基于AT89C52单片机的六路抢答器.docx

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基于AT89C52单片机的六路抢答器

学号:

15

毕业设计（论文）

题目：

基于单片机的六路抢答器设计

院（部）系

信息工程学院

所学专业

电子信息科学与技术

年级、班级

2006级本科1班

完成人姓名

指导教师姓名

专业技术职称

2010年06月10日

论文原创性保证书

我保证所提交的论文都是自己独立完成，如有剽窃、剽窃、类似等现象，愿承担相应后果，同意学校的处置。

专业：

班级：

签名：

年月日

摘要

最近几年来，随着电子技术的飞速进展，单片机以其小巧灵活、本钱低、操纵能力强、易于产品化等优势，在社会各领域中取得了普遍的应用。

基于单片机的操纵系统已普遍应用于工业、农业、电力、智能楼宇等行业，而以单片机为主操纵器的抢答器设计，也占据了主腹地位。

抢答器是一种普遍应用于企事业单位和商业部门，为各类知识竞赛和文娱活动提供公正、客观、快速裁决的一种经常使用电子设备。

随着人们物质生活的显著提高，对文化生活的要求也愈来愈高，抢答器的作用也愈来愈明显。

为此，本文提出了基于单片机的简易六路抢答器设计。

本次抢答器设计是以AT89C51为操纵核心，汇编语言程序操纵实现，软硬件结合。

系统要紧分为四个模块：

操纵模块、显示模块、键盘模块和发声模块，实现的要紧功能是：

当有选手抢答时，数码管显示该选手编号，同时蜂鸣器发出响声，并禁止其他选手的抢答。

另外，还具有抢答倒计时功能。

该设计实现的抢答器，具有电路简单、本钱较低、操作方便、灵敏靠得住、有效性较强等优势，用单片机本身的优势，使竞赛真正实现公正、公平、公布。

关键词：

抢答器；单片机；LED数码管；汇编语言

Abstract

Inrecentyears,withtherapiddevelopmentofelectronictechnology,singlechipwithitssmallandflexible,lowcostcontrolability,easy-to-productofotheradvantagesinallareasofsocietyhavebeenwidelyused.Microcontrollerbasedcontrolsystemhasbeenwidelyusedinindustry,agriculture,power,intelligentbuildings,etc.,buttoanswerinMCU-basedcontrollerdesign,alsooccupiesakeyposition.Responderisawidelyusedinenterpriseandbusinesssector,knowledgeofcompetitionandavarietyofrecreationalactivitiesprovidefair,objectiveandfastruleofacommonelectronicdevices.Aspeoplesignificantlyimprovemateriallife,culturallifeandtohavebecomemoresophisticated,theroleofResponderhasbecomeincreasinglyevident.Therefore,thispaperbasedonthesinglechipdesignofsimplesix-wayResponder.TheResponderisdesignedforthecontrolofAT89C51microcontrollercore,programmedinassemblylanguageimplementation,hardwareandsoftware.Thesystemconsistsoffourmodules:

controlmodule,displaymodule,keyboard,soundmodulesandmodules,themainfunctionis:

Whenplayersanswerintime,digitaldisplayoftheplayernumber,whilethesoundofloudspeakers,andtheprohibitionofotherplayersResponder.Inaddition,acountdownfunction.ThedesignandimplementationoftheResponder,withthecircuitsimpleandlowcost,easytooperate,sensitiveandreliable,practical,strongadvantages,withtheMCU'sownadvantage,sotherealcompetitiontoachieveajust,fairandopen.

