五路抢答器的设计毕业论文.doc

湖南纺织职工大学 毕业论文（设计）  系    部：    电  气  系姓    名：            专    业：    机 电 一 体 化班    级：           学    号：                 指导老师：         2013年 3  月   8日  五路抢答器的设计摘 要 数字抢答器由主体电路与扩展电路组成。优先编码电路、锁存器、译码电路将参赛队的输入信号在显示器上输出；用控制电路和主持人开关启动报警电路，以上两部分组成主体电路1。通过定时电路和译码电路将秒脉冲产生的信号在显示器上输出实现计时功能，构成扩展电路。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。对于抢答器我们大家都知道那是用于选手做抢答题时用的，选手进行抢答，抢到题的选手来回答问题。抢答器不仅考验选手的反应速度同时也要求选手具备足够的知识面和一定的勇气。选手们都站在同一个起跑线上，体现了公平公正原则。关键词： 抢答电路 定时电路 报警电路 目 录摘 要IABSTRACTII第1章 概述11.1 单片机抢答器的用途11.2 抢答器的应用1第2章 系统设计22.1 设计要求22.2 抢答器设计2第3章 硬件电路设计43.1 抢答器硬件电路的设计4第4章 软件设计74.1 主程序系统结构图74.2 程序流程图74.3 系统源程序8第5章 调试及性能分析13结 论14参考文献15致 谢16 第1章 概述1.1 单片机抢答器的用途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2。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。在知识比赛中， 特别是做抢答题目的时候， 在抢答过程中，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AT89C51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。1.2 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：(1) 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。(2) 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。(3) 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”。第2章 系统设计2.1 设计要求设计一个五路的抢答器电路，要求抢答器满足以下条件： 系统设置复位按钮，按动后，开始抢答。 抢答开始时，数码管LD1显示序号0。抢答后显示优先抢答者的序号，同时发出声响。 抢答器具有定时抢答功能，本抢答器的时间设定为9秒，当主持人启动“复位”开关后，定时器开始倒计时且在LD2上显示。 在设定的抢答时间内，选手可以抢答，数码管LD2上显示选手抢答的剩余时间，并保持到主持人按复位键。 当设定的时间到，而无人抢答时，报警器发出声音，并禁止抢答，LD2上显示04。图2-1 硬件设计原理图2.2 抢答器设计抢答电路AT89C51核心芯片，由一片触发器组成矩形发生器，发出频率为10KHZ，最大幅度为6V的脉冲信号作为D触发器的时钟脉冲。在D触发器的输入端，根据五个按键的状态决定D端得状态。当有一个D触发器的输入端为高电平时，就在时钟信号的作用下将状态传递到Q端。此时，与Q端相连接的发光二极管将Q端得状态显示出来。同时与Q端相连接门电路根据五个Q端的状态判断是否对脉冲信号进行屏蔽。即只要有一个Q端得状态是高电平，则通过组合逻辑使输入脉冲被禁止。从而实现了在有人抢答的第一时间显示出抢答状态，并对当前状态进行保存，防止其他人的抢答对当前状态的影响。另外，将主持人的开关与AT89S51的CLR端相连接，实现主持人对电路的可控性。当CLR信号有效时，实现对电路的清零;当CLR信号无效时，即开关闭合时候，允许进行抢答。按下主持人按键，在无人抢答的时候，发光二极管不发生任何变化；若主持人按键未按下，按动选手抢答开关，发光二极管状态不发生变化；当按下主持人按键后，再按选手抢答按键，则相应的发光二极管发光；当有一个选手抢中时，再按其他选手的按键，发光二极管组的状态不变，即实现了对最先抢答的判断；在二极管发光后，断开主持人开关，发光的二极管熄灭，即实现了主持人对抢答的重置和控制。第3章 硬件电路设计3.1 抢答器硬件电路的设计根据本系统设计要求硬件电路主要分三围三部分2：第一部分为选手按键组成的抢答器输入模块，第二部分分为以单片机为核心的控制电路模块，当然，单片机工作必须有电源复位电路和时钟电路；第三部分为由LED显示器显示电路和声光控制组成的显示电路模块其中单片机是各电路的核心，起到组织控制的作用，总体框图如图3-1所示：图3-1 带时间及声光提示的抢答器系统框图3.1.1控制电路设计与传统的抢答器采用小规模数字集成电路设计比较，单片机具有易于使用区分度高和电路等优点，本系统单片机采用AT89C51作为系统核心，在支持人按下开始键后，当有选手按键时，单片机通过键盘扫描程序判断出是哪一路选手，并存储到单片机中，然后通过显示模块显示出哪一路，最后选手在规定的时间内完成抢答，这些动作都是在单片机控制下进行的。