智能抢答器的分析与设计.doc
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1、摘 要 在各种智力竞赛场合,抢答器是必不可少的最公正的用品。在我们各种竞赛中我们也经常能看到有抢答的环节,某些举办方采用让选手通过举答题板的方法判断选手的答题权,这在某种限度上会由于主持人的主观误断导致比赛的不公平性,而抢答器的应用就能避免这种弊端。 本设计是以多路抢答为基本理念。考虑到依需设定限时回答的功能,运用80C51单片机及外围接口实现的抢答系统,同时使数码管可以对的地显示时间。用开关做键盘输出,扬声器发声提醒。同时系统可以实现:在抢答中,只有开始后抢答才有效,假如在开始抢答前抢答为无效;抢答限定期间和回答问题的时间可在1-99s设定;可以显示是哪位选手有效抢答和无效抢答,对的按键后有
2、音乐提醒;抢答时间和回答问题时间倒记时显示,满时后系记录时自动复位及主控强制复位;按键锁定,在有效状态下,按键无效非法。 关键词:80C51,LED数码管,抢答器,计时ABSTRACT In all kinds of intelligence competition situations, responder is essential to the most fair appliances. In our various competitions we often can see the answer in the link, some party held by the players th
3、rough an answer plate method to determine the answer s right, this to a certain extent because the host of unfair competition caused by subjective judgments, and the responder should be able to avoid the disadvantages of using. The design is based on the basic idea of multi answer. Considering accor
4、ding to need to set the function of the limit answer, answer system based on the MCU 80C51 and peripheral interface, while the digital display to the correct time. Use switch to do keyboard output, speaker sound prompt. At the same time, the system can be realized: in the answer, only after the answ
5、er is valid, if at the beginning of pre answer answer invalid; answer in time and answer questions the time limit in the 1-99s set; can show whos effective and answer answer invalid, right after the music keys tips; answer in time and answer questions down time time display, full automatic reset aft
6、er the system timing and control forced reset; key lock in the effective state, the key is invalid illegal. Keywords: 80C51, LED digital tube, buzzer, timing目 录第一章 绪 论.1 1.1 课题研究的相关背景 . 1 1.2 选题的目的和意义 . 1 1.3 课题研究的内容 . 1 1.4 国内外研究现状 . 1 1.5 抢答器目前存在的重要问题. 2 第二章抢答器的系统概述.2 2.1 系统的重要功能 . 2 2.2 系统需求分析 .
7、3 2.3 抢答器的工作流程 . 4 2.4 抢答器的工作过程 . 5 2.5 80C51特殊功能寄存器 . 5 2.6 80C51的功能及简介 . 6 2.7 抢答器的优点及组成 . 7 第三章系统总体方案的设计.7 3.1 硬件电路的设计 . 7 3.2 总体原理图 . 8 3.3 时钟频率电路的设计 . 9 3.4 复位电路的设计 . 10 3.5 显示电路的设计 . 10 3.6 键盘扫描电路的设计 . 12 3.7 发声电路 . 13 第四章软件设计.14 4.1 主程序系统结构图 . 14 4.2 软件任务分析 . 14 4.3 程序流程图 . 15 4.4 重要程序分析 . 16
