三路抢答器文档格式.docx

1、2.1 电路器件的选择 52.2 时钟电路的设计 52.3 复位电路设计 62.4 LED 显示电路设计与器件选择 72.5 键盘扫描电路的设计 72.6 蜂鸣器电路的设计 82.7 系统复位 93 系统软件设计及调试 103.1 程序流程图 11结论与体会 13参考文献 141 设计任务与要求一位主持人与三位抢答者，复位后甲乙丙的红绿灯全亮，开始键、复位键指示灯全暗，主持人按复位键则仅复位指示灯亮，其他都暗，准备开始，主持人按开始键，开始灯亮，允许抢答，此时优先者则相应成功指示灯亮，如果允许前抢则相应规范灯亮，答题开始进行时，到规定时间不允许答题，并返回复位状态。设计要求如下：1）具有抢答控

2、制和倒计时显示功能；2）控制器应有复位控制、开始控制、抢答控制和状态指示等功能，并有答题时控制和显示功能；1.1 系统功能设计本系统是借用单片机采用模块化设计的三路抢答器，包括3路抢答按扭、计时显示、提示功能等（根据需要可另设或多设相关功能）、开始与结束控制按钮、时限设定、各种相关显示调控功能等（根据需要也可另设或多设相关功能）。参赛者系统，除享有抢答按扭的权利功能外，还有人性化的提示功能和时间提示功能，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，对提前抡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

3、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，并有显示提示。本系统采用模块化设计的三路抢答器，在抢答比赛中广泛应用，各组分别有一个抢答按钮。一共有3个按键输入，分别对应3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置，原始状态下抢答时间为30s，回答问题时间为60s。通过加键和减键修改上述时间，改完后结束键确定。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生提示。如果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，扬声器持续发生。主持人可按键结束，

4、新一轮抢答开始。单片机是整个抢答器的核心，内部电路设计用汇编语言编写。它完成了时间参数的设定，抢按号码的译码，保存；显示；输出，抢按及答题倒计时功能等。系统的主要功能模块方框图如图1所示。图1 系统主要功能模块 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”，当抢按超过规定时间或答题超过规定时间后数码管显示“FFF”。若有选手在规定时间内抢按成功，则可以答题，数码管显示选手号码。若在按开始键前抢答，数码管显示“FF”并显示选手号码。1.2 抢答器的工作流程设计抢答

5、器的基本工作原理：在抢答竞赛或呼叫时，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，并识别、记录第一个号码，同时内部的定时器开始工作，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、违例流程等几部分，如图2所示：图2抢答器工作流程2 系统硬件设计 根据初步设计方案的分析，设计这样一个简单的应用系统，以AT89C51单片机为控制核心，采用模块化的设计方案，可以实现3位数字抢答器的各项基本功能，例如定时抢答、显示抢答选手号码，主持人控制等等。图3 电子抢答器硬件电路图2.1

6、电路器件的选择 本次设计的数字抢答器采用AT89C51单片机作为系统的控制单元。就抢答器而言，通常可采用液晶显示或数码管显示。由于一般的段式液晶屏，需要专门的驱动电路，而且液晶显示作为一种被动显示，可视性相对较差；对于具有驱动电路和微处理器接口的液晶显示模块（字符或点阵），一般多采用并行接口，对微处理器的接口要求较高，占用资源多。另外，AT89C51本身无专门的液晶驱动接口，因此，本时钟采用数码管显示方式。数码管作为一种主动显示器件，具有亮度高、价格便宜等优点，而且市场上也有专门的时钟显示组合数码管。本次的设计我采用的是7SEG-MPX4-CC数码管。此外还有按钮、扬声器、电容、电阻，导线等等

7、。2.2 时钟电路的设计单片机必须在时钟的驱动下才能工作。在单片机内部有一个时钟振荡电路，只需要外接一个振荡源就能产生一定的时钟信号送到单片机内部的各个单元，决定单片机的工作速度。 一般选用石英晶体振荡器。此电路在加电大约延迟10ms后振荡器起振，在XTAL2引脚产生幅度为3V左右的正弦波时钟信号，其振荡频率主要由石英晶振的频率确定。图4 外部振荡源电路 电路中两个电容 C1，C2的作用有两个：一是帮助振荡器起振；二是对振荡器的频率进行微调。C1，C2的典型值为20PF。单片机在工作时，由内部振荡器产生或由外直接输入的送至内部控制逻辑单元的时钟信号的周期称为时钟周期。其大小是时钟信号频率的倒数

8、，常用fosc表示。图中时钟频率为12MHz，即fosc=12MHz，则时钟周期为1/12s。2.3 复位电路设计单片机的第9脚RST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，如图5所示:图5复位电路 图5中由按键RESET1以及电解电容C3、电阻R8构成按键及上电复位电路。由于单片机是高电平复位，所以当按键RESET1按下时候，单片机的9脚RESET管脚处于高电平，此时单片机处于复位状态。当上电后，由于电容的缓慢充电，单片机的9脚电压逐步由高向低转化，经过一段时间后，单片机的9脚处于稳定的低电平状态，此时单片机上电复位完毕，系统程序

