单片机八路抢答器仿真图.docx
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单片机八路抢答器仿真图
基于51单片机的8路抢答器
摘要
此次设计提出了用AT89C51单片机为核心控制元件，设计一个简易的抢答器，本方案以AT89C51单片机作为主控核心，与晶振、数码管、蜂鸣器等构成八路抢答器，利用了单片机的延时电路、按键复位电路、时钟电路、定时/中断等电路，设计的八路抢答器具有实时显示抢答选手的号码和抢答时间的特点，还有复位电路，使其再开始新的一轮的答题和比赛，同时还利用C语言编程，使其实现一些根本的功能。
本设计的系统实用性强、判断精确、操作简单、扩展功能强。
它的功能实现是比赛开始，主持人读完题之后按下总开关，即计时开始，此时数码管开始进行30s的倒计时，直到有一个选手抢答时，对应的会在数码管上显示出该选手的编号和抢答所用的时间，同时蜂鸣器也会发出声音，以提示有人抢答此题，如果在规定的60s时间内没有做出抢答，那么此题作废，即开始重新一轮的抢答。
在抢答和答复时间的最后5s，蜂鸣器都会给予报警提示。
关键词：
单片机、AT89C51、抢答器、编码器、计数器、触发器、定时器
引言-------------------------------------------------------------------------------------------------------------3
绪论-------------------------------------------------------------------------------------------------------------4
第1章系统设计内容---------------------------------------------------------------------------------4
1.1系统设计依据-------------------------------------------------------------------------------------------4
1.2设计任务和要求-------------------------------------------------------4
1.3设计目的-------------------------------------------------------------------------------------------------4
第2章硬件设计--------------------------------------------------------------------------------------5
2.1单片机控制原理----------------------------------------------------------------------------------------5
2.2抢答器的原理-------------------------------------------------------------------------------------------5
2.2.1原理框图----------------------------------------------------------------------------------------------6
2.3功能模块电路-------------------------------------------------------------------------------------------6
2.3.1晶振复位与开始抢答电路------------------------------------------------------------------------6
选手抢答键〔矩阵式键盘〕---------------------------------------------------------------------8
.显示与显示驱动电路------------------------------------------------------------------------------8
蜂鸣器音频输出电路------------------------------------------------------------------------------9
第3章软件设计----------------------------------------------------------------------------------------10
--------------------------------------------------------------------------------------------------10
3.1.1系统流程图-------------------------------------------------------------------------------------------10
显示抢答违规流程图-------------------------------------------------10
3.抢答成功流程图-----------------------------------------------------10
第4章系统调试--------------------------------------------------------11
