据,显然方案二比方案一简单的多,不但从性能上优于方案一,而且在使用上及其功能的实现上都较方案一简洁,并且由于单片机具有优越的高集成电路性,使其工作速度更快、效率更高。
另外80C51单片机采用12MHz的晶振,提高了信号的测量精度,并且使该系统可以通过软件改进来扩张功能。
而方案一采用了中小规模集成电路,有其复杂的电路性能,从而可能会使信号的输入输出产生延时及不必要的误差。
依此依据选择方案二比较适合。
其原理框图如下:
第三章硬件电路设计
抢答器的电路框图
如图所示为电路框图。
其工作原理为:
接通电源后,主持人将开关拨到“清除”状态,抢答器处于禁止状态,编号显示器灭灯,定时器显示设定时间;主持人将开关置,“开始”状态,宣布“开始”抢答器工作。
定时器倒计时,扬声器给出声响提示。
选手在定时时间内抢答时,抢答器完成:
优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。
当一轮抢答之后,定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。
如果再次抢答必须由主持人再次操作"开始、停止"状态开关。
图抢答器框图
图抢答电路的接口电路
如图11、1所示为电路框图。
其工作原理为:
接通电源后,主持人将开关拨到“清除”状态,抢答器处于禁止状态,编号显示器灭灯,定时器显示设定时间;主持人将开关置,“开始”状态,宣布“开始”抢答器工作。
定时器倒计时,扬声器给出声响提示。
选手在定时时间内抢答时,抢答器完成:
优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。
当一轮抢答之后,定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。
如果再次抢答必须由主持人再次操作“开始、停止”状态开关。
单元电路设计
.1抢答器电路
参考电路如图所示。
该电路完成两个功能:
一是分辨出选手按键的先后,并锁存优先抢答者的编号,同时译码显示电路显示编号;二是禁止其他选手按键操作无效。
如有再次抢答需由主持人将S开关重新置,“清除”然后再进行下一
次抢答。
.2时序控制电路设计
时序控制电路是抢答器设计的关键,它要完成以下功能:
a.主持人将控制开关拨到"开始"位置时,扬声器发声,抢答电路和定时电路进人正常抢答工作状态。
b.当参赛选手按动抢答键时,扬声器发声,抢答电路和定时电路停止工作。
.3复位电路的设计
外部中断和内部中断并存,单片机硬件复位端,只要持续4个机器周期的高电平即可实现复位,硬件复位后的各状态可知寄存器以及存储器的值都恢复到了初始值,因为本设计中功能中有倒计时时间的记忆功能,所以不能对单片机进行硬件复位,只能用软件复位,软件复位实际上就是当程序执行完之后,将程序通过一条跳转指令让它完成复位。
复位电路如下图示:
外部震荡电路
外部震荡电路单片机必须在AT89C51的驱动下才能工作,在单片机内部有一个时钟震荡电路,只需要外接一个振荡器就能产生一定的时钟信号送到单片机内部的各个单元,外部震荡电路如下图。
报警电路设计
报警电路用于报警,当遇到报警信号时,发出警报。
一般喇叭是一种电感性
图报警电路图。
8951驱动喇叭的信号为各种频率的脉冲。
因此,最简单的喇叭驱动方式就是利用达林顿晶体管,或者以两个常用的小晶体管连接成达林顿架势。
在右图中电阻R为限流电阻,在此利用晶体管的高电流增益,以达到电路快速饱和的目的。
不过,如果要由P0输出到此电路,还需要连接一个10K的上拉电阻。
选手在设定的时间内抢答时,实现:
优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。
当一轮抢答之后,定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。
如果再次抢答必须由主持人再次*作"清除"和"开始"状态开关。
图面是数字抢答器的报警电路图。
其中555构成多谐振荡器,振荡频率fo=1.43/[(RI+2R2)C],其输出信号经三极管推动扬声器。
PR为控制信号,当PR为高电平时,多谐振荡器工作,反之,电路停振。
第四章软件设计
系统主程序设计
为了能够达到抢答的公平、公正、合理,应该在主持人发布抢答命令之前必须先设定抢答的时间,因而在编开始抢答前的程序得先编写设定时间的程序,当时间设好了之后,主持人发布抢答命令按下按键,程序开始打开定时中断开始倒计时,然后调用键盘扫描子程序,编写键盘扫描程序。
当在扫描到有人按下了答题键,马上关闭T0、调用显示程序、封锁键盘。
(1)主程序流程图
主程序清单