Keywords:

Responder;singlechip;LEDdigitaltube;assemblylanguage

第一章绪论

1.课题研究的背景

抢答器是一种普遍应用于企事业单位和商业部门,为各类知识竞赛、文娱活动提供公正、客观、快速裁决的一种经常使用电子设备,也是一种慢慢成型的电子产品,它能迅速、客观地分辨出哪位选手最先按下的抢答键，大大增强了竞赛的公平性，更全面的表现了选手们的实力，增加了选手和观众的爱好，给人们带来了专门大的方便。

随着人们物质生活水平的提高，丰硕的文化需要已成为人们生活中不可缺少的一部份，抢答器的作用也愈来愈显著。

2.课题研究的现状

抢答器作为一种电子产品，已普遍应用于各类竞赛场合，但大多数是初期设计的以传统模拟电路、数字电路或模拟电路与数字电路相结合的产品，这部份抢答器随着中小规模集成电路技术的成熟也已相当做熟，但相对来讲，功能越多，电路就越复杂，而且本钱高、故障高，显示方式简单，利用起来不够理想。

最近几年来，随着单片机技术应用的不断深切，单片机操纵系统已能够取代以前复杂电子线路或数字电路组成的操纵系统，并能实现智能化，利用单片机设计的竞赛抢答器就能够改善传统抢答器所不够理想的设计。

本系统采纳AT89C51单片机作为操纵核心，内部利用汇编语言程序，能够完成运算操纵、信号识别和显示功能。

系统依照不同的抢答输入信号，通过单片机的操纵处置并产生不同的与输入信号相对应的输出信号，最后通过LED数码管显示相应的路数，即便两组的抢答时刻相差几微秒，也可分辨出是哪组优先按下的按键。

3.课题研究的意义

由于利用了单片机，弥补了传统抢答器的一些缺点，利用起来比较方便、简单，而且单片机周围的辅助电路也比较少，便于操纵和实现。

另外，系统还具有灵活的可编程性，能方便的对系统进行功能的扩展和更改，在各类知识竞赛和娱乐节目中起着极为重要的作用，真正实现了竞赛的客观、公正、公平。

第二章系统硬件设计

1.系统的要紧结构

系统的硬件结构能够分为以下模块：

操纵模块、键盘模块、显示模块和发声模块，其要紧结构如图2-1所示：

图2-1系统要紧结构图

其中，操纵模块选择AT89C51单片机作为核心器件，实现对信号的操纵和处置；键盘模块选用独立式键盘，提供六路按键输入抢答信号和主持人操作的开始和终止按键；显示模块那么选用四位七段共阴级数码管来显示选手编号和抢答倒计时；发生模块利用蜂鸣器发声，实现抢答的声音提示。

另外，系统还加有时钟电路和复位电路，时钟电路能够产生必然频率的时钟信号，驱动单片机工作；复位电路能够将单片机复位，复位后系统恢复到初始化状态。

2.系统的工作原理及进程

抢答器的硬件原理图如图2-2所示：

图2-2系统硬件原理图

本次抢答器设计采纳AT89C51为核心器件，抢答键盘选用独立式键盘，与单片机的接口为P1口，由八个按键组成，别离是：

开始抢答按键、终止按键和六个抢答信号输入按键；数码显示器采纳四位数码管，其段选端为P0口，位选端位那么别离与、、、相连；蜂鸣器通过口与单片机连接。

抢答器的工作原理及进程分析如下：

●通过复位按键，电路进入就绪状态，等待抢答，现在数码管上显示为初始值0FFFH；

●主持人按下“开始”按键开始抢答，同时蜂鸣器发出响声，现在系统进入抢答状态，数码管开始进行10s的倒计时；若是有选手抢答，程序会判定是谁最先抢答，然后在数码管上显示该选手的编号，并封锁键盘，维持适才按键时刻的时刻，禁止其他选手按键的输入，从而实现抢答功能；

●若是在10s的抢答倒计时内没有选手抢答，当倒计时为0时计时终止，蜂鸣器发出响声，提示时刻到，不能再进行抢答；

3.系统各模块介绍

AT89C51简介

AT89C51是由ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS8位单片机，片内含4Kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128bytes的随机存取数据存储器，器件采纳ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容MCS-51指令系统。

由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，AT89C51是一种高效微操纵器，它为很多嵌入式操纵系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