第5章总结------------------------------------------------------------11
附录一程序代码----------------------------------------------------------12
附录二仿真电路原理图----------------------------------------------------16
参考文献-----------------------------------------------------------------16
·引言
随着电子技术的飞速开展，基于单片机的控制系统已经广泛应用于工业、农业、电力、电子、智能楼宇等行业。
微型计算机作为嵌入式控制系统的主体与核心，代替了传统的控制系统的常规电子线路。
同时楼宇智能化的开展与成熟，也为基于单片机的照明控制系统的普与与应用奠定了坚实的根底。
电子智能抢答器在抢答过程中，为了知道哪一组或哪一位选手先答复以下问题，必须要设计一个系统来完成这个任务。
如果在抢答中，靠视觉是很难判断出哪组先答题。
利用单片机系统来设计抢答器，使以上问题得以解决，即使两组的抢答时间相差几微秒也可以分辨出使哪组优先答复以下问题。
抢答组数可以在八组以内任意使用，本系统设计为模块形式采用九针插头进行连接，系统工作原理本系统采用AT89C51单片机作为核心。
控制系统的五个模块分别为：
单片机最小系统、显示模块、显示驱动模块、抢答开关模块、音乐音频输出模块。
多路数字抢答器在各种智力竞赛中经常用到。
在各校举行的各种竞赛中我们也经常看到有抢答的环节，举办方多数采用让选手通过举答题板的方法判断选手的答题权，这在某种程度上会因为主持人的主观误断造成比赛的不公平性。
为解决这个问题，我准备借本次课程设计的时机制作一个八路数显抢答器。
一方面加深我们对所学习的知识的了解，稳固模拟、数字电路知识，也提升我们解决日常生活中常见问题的能力，掌握一般设计方法与设计步骤。
积累实际设计制作经验，为走向更复杂更实用的应用领域奠定根底。
控制系统主要由单片机控制电路、存储器接口电路与显示电路组成。
具体以AT89C51单片机为系统工作核心，负责控制各个局部协调工作。
在其外围接上了复位电路、上拉电阻、数码管、按钮与扬声器，其中用到了WAVE软件，集成调试环境，集成编辑器、编译器、调试器，支持软件模拟等。
同时也用到了PROTEUS软件，通过仿真可完全实现对所设计系统的功能的模拟。
·绪论
单片机作为计算机的一个重要分支，其应用范围很广，开展也很快，它已成为在现代电子技术、计算机应用、网络、通信、自动控制与计量测试、数据采集与信号处理等技术中日益普与的一项新兴技术，应用范围十分广泛。
对于计算机专业的学生来说，即使暂时没有从事单片机的应用与开发，学习单片机也有很重要的意义。
学习它，不仅为将来可能从事该方面的开发打下根底，另一方面，由于单片机作为微型计算机的一个种类，麻雀虽小，五脏俱全，可以把它当作微型计算机的一个简化模型来看待，学习单片机可以加深对微型计算机工作原理的理解，更加清楚计算机的脉络。
同时，提供了一个实际应用手段。
21世纪，是一个信息技术飞速开展的时代，智力竞赛是一种形式比较活泼的教育方式，是人们休闲娱乐生活的一局部。
这些竞赛一方面充实了人们的娱乐生活，另一方面也提高了人们努力汲取相关领域的知识的兴趣。
智力竞赛，也就是几个参赛选手之间在规定的时间，规定的地点相互竞争的比赛。
抢答是各种竞赛常用的一种形式。
在抢答赛中，往往要有主持人宣布抢答的开始，还要确定是哪个选手抢到了答题权，具体答题的时间有时也要设定。
这些如果仅凭主持人的主观判断，很容易出现误判的情况。
因此，在竞赛中，抢答器就扮演了一个非常重要的角色。
第1章系统设计内容
抢答器由计数器、存放器、集成定时器和译码显示等组合、时序电路组成。
可分为抢答电路，定时电路，报警电路等几个单元局部。
每个单元电路分别可以处理一些抢答竞赛中的根本问题。
本次课程设计设计的是一个多路定时抢答器，是一个多于两位选手参赛的一个抢答器，具有锁存和显示功能。
同时有主持人控制系统的清零和抢答的开始。
抢答开始后，假设有任何一名选手按动抢答按钮，抢答器就会显示该选手编号直至系统被主持人清零，并有扬声器发出提示，同时其他人再抢答就无效了。
这次设计的抢答器还有自动定时功能，主持人可以设定选手答题的时间。
当主持人启动“开始〞键后，定时器会自动减计时，这个会显示在显示器上。
选手只有在抢答时间内抢答才有效，假设在答题时间内没有选手答题，时间到时，报警电路就会发出警报亮灯并且禁止抢答。
设计一个八路抢答器
要求：
（1）设计出硬件电路；
（2）设计出软件编程方法，并写出源代码；
（3）用PROTEUS进行仿真；
（4）论文格式要符合学院的统一规定，结构要合符逻辑，表达要得体。
1.3设计目的
通过设计学习单片机最小系统的根本设计方法，掌握单片机应用系统的开发调试过程。
〔1〕学习单片机开发工具功能、特点和使用方法。
〔2〕学会单片机控制系统程序的编制和编制和调试方法。
〔3〕设计单片机抢答器硬件电路，绘制出电路原理图。
〔4〕编制并调试出键盘扫描程序和显示驱动程序。
〔5〕掌握单片机定时器的根本用法，编制出定时器的中断程序。
第2章硬件设计
2.1单片机控制原理
单片机〔SCM〕是单片微型计算机〔SingleChipMicrocomputer〕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/计数器以与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用，早已深深地融入人们的生活中。
