基于单片机抢答器毕业设计.doc

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1、目录摘要1Abstract2第一章 绪论31.1基于单片机抢答器的背景31.2单片机抢答器的组成31.3抢答器的应用3第二章 系统设计42.1总方案设计42.2基本功能52.3扩展功能5第三章 硬件电路设计63.1单片机的选择63.2各模块的设计73.2.1单片机最小系统73.2.2抢答按键电路83.2.3显示器电路93.2.4蜂鸣器报警电路9第四章 软件设计114.1程序设计114.2调试114.2.1仿真测试114.2.2初始状态仿真114.2.3抢答开始仿真124.2.4抢答成功仿真134.2.5抢答违规仿真154.2.6抢答过时仿真16附录17一 程序清单17二 参考资料201摘要单片

2、机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。在竞赛、文体娱乐活动（抢答活动）中，能准确、公正、直观地判断出抢答者的机器。通过抢答者的指示灯显示、数码显示和警示显示等手段指示出第一抢答者。单片机在抢答器中是控制主体。关键字：单片机；抢答器；数码显示Abstractthe SCM is A kind of integrated circuit chips,

3、 is to use very large scale integrated circuit technology has the ability to handle data CPU CPU, RAM random access memory read only memory ROM, A variety of I/O mouth and interrupt system, timer/timer function (may include display driver circuit, pulse width modulation circuit, simulation way more

4、converter, A/D converter circuits, etc) integrated into one of these forms of A small and perfect computer system. In the competition, entertainment activities (vies to answer first activities), can accurate, justice and intuitive to diagnose the vies to answer first the machine. Through the display

5、, the indicator of vies to answer first digital display and alarm display, and other means to show the first vies to answer first. In the single chip microcomputer control subject is vies to answer first.Key word: SCM; Vies to answer first device; Digital display20第一章 绪论1.1 基于单片机抢答器的背景二十世纪跨越了三个“电”的时

6、代，即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代。不过这种电脑，通常是指个人计算机，简称PC机。它由主机、键盘、显示器等组成。还有一类计算机，大多数人却不怎么熟悉。这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机（亦称微控制器）。顾名思义，这种计算机的最小系统只用了一片集成电路，即可进行简单运算和控制。因为它体积小，通常都藏在被控机械的“肚子”里。它在整个装置中，起着有如人类头脑的作用，它出了毛病，整个装置就瘫痪了。现在，这种单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器。各种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品升级换代的功效，常在产品名称前冠以形容词“智能型”。在知识竞赛

7、中，往往会用到抢答器。故此我们就选择利用单片机编程来设计抢答器，急事两组的抢答器时间相差几微秒，也能轻松的分辨出哪一组（或哪个选手）先抢答道题。1.2 单片机抢答器的组成本系统采用单片机作为整个控制核心。单片机采用的是89C52型号。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。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。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。该抢答器系统通过开关电路六个按键输入抢答信号，利用一个数码管来完成显示功能。1.3 抢答器的应

8、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赛裁决，诸如证券、股票交易及各种智力竞赛等，因此我们设计了以单片机为核心的新型智能的抢答器，在保留原始抢答器的基本功能的同时又增加数码管显示电路实现了其它功能。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。第二章 系统设计2.1 总方案设计抢答器的工作原理是采用单片机最小系统（时钟电路、复位电路），用查询式键盘进行抢答。由数码管显示组号。主持人按下开始抢答键后选手才可以开始抢答。若主持人没有按下开始抢答按纽（P2.7），而有选手抢答则为抢答违规，此时报警器响起并显示此选手的组号，需要主持人按下复位键，重新开

9、始抢答。在主持人按下开始抢答按纽（P2.7），有选手在5秒抢答，显示他的组号。若此5秒内没有选手抢答，数码管会熄灭，蜂鸣器有报警提示，则此次抢答作废，由主持人按下复位开关进行下一轮重新抢答。此次设计包括单片机最小系统、抢答按键模块、显示模块、抢答开关模块、蜂鸣器音报警模块。如下图所示为总体方框图。图1 总方框图2.2 基本功能 （1）、设计一个智力竞赛抢答器，可同时供6名选手或6个代表队参加比赛，他们的编号分别为1、2、3、4、5、6，各用一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相对应，分别为key1-key6。 （2）、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

