毕业设计关于单片机的智能抢答器的设计.docx
《毕业设计关于单片机的智能抢答器的设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计关于单片机的智能抢答器的设计.docx（26页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
毕业设计关于单片机的智能抢答器的设计
河南机电高等专科学校
毕业设计论文
设计题目：
关于单片机的智能抢答器的设计
系部电子通信工程系
专业应用电子技术
摘要
单片机实验装置是电子技术常用的设备之一，广泛的应用于教学、科研等领域。
设计一个实现抢答功能的电路，能够显示最先抢答到的号数，并能实现倒计时和时间不够时的报警功能。
此抢答器电路设计原理简单、功耗低、稳定性好、反应速度快和安装方便。
本次设计的核心控制元件是用AT89C52单片机,用它来设计一个简易的智能抢答器，方案的主要内容是以AT89C52单片机作为主控核心，再用数码管的发光点亮和和按键的控制，然后附加上中断部分，最后用C语言的编程，就完成了一个简易的智能抢答器的设计。
此抢答器所需的硬件只是一块AT89C52芯片、数码管和按键等，成本比较低，适用于许多场合。
本设计的系统采用单片机作为整个控制核心。
那么控制系统的四个模块为：
显示模块、存储模块、语音模块、抢答开关模块。
该系统通过开关电路四个按键输入抢答信号；利用一个数码管来完成显示功能；用按键来让选手进行抢答，在数码管上显示哪一组先答题的，从而实现整个抢答过程。
此设计实用性强、判断精确、操作简单、扩展功能强大。
当选手坐在抢答器前，观众看着大屏幕显示的题目和答案，利用竞赛软件，运用互动式多媒体技术，将竞赛题目制作成演示程序。
通过选手面前的显示器，为参赛队员提供最直接的看题效果，保证队员对题目的正确理解。
它的功能实现是有主持人按键来控制总开关，主持人按下开关那么选手开始抢答，此时数码管开始0—60计数，并且选手们必须在规定的时间内进行抢答，若过了60秒还没抢答那么抢答失效，选手们若有一个在规定的时间内抢答成功则其余的选手不可以再抢答，在数码管上会显示哪位选手抢答到题目及其所用的时间。
关键字：
抢答器；AT89C52单片机;数码管动态显示;中断系统;程序控制
Pickto
SCMexperimentdeviceiselectronictechnologyisoneoftheequipmentused,widelyusedinteaching,scientificresearch,etc.Designarealizationoftherespondercanshowcircuit,thefunctionofthefirstrespondertoname,andcanrealizethecountdownandtimewheninsufficientalarmfunction.Thiscontestdecodercircuitdesignprincipleissimple,lowpowerconsumption,goodstabilityandreactionspeedandconvenientinstallation.ThisdesignthecorecontrolelementsareusingAT89C52singlechipcomputer,anduseittodesignasimpleintelligencecontestisthemaincontentoftheschemewithAT89C52singlechipcomputerasthemaster,reoccupydigitaltubecoretheglowinglightandandbuttonsonthecontrol,andthenadded,andCinterruptpartoflanguageprogramming,hadcompletedasimpleintelligencecontestthedesign.ThiscontestisthehardwarejustaneededAT89C52chip,digitaltubeandsuchaskeys,costislower,applicabletomanyoccasions.Thisdesignsystemadoptssinglechipasthecoretocontrol.Sofourmodulesofthecontrolsystemfor:
displaymodule,storagemodule,speechmodule,viestoswitchmodule.Thesystemthroughtheswitchcircuitfourkeystrokecontestsignal;Usingadigitaltubetocompletedisplayfunction;Usebuttontoletplayersfromthecontest,indigitaltubedisplaywhichgroup,soastoachievethefirstanswerthroughoutthecontestprocess.Thisdesignpractical,judgment,simpleoperation,preciseextendedpowerfulfunctions.Whenacontestantvies,theaudienceissittingbeforelookingatbigscreendisplay,usethequestionsandanswers,usinginteractivemultimediacompetitionsoftwaretechnology,makingdemoquizquestion.Throughtheplayerforthedisplay,beforetheteamprovidethemostdirect,ensuretheeffect:
thecorrectunderstandingoftheplayers.Itistherealizationofthefunctionofthehostbuttontocontrolthetotalswitch,hostpresstheswitchsocompetitorstartscontest,now60digitaltubebeganto0,andtheplayersmustcountinthetimeallottedtocontest,ifaftera60secondshaven'tcontestsocontestfailure,theplayersifonewithintheprescribedtime,theremainingplayersrespondersuccesscannolongercontest,whichwillshowinthedigitaltuberesponderplayerstosubjectanditstimeused.