OKEQU20H;抢答开始标志位
RINGEQU22H;响铃标志位
ORG0000H
AJMPMAIN
ORG0003H
AJMPINT0SUB
ORG000BH
AJMPT0INT
ORG0013H
AJMPINT1SUB
ORG001BH
AJMPT1INT
ORG0040H
MAIN:
MOVR1,#30;初设抢答时间为30s
MOVR2,#60;初设答题时间为60s
MOVTMOD,#11H;设置未定时器/模式1
MOVTH0,#0F0H
MOVTL0,#0FFH;越高发声频率越高,越尖
MOVTH1,#3CH
MOVTL1,#0B0H;50ms为一次溢出中断
SETBEA
SETBET0
SETBET1
SETBEX0
SETBEX1;允许四个中断,T0/T1/INT0/INT1
CLROK
CLRRING
SETBTR1
SETBTR0;一开始就运行定时器,以开始显示FFF.如果想重新计数,重置TH1/TL1就可以了
;=====查询程序=====
START:
MOVR5,#0BH
MOVR4,#0BH
MOVR3,#0BH
ACALLDISPLAY;未开始抢答时候显示FFF
JB,NEXT;ddddddd
ACALLDELAY
JB,NEXT;去抖动,如果"开始键"按下就向下执行,否者跳到非法抢答查询
ACALLBARK;按键发声
MOVA,R1
MOVR6,A;送R1->R6,因为R1中保存了抢答时间
SETBOK;抢答标志位,用于COUNT只程序中判断是否查询抢答
MOVR7,#01H;读抢答键数据信号标志,这里表示只读一次有用信号
MOVR3,#0AH;抢答只显示计时,灭号数
AJMPCOUNT;进入倒计时程序,"查询有效抢答的程序"在COUNT里面
NEXT:
JNB,FALSE1
JNB,FALSE2
JNB,FALSE3
JNB,FALSE4
JNB,FALSE5
JNB,FALSE6
JNB,FALSE7
JNB,FALSE8
AJMPSTART
;=====非法抢答处理程序=====
FALSE1:
MOVR3,#01H
AJMPERROR
FALSE2:
MOVR3,#02H
AJMPERROR
FALSE3:
MOVR3,#03H
AJMPERROR
FALSE4:
MOVR3,#04H
AJMPERROR
FALSE5:
MOVR3,#05H
AJMPERROR
FALSE6:
MOVR3,#06H
AJMPERROR
FALSE7:
MOVR3,#07H
AJMPERROR
FALSE8:
MOVR3,#08H
AJMPERROR
;=====INT0(抢答时间R1调整程序)=====
INT0SUB:
MOVA,R1
MOVB,#0AH
DIVAB
MOVR5,A
MOVR4,B
MOVR3,#0AH
ACALLDISPLAY;先在两个时间LED上显示R1
JNB,INC0;为+1s键,如按下跳到INCO
JNB,DEC0;为-1s键,如按下跳到DECO
JNB,BACK0;为确定键,如按下跳到BACKO
AJMPINT0SUB
INC0:
MOVA,R1
CJNEA,#63H,ADD0;如果不是99,R2加1,如果加到99,R1就置0,重新加起。
MOVR1,#00H
ACALLDELAY1
AJMPINT0SUB
ADD0:
INCR1
ACALLDELAY1
AJMPINT0SUB
DEC0:
MOVA,R1
JZSETR1;如果R1为0,R1就置99,
DECR1
ACALLDELAY1
AJMPINT0SUB
SETR1:
MOVR1,#63H
ACALLDELAY1
AJMPINT0SUB
BACK0:
RETI
;=====INT1(回答时间R2调整程序)=====
INT1SUB:
MOVA,R2
MOVB,#0AH
DIVAB
MOVR5,A
MOVR4,B
MOVR3,#0AH
ACALLDISPLAY
JNB,INC1
JNB,DEC1
JNB,BACK1
AJMPINT1SUB
INC1:
MOVA,R2
CJNEA,#63H,ADD1
MOVR2,#00H
ACALLDELAY1
AJMPINT1SUB
ADD1:
INCR2
ACALLDELAY1
AJMPINT1SUB
DEC1:
MOVA,R2
JZSETR2
DECR2
ACALLDELAY1
AJMPINT1SUB
SETR2:
MOVR2,#63H
ACALLDELAY1
AJMPINT1SUB
BACK1:
RETI
;=====倒计时程序(抢答倒计时和回答倒计时都跳到改程序)=====
REPEAT:
MOVA,R2;使用锦囊时重新计时
MOVR6,A
CLRRING
COUNT:
MOVR0,#00H;重置定时器中断次数
MOVTH1,#3CH
MOVTL1,#0B0H;重置定时器
RECOUNT:
MOVA,R6;R6保存了倒计时的时间,之前先将抢答时间或回答时间给R6
MOVB,#0AH
DIVAB;除十分出个位/十位
MOV30H,A;十位存于(30H)
MOV31H,B;个位存于(31H)
MOVR5,30H;取十位
MOVR4,31H;取个位
MOVA,R6
SUBBA,#07H
JNCLARGER;大于5s跳到LARGER,小于等于5s会提醒
MOVA,R0
CJNEA,#0AH,FULL;1s中向下运行
CLRRING
AJMPCHECK
FULL:
CJNEA,#14H,CHECK;下面是1s的情况,响并显示号数并清R0,重新计
SETBRING
MOVA,R6
JZQUIT;计时完毕
MOVR0,#00H
DECR6;一秒标志减1
AJMPCHECK
LARGER:
MOVA,R0
CJNEA,#14H,CHECK;如果1s向下运行,否者跳到查"停/显示"
DECR6;计时一秒R6自动减1
MOVR0,#00H
CHECK:
JNB,QUIT;如按下停止键退出
JNBOK,CHECKK;只在回答倒计时才有效
AJMPNEXTT
CHECKK:
JNB,REPEAT;判断是否使用锦囊
NEXTT:
ACALLDISPLAY
JBOK,ACCOUT;如果是抢答倒计时,如是则查询抢答,否者跳过查询继续倒数(这里起到锁抢答作用)
AJMPRECOUNT
ACCOUT:
MOVA,36H
JNB,TRUE1
JNB,TRUE2
JNB,TRUE3
JNB,TRUE4
JNB,TRUE5
JNB,TRUE6
JNB,TZ1
JNB,TZ2
AJMPRECOUNT
TZ1:
JMPTRUE7
TZ2:
JMPTRUE8
QUIT:
CLROK;如果按下了"停止键"执行的程序
CLRRING
AJMPSTART
;=====正常抢答处理程序=====
TRUE1:
ACALLBARK
MOVA,R2
MOVR6,A;抢答时间R2送R6
MOVR3,#01H
CLROK;因为答题的计时不再查询抢答,所以就锁了抢答
AJMPCOUNT
TRUE2:
ACALLBARK
MOVA,R2
MOVR6,A
MOVR3,#02H
CLROK
AJMPCOUNT
TRUE3:
ACALLBARK
MOVA,R2
MOVR6,A
MOVR3,#03H
CLROK
AJMPCOUNT
TRUE4:
ACALLBARK
MOVA,R2
MOVR6,A
MOVR3,#04H
CLROK
AJMPCOUNT
TRUE5:
ACALLBARK
MOVA,R2
MOVR6,A
MOVR3,#05H
CLROK
AJMPCOUNT
TRUE6:
ACALLBARK
MOVA,R2
MOVR6,A
MOVR3,#06H
CLROK
AJMPCOUNT
TRUE7:
ACALLBARK
MOVA,R2
MOVR6,A
MOVR3,#07H
CLROK
AJMPCOUNT
TRUE8:
ACALLBARK
MOVA,R2
MOVR6,A
MOVR3,#08H
CLROK
AJMPCOUNT
;=====犯规抢答程序=====
ERROR:
MOVR0,#00H
MOVTH1,#3CH
MOVTL1,#0B0H
MOV34H,R3;犯规号数暂存与(34H)
HERE:
MOVA,R0
CJNEA,#06H,FLASH;向下运行->灭并停响
CLRRING
MOVR3,#0AH
MOVR4,#0AH
MOVR5,#0AH;三灯全灭
AJMPCHECK1
FLASH:
CJNEA,#0CH,CHECK1;下面是的情况,响并显示号数并清R0,重新计
SETBRING
MOVR0,#00H
MOVR3,34H;取回号数
MOVR5,#0BH
MOVR4,#0BH;显示FF和号数
AJMPCHECK1
CHECK1:
JNB,QUIT1
ACALLDISPLAY
AJMPHERE
QUIT1:
CLRRING
CLROK
AJMPSTART
;=====显示程序=====
DISPLAY:
MOVDPTR,#DAT1;查表显示程序,利用P0口做段选码口输出/P2低三位做位选码输出,
MOVA,R3
MOVCA,@A+DPTR
MOVP2,#0feH
MOVP0,A
ACALLDELAY2
MOVDPTR,#DAT2
MOVA,R5
MOVCA,@A+DPTR
MOVP2,#0fdH
MOVP0,A
ACALLDELAY2
MOVA,R4
MOVCA,@A+DPTR
MOVP2,#0fbH
MOVP0,A
ACALLDELAY2
RET