10、的开始。 （3）、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数码管行显示出选手的编号，扬声器给出音响提示，同时封锁输入电路，禁止其他选手抢答。优先抢答的选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。 （4）、如果主持人未按抢答开始键，而有人按了抢答按键，此为犯规抢答，蜂鸣器报警器并响个不停，直到主持人按下停止 键为止。2.3 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（比如30s）。当节目主持人按下“开始”键后，要求定时器立即计时，并用数码管显示。 （2）、参赛选手在设定的时间内抢答，抢答有效，定时显示器停止工作，显

11、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。 （3）、如果定时器抢答的时间已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效，系统短暂报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答。 第三章 硬件电路设计3.1 单片机的选择单片机（SCM）是单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）的简称。它是把中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、I/O接口电路、定时/计数器以及输入输出适配器都集成在一块芯片上，构成一个完整的微型计算机。它的最大优点是体积小，可放在仪表内部，但存储量小，输入输出适配器简单，功能较低。目前，单片机在民用和工业测控领域得到最广泛的应

12、用，早已深深地融入人们的生活中。近年来，AT89C51在我国非常流行，它最大的特点是内部有可以多次重复编程的ROM，并且ROM可以直接用编程器来擦写，使用起来比较方便。本设计使用到的元器件包括：AT89C51芯片、数码LED显示器、七段LED数码管的译码。其中AT89C51是系统的核心，它主要负责控制各个部分的协调工作。在其外围接上复位电路，上拉电阻，数码管，按钮以及振荡器，P2.0-P2.5为抢答输入键接口，数码管段选P0口，蜂鸣器输出为1.5口。 本课题在选取单片机时，根据课本上的单片机知识，并且充分借鉴了许多成 形产品使用单片机的经验，结合自己的实际情况，选择了Intel公司的89C52

13、单片机。单片机的引脚排列图如图2所示：图2 AT89C51单片机引脚排列3.2 各模块的设计3.2.1 单片机最小系统图3 单片机最小系统3.2.2 抢答按键电路采用独立键盘，有单片机扫描查询的方式判断是否有选手抢答。主持人开始按键由P2.7控制，选手按键由P2.0P2.5控制。图4 按键电路3.2.3 显示器电路数码显示管分为共阳数码管和共阴数码管两种。本设计采用共阴极数码显示管做显示电路。由于采用的是共阳的数码显示管，所以只要数码管的各引脚为高电平，那么其对应的二极管就会发光。数码管要显示抢答违规者编号、正常抢答者编号。由单片机的P0口控制数码管的段选。图5 数码管显示电路3.2.4 蜂鸣

14、器报警电路蜂鸣器是一种电子电路中常用的发声器件，蜂鸣器分为有源蜂鸣器和无源蜂鸣器两种。提供蜂鸣器发声所需要较高的电流，单片机的I/O口驱动能力有限，而我们知道三极管有电流放大的作用。蜂鸣器音频输出电路的功能是用来报警，当遇到报警信号时，发出蜂鸣声，以此来提醒操作者。本电路通过控制不同频率的矩形脉冲来控制蜂鸣器发声。此次课程设计中只需要一些简单的提示声音，如有抢答违规，开始抢答，抢答时间结束和回答问题时间到的提示声音。当主持人按下开始按钮，系统接收到一个低电平，此时蜂鸣器响起；当开始抢答后，某一选手按下抢答按钮，系统接收到一个低电平，此时蜂鸣器响起；当还未开始抢答就有选手按下抢答按钮后，此时系统

15、将接收到一个矩形脉冲由高低电平交换运行来控制蜂鸣器，是低电平时蜂鸣器响起，高电平时蜂鸣器停止发声。图6 蜂鸣器报警电路第四章 软件设计4.1 程序设计程序设计(Programming)是指设计、编制、调试程序的方法和过程。在进行微机控制系统设计时，除了系统硬件设计外，大量的工作就是如何根据每个生产对象的实际需要设计应用程序。在单片机控制系统中，大体上可分为数据处理、过程控制两个基本类型。数据处理包括：数据的采集、数字滤波、标度变换等。过程控制程序主要是使单片机按一定的方法进行计算，然后再输出。为了完成上述任务，在进行软件设计时，通常把整个过程分成若干个部分，每一部分叫做一个模块。把一个程序分成