8、 第五章PROTEUS 7 PROFESSIONAL仿真系列组图.24 5.1 复位图 . 24 5.2 设立计时时间 . 24 5.3 非法抢答并显示座号 . 25 5.4 抢答成功并显示倒计时 . 25 第六章总结与展望.26 6.1 总结 . 26 6.2 展望 . 26 致 谢.27参 考 文 献.28 第一章 绪 论1.1 课题研究的相关背景 抢答器是一种应用非常广泛的设备,在各种竞赛、抢答场合中,它能迅速、客观地分辨出最先获得发言权的选手。初期的抢答器只由几个三极管、可控硅、发光管等组成,能通过发光管的指示辩认出选手号码。现在大多数抢答器均使用单片机和数字集成电路,并增长了许多新功
9、能,如选手号码显示、抢按前或抢按后的计时、选手得分显示等功能。 本课题运用80C51单片机及外围接口实现的抢答系统,运用单片机的定期器/计数器定期和计数的原理,将软、硬件有机地结合起来,使得系统可以对的地进行计时,同时使数码管可以对的地显示时间和选手号码。用开关做键盘输出,扬声器发声提醒。系统达成规定:在抢答中,只有开始后抢答才有效,假如在开始抢答前抢答为无效;抢答限定期间和回答问题的时间可设在1-99s设定;可以显示是哪位选手有效抢答和无效抢答,对的按键后有音乐提醒;抢答时间和回答问题时间倒记时显示,时间完后系统自动复位;按键锁定,在有效状态下,按键无效非法 1.2 选题的目的和意义 通过这
10、次设计,掌握51单片机的原理,了解简朴多功能抢答器组成原理,初步掌握多功能抢答器的调整及测试方法,提高动手能力和排除故障的能力。同时通过本课题设计与装配、调试,提高自己的动手能力,巩固已学的理论知识,建立单片机理论和实践的结合,了解多功能抢答器各单元电路之间的关系及互相影响,从而能对的设计、计算定期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。提高动手能力和排除故障的能力。 1.3 课题研究的内容 本系统采用模块化设计智能抢答器,在抢答比赛中广泛应用,各组分别有一个抢答按钮。主持人有开始和结束、复位键。在后台主持人可以修改,抢答时间和选手回答问题的时间设立,原始状态下抢答时间为20
11、s,回答问题时间为30s。通过加键和减键修改。改完后结束键拟定。新时间开始有效,主持人按键开始后,选手开始抢答为有效,数码显示屏显示抢答时间倒计时和选手号,在最后五秒扬声器发声提醒。假如主持人没有按下开始键而选手就抢答视为犯规,数码显示屏显示犯规者的代号,扬声器连续发声。主持人可按键结束,新一轮抢答开始。 通过研究并在设计验证后发现,采用单片机技术设计的抢答器与目前常用的抢答器相比,一方面,电路连接简朴,由于大多数功能单元都通过程序设计在单片机内部,第二,工作性能可靠,抗干扰能力优于目前抢答器。所以本研究是一个实用的工程设计,具有创新性。 1.4 国内外研究现状抢答器作为一种电子产品,早已广泛
12、应用于各种智力和知识竞赛场合,但目前所使用的抢答器有的电路较复杂不便于制作,可靠性低,实现起来很困难;有的则用一些专用的集成块,而专用集成块的购买又很困难。为适应高校等多代表队单位活动的需要而设计一个多功能抢答器,这种抢答器具有电路简朴,元件普通,易于购买等优点,很好地解决了制作者制作困难和难于购买的问题。在国内外已经开始了普遍的应用。 1.5 抢答器目前存在的重要问题 随着改革开放事业的不断进一步,促使人们学科学、学技术、学知识的手段多种多样,抢答器作为一种工具,已广泛应用于各种智力和知识竞赛场合。但抢答器的使用频率校低,且有的要么制作复杂,要么可靠性低,减少兴致。作为一个单位若专购一台抢答
13、器虽然在经济上可以承受,但每年使用的次数很少,往往因长期存放使(电子器件的)抢答器损坏,再购置的麻烦和及时性就会影响活动的开展。 并且目前多数抢答器存在局限性之处:第一,现场线路连接复杂。由于每个选手位于抢答现场的不同位置,每个选手与控制台之间要有长长的连接线。选手越多,连接线就越多、越乱,这些连接线不仅影响了现场的美观,并且减少了抢答器的可靠性,增长了安装的难度,甚至影响了现场人员的走动。第二,电路复杂。由于单片机只完毕号码解决、计时、数据运算等功能,其它功能如选手号码的辨认、译码、计分显示等仍只能通过数字集成电路完毕。采用单片机扫描技术辨认选手抢按号码时,电路的延迟时间较大。第三,选手抢按
