基于51单片机的多路数字定时抢答器设计.doc

1、武汉理工大学数字电子技术基础课程设计说明书学 号： 课 程 设 计题 目多路数字定时抢答器设计学 院专 业班 级姓 名指导教师年月日课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作单位： 题 目: 多路数字定时抢答器设计初始条件：已知条件 本课程设计，要求用集成电路：74LSl48，74LS279，74LS48，74LSl92，NE555，74LS00，74LSl21和其它器件等，实现八路定时抢答功能。用蜂鸣器作声电器件，工作电源Vcc为+5V。 要求完成的主要任务: （1）设计任务根据已知条件，完成对多路数字定时抢答器的设计、装配与调试。（2）设计要求 可同时供8名选手（或代表队）参赛

2、，其编号分别是0到7，各用一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相对应。给节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零(编号显示数码管灭灯)和抢答的开始。 抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，编号立即锁存，并在LED数码管上显示出选手的编号，同时扬声器给出音响提示。此外，要封锁输入电路，禁止其它选手抢答。优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。 抢答器具有定时抢答的功能，且一次抢答的时间可以由主持人设定(如30秒)。当节目主持人启动“开始”键后，要求定时器立即进行减计时，并用显示器进行显示，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续时间05秒左右。 参赛选手在设

3、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时刻的时间，并保持到主持人将系统清零为止。 如果定时抢答的时间已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效，系统进行短暂的报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答，定时显示器上显示00。 画出总体电路原理图。（选做：用EWB软件完成仿真）。按规定格式写出课程设计报告书。时间安排：1、 年 月 日集中，作课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求说明。2、 年 月 日，查阅相关资料，学习电路的工作原理。2、 年 月 日 至 年 月 日，方案选择和电路设计。2、 年 月 日 至 年 月 日，电路调试和设计说明书撰写。3、 年 月 日上

4、交课程设计成果及报告，同时进行答辩。指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日摘要抢答器作为一种工具，已经广泛应用于各种智力和知识竞赛场合。本设计以八路智力竞赛抢答器为基本概念，从实际应用出发,用STC89C52和74HC573设计具有扩充功能的抢答器。八路抢答器由主体电路和扩展电路组成。主体电路由抢答电路和驱动电路以及控制电路组成：扩展电路主要由报警电路和显示电路组成。电路经过布线、焊接、调试等工作后抢答器成形。单片机体积小，价格低，应用方便，稳定可靠。单片机将很多任务交给了软件编程去实现，大大简化了外围硬件电路，使外围电路的实现简单方便。使其在传统的抢答器面前具有电路

5、简单、成本低、运行可靠等特色。关键字：抢答电路 定时电路 报警电路 AbstractResponder as a tool, has been widely used in various intelligence and knowledge contests occasion. The design quiz Responder eight basic concepts of practical application, with STC89C52 and 74HC573 designed with extensions Responder. Octal Responder by the m

6、ain circuit and the expansion circuit. Responder circuit and main circuit from the latch circuit and a control circuit consists of: expansion circuit mainly by the alarm circuit and display circuit. After the circuit wiring, welding, commissioning work Responder shape. SCM small size, low price, con

7、venient, stable and reliable. Many tasks will be handed over to the MCU software programming to realize, greatly simplifying the peripheral hardware circuit, the peripheral circuit implementation is simple and convenient. Responder it in the traditional front has a simple circuit, low cost, reliable

8、 operation and other characteristics.Keywords:Responder circuit timing circuit alarm circuit目录1设计内容与要求51.1设计内容51.2设计要求51.2.1基本功能51.2.2扩展功能52方案设计与选择62.1第一种方案62.2第二种方案62.3第三种方案73硬件电路设计73.1.时钟电路设计73.2八路抢答按键输入电路设计83.3复位按键输入电路设计83.4设定时间、加减时间和开始电路设计93.5 LED数码管显示电路设计93.6声音电路104 PCB制作105软件设计125.1软件设计思想125.2

9、软件逻辑结构图126总结与体会13附录1完整电路图14附录2元件清单15附录3完整程序161设计内容与要求1.1设计内容设计一个抢答器，可供8位选手抢答，主持人可通过开关控制， 具有抢答、计时、报警等功能。1.2设计要求1.2.1基本功能1) 设计一个抢答器，可以同时供8名选手或8个代表队参加比赛，他们的编号分别是1、2、3、4、5、6、7、8，各用一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相对应，也是1、2、3、4、5、6、7、8。2) 给节目主持人设置一个控制开关clear，用来控制系统的清零（编号显示数码管灭灯）和抢答的开始。3) 抢答器具有数据锁存和显示功能。抢答开始，若有选手按动抢答按钮，

