2021年基于单片机的数字式竞赛抢答器设计说明.doc
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1、四川信息职业技术学院毕业设计阐明书设计题目:基于单片机数字式竞赛抢答器 专 业: 通 信 技 术 班 级: 学 号: 姓 名: 指引教师: 二八年十二月三十日四川信息职业技术学院毕业设计(论文)任务书学 生姓 名学号班级专业通信技术设计题目基于单片机数字式竞赛抢答器指引教师姓名职 称工作单位及所从事专业联系方式备 注讲 师高档工程师设计(论文)内容:(1)设计指标抢答器可同步供8名选手或8个代表队比赛。设立一种系统清除和抢答控制开关,该开关由主持人控制。抢答器具备锁存与显示功能。即选手按动按钮,锁存相应编号,并在LED数码管上显示,同步扬声器发出报警声响提示。选手抢答实行优先锁存,优先抢答选手
2、编号始终保持到主持人将系统清除为止。 抢答器具备定期抢答功能,且一次抢答时间由主持人设定(如30秒)。当主持人启动开始键后,定期器进行减计时,同步扬声器发出短暂声响,声响持续时间0.5秒左右。参赛选手在设定期间内进行抢答,抢答有效,定期器停止工作,显示屏上显示选手编号和抢答时间,并保持到主持人将系统清除为止。如果定期时间已到,无人抢答,本次抢答无效,系统报警并禁止抢答,定期显示屏上显示FF。(2)设计规定画出电路原理图(或仿真电路图);元器件及参数选取;单片机程序设计与编程;电路仿真与调试;PCB文献生成。进度安排:第5周:任务下达,理解消化任务规定;初步设计方案拟定;第6周第10周:设计方案
3、拟定,分模块某些完毕;第11周:中期检查,查找问题,分析解决难点;第12周第15周:分模块调试,整体电路调试,论文书写等;第16周:答辩。参照文献:1朱永金.成友才.单片机应用技术.北京:中华人民共和国劳动社会保障出版社,2何立民.单片机高等教程.北京:航空航天大学出版社,3雄建云.Protel99 se EDA技术及应用.北京:机械工业出版社,4林春方.电子线路学习指引与实训.北京:电子工业出版社,审批意见教研室负责人:年 月 日备注:任务书由指引教师填写,一式二份。其中学生一份,指引教师一份目录摘要1第1章绪论2第2章总体方案设计32.1方案比较32.2方案论证及选取4第3章抢答器硬件电路
4、设计53.1单片机最小系统53.1.1单片机时钟电路53.1.2单片机复位电路63.2键盘电路设计63.2.1选手抢答电路73.2.2主持人控制电路73.3显示驱动电路83.4蜂鸣电路93.5电源电路10第4章软件某些114.1单片机内部信号分析114.2重要程序流程114.2.1系统主程序流程114.2.2中断程序流程12第5章仿真及调试145.1软件仿真145.2硬件调试14总结16致谢17参照文献18附录1整机电路图19附录2PCB板图20附录3源程序21摘要本设计是采用单片机设计多人比赛智力抢答器系统。它具备电路简朴、功能齐全、制作成本低、性价比高等特点,是一种经济、实用比赛用抢答器。
5、硬件某些重要由单片机、LED显示屏、LED驱动器、声音报警器、主持人操作键盘和其他基本外围电子电路构成。软件某些采用51系列单片机通用汇编语言与C语言设计编写。该抢答器不但能实现显示各位抢答选手号,并且具备抢答30秒倒计时(可调)、答题60秒倒计时(可调)、违例抢答报警等功能。并且功能增减以便,只需对软件做相应修改即可。核心词单片机;抢答;倒计时第1章绪论电子计算机发展经历了从电子管、晶体管、集成电路到大规模集成电路共四个阶段,即普通所说第一代、第二代、第三代和第四代计算机。当前广泛使用微型计算机是大规模集成电路技术发展产物,因而它属于第四代计算机,而单片机则是微型计算机一种分支。从1971年