9、从0000H开始执行。值得注意的是，在设计当中使用到了硬件复位和软件复位两种功能，由上面的硬件复位后的各状态可知寄存器及存储器的值都恢复到了初始值，而前面的功能介绍中提到了倒计时时间的记忆功能，该功能的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。2.4 LED 显示电路设计与器件选择显示功能与硬件关系极大，当硬件固定后，如何在不引起操作者误解的前提下提供尽可能丰富的信息，全靠软件来解决。在这里我们使用的是七段数码管显示，通常在显示上我们采用的方法一般包括两种：一种是静态显示，一种是

10、动态显示。其中静态显示的特点是显示稳定不闪烁，程序编写简单，但占用端口资源多；动态显示的特点是显示稳定性没静态好，程序编写复杂，但是相对静态显示而言占用端口资源少。在本设计中根据实际情况采用的是动态显示方法。数码管采用的是4位七段共阴数码管，其中AH段分别接到单片机的P0口，由单片机输出的P0口数据来决定段码值，位选码COM1、COM2、COM3、COM4分别接到单片机的P2.0、P2.1、P2.2、P2.3，由单片机来决定当前该显示的是哪一位。还有八个10K的电阻，连接在P0口上，用作P0口的上拉电阻，保证P0口没有数据输出时候处于高电平状态。2.5 键盘扫描电路的设计键盘是人与单片机打交道

11、的主要设备。关于键盘硬件电路的设计方法也可以在文献和书籍中找到，配合各种不同的硬件电路，这些书籍中一般也提供了相应的键盘扫描程序。站在系统监控软件设计的立场上来看，仅仅完成键盘扫描，读取当前时刻的键盘状态是不够的，还有不少问题需要妥善解决，否则，人们在操作键盘就容易引起误操作和操作失控现象。在单片机应用中键盘用得最多的形式是独立键盘及矩阵键盘。在设计中采用了独立键盘的方式，本设计中有3个抢答按键输入，一个开始按键、一个结束按键，此外还有抢答时间调整键、回答时间调整键，加一按键、减一按键各一个。3个抢答按键分别接入单片机的P1.0P1.2端口，单片机通过读取P1.0P1.2的值来判断当前输入的是

12、3个抢答按键中的哪一个。抢答时间调整和回答时间调整接到单片机的P3.2和P3.3接口，加一及减一按键接到单片机的P3.4和P3.5接口。图6开始、结束按键 在图6中，开始及结束按键接到单片机的10、11脚，这里用到了单片机10、11脚复合功能中的IO端口功能，单片机通过读取10、11脚的P3.0、P3.1的IO端口值来判断当前是否处于抢答开始状态或抢答结束状态。按键的触点在闭合和断开时均会产生抖动，这时触点的逻辑电平是不稳定的，如不妥善处理，将会引起按键命令的错误执行或重复执行。现在一般均用软件延时的方法来避开抖动阶段，这一延时过程一般大于5ms，例如取10-20ms。如果监控程序中的读键操作

13、安排在主程序（后台程序）或键盘中断（外部中断）子程序中，则该延时子程序便可直接插入读键过程中。它们各有自己的特点，其中独立键盘硬件电路简单，而且在程序设计上也不复杂，一般用在对硬件电路要求不高的简单电路中；矩阵键盘与独立键盘有很大区别，首先在硬件电路上它要比独立键盘复杂得多，而且在程序算法上比它要烦琐，但它在节省端口资源上有优势得多，因此它更适合于多按键电路。其次就是消除在按键过程中产生的“毛刺” 现象。这里采用最常用的方法，即延时重复扫描法，延时法的原理为：因为“毛刺”脉冲一般持续时间短，约为几ms，而我们按键的时间一般远远大于这个时间,所以当单片机检测到有按键动静后再延时一段时间（这里我们

14、取10ms）后再判断此电平是否保持原状态,如果是则为有效按键，否则无效。2.6 蜂鸣器电路的设计本文设计如图7所示。图中单片机的14脚输出具有复合功能，此处用到了单片机17脚的IO端口功能，单片机通过内部定时器的操作实现交替变换的波形输出驱动扬声器发声。图7蜂鸣器电路原理图我们知道，声音的频谱范围约在几十到几千赫兹，若能利用程序来控制单片机某个口线的“高”电平或低电平，则在该口线上就能产生一定频率的矩形波。接上喇叭就能发出一定频率的声音，若再利用延时程序控制“高”“低”电平的持续时间，就能改变输出频率，从而改变音调，使喇叭发出不同的声音。2.7 系统复位使CPU进入初始状态，从0000H地址开

15、始执行程序的过程叫系统复位。从实现系统复位的方法来看，系统复位可分为硬件复位和软件复位。硬件复位必须通过CPU外部的硬件电路给CPU的RESET端加上足够时间的高电位才能实现。上电复位，人工按钮复位和硬件看门狗复位均为硬件复位。硬件复位后，各专用寄存器的状态均被初始化，且对片内通用寄存器的内容没有影响。但是，硬件复位还能自动清除中断激活标志，使中断系统能够正常工作，这样一个事实却容易为不少编码人员所忽视。软件复位就是用一系列指令来模拟硬件复位功能，最后通过转移指令使程序从0000H地址开始执行。对各专用寄存器的复位操作是容易的，也没有必要完全模拟，可根据实际需要去主程序初始化过程中完成。而对中

