标准电子技术设计三路抢答器.docx

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标准电子技术设计三路抢答器

电子技术设计

设计题目：

三路抢答器

学校：

xx学院

系别：

xxxxxx

专业：

xxxxxx

班级：

2xxxxx

学生姓名:

xxxxx

学号：

xxxxxxxxxx

起止日期:

2012年5月14日~2012年5月24日

1设计任务与要求

1）一位主持人与3位抢答者，复位后，甲乙丙的绿、红灯全亮，开始键、复位键的指示灯全暗；主持人按复位键则仅复位指示灯亮，其他都暗，准备开始；主持人按开始键，开始灯亮，允许甲乙丙抢答，此时优先者则相应成功指示灯亮，如允许前抢就相应犯规灯亮；答题开始进行倒计时，到规定时间不允许答题，并返回复位状态。

2）具有抢答控制和倒计时显示功能。

3）控制器应有复位控制、开始控制、抢答控制和状态指示等功能，并有答题时间控制和显示功能。

2设计方案

采用宏晶公司的STC89C52作为系统控制器的CPU方案。

原理框图如图1所示：

图1原理方框图

本系统是借用STC89C52单片机采用模块化设计的抢答器，包括3路抢答按钮、开始按钮、复位按钮，指示灯显示，倒计时显示部分按钮。

3抢答器系统的主要功能

本系统是借用单片机采用模块化设计的抢答器，包括3路抢答按钮、开始按钮、复位按钮，指示灯显示，倒计时显示部分。

用中断0和中断1的控制按钮做复位与开始控制。

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，相应犯规灯亮；主持人按键开始后，选手开始抢答为有效，相应成功指示灯亮，并开始倒时，回答问题的时间限定为10秒，满时后系统计时自动复位及主控复位。

STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。

使用宏晶高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。

片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编器。

在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

STC89C52具有以下标准功能：

8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。

另外，STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。

空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。

掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结。

定时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体如下表所示。

在flash编程和校验时，上拉发送1。

在使用8位地址（如MOVX@RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。

在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。

4抢答器硬件电路设计

总体原理图如图2所示

图中U1为单片机STC89C52，U2为芯片8255，单片机的P1.0~P1.7分别接到D4-D11这8个LED灯。

复位按键与开始按键分别接到单片机的P3.2、P3.3脚，单片机的P0.0-P0.7脚接8255芯片D0-D7脚，8255的PA0-PA5分别接6个数码管的位选，同时PA0-PA3接键盘的四列，PC3-PC0接键盘的四行，PB0接数码管引脚11,PB1接数码管引脚10,PB2接数码管引脚7,PB3接数码管引脚1,PB4接数码管引脚2,PB5接数码管引脚3,PB6接数码管引脚4,PB7接数码管引脚5。

图2总体硬件连接原理图

4.18255接口芯片

单片机系统里常用的8255[1]芯片是一个典型的可编程通用并行接口芯片，用来扩展单片机的端口，它具有3个8位的并行口，有三种工作方式,可作为单片机与各种外部设备连接的接口电路。

8255的引脚图如图3所示。

图38255的引脚图

8255引脚功能说明：

RESET:

复位输入线，当该输入端外于高电平时，所有内部寄存器（包括控制寄存器）均被清除，所有I/O口均被置成输入方式。

PA0～PA7:

端口A输入输出线，一个8位的数据输出锁存器/缓冲器，一个8位的数据输入锁存器。

PB0～PB7:

端口B输入输出线，一个8位的I/O锁存器，一个8位的输入输出缓冲器。

PC0～PC7:

端口C输入输出线，一个8位的数据输出锁存器/缓冲器，一个8位的数据输入缓冲器。

端口C可以通过工作方式设定而分成2个4位的端口，每个4位的端口包含一个4位的锁存器，分别与端口A和端口B配合使用，可作为控制信号输出或状态信号输入端口。

CS:

片选信号线，当这个输入引脚为低电平时，表示芯片被选中，允许8255与CPU进行通讯。

4.2数码管显示模块

数码管原理图如图3所示：

图3数码管原理图

在本次设计中，数码管的8段是由芯片8255的PB口控制亮灭，每个数码管的公共脚分别由8255的PA0-PA5经三极管扩流后进行控制，且数码管是共阳极的。

当公共脚接上电源正极，笔画脚通过一个220欧姆电阻接负极，对应的笔画就会点亮。

要在某位数码管上显示一个数字，首先把待显示数字的显示码送给8255的PB口，接着选中要显示的位。

4.3按键模块

按键示意图如图4所示：

在单片机系统中键盘中按钮数量较多时，为了减少I/O口的占用，常常将按钮排列成矩阵形式，在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通

图4按键示意图

过一个按钮加以连接。

这样，一个端口（如P1口）就能组成4*4=16个按钮，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就能组成20键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键（9键）。