6、微型计算机问世以来,由于实际应用需要,微型计算机向着两个不同方向发展:一种是向着高速度、大容量、高性能高档微机方向发展;而另一种则是向稳定可靠、体积小和价格廉单片机方向发展。但两者在原理和技术上是紧密联系。单片机因将其重要构成某些集成在一种芯片上而得名,详细说就是把中央解决器、随机存储器、只读存储器、中断系统、定期器/计数器以及I/O口电路等重要微型机部件,集成在一块芯片上。虽然单片机只是一块芯片,但从功能和构成上,它已具备了计算机属性,为此它称为单片微型机。单片机有诸多特点,重要体当前:体积小、功耗低、价格廉、控制功能强、应用现场环境恶劣等。本设计核心采用了AT89C51单片机。80C51单
7、片机系列是在MCS51系列基本上发展起来,初期80C51只是系列众多芯片中一类,但是随着日后发展,80C51已经形成独立系列,并且成为当前8位单片机典型代表。80C51芯片为40引脚双列直插封装,单一+5V电源,它具备3个可编程I/O口,其中2个口(A和B)为8位口,1个口(C)为6位口。此外尚有128单元RAM和1个14位计数构造定期器/计数器。第2章总体方案设计2.1方案比较方案一:采用数字电路实现定期抢答器总体框图如图2-1所示,它由主体电路和扩展电路两某些构成。主体电路完毕基本抢答功能,即开始抢答后,当选手按动抢答按钮时,能显示选手编号,同步能封锁输入电路,禁止其她选手抢答。扩展电路完
8、毕定期抢答功能。重要是对秒脉冲产生电路计算从而达到定期功能。图2-1数字抢答器构成框图定期抢答器工作过程是:主持人将开关置于“清除”位置,抢答器处在禁止工作状态,定期显示屏上显示设定期间,当节目主持人宣布抢答题目后,按下“开始”键,扬声器发出响声提示,定期器倒计时。当定期时间到,却没有选手抢答,系统报警,并禁止选手超时后抢答。当选手在定期时间内抢答时,电路及时辨别出抢答者编号,由锁存器进行锁存,然后译码显示电路显示编号,同步扬声器发声报警,同步对输入编码电路进行封锁,避免其她选手再次抢答,显示剩余抢答时间,并保持到主持人将系统清零为止。当选手将问题回答完毕时,主持人操作控制开关,使系统恢复到禁
9、止工作状态,以便进行下一轮抢答。方案二:采用单片机实现相比第一方案而言此方案,采单片机为控制核心大大简化了系统电路构造,把各种解决功能整合在了单片机内部。此设计方案把软件设计作为设计重点,在原始单一功能上添加了倒计时抢答、答题倒计时、显示选手号等新颖附属功能,并保存了老式报警某些,电路还较简朴,详细方框图如2-2所示。图2-2方案二框图这是一种单片机控制智能化抢答器,该抢答器可以克服普通抢答器存在各种缺陷。本系统功能是通过按下抢答键按钮使单片机相应端口线读入信号,通过解决后输出显示所按下键号。本系统还具备筛选第一有效抢答信号、显示超前违规抢答信号、以及可变抢答倒计时信号和答题倒计时信号等功能。
10、2.2方案论证及选取无论是学校、工厂、军队还是益智性电视节目,都会举办各种各样智力竞赛,都会用到抢答器。当前市场上已有各种各样智力竞赛抢答器,但绝大多数以模仿电路、数字电路或者模仿电路与数字电路相结合产品。这某些抢答器以相称成熟,但是可以看到功能越多电路相对来说就越复杂,且成本较高,故障高,显示方式简朴,甚至没有显示电路。方案一中电路模块太多,还不能显示剩余答题时间,无法精确判断选手答题与否超时。近年来随着科技飞速发展,单片机应用正不断走向进一步。因此咱们选用单片机作为核心部件进行逻辑控制及信号产生,用单片机自身优势使竞赛真正达到公正、公平、公开。第3章抢答器硬件电路设计3.1单片机最小系统单
11、片机使用51系列AT89C51单片机,该单片机应用广泛,技术成熟。AT89C51单片机是一种低电压,高性能CMOS8位单片机,片内含4kbytes可重复擦写Flash只读程序存储器和128bytes随机存取数据存储器(RAM)。AT89C51有40个引脚,32个外部双向输入/输出(I/O)端口,同步内含2个外中断口,2个16位可编程定期计数器,2个全双工串行通信口,AT89C51可以按照常规办法进行编程,也可以在线编程。AT89C51单片机引脚见图3-1所示:图3-1AT89C51引脚图3.1.1单片机时钟电路AT89C51单片机中有一种用于构成内部振荡器高增益反向放大器,引脚XTAL1和XT
