智能抢答器的设计-毕业论文.doc

精选 word 范本 摘 要 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 率较低 且有的要么制作复杂 要么可靠性低 作为一个单位 如果专门购一台抢答器 虽然在经济上可以承受 但每年使用的次数极少 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 因此设计了本抢答器 本设计是以八路抢答为基本理念 考虑到依需设定限时回答的功能 利用 80C51 单 片机及外围接口实现的抢答系统 利用单片机的定时器 计数器定时和计数的原理 将 软 硬件有机地结合起来 使得系统能够正确地进行计时 同时使数码管能够正确地显 示时间 用开关做键盘输出 扬声器发声提示 同时系统能够实现 在抢答中 只有开 始后抢答才有效 如果在开始抢答前抢答为无效 抢答限定时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 正确按键后有音乐提示 抢答 时间和回答问题时间倒记时显示 满时后系统计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 精选 word 范本 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 2 1 5 抢答器目前存在的主要问题 2 第二章抢答器的系统概述 3 2 1 系统的主要功能 3 2 2 系统需求分析 4 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 6 2 6 80C51 的功能及简介 7 2 7 抢答器的优点及组成 8 2 8 本章小结 8 第三章系统总体方案的设计 9 3 1 硬件电路的设计 9 3 2 总体原理图 10 3 3 时钟频率电路的设计 10 3 4 复位电路的设计 11 3 5 显示电路的设计 12 3 6 键盘扫描电路的设计 13 3 7 发声电路 15 3 8 本章小结 15 第四章软件设计 16 4 1 主程序系统结构图 16 4 2 软件任务分析 16 4 3 程序流程图 17 4 4 主要程序分析 18 4 5 本章小结 28 第五章 PROTEUS 7 PROFESSIONAL 仿真系列组图 29 精选 word 范本 5 1 复位图 29 5 2 设置计时时间 29 5 3 非法抢答并显示座号 29 5 4 抢答成功并显示倒计时 30 5 5 本章小结 30 第六章总结与展望 31 6 1 总结 31 6 2 展望 31 参 考 文 献 32 致 谢 33 精选 word 范本 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 早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 如MCS 51型 和数字集成电路 并增加了许多新功能 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 本课题利用80C51单片机及外围接口实现的抢答系统 利用单片机的定时器 计数器 定时和计数的原理 将软 硬件有机地结合起来 使得系统能够正确地进行计时 同时 使数码管能够正确地显示时间和选手号码 用开关做键盘输出 扬声器发声提示 系统 达到要求 在抢答中 只有开始后抢答才有效 如果在开始抢答前抢答为无效 抢答限 定时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 正确按键后有音乐提示 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 1 2 选题的目的和意义 通过这次设计 掌握 80C51 单片机的原理 了解简单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 题设计与仿真进行调试 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相互影响 从而能正确设计 计算定时计数的各个单元电路 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 题的时间设置 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 精选 word 范本 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声提示 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 首先 电路连接简单 因为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单 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 抢答器目前存在的主要问题 随着改革开放事业的不断深入 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器 虽然在经济上可以承受 但每年使用的次数极少 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 而且目前多数抢答器存在 