智能抢答器的设计与功能实现设计说明书.docx
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智能抢答器的设计与功能实现设计说明书
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一、课程设计目标
1.1概述
单片机原理及应用课程设计是学生综合运用所学知识，全面掌握单片微型计算机及其接口的工作原理、编程和使用方法的重要实践环节。
通过独立或协作提出并论证设计方案，进行软、硬件调试，最后获得正确的运行结果，可以加深和巩固对理论教学和实验教学内容的掌握，进一步建立计算机应用系统整体概念，初步掌握单片机软、硬件开发方法，为以后进行实际单片机软、硬件应用开发奠定良好的基础。
课程设计的主要内容：
根据单片机原理及应用课程的要求，主要进行两个方面的设计，即单片机最小系统和存储器扩展设计、接口技术应用设计。
其中，单片机最小系统主要要求学生熟悉单片机的内部结构和引脚功能、引脚的使用、复位电路、时钟电路、4个并行接口和一个串行接口的实际应用，从而可构成最小应用系统，并编程进行简单使用。
存储器扩展设计要求学生掌握常用半导体芯片与单片机的接口，如EPROM存储器用作外部程序存储器时与单片机的连接关系，SRAM存储器用作外部数据存储器时与单片机的连接关系，E2PROM存储器用作外部程序/数据存储器时与单片机的连接关系。
能合理分配和使用单片机的内部和外部存储器，编程实现正常的读写功能。
接口技术应用设计主要要求学生能综合运用单片机、存储器、常用接口芯片构成单片机应用系统，有针对性地进行软、硬件设计与开发。
1.2功能介绍：
1、如果想调节抢答时间或答题时间,按"抢答时间调节"键或"答题时间调节"键进入调节状态,此时会显示现在设定的抢答时间或回答时间值,如想加一秒按一下"加1s"键,如果想减一秒按一下"-1s"键，时间LED上会显示改变后的时间，调整范围为0s~99s,0s时再减1s会跳到99，99s时再加1s会变到0s。
2、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，并会显示其号数并立刻进入回答倒计时（预设60s抢答时间），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5s会每秒响一下提示音。
3、如倒计时期间，主持人想停止倒计时可以随时按"停止"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。
4、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上不断闪烁FF和犯规号数并响个不停，直到按下"停止"键为止。
5、P3.0为开始抢答，P3.1为停止，p1.0-p1.7为八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抢答时间调整结，P3.3回答时间调整，P3.4为时间加1调整，P3.5为时间减1调整。
1.3设计方案
1.3.1原理图的确定
在设计开始，我们查了不少关于抢答器的资料，其大体分为2种，一种是纯硬件实现，另一种是单片机实现。
本次课程设计采用单片机实现。
单片机实现抢答的原理图：
1.3.2抢答器的工作原理
抢答器的工作原理是利用单片机的定时器T0、T1中断完成,其余状态循环调用显示子程序,用4个共阴极LED数码管来显示，用P0口作为数码管的八个段选，用P2口中的P2.0、P2.1、P2.2、作为4个数码管其中3个位选，P1口接8个按键，提供选手抢答，P3.0-P3.5四个接四个按键，提供开始、结束、答题时间调整、抢答时间调整，加1、减1调整之用。
1.4抢答器的总体设计
倒计时方案方面利用MCS-51的内部的定时/计时器进行中断计时，配合软件延时实现倒计时。
该方案节省硬件成本，并且能够在定时器/计数器的使用、中断及程序设计方案方面得到锻炼与提高，显示方面采用穿行传输实现动态显示，该方案的硬件连接简单，但动态扫描的显示方式需占用CPU较多的时间，适用于单片机没有太多实时测控的任务场合。
抢答功能：
通过八路按键配合程序来实现抢答功能。
当主持人按下抢答键开始抢答后，此时任一路按下按钮均闭锁其它各路，由程序对键盘译码并显示最先按下抢答键的路数及其当前时间。
抢答限时：
主持人按下抢答键后，设置5秒为抢答时间（此时间可在1-99秒之间修改）。
若5秒内无人抢答，倒计时为0时发出报警，说明该抢答题目作废。
此时闭锁所有抢答按键，只有当主持人再次按下抢答键开始下一次抢答方可抢答。
答题限时：
当选手按下按钮时，启动倒计时（此倒计时时间可在1～99秒之间修改），，倒计时为0时发出报警，说明答题时间到。
二、硬件电路详细设计
2.1硬件的选择与电路设计
2.1.1芯片的选择
