基于单片机的多路智能抢答器的设计毕业设计.doc

目 录

第一部分、设计任务与调研………………………………2
第二部分、设计说明………………………………………3
第三部分、设计成果………………………………………11
第四部分、结语……………………………………………12
第五部分、致谢……………………………………………13
第六部分、参考文献………………………………………14
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第一部分、设计任务与调研
1毕业设计及主要任务
给主持人设置一个开关，用来控制系统的清零（编号显示数码管灭灯）和抢答器的开始。在主持人允许的情况下，优先抢答者发出抢答信号，此时其他参赛者的抢答电路失去控制作用；在主持人解除抢答信号后，电路才恢复到各组又均可抢答的状态中。
2设计的思路方法
一、 当节目主持人启动“开始”键后，要求定时器（如30秒）立即减计时，并用显示器显示，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续时间0.5秒左右。
二、 参加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抢答时刻的时间，并保持到主持人将系统清零为止。
三、 如果定时抢答的时间已到，却没有选手抢答，本次抢答无效，系统短暂报警，并封锁输入电路，禁止选手超时抢答，时间显示器上显示00。
四、 选手如果在主持人按开始键之前违规抢答，系统报警，LED显示违规选手号码和FF，直到主持人按下停止键。

3调研与总结
抢答器广泛应用在学校和企事业单位举行的各种竞赛、抢答活动中,它能通过指示灯显示、语音提醒、数字显示、警示显示等手段迅速、准确、公正、地判断出最先获得发言权的选手。
通过这次课程的设计，了解简单多功能数字电路抢答器的组成原理，初步掌握数字电路抢答器的调整及测试方法，提高思考能力和实践能力。同时通过本课题的设计，巩固已学的理论知识，简历逻辑数字电路的理论和实践的结合，了解多功能抢答器个单元之间的关系及相互影响，从而正确设计和计算定时计数的各个单元电路。初步掌握多功能抢答器的调整及测试方法。

第二部分、 设计说明

1设计需求及工作原理
按照设计需求，本系统具有以下几个主要功能：
（1）抢答器同时供8名选手或8支参赛队伍使用；
（2）抢答或回答时间主持人可自行设置；
（3）能够显示抢答或答题时间的倒计时；
（4）在有人犯规时可以显示选手号、闪烁显示以及蜂鸣器报警；
（5）答题时间还剩5s时，蜂鸣器报警提示。
2　抢答器系统总体设计
采用ＡＴ８９Ｓ５２单片机为核心控制元件，发光二极管、数码管、蜂鸣器等构成８路抢答器，利用了单片机的延时电路、按键时钟电路、复位电路、报警电路、显示电路、控制电路和抢答电路。设计的抢答器具有实时显示抢答选手的号码和抢答时间，重新开始新一轮抢答竞赛的特点，同时利用Ｃ语言编程，使其实现一些基本的功能。抢答器系统设计框图如图１所示。

AT89S52

单片机
显示电路
时钟电路

控制电路
复位电路

抢答电路
报警电路

图1

3　系统硬件设计
系统采用单片机作为整个控制核心，其四个模块分别为：显示模块、控制模块、报警模块和抢答模块［２］。工作时，该系统通过矩阵键盘输入抢答信号，经单片机的处理，输出控制信号，利用一个４位数码管来完成显示功能并伴随蜂鸣器报警，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。当主持人按下开始键时，向单片机Ｐ３．２引脚输入一个低电平信号，表示整个电路开始工作，此时数码管前两位显示选手编号（无人抢答显示００），后两位显示倒计时剩余时间。若在２５ｓ内仍然无人抢答，蜂鸣器在最后５ｓ发出连续报警，提示抢答时间即将结束；若在３０ｓ内有人抢答，并且抢答成功，则将选手编号显示在数码管前两位上，后两位显示抢答剩余时间，同时蜂鸣器发出一声报警，提示其他没有抢答的选手此题已被人抢答成功。若在抢答过程中遇到特殊情况，主持人则可以通过时间加，时间减按键来进行时间调节。若要开始新一轮抢答，主持人按下复位键再按开始键即可。
3.1　控制器模块
控制器主要用于各模块控制对显示、抢答等。采用ＡＴＭＥＬ公司的ＡＴ８９Ｓ５２作为系统控制器的ＣＰＵ方案。单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，可以用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且由于其功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点，使其在各个领域应用广泛
3.2　显示模块
显示模块如图２所示。它包括显示和驱动，显示采用４位７段共阴数码管，驱动用Ｐ０的低四位，违规者编号、抢答３０ｓ倒计时、正常抢答者编号和回答问题时间６０ｓ倒计时，数码管采用动态显示。驱动电路Ｐ２口，查询显示程序利用Ｐ０口做段选码口输出Ｐ２低３位做位选码输出，当为低电平则能驱动数码管使其显示数字。在＋５Ｖ电压下接１０ｋΩ的电阻，保证正常压降。

图2

3.3　报警模块
通过控制不同频率的矩形脉冲来控制蜂鸣器发声［３］。设计中只需要简单的提示声音和稍微显眼的灯控，有抢答违规，开始抢答，抢答时间结束和回答时间到的提示声和亮灯提醒。报警电路如图３所示。

图3

3.4　抢答电路
ＡＴ８９Ｓ５２的Ｐ１口作为选手抢答的输入按键引脚，Ｐ１．０至Ｐ１．７
轮流输出低电位，给每一个选手编号１至８，当选手按下按钮时，Ｐ１端
口的电平变化从Ｐ１口输入，经单片机处理后从Ｐ０输出由数码管显示抢答者编号。选手抢答电路如图４所示。