3 个不足之处 2 第一 现场线路连接复杂 因为每个选 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 而且降低了抢答器的可靠性 增加了安装的难度 甚至影响了现场人员的走动 第二 电路复杂 因为单片机只完成 号码处理 计时 数据运算等功能 其它功能如选手号码的识别 译码 计分显示等仍 只能通过数字集成电路完成 采用单片机扫描技术识别选手抢按号码时 电路的延迟时 间较大 第三 选手抢按成功 但出现没有抢答被记录的问题 精选 word 范本 第二章 抢答器的系统概述 2 1 系统的主要功能 本系统是借用单片机采用模块化设计的八路抢答器 包括 8 路抢答按纽 计时显示 提示功能等 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 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 并有显示提示 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 分别对应 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 设置 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 80C51 单片机 4 位 七段 数码 管显 示 声音电路 8 路抢答 按键输入 复位电路 开始 结束 按键输入 加一 减一 按键输入 时钟 精选 word 范本 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声提示 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 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 数码管显示抢答时间的同时也 显示选手号码 若在按开始键前抢答表示违规 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 如果在开始抢答前抢答为无效 2 抢答限定时间和回答问题的时间可以在 1 99s 设定 3 可以显示是哪位选手有效抢答和无效抢答 正确按键后有音乐提示 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 抢答限定时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 下面分别予以介绍 精选 word 范本 图2 抢答器工作流程 2 4 抢答器的工作过程 1 如果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 如果想减 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 0 99s 0s 时 再减 1s 会跳到 99 99s 时再加 1s 会变到 0s 加载程序 运 行 行 开始 开始数码管显 示 FFF 开始抢 按时间倒计时 开始前有选手抢按 显示违例选手号 码并伴有语音报 警 倒计时结 束 超时 有选手 抢按 显示 FFF 显示选手号码 倒计 时时间 语音报警 答 题 答题时间倒计时 正常流程 违规流程 若超过答题 时间 则数 码管显示 FFF 答题完毕 根据选手表现 规 则由主持人减分 精选 word 范本 2 主持人按 抢答开始 键 会有提示音 并立刻进入抢答倒计时 预设 20s 抢答时 间 如有选手抢答 会有提示音 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 倒数时间到小于 5s 会每秒响一下提示音 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 如果主持人未按 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停 直到按下 停止 键为止 总而言之 本课题利用80C51单片机及外围接口实现的抢答系统设计了抢答器 该 抢答器增加了新功能 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 Function Register 特殊功能寄存器共含有 21 个不同寄存器 它们的地址 分配在 80H FFH 中 即在 RAM 地址中 这些寄存器的名称和地址见表 2 表 2 80C51 特殊功能寄存器列表 符 号 地 址 注 释 ACC E0H 累加器 B F0H 乘法寄存器 PSW D0H 程序状态字 SP 81H 堆栈指针 DPL 82H 数据存储器指针低 8 位 DPH 83H 数据存储器指针高 8 位 IE A8H 中断允许控制器 IP D8H 中断优先控制器 P0 80H 端口 0 P1 90H 端口 1 P2 A0H 端口 2 P3 B0H 端口 3 PCON 87H 电源控制及波特率选择 SCON 98H 串行口控制器 SBUF 99H 串行数据缓冲器 TCON 88H 定时器控制 TMOD 89H 定时器方式选择 TL0 8AH 定时器 0 低 8 位 TL1 8BH 定时器 1 低 8 位 TH0 8CH 定时器 0 低 8 位 TH1 8DH 定时器 1 高 8 位 精选 