16、断激活标志的清除工作常被遗忘，因为它没有明确的位地址可供编程。有的编程人员用020000（LJMP 0000H）作为软件陷阱，认为直接转向0000H地址就完成了软件复位，就是这类错误的典型代表。 软件复位是使用软件陷阱和软件看门狗后必须进行的工作，这时程序出错完全有可能发生在中断子程序中，中断激活标志已置位，它将阻止同级中断响应。由于软件看门是高级中断，它将阻止说要中断响应，由此可见清除中断激活标志的重要性。在所有的指令中，只有RETI指令能够清除中断激活标志。出错处理程序ERR主要完成这一功能，其他的善后工作交由复位后的系统去完成。程序一般先关中断，以便后续处理能顺利进行，然后用两个RETI

17、指令代替两个LJMP指令，从而清除了两级中断激活标志。有相应软件陷阱捕捉来的程序可能没有全部激活两个标志，这也无妨。为了使系统能正确决定采用何种启动方式，常用上电标志来区分，如图8。图8框图3 系统软件设计及调试软件任务分析和硬件电路设计结合进行，哪些功能由硬件完成，哪些任务由软件完成，在硬件电路设计基本定型后，也就基本上决定下来了。软件任务分析环节是为软件设计做一个总体规划。从软件的功能来看可分为两大类：一类是执行软件，它能完成各种实质性的功能，如测量，计算，显示，打印，输出控制和通信等，另一类是监控软件，它是专门用来协调各执行模块和操作者的关系，在系统软件中充当组织调度角色的软件。这两类软

18、件的设计方法各有特色，执行软件的设计偏重算法效率，与硬件关系密切，千变万化。图9软件系统结构图 3.1 程序流程图 在本设计中包括了以下主要的程序：主程序，查询程序，非法抢答程序，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。主持人按下开始抢答键后，进入抢答30S倒计时， 主持人按下抢答开始键，若有选手进行抢答，显示其号码，并进入60秒倒计时,主持人按下抢答开始键之前，抢答选手若按下抢答键，视为违规，显示其号码，同时报警。图10程序设计流程图结论与体会通过此次实验我了解了许多元件的功能，对其在电路中的使用有了更多的认识。实验比书本更接近于现实生

19、活，而理论到实践的转化往往是一个艰难的过程。因此，在此过程中我们不得不认真的学习自己不懂及巩固自己以前掌握不牢的知识。单片机作为我们的主要专业课之一，虽然在开学初我对这门课并没有什么兴趣，觉得那些程序枯燥乏味，但在这次课程设计后我发现自己在努力中对单片机的兴趣也在逐渐增加。我觉得做单片机课程设计是十分有意义的，而且是十分必要的。在已度过的大学时间里，我们大多数接触的是专业课。我们在课堂上掌握的仅仅是专业课的理论知识，如何去锻炼我们的实践能力？如何把我们所学的专业基础课理论知识运用到实践中去呢？我想做类似的课程设计就为我们提供了良好的实践平台。此次单片机课程设计，我做的是电子抢答器的设计，虽然设

20、计简单，但是所有的知识点都应用在设计中。老师布置了课题之后，我查找大量相关材料，然后知识汇总，把有关课题的内容经过对比与分析，最后来完成课设。电子抢答器在很多参考书上都有介绍，但运用到软件中时，出现各种不同的错误，我参考别人的程序，在老师的指导下，根据书本上所讲的有关知识点加以改进，编了一个新的程序，来实现功能。在编程过程中我运用的是汇编语言，比较C语言来说，感觉比较简洁清晰，函数关系较为清晰，并可以减少程序的冗长。但是，通过这次设计我也发现自己的很多不足之处。在设计过程中遇到的问题可以说是困难重重，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

21、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，让我想到了一句话：一件事，你用心去做了，不一定会成功，但如果你不去做，那就一定不会成功。参考文献1王迎旭.单片机原理与应用M.机械工业出版社 2009年2程相波,卫安军.基于MCS-51单片机的八路抢答器设计方法研究J.北京工业职业技术学院学报,2007,（2）.3林凌,李刚,丁茹等.新型单片机接口器件与技术M.西安:西安电子科技大学出版社,2005年.4李增生.对抢答器的改进J.电子制作,2000,（12）.5马轲瀛.八路数字抢答器系统J.华商，2007,（23）.6高伟.AT89单片机原理及应用M.北京:国防工业出版社，2008年.7蔡朝阳.单片机控制实习与专题制作M.北京:北京航空航天大学出版社,2006年. 8杨凌霄.微型计算机原理及应用M.江苏:中国矿业大学出版社,2004年.9丁建伟.抢答器电路设计J.兰州工业高等专科学校学报,2008,（04）.10胡学海.单片机原理及应用系统设计M.北京:北京电子工业出版社，2005年.指导教师评语：成绩： 指导教师签字： 年 月 日