具体连接是：P3-0和P3-2端由主持人控制，分别是抢答器开始和形式开始，P3-3和P3-5分别为设定抢答器时间调节和限时时间调节。根据上述抢答器系统的控制电路设计，设计的控制电路如图3-2所示：图3-2 控制电路3.1.2 显示电路设计该系统采用共阳的LED显示器，电路图如图3-3所示5。图3-3 共阳的LED显示器3.1.3 复位电路的设计单片机的第9脚RESET为硬件复位端,只要将该端持续4个机器周期的高电平即可实现复位,复位后单片机的各状态都恢复到初始化状态，其电路图如图3-4所示:图3-4 复位电路在方案中使用到了硬件复位和软件复位两种功能,由上面的硬件复位可使寄存器及存储器的值都恢复到初始值,而前面的功能提到了倒计时间需要有记忆功能,该功能实现的前提条件就是不能对单片机进行硬件复位,所以设定了软复位功能。软复位实际上就是当程序执行完毕之后,将程序指针通过一条跳转指令让它跳转到程序执行的起始地址。第4章 软件设计4.1 主程序系统结构图 如图4-1所示为总体原理框图6。其工作原理为：接通电源后，主持人将开关FW拨到“清零”状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定时间；主持人将开光置“开始”状态，宣布“开始”抢答器工作。定时器开始倒计时。选手在规定的30s定时时间内抢答时，抢答器完成：优先判断、编号显示、扬声器提示，倒计时显示。当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。如果再次抢答必须由主持人再次操作“清除”和“开始”状态开关。图4-1 总体原理框图4.2 程序流程图在本设计中包括了以下八个主要的程序：主程序；非法抢答序；抢答时间调整程序；回答时间调整程序；倒计时程序；正常抢答处理程序；犯规处理程序；显示及发声程序。主流程图如图4-2所示： 图4-2 主流程图 4.3 系统源程序P1.0为开始抢答，P1.5为停止，p1.1-p1.4为四路抢答输入 数码管段选P0口，位选P2口，蜂鸣器输出为P3.6口3。 OK EQU 20H;抢答开始标志位 RING EQU 22H ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003H AJMP INT0SUB ORG 000BH AJMP T0INT ORG 0013H AJMP INT1SUB ORG 001BH AJMP T1INT ORG 0040HMAIN: MOV R1,#0FH; 初设抢答时间为15s MOV R2,#0AH; 初设答题时间为10s MOV TMOD,#10H; 设置未定时器/模式1 MOV TH0,#0F0H MOV TL0,#0FFH; 越高发声频率越高,越尖 MOV TH1,#3CH MOV TL1,#0B0H; 50ms为一次溢出中断 SETB EA SETB ET0 SETB ET1 SETB EX0 SETB EX1; 允许四个中断,T0/T1/INT0/INT1 CLR OK CLR RING SETB TR1 SETB TR0; 一开始就运行定时器,以开始显示FFF.如果想重新计数,重置TH1/TL1就可以了查询程序:START: MOV R5,#0BH MOV R4,#0BH MOV R3,#0BH ACALL DISPLAY; 未开始抢答时候显示FFF JB P1.0,NEXT ACALL DELAY JB P1.0,NEXT;去抖动,如果"开始键"按下就向下执行,否者跳到非法抢答查询 ACALL BARK;按键发声 MOV A,R1 MOV R6,A; 送R1->R6,因为R1中保存了抢答时间 SETB OK; 抢答标志位,用于COUNT只程序中判断是否查询抢答 MOV R3,0AH; 抢答只显示计时,灭号数 AJMP COUNT;进入倒计时程序,"查询有效抢答的程序"在COUNT里面NEXT: JNB P1.1,FALSE1 JNB P1.2,FALSE2 JNB P1.3,FALSE3 JNB P1.4,FALSE4 AJMP START 显示程序:入口参数：R5,R4,R3存入的分别为第一，二，三为数码所显示的位码出口参数：无 DISP LAY:MOV DPTR,#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 MOV A,R5 MOVC A,A+DPTR MOV P2,#01H MOV P0,A ACALL DELAY MOV DPTR,#DAT2 MOV A,R4 MOVC A,A+DPTR MOV P2,#02H MOV P0,A ACALL DELAY MOV A,R3 MOVC A,A+DPTR MOV P2,#04H