Keyword:
contestmanometers;AT89C52singlechipcomputer;Digitaltubedynamicdisplay;Interruptsystem;Programcontrol
第一章绪论
1.1单片机抢答器的背景
1.2单片机抢答器的作用
1.3抢答器的应用
第二章整体设计方案
2.1单片机的选择
2.2单片机的基本结构
2.3单片机的存储器配置
第三章硬件设计
3.1最小系统的设计
3.2数码管显示电路
3.3按键控制电路
第四章软件设计
4.1抢答器系统软件设计的流程图
4.2主程序
4.3中断程序
第五章系统的仿真
5.1protenus软件的介绍及使用
5.2抢答器protenus软件的仿真
结束语
参考文献
致谢
第一章绪论
1.1单片机抢答器的背景
现在社会技术的飞跃式的发展，离不开精密的技术知识，目前已进入的是电脑时代。
不过，这种电脑，通常是指个人计算机，简称PC机。
它由主机、键盘、显示器等组成。
还有一类计算机，大多数人却不怎么熟悉。
这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机（亦称微控制器）。
顾名思义，这种计算机的最小系统只用了一片集成电路，即可进行简单运算和控制。
因为它体积小，通常都藏在被控机械的“肚子”里。
它在整个装置中，起着有如人类头脑的作用，它出了毛病，整个装置就瘫痪了。
现在，这种单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。
各种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品升级换代的功效，常在产品名称前冠以形容词——“智能型”，如智能型洗衣机等。
现在有些工厂的技术人员或其它业余电子开发者搞出来的某些产品，不是电路太复杂，就是功能太简单且极易被仿制。
究其原因，可能就卡在产品未使用单片机或其它可编程逻辑器件上。
1.2单片机抢答器的作用
本系统采用单片机作为整个控制核心。
控制系统的四个模块为：
显示模块、存储模块、语音模块、抢答开关模块。
该系统通过开关电路四个按键输入抢答信号；利用一个数码管来完成显示功能；用按键来让选手进行抢答，在数码管上显示哪一组先答题的，从而实现整个抢答过程。
在比赛中，特别是做抢答题目的时候，为了知道哪一组或哪一位选手先答题，必须要设计一个系统来完成这个任务。
如果在抢答中，靠视觉是很难判断出哪组先答题。
利用单片机系统来设计抢答器，使以上问题得以解决，即使两组的抢答时间相差几微秒，也可分辨出哪组优先答题。
本文主要介绍了单片机抢答器设计及工作原理，以及它的实际用途。
系统工作原理本系统采用89c52单片机作为核心。
控制系统的四个模块分别为：
存储模块、显示模块、语音模块、抢答开关模块。
该抢答器系统通过开关电路四个按键输入抢答信号；利用一个数码管来完成显示功能。
工作时，用按键通过开关电路输入各路的抢答信号，经单片机的处理，输出控制信号，单片机控制的智能抢答器设计。
1.3抢答器的应用
随着我国经济和文化事业的发展，在很多公开竞争场合要求有公正的竞争裁决，诸如证券、股票交易及各种智力竞赛等,因此出现了抢答器。
抢答器一般是由很多电路组成的，线路复杂，可靠性不高，功能也比较简单，特别是当抢答路数很多时，实现起来就更为困难。
因此我们设计了以单片机为核心的新型智能的抢答器，在保留了原始抢答器的基本功能的同时又增加一系列的实用功能并简化其电路结构。
抢答器又称为第一信号鉴别器，其主要应用于各种知识竞赛、文艺活动等场合。
传统普通抢答器主要存在以下缺陷：
（一）、在一次抢答过程中，当出现超前违规抢答时，只能处理违规抢答信号，而对没有违规的有效抢答信号不能进行处理，因而使该次抢答过程变为无效。
（二）、当有多个违规抢答时，普通抢答器或采用优先编码电路选择其中一个，或利用抢答电路电子元件的“竞争”选择其中一个。
对于后者由于抢答电路制作完毕后电子元件被固定。
各路抢答信号的“竞争”能力也被固定，因而本质上也有优先权。
普通抢答器存在不公平性。
（三）、当有多个违规抢答时，普通抢答器只能“抓住”其中一个而出现“漏洞”。
2.1单片机的选择
2.1.1什么是单片机
单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。
单片机最早被用在工业控领域，所以它也被称为微控制（Microcontroler）。
单片机是由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。
最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对提及要求严格的控制设备当中。
INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。
单片机的发展历史并不长，它的产生和发展与计算机的产生与发展大体上同步，也经历了四个阶段。
第一阶段为4位单片机阶段；第二阶段为低中档8位单片机阶段；第三阶段为高档8位单片机阶段；第四阶段为8位单片机巩固发展及16位单片机，32位单片机推出阶段。
其中早期的单片机都是8位或4位的。
其中最成功的是INTEL的8031，因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。
此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统。
基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。
随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。
90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大的提高。
随着INTELi960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。
而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起80年代提高了数百倍。
目前，高端的32位单片机主频已经超过300MHz，性能直追90年代中期的专用处理器，而普通的型号出厂价格跌落至1美元，最高端的型号也只有10美元。
当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。
而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。
单片机是靠程序的，并且可以修改。
通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是花大力气也很难做到的。
一个不是很复杂的功能要是用美国50年代开发的74系列，或者60年代的CD4000系列这些纯硬件来搞定的话，电路一定是一块大PCB板！
但是如果要是用美国70年代成功投放市场的系列单片机，结果就会有天壤之别！
只因为单片机的通过你编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性！
如今单片机遍及到我们生活的各个领域，几乎很没有哪个领域没有单片机的踪迹。
导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录象机、摄象机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。
更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。
因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。
2.1.2单片机的应用
单片机的应用打破了人们的传统设计思想，原来很多模拟电路、脉冲数字电路和逻辑部件来实现的功能，现在均能使用单片机，通过软件来完成。
单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴：
1.智能化仪器仪表
用单片机改造原有的测量、控制仪表，使仪器仪表数字化、智能化、多功能化和微型化，并使长期以来测量仪表中的误差修正和线性化处理等难题迎刃而解。
有单片机构成的智能仪表，集测量、处理控制功能于一身，从而赋予测量仪表以崭新的面貌，是仪器产品更新换代的标志。
并且它具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。
2.测控系统
用单片机可以构成形式多样的控制系统、自适应控制系统和数据采集系统。