word 范本 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 80H FFH 之中 但在 80H FFH 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 其内容是不确定的 如果对这些 单元进行操作 得到的是一些随机数 而写入则无效 所以 用户编程时不应该将数据 写入这些未确定的地址单元 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 它最大特点是片 内含有存储器 用途十分广泛 特别是在生产便携式商品 手提式仪器等方面 有着十 分广泛的应用 4 80C51 单片机内部主要有以下部件 80C51CPU 振荡电路 总线控制部件 中断 控制部件 片内 ROM 片内 RAM 并行 I O 接口 定时器和串行 I O 接口 80C51 单片机内部由 CPU 4KB 的 ROM 256B 的 RAM 两个 16 位的定时 计数 器 T0 和 T1 4 个 8 位的 I O 端 P0 P1 P2 P3 一个全双工串行 I O 接口 5 个中断 源等组成 单片微机内部最核心的部分是 CPU CPU 主要功能是产生各种控制信号 控制存储器 输入 输出端口的数据传输 数据的算术运算 逻辑运算以及位操作处理 等 CPU 按其功能可分为运算器和控制器两部分 控制器由程序计数器 PC 指令储存 器 指令译码器 实时控制与条件转移逻辑电路等组成 它的功能是对来自存储器中的 指令进行译码 通过实时控制电路 在规定的时刻发出各种操作所需的内部和外部的控 制信号 使各部分协调工作 完成指令所规定的操作 运算器由算术逻辑器部件 ALU 累加器 ACC 暂存器 程序状态字寄存器 PSW BCD 码运算调整电路等组成 为了提高数据处理和位操作功能 片内增加了一个通用寄存器 B 和一些专用寄存 器 还增加了位处理逻辑电路的功能 其内部结构如上图 3 所示 精选 word 范本 图 3 80C51 单片机的内部结构图 2 7 抢答器的优点及组成 在知识比赛中 特别是做抢答题目的时候 在抢答过程中 为了知道哪一组或哪一 位选手先答题 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 也可分辨出哪组优先答题 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 系统工作原理本系统采用 80C51 单片机作为核心 控制系 统的四个模块分别为 存储模块 显示模块 声音模块 抢答开关模块 该抢答器系统 通过八个个按键输入抢答信号 利用存储程序来完成软件的设计 利用一个 4 位七段共 阴数码管来完成显示功能 工作时 用按键通过开关电路输入各路的抢答信号 经单片 机的处理 输出控制信号 控制 4 位七段共阴数码管和喇叭工作 在数码管上显示哪一 组先答题 从而实现整个抢答过程 2 8 本章小结 本章主要讲述了抢答器的工作原理和本设计系统的工作流程 在说明工作原理的过 程中 突出了电路的组成单元以及这些单元如何实现抢答功能 在说明系统的流程时 结合本设计的内容 指出了参数设置的方法和意义 抢答正常流程与违例流程的实现 以及如何进行抢答控制 同时也说明了抢答器的优点和 80C51 的功能及简介 外部定 时元件 复位 中断 电源 系统时钟 ROM CPU 定时 计数器 串行 I O 口 并行 I O 口 RAM 精选 word 范本 第三章 系统总体方案的设计 3 1 硬件电路的设计 本设计分为硬件设计和软件设计 这两者相互结合 不可分离 从时间上看 硬件 设计的绝大部分工作量是在最初阶段 到后期往往还要做一些修改 只要技术准备充分 硬件设计的大返工是比较少的 软件设计的任务贯彻始终 到中后期基本上都是软件设 计任务 随着集成电路技术的飞速发展 各种功能很强的芯片不断出现 使硬件电路的 集成度越来越高 硬件设计的工作量在整个项目中的所占的比重逐渐下降 为使硬件电 路设计尽可能合理 应注意以下几方面 1 尽可能采用功能强的芯片 以简化电路 功能强的芯片可以代替若干普通芯片 随着生产工艺的提高 新型芯片的的价格不断下降 并不一定比若干普通芯片价格的总 和高 2 留有设计余地 在设计硬件电路时 要考虑到将来修改扩展的方便 因为很少 有一锤定音的电路设计 如果现在不留余地 将来可能要为一点小小的修改或扩展而被 迫进行全面返工 3 程序空间 选用片内程序空间足够大的单片机 本设计采用 80C51 单片机 4 RAM 空间 80C51 内部 RAM 不多 当要增强软件数据处理功能时 往往觉 得不足 如果系统配置了外部 RAM 则建议多留一些空间 如选用 8155 作 I O 接口 就可以增强 256 字节 RAM 随着软件设计水平的提高 往往只要改变或增加软件中的 数据处理算法 就可以使系统功能提高很多 而系统的硬件不必做任何更换就使系统升 级换代 5 I O 端口 在样机研制出来后进行现场试用时 往往会发现一些被忽视的问题 而这些问题不是靠单纯的软件措施来解决的 如有些新的信号需要采集 就必须增加输 入检测端 有些物理量需要控制 就必须增加输出端 如果在硬件电路设计就预留出一 些 I O 端口 虽然当时空着没用 那么用的时候就派上用场了 精选 word 范本 3 2 总体原理图 图 4 系统原理图 图中 U1 为单片机 80C51 U2 为芯片 74HC30 U3 为芯片 