MOV P0,A ACALL DELAY RETDAT1:DB 00H,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,71H;"灭","1","2","3","4","5","6","7","8","9","灭","F"DAT2:DB 3fh,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加减时间延时(起到不会按下就加N个数):DELAY1: MOV 35H,#08HLOOP0: ACALL DISPLAY DJNZ 35H,LOOP0 RET发声程序:BARK: SETB RING ACALL DELAY1 ACALL DELAY1 CLR RING; 按键发声 RETTO溢出中断(响铃程序):T0INT:MOV TH0,#0ECH MOV TL0,#0FFH JNB RING,OUT CPL P3.6 ; RING标志位为1时候P3.6口不短取反使喇叭发出一定频率的声音OUT:RETIT1溢出中断(计时程序):T1INT: MOV TH1,#3CH MOV TL1,#0B0H INC R0 RETI END第5章 调试及性能分析1、具有清零装置和抢答控制，可由主持人操纵，避免有人在主持人说“开始”前提前抢答违反规则。2、具有定时功能，在30秒内无人抢答表示所有参赛选手获参赛队对本题弃权。3、30秒时仍无人抢答其报警电路工作表示抢答时间耗尽并禁止抢答。4、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0s99s, 0s时再减1s会跳到99，99s时再加1s会变到0s。 5、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15s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10s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。 6、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。 7、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。结 论本文研究与设计的五路多功能抢答器采用了通用的电子元器件，利用AT89C51单片机及外围接口实现抢答系统，利用单片机的定时器/计数器定时和记数的原理，将软、硬件有机地结合起来，使得系统能够正确地进行计时，同时使数码管能够正确地显示时间。计分接收的单片机部分利用汇编语言编写。设计时，首先通过在线编程，然后具体安装，仿真，完全实现了设计功能。整个设计通过了软件的测试。我想这对于自己以后的学习和工作都会有很大的帮的。在这次设计中遇到了很多实际性的问题，在实际设计中才发现，书本上理论性的东西与在实际运用中的还是有一定的出入的，所以有些问题不但要深入地理解，而且要不断地更正以前的错误思维。整个设计过程中大部分时间是用在程序上面的,很多子程序是可以借鉴书本上的，但怎样衔接各个子程序才是关键的问题所在，这需要对单片机的结构很熟悉。因此可以说单片机的设计是软件和硬件的结合，二者是密不可分的。但是，通过这次设计我也发现自己的很多不足之处。在设计过程中我发现自己考虑问题很不全面，自己的专业知识掌握的很不牢固，所掌握的计算机应用软件还不够多，我希望自己的这些不足之处能在今后的工作和学习中得到改善。而且，通过这次设计，我懂得了学习的重要性，学会了坚持和努力，我将会在以后的学习中继续学习。参考文献1 单片机课程设计实例指导，李光飞，北京航天航空大学出版社，20042 单片机原理及接口技术（第3版），李朝青，北京航空航天大学出版社，20023 单片机C程序设计及应用实例，胡伟，人民邮电出版社，20034 单片机系统设计与实例指导，冯育长，西安电子科技大学出版社，20075 艾庆生, 王卫东, 王明秋. 单片机最简连线抢答器J. 电子制作, 2000,(07) 6 梁超, 肖静, 邱志诚. 一款基于单片机技术的电子抢答器J. 机电工程技术, 2005,(01) 致 谢经过自己不断的努力以及汤勇前老师的耐心指导和热情帮助，本设计已经基本完成。在这段时间里，汤勇前老师严谨的治学态度和热忱的工作作风令我十分钦佩，他的指导使我受益非浅。同时实验室的开放也为我的设计提供了实习场地。在此对指导老师和实验室的老师表示深深的感谢。通过这次课程设计，深刻地认识到学好专业知识的重要性，也理解了理论联系实际的含义，并且检验了我的学习成果。虽然在这次的课程设计中对于知识的运用和衔接还不是很熟练，但是我将在以后的学习中继续努力、不断完善。这将近一个月的课程设计是对过去所学知识的系统提高和扩充的过程，为今后的学习打下了良好的基础。当然由于自身水平有限，设计中一定存在很多不足之处，敬请老师对我提出批评与指正。最后，我要以最真挚的感情来感谢指导本次毕业设计中的导师，是您们用辛勤的劳动、无私的奉献和渊博的知识换来了我的毕业设计。