简单的说，用单片机系统来设计抢答器，实现两组的抢答时间即使是相差几微秒，也可分辨出哪组优先答题。
P0端口〕：
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P1端口〕：
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后，被内部上拉为高电平，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2端口〕：
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能存放器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3端口〕：
P3口管脚是一个带有内部上拉电阻的8位的双向I/O端口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入端时，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流〔ILL〕。
2.2抢答器的原理
抢答器的工作原理是采用单片机最小系统，用程序查询方式采用动态显示组号。
主持人按下开始抢答键才可以抢答。
主持人没有按下开始抢答按纽〔P3.0〕，有人抢答那么抢答违规，报警并显示组号，主持人按下开始抢答开关重新抢答。
主持人按下开始抢答按纽〔P3.0〕，蜂鸣响声提示，数码管30秒倒计时抢答，蜂鸣器响声提示并显示他的组号，30秒内有人抢答那么开始60秒倒计时〔60秒内必须答复完问题〕，最后五秒倒计时警报。
单片机最小系统、抢答按键模块〔四位并行数码显示〕、显示模块、显示驱动模块、抢答开关模块、蜂鸣器音频输出模块。
原理与电路总框图
图抢答器总原理图
2.3功能模块电路
晶振复位与开始抢答电路
晶振的频率为12MHZ，提供89C51的时钟脉冲使89C51工作，复位电路是单片机初始化，使单片机重新开始执行程序。
当复位开关按下RST由低电平变为高电平，那么程序从头开始执行，在此次课程设计电路中当一个问题结束主持人后按下复位开关后进行下一题的准备。
图晶振复位电路
图开始抢答电路
选手抢答键〔矩阵式键盘〕
89C51的P1口做一个为选手抢答的输入按键引脚，至轮流输出低电位，给每一个选手编号1至8，中选手按下按钮时，P1口个端口的电平变化从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。
图2选手抢答电路
显示与显示驱动电路
此电路包括显示和驱动，显示采用数码管，驱动用P2口，违规者编号、抢答30秒倒计时、正常抢答者编号和答复以下问题时间60秒倒计时，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，当为低电平那么能驱动数码管使其显示数字。
在+5V电压下接10k的电阻，保证正常压降。
图2.3.3示与显示驱动电路
2.蜂鸣器音频输出电路
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和稍微显眼的灯控，有抢答违规，开始抢答，抢答时间结束和答复时间到得提示声和亮灯提醒。
图蜂鸣器音频输出电路
第3章软件设计
.1系统流程图
开始
初始化
读键盘是否有键按下
中断条件是否满足
调用显示抢答违
规并报警子程序
进入中断程序
开中断并响声提示
设定定时器值
并启动定时器
30秒抢答时间并显示
并显示
调用读键子程序为延时程序
是否有键按下
60秒到中断返回
调用抢答者获得的答复以下问题子程序
显示抢答违规流程图
开始
报警一直提示
显示违规者编号
3.抢答成功流程图
开始
响声提示
设置定时器初值并启动
显示抢答者后30秒倒计时
60秒答问题时间到并响声提示
RET
第4章系统调试
软件的设计与调试实行分模块实现的方法。
本设计软件调试中的分模块包括显示功能模块，调整时间功能模块，抢答功能模块以与报警功能模块。
各个独立模块功能调试成功后，将这些模块程序通过主程序合并在一起，最后再对合并后的总程序进行调试。
各软件模块首先要通过PC和仿真器进行软件调试，当仿真效果符合要求后在烧写进单片机看是否在实际电路板上正常工作。
本设计通过利用Proteus仿真，将所编写的程序用keil软件编译，所仿真原理图见附录。
第5章结论
自接触单片机以来，一直觉得单片机非常难，这次的课程设计我开始是以老师布置题目为主要选择对象的，但是后面发现，像八路抢答器在我脑海中根本没得一点意象，上网搜了很多资料，也感觉不怎么很懂，于是问老师怎么弄，后面发现老师的意见和我的原本的程序和图只有几个地方不同，于是便将两者综合了一下，经调试和运行后，发现还行的通，于是便开始了忐忑的正文模版之路，以为快搞完了，后面发现其实程序和图还是要细细的弄懂才能写好报告，于是我又将程序和图细细的剖析了一遍，慢慢的画出流程图，然后慢慢将流程图和proteus图画好和截取下来，经过最近这段时间的在电脑前面的驻守，觉得只要自己肯付出和努力，发现其实很多的东西不是那么难懂的，以后还是要好好提升自己的动手能力和独立思考的能力。
在此，还是非常感谢我们的指导老师，谢谢他们的辅导和鼓励，这次的课程设计给了我一个很好的开始，我会好好努力的以后。
纵然课程设计是学校所要求的科目，纵然每次都这么紧张和辛苦，但是我还是觉得有些东西做了，就一定会有一定的价值吧。
通过这次课设我发现，只有理论水平提高了才能将课本知识与实践相结合,理论知识效劳于实践以增强自己的动手能力。
还知道了理论和实际相结合的重要性。
附录一
主程序清单：
voidmain（）
{int（）;
if（k==0）//主持人按下开始键
{Timer（）;
delay（10）;
while（!