图4

3.5　抢答器硬件电路图
基于单片机ＡＴ８９Ｓ５２设计的抢答器思路简单明了，可操作性强，可靠性高，扩展功能强，能够完全实现普通抢答器的基本功能。抢答器原理图如５所示

图5

4　软件设计
4.1定时中断模块
抢答器中需要显示倒计时来提示选手在规定时间内作答，需要有定时中断模块。当时间小于６ｓ时，抢答器需要提供警告，以及当抢答时间结束时，要关闭外部中断，表示抢答结束，此时再有键按下抢答器也不会做出反应。

4.2　外部中断模块
抢答器主要外部中断来自于选手的抢答，当选手抢答时，抢答器同时判断被按下的键号并显示在数码管之上，然后在数码管上显示剩余时间，同时关闭中断，表示抢答结束，此时再有键按下抢答器也不会做出反应。
4.3　控制模块
控制模块主要作用是对抢答器的开始和复位功能进行控制，主要由主持人来实现其功能［４］。当开始键被按下时，抢答器开始正常工作；当抢答器停止工作时，可以按下复位键使抢答器处于初始化状态。
4.4报警模块
报警模块主要作用，一是当时间还剩５ｓ时，蜂鸣器发出报警，提示选手抢答时间将要结束；二是当有选手第一时间抢答成功时发出报警声，提示其他选手不必再抢答。
4.5主程序模块
主程序主要完成硬件初始化，子程序调用和程序间的切换，由于本设计要求抢答器具有开始、复位、抢答三种方式切换功能［４］，所以主程序除了要进行硬件部分的初始化以外还要进行各个程序之间的调用和切换。主程序流程图如图
６所示。

开始

初始化部分

K9=0?
N

启动中断，数码管开始倒计时
Y

Y
若有选手抢答
N
结束
中断停止，数码管显示选手编号及所剩时间

Y

图6

程序：
ｖｏｉｄ　ｍａｉｎ（）
｛
ｈｕａｎｇ＝０； ｒｅｄ＝０；
ＥＡ＝１；
ＴＭＯＤ＝０ｘ１１；
Ｔ２ＣＯＮ＝０ｘ０１；
ＴＨ０＝（６５５３６－５００００）／２５６；
ＴＬ０＝（６５５３６－５００００）％２５６；
ＴＨ１＝（６５５３６－５０００）／２５６；
ＴＬ１＝（６５５３６－５０００）％２５６；
ＴＨ２＝（６５５３６－５００００）／２５６；
ＴＬ２＝（６５５３６－５００００）％２５６；
ＥＴ０＝１；
ＴＲ０＝０；
ＥＴ１＝１；
ＴＲ１＝１；
ＥＴ２＝１；
ＴＲ２＝０；
ＩＴ０＝１；
ＥＸ０＝１；
ＩＴ１＝１；
ＥＸ１＝１；
ａａ＝０；
ｂｂ＝０；
ｓｈｉｊｉａｎ＝３０；
ｗｈｉｌｅ（１）
｛
ｋｅｙｓｃａｎ（）；

第三部分、设计成果
系统的仿真采用Ｐｒｏｔｅｕｓ软件进行仿真，仿真如图７所示：

图7第四部分 结束语

本次研究与设计的八路多功能抢答器采用了通用的电子元器件，利用AT89S51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。
本设计中，利用常规的单片机扫描识别的方法，通过系统的仿真研究得出。
由于采用汇编语言设计电路，所以本设计在编程成功后，硬件电路基本上不需要调试就可正常使用。
在这一次抢答器的毕业设计中，我觉得自己学到了很多知识，对于大学这三年学习知识也温习了一遍，并充分发挥对所学知识的理解和对毕业设计的思考及书面表达能力，最终完成了设计。这为自己今后进一步深化学习，积累了一定的宝贵的经验。撰写报告书的过程也是专业知识的学习过程，它使我运用已有的专业基础知识，对其进行设计，分析和解决一个个理论问题或实际问题，把知识转化为能力的实际训练，培养了我运用所学知识解决实际问题的能力
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进。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。
第五部分、致谢
本设计是在老师的细心指导下完成的，在设计过程中，自始至终凝聚着导师的心血。老师那治学严谨的态度，渊博的学识感染着我。她那诲人不倦、宽厚朴实的作风给我们留下了不可磨灭的印象，是我学习的榜样，使我终生受益无穷。在此设计完成之际，特向老师表达诚挚的谢意，同时致以最崇高的敬意。
我还要感谢我的一些同学，他们在我最需要帮助的时候无私的伸出了援助之手，在此，对于他们无私的帮助我表示深深的感谢。可以说如果没有他们的帮助，我就不可能顺利的按时完成毕业设计。
真诚的感谢所有的帮助过我的老师们，同学们，家人和朋友们，感谢对本设计进行评审的老师们，感谢他们给我提出的宝贵意见和建议。
第六部分、参考文献

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【2】李素敏.抢答器的设计[J].职业，2011（23）：123
【3】邹显圣.基于单片机控制的智能抢答器研究[J].电子设计工程，2011,19（13）：130-140.
【4】康立杰，康 迪.基于单片机的8路抢答器简单设计[J].信息系统工程，2010（2）：60-61.
【5】宋春华，刘江涛，王贵恩等.基于单片机控制的数字抢答器[J].河南机电高等专科学校学报，2015,13（5）：28-19