其引脚排列如图2-3所示：

图2-3AT89C51的引脚排列图

其中，P0口—P3口为8位双向I/O口，P3口还具有第二功能；RESET引脚为复位输入端；ALE/PROG为低电平有效的地址锁存许诺信号端；PSEN为低电平有效的外部程序存储器的选通信号；XTAL1引脚为反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入；XTAL2引脚为反向振荡器的输出。

AT89C51的要紧特性有：

●与MCS-51单片机兼容

●4K字节可编程闪烁存储器

●1000次擦写周期

●数据保留时刻：

10年

●全静态操作：

0HZ-24HZ

●三级程序存储器锁定

●128*8位内部RAM

●32条可编程I/O线

●两个16位按时器/计数器

●5个中断源；

●可编程串行通道；

●低功耗的闲置和掉电模式；

●片内震荡器和时钟电路；

键盘电路

键盘是人机交互的要紧设备，能够实现扫描、识别、产生键值等功能，在单片机中应用最多的是独立式键盘和行列式键盘。

行列式键盘与独立式键盘有专门大的区别：

其中独立式键盘硬件电路简单，按键识别较容易，在程序设计上也不复杂，一样用在对硬件电路要求不高的简单电路中；而行列式键盘在硬件电路上比独立式键盘复杂得多，而且在程序算法上更繁琐一些，但它在节省端口资源上占有优势，适合于多按键电路。

因此，通过这两种键盘的对照，在抢答器设计当选用独立式键盘，来实现抢答信号的输入功能，其结构如图3-5所示：

图3-5独立式键盘

在抢答器系统中，键盘通过P1口与AT89C51单片机相连接。

其中，—别离接抢答器的六个抢答按键K1—K6,可同时提供6名选手或6个代表队竞赛，参赛选手通过操纵各自的抢答按键进行抢答；接“开始”按键，由主持人操纵，按下“开始”键后就开始进行抢答；接“终止”按键，也由主持人操纵，按下该键，可将系统清除，回到初始化后的状态，能够进行新一轮的抢答。

另外，系统还采纳了延时重复扫描法来排除按键进程中产生的“毛刺”现象，因为“毛刺”脉冲一样持续时刻较短，约为几毫秒，而咱们按键的时刻一样远远大于那个时刻，因此当检测到有按键按下时，延时一段时刻后再判定电平是不是维持原状态，若是是那么为有效按键，不然无效。

显示电路

系统显示模块采纳四位七段共阴级数码管来实现显示功能，当有选手抢答时，选手编号和抢答倒计时即能够在数码管上显示出来。

在抢答器设计中，数码管采纳动态驱动方式，将所有数码管的段选线并连在一路，由位选端操纵该位是不是有效。

数码管通过P0口和P2口与单片机相连，其中口—口为数码管的段选端，—为数码管的位选端。

其中，第一名数码管用来显示选手编号，第三位和第四位用来显示抢答倒计时。

另外，数码管的动态显示还利用了人的视觉暂留现象和发光二极管的余晖效应，只要扫描的速度足够快，看起来确实是一组稳固显示的数据。

数码管动态显示接口是单片机中应用最为普遍的显示方式之一，其成效和静态显示大体相同，但能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。

发声电路

发声电路的组成器件确实是蜂鸣器，在抢答器中，当有按键按下时伴有蜂鸣器的发声提示，例如：

当主持人按下“开始”键时，蜂鸣器发声提示开始抢答；当有选手按键抢答时，蜂鸣器发声提示有选手抢答。

另外，当10秒的抢答倒计时终止时也伴有蜂鸣器发声。

蜂鸣器的电路如图3-6所示：

图3-6蜂鸣器电路图

在上图中，电阻的另一端与AT89C51的的相接，蜂鸣器一端接NPN三级管的集电极，另一端接地。

三极管的作用是放大电流，因为蜂鸣器的工作电流比较大，单片机的I/O口无法直接驱动，需要放大电路来驱动，一样选用三极管来实现电流的放大。

第三章系统软件设计

1.系统软件设计概述

系统软件部份使用精简、高效的汇编语言编程，并采纳模块化程序设计方式，将系统程序依如实现的功能不同分为几个模块，包括主程序和各个子程序，子程序通过对其挪用执行其功能。