k）;
while
（1）
{dis（）;
m=0;
n=0;
if（second==10）{beep=1;delay（500）;beep=0;}
if（second==0）{
TR0=0;n=1;
if（k==0）
{beep=1;delay（500）;beep=0;second=29;TR0=1;m=1;}
}
if（n==0）
{if（k1==0）{delay（5）;if（k1==0）;while（!
k1）;t=1;}
elseif（k2==0）{delay（5）;if（k2==0）;while（!
k2）;t=2;}
elseif（k3==0）{delay（5）;if（k3==0）;while（!
k2）;t=3;}
elseif（k4==0）{delay（5）;if（k4==0）;while（!
k2）;t=4;}
elseif（k5==0）{delay（5）;if（k5==0）;while（!
k2）;t=5;}
elseif（k6==0）{delay（5）;if（k6==0）;while（!
k2）;t=6;}
elseif（k7==0）{delay（5）;if（k7==0）;while（!
k2）;t=7;}
elseif（k8==0）{delay（5）;if（k8==0）;while（!
k2）;t=8;}
elseif（k==0）{delay（5）;if（k==0）;while（!
k）;t=0;i=0;second=29;beep=1;delay（500）;beep=0;TR0=1;}
}
while（t）
{if（m==0）//开关，保证程序只执行一次
{switch（t）
{case1:
{TR0=0;i=1;second=0;beep=1;delay（500）;beep=0;
a1=0;a2=1;a3=1;a4=1;a5=1;a6=1;a7=1;a8=1;m=1;break;
}
case2:
{TR0=0;i=2;second=0;beep=1;delay（500）;beep=0;
a2=0;a1=1;a3=1;a4=1;a5=1;a6=1;a7=1;a8=1;m=1;break;
}
case3:
{
TR0=0;i=3;second=0;beep=1;delay（500）;beep=0;
a3=0;a1=1;a2=1;a4=1;a5=1;a6=1;a7=1;a8=1;m=1;break;
}
case4:
{
TR0=0;i=4;second=0;beep=1;delay（500）;beep=0;
a4=0;a1=1;a2=1;a3=1;a5=1;a6=1;a7=1;a8=1;m=1;break;
}
case5:
{
TR0=0;i=5;second=0;beep=1;delay（500）;beep=0;
a5=0;a1=1;a2=1;a3=1;a4=1;a6=1;a7=1;a8=1;m=1;break;
}
case6:
{
TR0=0;i=6;second=0;beep=1;delay（500）;beep=0;
a6=0;a1=1;a2=1;a3=1;a4=1;a5=1;a7=1;a8=1;m=1;break;
}
case7:
{
TR0=0;i=7;second=0;beep=1;delay（500）;beep=0;
a7=0;a1=1;a2=1;a3=1;a4=1;a5=1;a6=1;a8=1;m=1;break;
}
case8:
{
TR0=0;i=8;second=0;beep=1;delay（500）;beep=0;
a8=0;a1=1;a2=1;a3=1;a4=1;a5=1;a6=1;a7=1;m=1;break;
}
}
}
if（a1==0）//选手1的分数
{second=score1;
dis（）;
if（m1==0）{delay（5）;if（m1==0）;while（!
m1）;beep=1;delay（100）;beep=0;score1+=1;if（score1==99）score1=60;}
elseif（m2==0）{delay（5）;if（m2==0）;while（!
m2）;beep=1;delay（100）;beep=0;score1-=1;if（score1==0）score1=60;}
dis（）;
}
elseif（a2==0）
{second=score2;
dis（）;
if（m1==0）{d
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