74LS04 K1 K8 分别为 8 路抢答按键 分别接到单片机的 P1 0 P1 7 中 开始按键与结束按键分别接到单片机 的 10 11 脚 由于单片机的 10 11 脚既有串行接口 RXD TXD 功能 又有 P3 0 P3 1 的 IO 端口功能 此处按键用到单片机 10 11 脚的 IO 端口功能 抢答时间 调整按键和回答时间调整按键分别接到单片机的 13 14 管脚 加一按键和减一按键分 别接到单片机的 15 16 管脚 4 位七段数码管段选 P0 口 4 位七段数码管的位选接 P2 口低 3 位 蜂鸣器输出为 P3 7 口 3 3 时钟频率电路的设计 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 时钟电路如图 5 所示 精选 word 范本 图 5 外部振荡源电路 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 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 30PF 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 常用 fosc 表示 图中时钟 频率为 12MHz 即 fosc 12MHz 则机器周期为 1 s 3 4 复位电路的设计 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 其电路图如图 6 所示 图 6 复位电路 图 6 中由复位键以及电解电容 C3 电阻 R2 构成按键及上电复位电路 由于单片机 是高电平复位 所以当复位键按下的时候 单片机的 9 脚 RESET 管脚将处于高电平 此 时单片机就处于复位状态 当上电后 由于电容的缓慢充电 单片机的 9 脚电压会逐步 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 电就复位完毕 系统程序从 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这两种功能 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 精选 word 范本 所以设定了软件复位功能 软件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 3 5 显示电路的设计 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 通过查表法 将其在数码管上显示出来 其中 P0 口为字型码输入端 P2 口低 3 位为字选段输入端 在这里我们通过查表将字型码送给 7 段数码管显示的数字 4 位七段数码管显示电路如图 7 所示 图 7 共阴极数码管 图 7 中数码管采用的是 4 位七段共阴数码管 其中 A H 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 COM3 COM4 分别接到单 片机的 P2 0 P2 1 P2 2 由单片机来决定当前该显示的是哪一位 在图中还有八个 1K 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 3 6 键盘扫描电路的设计 键盘是人与单片机打交道的主要设备 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 这些书籍中一般也会提供相应的键盘扫描程 精选 word 范本 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 还有不少问题需要得到妥善解决 否则 人们在操作键盘时就容易引起误 操作和操作失控的现象 在单片机应用中键盘用得最多的形式是独立键盘和矩阵键盘 它们都有各自的特点 其中独立键盘的硬件电路简单 而且在程序设计上也不复杂 一般都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很多 而且在程序算法上要比它烦琐 而且在触点抖 动按键同与断过程中可能会出现判断错误 应该采用软件去抖方法 即延时重复扫描法 延时法的原理为 在检测到有按键被按下时 执行一个 10ms 左右 具体时间应该视所 使用的按键进行调整 的延时程序 再确认该键电平是否仍保持闭合状态的电平 若仍 保持闭合状态电平 则确认该键处于闭合状态 同理 在检测到该键释放后 也应该采 用相同的步骤进行确认 从而消除去抖的影响 在本文设计中采用了独立键盘的方式 本设计中有 8 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 如图 8 所示 图 8 抢答按键及调整按键 在图 8 中 8 个抢答按键分别接入单片机的 P1 0 P1 7 端口 单片机通过读取 P1 0 P1 7 的值来判断当前输入的是 8 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 3 和 P3 4 接口 加一及减一按键接到单片机的 P3 5 和 P3 6 接口 图 9 开始 结束按键 在图 9 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 精选 word 范本 