10、编号立即锁存，并在LED数码管上显示出选手的编号，同时扬声器给出音响提示。此外要封存输入电路，禁止其他选手抢答。优先抢答选手的编号一直保持到系统清零为止。1.2.2扩展功能1) 抢答器具有定时抢答的功能，且一次抢答的时间可以由主持人设定，档节目主持人按下“clear”按钮后，要求定时器立即倒计时，并在显示器上显示，同时扬声器发出短暂声响，声响持续0.5S左右。2）参赛选手在设定的时间内抢答，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时刻的时间，并保持到主持人将系统清零为止。如果定时抢答时间已到，却没有选手抢答，则本次抢答无效，系统短暂报警，并封存输入电路，禁止选手 超时后抢答，时间

11、显示器上显示00。2方案设计与选择2.1第一种方案图2.1.1 第一种方案抢答按钮连接控制电路，抢答开始，有选手按下抢答按钮后，控制电路是锁存器锁存各个抢答路的电平高低，从而锁存了第一位抢答者的抢答信号，同时切断其他抢答者的抢答信号，阻止其他选手的抢答。编码器将抢答结果译成二进制数送给下一级译码显示电路，译码显示电路显示抢答成功者的号码。声响电路可以发出提醒声响，定时电路有定时抢答功能，并能显示倒计时的时间。该方案满足设计的功能要求，但是用锁存器锁存抢答结果这一思路有缺陷，就是可能有两个选手抢答时间间隔很小，两路的抢答信号同时锁存了起来，导致编码器编码出错，下一级译码显示电路不能显示抢答结果。

12、2.2第二种方案第二种方案流程图如下图2所示：图1.2.1 第二种方案第二种方案的原理和第一种方案基本一样，只是在第一种方案上做了改进，在锁存器和抢答按钮之间增加了优先编码器，避免了多路的抢答信号同时被锁存，编码器编码出错，下一级译码显示电路不能显示抢答结果的情况。但是，电路过于复杂繁琐，不太方便。2.3第三种方案该方案以STC89C52单片机为核心设计的八路抢答器，该抢答器能根据不同的八个不同按键输入抢答信号，经过单片机的控制处理并产生与按键相对应路数的输出信号，最后通过4位LED数码管显示相应的路数和答题时间等图2.3.1第三种方案该方案简单容易实现，而且单片机体积小，价格低，应用方便，稳

13、定可靠。因此，选用方案三。3硬件电路设计3.1.时钟电路设计CPU的操作需要精确的定时，可用一个晶体振荡器产生稳定的时钟脉冲来控制STC89C52单片机上的XTAL1和XTAL2分别为振荡电路的输入和输出，晶振频率选择11.0592MHZ。图3.1.1 晶振电路3.2八路抢答按键输入电路设计该电路有八个按钮分别接于P2.0P2.7可实现：一是分辨出选手按键的先后并锁存有抢答者的编号，同时在LED上显示相应选手编号；二是当有选手抢答成功时其他选手按键无效，具有锁存功能。（锁存功能由软件实现）图3.2.1抢答电路3.3复位按键输入电路设计复位是计算机的一个重要工作状态。开始按钮和复位按钮分别接在P

14、3.7和RST口，在单片机工作时，接电之前要复位，断电后也要复位。在抢答器中复位则为定时做铺垫，在抢答之前要复位，抢答完毕后也要复位。图3.3.1复位电路3.4设定时间、加减时间和开始电路设计该电路主要是对答题和抢答时间调整而设计的。开始按钮用clear表示，作用是将系统状态在调整状态和应答状态相互转换，在调整状态时，裁判可以用“+”、“-”按钮调整抢答时间，抢答时间的初始值设置为15秒；应答状态时，系统可以响应选手的抢答，并给出相关反应。“clear”按钮接P3.7，“+”按钮接P3.6，“”按钮接P3.5。图3.4.1时间设定电路3.5 LED数码管显示电路设计本设计所用的显示器为7段共阳极接法4位LED显示器，当某一发光二极管的阴极输入低电平时，则该段发光。段选通过一片74HC573与P0口相连，位选com1,com2,com3,com4通过74HC573分别与P1.3，P1.2，P1.1，P1.0口相连。 此处芯片74HC573不起锁存数据的功能，做为驱动增加数码管的电流。图3.5.1显示电路3.6声音电路用P3.6口和蜂鸣器相连，在抢答开始和抢答过程中有人抢答，则会给选手答题警示声。若定时时间已到，无人抢答则本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上最终显示为0 00。图3.6.1报警电路4 PCB制作在Altium Designer中画出电路图后，制作PCB。