16、具有多个明确任务的程序模块，分别编制、调试后再把它们连接在一起形成一个完整的程序，这样的程序设计方法称为模块化程序设计。所谓“模块”，实质上就是能完成一定功能，并相对独立的程序段，这种程序设计方法称为模块程序设计法。4.2 调试4.2.1 仿真测试由keil软件编译生成hex文件，将此文件导入单片机中，进行硬件仿真。4.2.2 初始状态仿真主持人未按开始按钮且选手都处于准备状态时。仿真结果如图7。图7 初始状态仿真图4.2.3 抢答开始仿真主持人按下开始按钮后，选手们进入抢答5秒倒计时。仿真结果如图8。图8抢答开始仿真图4.2.4 抢答成功仿真主持人按下开始按钮后，5秒内抢答则为成功抢答。仿真

17、图为2号选手成功抢答。仿真结果如图9。图9 抢答成功仿真图4.2.5 抢答违规仿真若在主持人还未按下开始按钮时，选手就抢答则为抢答犯规。图为5号选手在主持人未宣布开始时就抢答，从而造成犯规。数码管显示犯规这的组号，蜂鸣器报警。仿真结果如图10。图10 抢答违规仿真图4.2.6 抢答过时仿真主持人按下开始按钮后，开始5秒抢答倒计时，如果在这5秒中无人抢答，此次抢答算作失败，数码管熄灭，蜂鸣器报警。仿真结果如图11图11 抢答过时仿真图附录一 程序清单/*“answer.h”库文件*/#ifndef _ANSWER_H_#define _ANSWER_H_#include #include typ

18、edef unsigned char uint8;typedef unsigned int uint16;sbit key1 = P20; /1号选手sbit key2 = P21; /2号选手sbit key3 = P22; /3号选手sbit key4 = P23; /4号选手sbit key5 = P24; /5号选手sbit key6 = P25; /6号选手sbit key = P27; /主持人sbit beep = P15; /蜂鸣器uint8 flag;uint8 one;#endif/*main.c文件*/#include answer.h /库文件头code uint8 l

19、edcode=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0x8c,0xff; /共阳数码管字段码uint8 num,t0=0;void delay() /延时函数uint16 n = 1000;while(n-);void ans() /键盘扫面函数uint8 temp;P2 = 0xff;temp = P2;temp = temp&0xff;if(temp!=0xff) /判断选手是否按键delay();temp = P2;temp = temp&0xff;if(temp!=0xff)temp = P2;switch(temp)case 0x7f:num = 7;

20、flag=1;beep=1;one=0;break;case 0xfe:num = 1;one=1;break;case 0xfd:num = 2;one=1;break;case 0xfb:num = 3;one=1;break;case 0xf7:num = 4;one=1;break;case 0xef:num = 5;one=1;break;case 0xdf:num = 6;one=1;break;P0 = ledcodenum;void init() /定时器0初始化TMOD=0x01; TH0=0x3c;TL0=0xb0;void Handle() /蜂鸣器工作函数beep=0;

21、void main() /主函数num=7;flag=0; /主持人按键标志位one=1;init();while(1)ans();if(flag=1) if(num = 7) EA=1; ET0=1; TR0=1; ans(); if(num!=7) P0=ledcodenum; TR0 = 0; beep = 1; TH0=0x3c; TL0=0xb0; while(key=1); if(flag=0)&(one=1)&(num!=7)Handle();void timer0() interrupt 1 /定时器工作函数TH0=0x3c;TL0=0xb0; t0+;if(t0 = 100 )t0 = 0;P0 = ledcode8;beep = 0;while(key=1);二 参考资料1 秦实宏，徐春晖. MCS-51单片机原理及应用. 武汉：华中科技大学出版社，2010.62 康华光，陈大钦，张林. 电子技术基础. 北京：高等教育出版社，2006.13 邹玲，罗明. 电路理论 .武汉：华中科技大学出版社，2008.8