如此设计的优势是：

每一个模块的程序结构简单，功能明确，修改方便，各个模块在维持“功能独立”的同时又能够进行模块之间的“信息交流”，通过彼此配合实现系统的整体功能，提高了软件的可复用性和可扩充性。

抢答器设计的应用程序由主程序、键盘查询程序、数码显示程序和发声程序组成。

2.主程序模块

主程序流程图

图3-1主程序流程图

主程序代码

3.键盘扫描程序模块

键盘扫描流程图

图3-2键盘扫描流程图

键盘扫描程序代码

4.倒计时程序

5.数码显示程序模块

6.发声程序模块

第四章总结

抢答器要紧应用在一些娱乐活动中，又称为第一信号鉴频器。

由于抢答器对其工作的稳固性、靠得住性和快速性的要求比较严格，不但增强了靠得住性，而且提高了公平性，值得选手信任。

抢答器的显现已经很连年，而且种类很多。

抢答器的设计要紧是利用数字电路的编码、译码和按时功能来实现，或利用单片机操纵来完成，即智能化设计。

本设计定位于本学科的进展方向，对单片机的编程及应用进行了研究，要紧介绍了运用单片机设计实现六路抢答器的原理和方式，第一章介绍了抢答器的利用背景及研究现状，并提出了设计该抢答器的意义；在那个基础上，第二章提出了抢答器系统的硬件设计原理及工作进程，并采纳模块化设计，对硬件系统的各个组成部份及其结构、原理、功能等做了一一介绍；第三章中那么主若是系统软件设计，包括程序流程图和部份要紧程序。

在硬件设计和软件设计进程中，要紧用到了Protel软件来画电路原理图、用visio工具画结构框图和程序流程图等。

该设计介绍的抢答器与传统抢答器相较，具有利用方便、简单、辅助电路少、易扩展等特点，在稳固性、灵活性和靠得住性方面更具有优势。

但该设计还存在一些不足的地方，在抢答时刻的设置方面还需要进一步完善，在准确性方面也有待于改良。

另外，还能够进行系统功能的扩展，如增加计分功能等。

参考文献

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[9]IntegratedCircuitsADesignPerspective.清华大学出版社，1995

[10]David,John.ComputerOrganizationandDesign:

TheHardware/SoftwareInterface,ThirdEdition[M].Morgan

致谢

通过一个多月的尽力，在指导教师和同窗的帮忙下，我终于完成了毕业设计，大体上达到了预期的目标。

在那个地址，我想对我的指导教师—田娟教师表示衷心的感激，从最初论文的选题，到资料查询，再到最后论文的成型，田娟教师都给了我专门大的帮忙。

她不仅给我提出指导方案及建议，还留给我主动解决问题的空间，锻炼了我自主分析和解决问题的能力，她耐心的讲解和丰硕的知识都使我收成颇丰。

同时，也对帮忙过我的所有同窗表达我的感激之情，他们尽自己的最大能力帮我答疑解惑，也使我收成颇丰。

通过这次毕业设计，使我深刻的感受到学好专业知识的重要性。

以前对单片机的学习主若是讲义上的理论知识学习，对单片机技术的实际研究比较欠缺，而且这些理论的学习远远不能知足对单片机应用的需求。

这次设计给我提供了一个专门好的理论联系实际的机遇，使我对单片机的功能和应用有了更深的明白得和熟悉。

另外，程序设计是我进行本次设计的一个难点，由于对指令的运用不够熟练使得在编程时进度较慢，专门是关于一些中断程序显得加倍困难。

尽管通过查找资料和教师和同窗的帮忙解决了这些问题，但在这方面的欠缺仍是比较大的，在以后的学习中我会增强这方面的练习以提高完善自己。

最后，再一次对所有帮忙我完成设计的教师和同窗表示感激。

由于自身能力和知识水平的有限，这次的设计中不免会存在一些遗漏和不足，希望列位教师批评指正。