六路抢答器课程设计报告打印.docx
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六路抢答器课程设计报告打印
《单片机原理及应用》
课程设计报告
题目六路抢答器
姓名偶俊松、刘新春、韩伟伟
专业班级09计算机
（1）班
指导教师许长安
日期2012.6.4—2012.6.9
目录
第1节引言2
1.1数字抢答器的概述......................................................................................................2
1.2设计任务与要求..........................................................................................................2
1.3系统主要功能...............................................................................................................3
第2节系统主要硬件电路设计5
2.1单片机控制系统原理图6
2.2单片机主机系统电路6
2.2.1时钟频率电路的设计6
2.2.2复位电路的设计7
2.2.3显示电路的设计7
2.2.4键盘扫描电路的设计7
2.3发声8
2.4系统复位8
第3节系统软件设计10
3.1主程序系统结构图10
3.2程序流程图10
3.3系统程序11
第4节调试及性能分析20
第5节结束语21
参考文献22
基于单片机的六路抢答器
1引言
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。
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。
1.2设计任务与要求
任务：
设计一款数字抢答器
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。
③30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。
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~SWd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1.1所示:
表1.1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
按钮开关
SW1
SWa
SWb
SWc
SWd
SWe
SWf
蜂鸣器
有
有
有
有
有
有
有
2系统主要硬件电路设计
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AT89C51单片机。
（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。
2.1单片机控制系统原理图
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。
图2-1系统原理图
2.2单片机主机系统电路
该六路抢答器的设计细分为时钟频率电路的设计，复位电路的设计，显示电路的设计和键盘扫描电路的设计等。
2.2.1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2-2外部振荡源电路
一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1/12µs。
2.2.2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可实现复位,复位后单片机的各状态都恢复到初始化状态，其电路图如图2-3所示:
图2-3复位电路
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。
2.2.3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。
2.2.4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。
图2-4独立键盘
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。
2.3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。
3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。
3.1主程序系统结构图
图3-1软件系统结构图
3.2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、显示及发声程序。
主流程图如3-2所示：
图3-2程序设计流程图
3.3系统程序
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，蜂鸣器输出为P3.6口。
程序代码见附件。
4调试及性能分析
仿真模拟以及说明：
说明:
系统初始化，等待主持人按下开始键。
说明：
主持人按下开始键，数码管显示倒计时，等待选手在规定时间内抢答。
说明：
3号选手在规定的时间内第一个抢答，数码管显示所抢答的选手号，抢答器锁存，等待主持人按下复位键，初始化系统。
说明：
犯规抢答，没等主持人按下开始键就抢答，显示器显示犯规选手号，同时也锁存抢答器，等待主持人按下复位键，初始化系统。
性能分析
（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。
（4）主持人按"抢答开始"键，会有提示音，并立刻进入抢答倒计时（预设30s抢答时间），如有选手抢答，会有提示音，并会显示其号数，不进行抢答查询，所以只有第一个按抢答的选手有效。
倒数时间到小于等于5s会连续不断提示音。
（5）如倒计时期间，主持人想停止倒计时可以随时按"复位"按键，系统会自动进入准备状态，等待主持人按"抢答开始"进入下次抢答计时。
（6）如果主持人未按"抢答开始"键，而有人按了抢答按键，犯规抢答，LED上就会显示F和犯规号数，直到按下"复位"键为止。
结束语
基于单片机应用系统设计比较的难,从未接触过任何的应用系统的设计,对老师要求我们做的应用系统的设计根本无从下手,于是从图书馆借了几本有关单片机的应用系统的实例书籍，并且在网上参考了较多本实例的应用知识，了解了系统设计报告的写法和结构。
参考了网上较多的实例，实在话，让我自己亲手动手去做实在不能完成，只有通过图书馆借的书和通过网络才可完成。
这一定程度上也提高了网上搜索信息的能力。
在借鉴了网上的信息，同时添加了自己借的书中的一些内容，整合成了这篇设计。
共花了我三天时间，一直是呆在寝室做这个系统设计，除了吃饭出去一下，这三天时间有两天是花在在网上搜索本系统设计有关的知识。
在网上发现很多优秀的产品多是基于单片机来制作成。
感知单片机的应用范围实在太广了，小到一个小小的抢答器，就是我做的作品，大到航天卫星，与我们日常生活是栩栩相关。
今天总算完成了设计，心中还是蛮开心的，这并不是说我想偷懒或者是想偷工减料，草草完事，而是依靠自己完成了这个设计文档，在还未做之前，一直在想这个设计文档该如何完成.心里真的没底，就连上睡觉的时候也在想着这问题，而今天我完成了。
有点感触就是：
任何事情只要去做，多多去尝试，努力的要以自己去做为前提的心态，那么任何事情即使做的不好，也会受益很多，不是有句话叫做：
心态决定的成败的话吗，实在是有理。
参考文献
[1]单片机课程设计实例指导，李光飞，北京航天航空大学出版社，2004
[2]单片机原理及接口技术（第3版），李朝青，北京航空航天大学出版社，2002
[3]单片机系统设计与实例指导，冯育长，西安电子科技大学出版社，2007
[4]单片机原理及应用，张刚毅，高等教育出版社，2010
附件：
OKEQU20H
RINGEQU22H
ORG0000H
AJMPMAIN
ORG0003H
AJMPINT0SUB
ORG000BH
AJMPT0INT
ORG0013H
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DE
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