抢答器电路的核心是89C51单片机，其内部带有4KB的FLASHROM，无需外扩程序存储器；抢答器没有大量的运算和暂存数据现有的128B篇内RAM已经能满足容量需求，故不需外扩片外RAM，系统配有8位8段数码显示管，管采用共阴数码管，作为时钟的显示输出。
2.1.2复位电路的设计
复位电路的设计如图2-1所示：
图2-1复位电路原理图
该复位电路采用上电自动复位和手动复位两种复位方式，图中网络标号所指9连接到单片机的复位引脚。
要实现复位只需在，51系列单片机的RESET引脚上加上5ms的高电平就可以了。
上电复位是利用电容的充电来实现的，即上电瞬间RESET端的电位与Vcc相同，随着电容上储能增加，电容电压也逐渐增大，充电电流减小，RESET端的电位。
这样就会建立一个脉冲电压，调节电容与电阻的大小可对脉冲的持续时间进行调节。
通常若采用12MHz的晶振时，复位元件参数为22μF的电解电容和10kΩ的电阻。
按钮复位电路是通过按下复位按钮时，电源对RESET端维持两个机器周期的高电平实现复位的。
2.1.3晶振电路的设计
MSC-51单片机的定时控制功能是用时钟电路和振荡器完成的，而根据硬件电路的不同，连接方式分为内部时钟方式和外部时钟方式。
本设计中采用内部时钟方式。
单片机内部有一个反相放大器，XTAL1、XTAL2分别为反相放大器的输入端和输出端，外接定时反馈元件组成振荡器（内部时钟方式），产生时钟送至单片机内部各元件。
时钟频率越高，单片机控制器的控制节拍就越快，运算速度也就越快。
一般来说单片机内部有一个带反馈的线性反相放大器，外界晶振（或接陶瓷振荡器）和电容就可组成振荡器，如图2-2所示。
加电以后延时一段时间（约10ms）振荡器产生时钟，不受软件控制，图中Y1为晶振，震荡产生的时钟频率主要由Y1确定。
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起微调作用，典型值为30pF。
晶振电路的设计如图2-2所示：
图2-2晶振电路原理图
2.2数码显示管的选择
数码显示管用来作为时间的显示输出，一般用7段数码显示管。
本次设计中采用7段共阴数码显示管应用简单、可靠性高、成本低，作为显示输出。
连接时段选信号接在P0口的P0.0～P0.6七个I/O口上，P1口是准双向I/O接口在输出驱动部分具有驱动4个TTL负载的能力，即输出电流不大于400μA，所以在接电阻时选择接510Ω限流电阻。
而在位选方面采用单片机P2口的P2.0～P2.2三个I/O口作为位选信号的输出口。
三、软件详细设计
3.1主程序的设计
此程序的及时采用定时器T0和T1中断完成，其余状态循环调用显示子程序。
系统主程序流程图如图3-1所示。
图3-1系统主程序流程图
3.2显示子程序的设计
由于采用软件动态扫描实现数据显示，显示用十进制BCD码的数据对应段码存放在ROM表中。
显示时，先取出70H～75H某一地址中的数据，然后查得对应的显示段码从P0口输出。
P2口将对应的数码管选中，就能显示该地址单元的数据值。
3.3定时器T0、T1中断服务程序的设计
定时器T0用于响铃程序，定时器T1用于计时程序。
当答题剩余5秒种时P3.6口不断取反使喇叭发出一定频率的声音，提示选手。
中断服务程序流程图如图3-2所示。
图3-2中断服务程序流程图
3.4抢答处理程序的设计
当有选手第一个按下抢答器按扭时数码管显示选手号码，开始倒计时，并锁定抢答。
当在此选手之后再有选手按下按扭时无效，数码管不变。
四、附录（源程序）
主程序部分和注解如下：
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;
显示子程序，及部分注解如下：
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
ACALLDELAY
MOVDPTR,#DAT2
MOVA,R5
MOVCA,@A+DPTR
MOVP2,#0fdH
MOVP0,A
ACALLDELAY
MOVA,R4
MOVCA,@A+DPTR
MOVP2,#0fbH
MOVP0,A
ACALLDELAY
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
=====TO溢出中断（响铃程序）=====
T0INT:
MOVTH0,#0ECH
MOVTL0,#0FFH
JNBRING,OUT;
CPLP3.6;RING标志位为1时候P3.6口不断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
抢答器处理程序：
TRUE1:
ACALLBARK;按键发声
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
TR
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