12、AL2分别为反向放大器输入和输出,这个放大器作为反馈元件片外石英晶体振荡或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器。外接石英晶体及电容、接在放大器反馈回路中构成并联振荡电路。对于外接电容、虽然没有十分严格规定,但电容容量大小会轻微影响振荡频率高低、振荡器稳定性、起振难易限度及温度稳定性。普通使用石英晶体,电容使用30pF10pF,而如使用陶瓷谐振器,最佳选取40pF10pF。3.1.2单片机复位电路复位是单片机重要操作内容,复位功能是系统正常运营先决条件。在简朴复位电路中,只要在微解决芯片RST引脚保持高电平达2个以上机器周期,即可完毕一次复位操作。考虑到电源稳定期间,参数漂移,晶振稳定期间以及复位可靠性
13、等因素,普通只要在RST引脚浮现10ms以上高电平,就能使单片机有效复位。复位是由外部电路来实现,按功能分为如下两种方式:上电自动复位方式和人工复位方式。上电自动复位电路虽然能实现上电复位功能,但对干扰没有抵抗作用,不能保证复位电路任何时候都能可靠地工作。人工复位将一种按钮开关并联于上电复位电路中。按一下开关会在RST端浮现一段时间高电平,使单片机复位,安全可靠,因此选取人工复位电路。见图3-2所示。图3-2单片机最小系统电路原理图3.2键盘电路设计键盘是单片机应用系统最惯用输入设备,操作人员可以通过键盘向单片机系统输入指令、地址和数据,实现简朴人机通信。3.2.1选手抢答电路本设计规定设计可
14、供8名选手抢答抢答器,可选用矩阵键盘独立式行列键盘。独立式按键就是各按键互相独立,每个按键单独占用一根I/O口线,每根I/O口线按键工作状态不会影响其她I/O口线上工作状态。因而,通过检测输入线电平状态可以很容易判断哪个按键被按下了。长处:电路配备灵活,软件构造简朴。缺陷:每个按键需占用一根I/O口线,在按键数量较多时,I/O口挥霍大,电路构造显得复杂。因而,此键盘是用于按键较少或操作速度较高场合。矩阵键盘与独立式按键键盘相比,硬件电路大大节约。可通过软件办法让一键具备多功能。它合用于按键数量较多场合,由行列线构成,按键位于行列交叉点上,节约I/O口。但是需要大量扫描、译码程序设计对于咱们来说
15、有些困难,考虑到本设计只需8名选手抢答,因此采用独立式行列按键,S1-S8分别是选手1至选手8抢答按键,如图3-3所示。图3-3选手抢答电路3.2.2主持人控制电路控制电路是抢答器所必要某些,它由主持人控制,用于控制开始/停止抢答、抢答时间和答题时间调节。采用功能按键实现,如图3-4所示。图3-4主持人控制电路3.3显示驱动电路驱动显示某些是本设计一种重要某些,LED数码管分为共阴极7段数码管如图3-5所示,共阳极7段数码管如图3-6所示。图3-5共阴极7段数码管图3-6共阳极7段数码管在单片机设计中,LED数码管显示方式有静态显示、动态显示两种,由于静态显示数码管每一种LED需要占用单片机一
16、条端口线实现显示控制,而单片机端口有限,因此采用动态控制显示方式。将几只数码管a-h分别连在一起与单片机段码控制端P0口连在一起,作为数码管段码控制。P2口P2.0P2.2与数码管公共端连在一起作为位码选取控制,使每只数码管可以单独显示。由于单片机端口驱动能力局限性,数码管电流较大,因此在P0口接上拉电阻增长驱动能力,P2口作为位码控制端驱动共阴型数码管显示。如图3-7所示。图3-7驱动显示电路3.4蜂鸣电路蜂鸣器重要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等构成。接通电源后,振荡器产生音频信号电流通过电磁线圈,使电磁线圈产生磁场,振动膜片在