DAT1:
DB00h,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,71H
;"灭","1","2","3","4","5","6","7","8","9","灭","F"
DAT2:
DB3fh,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,71H
;第一个为零,其他与上相同,因为十位如果为零显示熄灭
;====加减时间延时(起到不会按下就加N个数)======
DELAY1:
MOV35H,#08H
LOOP0:
ACALLDISPLAY
DJNZ35H,LOOP0
RET
;=====延时4236个机器周期(去抖动用到)=====
DELAY:
MOV32H,#12H
LOOP:
MOV33H,#0AFH
LOOP1:
DJNZ33H,LOOP1
DJNZ32H,LOOP
RET
;=====延时4236个机器周期(显示用到)=====
DELAY2:
MOV32H,#43H
LOOP3:
MOV33H,#1EH
MOVA,R7;每隔60~70个机器周期读一次P1口,全为1时为无效数据,继续读,有一个不为1时,转到正常抢答处理
JNZAAAA1;没读到有效数据时继续转到AAAA1
LOOP2:
DJNZ33H,LOOP2
DJNZ32H,LOOP3
RET
;=====读抢答按键数据口程序=====
;由于在读抢答数据口的时候,单片机首先进入倒计时程序,再调用显示程序,最后才检测按键口
;然而在检测按键口时动态扫描要调用三次(4ms)延时程序.这样就会导致读数据口出现滞后,造成1号优先最高.8号最低.
;故采用在延时子程序中加了读数据口程序.保证了灵敏度和可靠性
AAAA1:
MOVA,P1
CJNEA,#0FFH,AA1;当不全为1时的数据为有效数据
AA0:
MOV36H,A;将有效数据送到36H暂存
AJMPLOOP2
AA1:
DECR7
AJMPAA0
;=====发声程序=====
BARK:
SETBRING
ACALLDELAY1
ACALLDELAY1
CLRRING;按键发声
RET
;=====TO溢出中断(响铃程序)=====
T0INT:
MOVTH0,#0ECH
MOVTL0,#0FFH
JNBRING,OUT;
CPL;RING标志位为1时候口不短取反使喇叭发出一定频率的声音
OUT:
RETI
;=====T1溢出中断(计时程序)=====
T1INT:
MOVTH1,#3CH
MOVTL1,#0B0H
INCR0
RETI
END
第五章原理图如下准备
抢答30秒倒计时显示:
选手按答题键号在答题时候60秒倒计时:
通过仿真可知,仿真结果完全符合设计要求。
第六章安装与调试
制作PCB电路板流程:
打印PCB——裁剪覆铜板——预处理覆铜板(打磨)——转印PCB——腐蚀电路板——电路板钻孔——电路板预处理(打磨、清洗、涂松香)——焊接电子元件。
表1器件选型方案的详细清单
器件名称
规格型号
数量
微处理器
AT89C51
1
极性电容
10uF
1
电阻
3WTT10K
9
电容
20PF
3
晶振
12MHZ
1
按钮
15
共阴4位7段数码管
SMGSM410561K
1
扬声器
1
调试:
(1)开机
按电源开关,显示屏左边的"抢答"指示灯亮,数码管显示。
(2)设定"抢答"倒计时时间
(3)设定"答题"倒计时时间
(4)测试各组抢答按键
试按一下各组的抢答按钮,应立即显示该组的组别数字,同时机内喇叭发出"叮咚"的提示音,按"取消"键,返回"0"闪烁状态。
(5)启动抢答倒计时,开始抢答
"FFF"状态下,当主持人宣布抢答开始时,马上按一下"抢答"键,屏幕显示所设定的抢答倒计时时间并开始倒计时,提示倒计时时间马上临近结束。
倒计时到0以后,仪器发出"叮咚"的结束提示音,同时显示屏返回"FFF"待命状态。
在"抢答"倒计时中,如果有参赛组抢答,仪器屏幕立即显示该组的组别号,同时发出"叮咚"的抢答成功提示音。
需要返回"FFF"待命状态,按"取消"键即可。
(6)启动答题倒计时
"FFF"状态下,或有参赛组抢答成功后,需要开始答题的计时时,按"答题计时"键,屏幕显示所设定的答题倒计时时间并开始倒计时,提示倒计时时间马上临近结束。
倒计时到0以后,仪器发出"丁冬"的结束提示音,同时显示屏返回"FFF"待命状态。
(7)提前取消倒计时
无论是"抢答"还是"答题"的倒计时时间,需要提前退出,只要按一下"取消"键,即可返回到"FFF"待命状态。
(8)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