由此可见，在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的。

矩阵式键盘的按钮识别办法确定矩阵式键盘上何键被按下，介绍一种“行扫描法”。

行扫描法又称为逐行（或列）扫描查询法，是一种最常用的按钮识别办法。

判断键盘中有无键按下将全部列线置高电平，然后检测行线的状态。

只要有一行的电平为高，则表示键盘中有键被按下，而且闭合的键位于高电平线与4根列线相交叉的4个按钮之中。

若所有行线均为低电平，则键盘中无键按下。

判断闭合键所在的位置：

在确认有键按下后，即可进入确定具体闭合键的过程。

其办法是：

将全部列线置为高电平，在确定某根行线位置为高电平后，再逐列对列线置高再检测先前返回高电平的行线的电平状态。

若此行返回为高，则该列线与返为高电平的行线交叉处的按钮就是闭合的按钮。

本次设计虽只用到其中三个按键但考虑到以后对系统升级，所以采用了矩阵式键盘。

5抢答器的软件设计

5.1主程序流程及分析

抢答器的基本工作原理：

在抢答竞赛或呼叫时，有多个信号同时或不同时送入主电路中，抢答器内部的寄存器工作，并识别、记录第一个号码，同时内部的定时器开始工作，记录有关时间并产生超时信号。

在整个抢答器工作过程中，显示电路还要根据现场的实际情况向外电路输出相应信号。

抢答器的工作流程分为：

系统复位、正常流程、违例流程等几部分，如图5所示，下面予以介绍。

1）主持人按复位键，复位指示灯亮，进入准备状态，主持人出题。

2）主持人按开始键，进入抢答部分，有人抢答就开始回答倒计时，抢答人在此限定时间内做出回答，计时完毕后停止做答并返回复位状态。

无人抢答则主持人根据实际情况做出处理后可进入下一轮抢答。

3）如果主持人未按开始键，而有人按了抢答按键，犯规抢答，相应犯规灯亮。

主持人根据实际情况做出处理后可进入下一轮抢答。

图5工作流程图

5.2总程序模块

在本次设计中，总程序可分为主程序部分，显示部分，延时部分，键盘部分，计时部分，定时器工作模式设定及初始化部分，中断程序部分。

主程序：

main（）

{unsignedcharflag=0;

light=0xc0;

Timer1_Init（）；

while

（1）

{GInt_Init（）;

P1=light;

display（6,second）;

if（second==0）

{second=0x09;

TR1=0;

light=0x7f;

}

flag=keyboard（）;

if（light==0x3f）

{switch（flag）

{case1:

light=0xfd,TR1=1;break;

case2:

light=0xf7,TR1=1;break;

case3:

light=0xdf,TR1=1;break;

default:

light=0x3f;}

}

if（light==0x7f）

{switch（flag）

{case1:

light=0xfe;break;

case2:

light=0xfb;break;

case3:

light=0xef;break;

default:

light=0x7f;}

}

}

}

打开中断及相应的设定：

voidGInt_Init（void）

{EA=1;

EX0=1;

IT0=1;

EX1=1;

IT1=1;

ET1=1;

}

外中断0：

voidISR_Ex0（void）interrupt0{light=0x7f;}

外中断1：

1voidISR_Ex1（void）interrupt2

{light&=0xbf;}

定时器工作模式设定及初始化：

6调试过程

本设计主要是在编写的程序编译通过后，用下载软件将编写的程序下载到实验开发板上，验证结果是否满足设计要求。

主要通过按键部分进行控制，通过数码管和LED灯部分进行观察。

经验证，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，相应犯规灯亮；主持人按键开始后，选手开始抢答为有效，相应成功指示灯亮，并开始倒时，回答问题的时间限定为10秒，满时后系统计时自动复位及主控复位，满足设计要求。

7结论

通过电子技术设计的实习，学到了很多的东西。

平时上课没有注意到的地方或是还不太明白的知识点，通过设计当中自己查相关资料和询问其他同学解决掉了。

设计当中还学到了一些相关的课外知识。

设计实习提高了我的思能力，动手能力，还有团队合作的能力，以上这些都是在课上体会不到而在以后的工作当中相当重要的。

这次的电子技术设计设计实习，我虽然参考了很多的资料，但由于知识有限，经验不足，实验仪器的限制，再加上时间并不是十分充裕，做的并不是十全十美。

虽然程序能够运行，但程序没有考虑到所有可能的情况，程序本身也存在一些漏洞。

希望老师能够指导。

8参考文献

[1]张鑫编著.《单片机原理及应用》[M].北京：

电子工业出版社，2005.8.105—136.

[2]陈家骏，郑滔主编.《程序设计教程》[M].北京：

机械工业出版社，2004.8.41—92.

[3]余文俊主编.《8051C语言实习》[M].北京：

中国水利水电出版社，2002.10.50—89.

[4]孙育才编著. 《新型AT89S52系列单片机及其应用》[M].北京：

清华大学出版社，2005.5.1—63.

[5]马轲瀛.八路数字抢答器系统[J].华商，2007,（23）.

[6]高伟.AT89单片机原理及应用[M].北京:

国防工业出版社，2008年.

[7]蔡朝阳.单片机控制实习与专题制作[M].北京:

北京航空航天大学出版社,2006年.

[8]杨凌霄.微型计算机原理及应用[M].江苏:

中国矿业大学出版社,2004年.

[9]丁建伟.抢答器电路设计[J].兰州工业高等专科学校学报,2008,（04）.

指导教师评语：

成绩：

指导教师签字：

年月日