17、电磁线圈和磁铁互相作用下,周期性振动发声。压电式蜂鸣器重要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等构成。它发声原理是电流通过电磁线圈,使电磁线圈产生磁场来驱动振动膜发声,因而需要一定电流才干驱动,本设计采用I/O口(P3.6)向扬声器送高电平来控制扬声器发声。如图3-8所示。图3-8蜂鸣电路3.5电源电路80C51单片机正常工作电压范畴为直流+4.5V至+6V,原则电压为+5V。实际应用时,可采用3节1.5V干电池串联构成4.5V或三端集成稳压器构成+5V直流电压源。若采用后者,可用220V市电经整流、滤波、稳压后输出稳定+5V直流电为其供电。+5V稳压器采用CW7805,其应用电
18、路如图3-9所示。图中滤波电容C2和C4值约为1000F,C3和C5为0.33F。发光二极管D6作用是显示读写器电源与否接通,若接通则D6灯亮,无接通则D6灯灭。图3-9电源电路原理图第4章软件某些4.1单片机内部信号分析一方面主持人按下复位按键,单片机进行内部扫描同步主持人可以调节抢答时间和容许答题时间,在整定期间当中如果没有调节抢答时间和答题时间,则抢答器工作为设立默认值(抢答时间30s,答题时间60s)。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“抢答开始键”进入下次抢答计时。同步在主持人未按下开始抢答按钮时候有选手抢答,则单片机发出一种
19、选手犯规信号送入扬声器,同步在LED数码管上显示选手号,以便主持人记录。只有当主持人按下开始抢答按钮,此时单片机开始倒计时并送到数码管显示,与此同步单片机向扬声器发一种提示信号驱动扬声器发声,此时选手才干开始抢答。4.2重要程序流程4.2.1系统主程序流程系统主程序控制单片机系统按预定操作方式运营,它是单片机系统程序框架。系统上电后,对系统进行初始化。初始化程序重要完毕对单片机内专用寄存器设定,单片机工作方式及各端口工作状态规定流程图如图4-1所示。NN图4-1重要流程图4.2.2中断程序流程时间调节采用中断来实现,流程图如图4-2所示,如果想调节抢答时间或答题时间,按“抢答时间调节”键或“答
20、题时间调节”键进入调节状态,此时会显示当前设定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上会显示变化后时间,调节范畴为0s99s,0s时再减1s会跳到99s,99s时再加1s会变到0s。图4-2中断流程图第5章仿真及调试5.1软件仿真一方面安装keilC51软件,建立工程,在工程目录下建立项目,在项目下编辑程序,保存在工程项目中,注意一定要设立文献后辍名,汇编语言程序为.ASM,C语言程序为.C,然后编译仿真直到0错误,0警告,最后生成hex文献以备后用,如图5-1所示。图5-1程序仿真完毕5.2硬件调试安装硬件调试软件ProteusISIS
21、,在原理图编辑区画好硬件电路图,设立好相应参数,导入hex文献。详细功能仿真如下:电路初始化,显示FFF等待主持人按下开始键,如图5-2所示。图5-2电路初始化抢答时间调至72秒时,如图5-3所示。图5-3抢答时间调至72秒答题时间调至67秒时,如图5-4所示。图5-4答题时间调至67秒在主持人未按下开始键时3号选手抢答犯规,显示屏显示选手号并闪烁,同步扬声器发声报警,如图5-5所示。图5-53号选手抢答犯规主持人按下开始键,倒计时到21秒都无人抢答,显示屏显示倒计时,如图5-6所示。图5-6无人抢答倒计时到21秒主持人按下开始键,4号选手成功抢答,显示屏显示4号选手号,同步扬声器短暂发声报警
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