例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。
3.家用电器
由于单片机价格低廉、体积小、逻辑判断和控制功能强，且内部具有定时计数器，所以广泛应用于家电设备。
现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。
4.计算机网络及通信技术
高档单片机集成有通信接口，为单片机在计算机网络与通信设备的应用提供了良好的条件。
例如，用MCS-51系列单片机控制的串行自动呼叫应答系统、列车无线通信系统和无线遥控系统等。
5.医用设备
单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。
此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。
2.1.3如何选择单片机
美国ATMEL公司的89C52单片机,是增强型RISC内载Flash的单片机,芯片上的Flash存储器附在用户的产品中,可随时编程,再编程,使用户的产品设计容易,更新换代方便。
89C52单片机采用增强的RISC结构,使其具有高速处理能力,在一个时钟周期内可执行复杂的指令,每MHz可实现1MIPS的处理能力。
89C52单片机工作电压为2.7~6.0V,可以实现耗电最优化。
89C52的单片机广泛应用于计算机外部设备,工业实时控制,仪器仪表,通讯设备,家用电器,宇航设备等各个领域.
由于单片机的种类很多，在选择单片机时要依据实际设计要求选择合适的单片机。
例如当设计仅仅需要一个单片机定时器那么选择89C1051或89C2051即可，而不选择89C52,因为后者的价格较高一些。
但是若程序和数据区的要求较高，那么选择的单片机还要满足程序空间的要求。
下面我们来比较89C51和89C52：
数据存储器
程序存储器
定时器
中断
51系列
128B
4KB
2
5
52系列
256B
8KB
3
6
表2-1-151和52的比较
在这个设计中，我选用现在较为流行的52系列单片机，即选用ATMEL公司的STC89C52。
2.2AT89C52单片机的基本结构
2.2.1AT89C52单片机的引脚分布及功能
ATC52引脚说明：
MCS-52系列单片机中的8032、8052及8752均采用40Pin封装的双列直接直插式封装，双列直插式封装配置如图所示，下图是它们的引脚配置，40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I/O口，中断口线与P3口线复用。
现在我们对这些引脚的功能加以说明：
图2-2-1STC89C52的引脚图
2.2 信号引脚介绍：
P0口
P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。
作为输出口用时，每位能吸收电流的
方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口P0写“1”时，可作为高阻抗输入端用。
在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。
在Flash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。
P1口
P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑
门电路。
对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。
作输入口使用时，因为内部存在上拉
电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。
与AT89C51不同之处是，P1.0和P1.1还可分别作为定时/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和输入（P1.1/T2EX），
参见表1。
Flash编程和程序校验期间，P1接收低8位地址。
表.P1.0和P1.1的第二功能
引脚号
功能特性
P1.0
T2，时钟输出
P1.1
T2EX（定时/计数器2）
P2口
P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑
门电路。
对端口P2写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。
在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。
在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVX@RI指令）时，P2口输出P2锁存器的内容。
Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和一些控制信号。
P3口
P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。
P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻
辑门电路。
对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。
此时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（IIL）。
P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能
P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。
RST
RESET/Vpd复位信号复用脚，当8052通电，时钟电路开始工作，在RESET引脚上出现24个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。
初始化后，程序计数器PC指向0000H，P0-P3输出口全部为高电平，堆栈指针写入07H，其它专用寄存器被清“0”。
RESET由高电平下降为低电平后，系统即从0000H地址开始执行程序。
然而，初始复位不改变RAM（包括工作寄存器R0-R7）的状态，8052的初始态。
8052的复位方式可以是自动复位，也可以是手动复位，此外，RESET/Vpd还是一复用脚，Vcc掉电其间，此脚可接上备用电源，以保证单片机内部RAM的数据不丢失。
ALE/PROG
当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。
一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。
要注意的是：
每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。
对Flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。
如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。
该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。
此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。
PSEN
程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。
在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。
EA/VPP
外部访问允许。
欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H—FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。
需注意的是：
如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。
如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。
Flash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。
XTAL1
振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。
XTAL2
振荡器反相放大器的输出端。
2.3单片机的存储器配置
（b）
图2-3-1单片机的内部存储器配置
从用户的角度存储器分3个逻辑地址
升级会员 