14、成功,但出现没有抢答被记录的问题。 第二章 抢答器的系统概述2.1 系统的重要功能 本系统是借用单片机采用模块化设计的八路抢答器,涉及8路抢答按纽、计时显示、提醒功能等、开始与结束控制按钮、时限设定、各种相关显示调控功能等。 参赛者系统,除享有抢答按纽的权利功能外,尚有人性化的提醒功能和时间提醒功能,也可设定由主控控制在参赛者终端表现的趣味性功能等;主控系统的控制按钮做开始与结束控制,根据活动参赛者的层次,对提前抢答者的行为设定为非法或阻隔,若设有非法抢答控制功能时,在主控处带有公示性显示的非法抡答者的台位号,对抢答限时及回答问题限时设为倒计时,并有显示提醒。 系统的重要功能模块方框图如图1所
15、示。 图1 系统重要功能模块 本系统采用模块化设计的八路抢答器,在抢答比赛中广泛应用,各组分别有一个抢答按钮。一共有8个按键输入,分别相应8路选手的抢答按键。 主持人有开始和结束键。在后台主持人可以修改,抢答时间和选手回答问题的时间设立,原始状态下抢答时间为20s,回答问题时间为30s。通过加键和减键修改上述时间,改完后结束键拟定。新时间开始有效,主持人按键开始后,选手开始抢答为有效,数码显示屏显示抢答时间倒计时和选手号,在最后五秒扬声器发声提醒。假如主持人没有按下开始键而选手就抢答视为犯规,数码显示屏显示犯规者的代号,扬声器连续发声。主持人可按键结束,新一轮抢答开始。 单片机是整个抢答器的核
16、心,内部电路设计用汇编语言编写。它完毕了时间参数的设定,抢按号码的译码,保存;显示;输出,抢按及答题倒计时功能等。 本设计中,有一个共阴的数码管组,四个数码管。其中两个显示时间,一个空位,一个显示抢答号码。主持人依次按下复位键(RESET),开始键后开始抢答。可以抢按:超时数码管显示“FFF”,当抢按超过规定期间或答题超过规定期间后数码管显示“FFF”。若有选手在规定期间内抢按成功,则可以答题,数码管显示抢答时间的同时也显示选手号码。若在按开始键前抢答表达违规,数码管显示“FF”并显示选手号码。 2.2 系统需求分析 1、在抢答中,只有开始后抢答才有效,假如在开始抢答前抢答为无效。 2、抢答限
17、定期间和回答问题的时间可以在199s设定。 3、可以显示是哪位选手有效抢答和无效抢答,对的按键后有音乐提醒。 4、抢答时间和回答问题时间倒记时显示,时间完后系统自动复位。 5、抢答限定期间内使用锦囊回答时间将加到60s。 6、按键锁定,在有效状态下,按键无效非法。 2.3 抢答器的工作流程 抢答器的基本工作原理:在抢答竞赛或呼喊时,有多个信号同时或不同时送入主电路中,抢答器内部的寄存器工作,并辨认、记录第一个号码,同时内部的定期器开始工作,记录有关时间并产生超时信号。在整个抢答器工作过程中,显示电路、声音电路等还要根据现场的实际情况向外电路输出相应信号。抢答器的工作流程分为:系统复位、正常流程
18、、违例流程等几部分,如图2所示,下面分别予以介绍。 图2 抢答器工作流程2.4 抢答器的工作过程 1、假如想调节抢答时间或答题时间,按“加一”键或“减一”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,假如想减一秒按一下“减1s”键,时间LED上会显示改变后的时间,调整范围为099s, 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,会有提醒音,并立刻进入抢答倒计时(预设20s抢答时间),如有选手抢答,会有提醒音,并会显示其号数并立刻进入回答倒计时(预设30s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
19、到小于5s会每秒响一下提醒音。 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、假如主持人未按“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断,直到按下“停止” 键为止。 总而言之,本课题运用80C51单片机及外围接口实现的抢答系统设计了抢答器,该抢答器增长了新功能、提高了系统的可靠性、简化了电路结构、节约了成本,是一个实用的工程设计。 2.5 80C51特殊功能寄存器 特殊功能寄存器也称专用寄存器3,是具有特殊功能的所有寄存器的集合,简称SFR(Special Funct
20、ion Register)。特殊功能寄存器共具有21个不同寄存器。它们的地址分派在80HFFH中,即在RAM地址中。这些寄存器的名称和地址见表2。 注:带*号的特殊功能寄存器都是可以位寻址的寄存器虽然特殊功能寄存器地址在80HFFH之中,但在80HFFH的地址单元中,不是所有的单元都被特殊功能寄存器占用,未被占用的单元,其内容是不拟定的,假如对这些单元进行操作,得到的是一些随机数,而写入则无效。所以,用户编程时不应当将数据写入这些未拟定的地址单元,它们是公司留待将来开发新产品时使用的。 2.6 80C51的功能及简介 80C51单片机是Philips公司MC51系列单片机的一种8位单片机。它最
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