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 如果读键过程安排在定时中断子程序中 就可省去专门的延时 子程序 利用两次定时中断的时间间隔来完成抖动处理 K1 K8 八个按键的输入电平靠 74HC30 输入与非门和 74LS04 反向器组成的电路改变 输入电平 图 10 中电路就是由一个 74HC30 输入与非门和 74LS04 反向器组成的去抖电 路 图 10 去抖电路 3 7 发声电路 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 本文设计如图 11 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 精选 word 范本 图 11 发声电路 3 8 本章小结 本章详细讲述了以 80C51 为核心元件的抢答器的硬件电路具体设计过程 分析了具 体电路 在设计过程中 实现抢答功能的是通过编写程序的方法集成在 80C51 内部 接 着将程序下载到硬件电路中 配合周边的时钟电路 复位电路等 制作出符合设计要求 的抢答器 精选 word 范本 第四章 软件设计 4 1 主程序系统结构图 图 13 软件系统结构图 4 2 软件任务分析 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 5 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 软件任务分析时 应将各执行模块一一列出 并为每一个执行模块进行功能定义和 接口定义 输入输出定义 在各执行模块进行定义时 将要牵扯到的数据结构和数据 系统初始化模块 按键模块 非 法 抢 答 模 块 正 确 抢 答 模 块 调 整 抢 答 时 间 调 整 回 答 时 间 模 块 数码显示模块 精选 word 范本 类型问题也一并规划好 各执行模块规划好后 就可以监控程序了 首先根据系统功能和键盘设置选择一种 最适合的监控程序结构 相对来讲 执行模块任务明确单纯 比较容易编程 而监控程 序较易出问题 这如同当一名操作工人比较容易 而当一个厂长就比较难了 软件任务分析的另一个内容是如何安排监控软件和各执行模块 整个系统软件可分 为后台程序 背景程序 和前台程序 后台程序指主程序及其调用的子程序 这类程序 对实时性要求不是太高 延误几十 ms 甚至几百 ms 也没关系 故通常将监控程序 键 盘解释程序 显示程序和打印程序等与操作者打交道的程序放在后台程序中执行 而 前台程序安排一些实时性要求较高的内容 如定时系统和外部中断 如掉电中断 也 可以将全部程序均安排在前台 后台程序为 使系统进入睡眠状态 以利于系统节电 和抗干扰 4 3 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 主流程图如 14 所示 精选 word 范本 图 14 程序设计流程图 4 4 主要程序分析 include define uint unsigned int define uchar unsigned char sbit warm P1 0 定义 P1 0 端口输出作为控制声音电路 sbit grade exam P1 1 定义 P1 1 端口输出作为控制查分键 sbit juge P1 2 定义 P1 2 端口输出作为控制裁判键 sbit grade add P1 3 定义 P1 3 端口输出作为控制加分键 sbit begin P1 4 定义 P1 4 端口输出作为控制开始倒计时键 sbit Wela P1 5 定义 P1 5 端口输出作为控制数码管的位选 sbit Dula P1 6 定义 P1 6 端口输出作为控制数码管的段选 uchar grade 8 显示 FFF 开始键 加一键 减一键 回答 时间 调整抢 答时间 去抖动 非法抢 答处理 显示 犯规 正常 抢答 显示抢答 号并倒计时 Y Y Y 初始化 精选 word 范本 uchar num num0 num1 num2 count down uchar succeed time start uchar disp 0 x03 0 x9f 0 x25 0 x0d 0 x99 0 x49 0 x41 0 x1f 0 x01 0 x19 控制数码管段选 4 4 延时程序 void delay uint xms uint i j for i xms i 0 i for j 110 j 0 j 程序分析 每进入一次程序就延时 xms 微秒 只有 i 等于 0 时程序才结束 表示延时结束 4 5 中断初始化程序 void init TMOD 0 x01 TH0 65536 5000 256 TL0 65536 5000 256 EA 1 ET0 1 程序分析 此段程序主要提供计时准备 TMOD 主要说明的定时器的工作方式 1 TH0 和 TL0 装入 初始数据 EA 开总中断 ET0 表示开定时器的 0 的中断 4 6 数码管显示程序 void displaynum uchar num uchar num1 uchar num2 uchar ge shi1 ge1 shi2 ge2 bai1 ge num bai1 num1 100 shi1 num1 100 10 ge1 num1 10 shi2 num2 10 ge2 num2 10 Wela 1 P2 0 x01 Wela 0 Dula 1 P0 disp ge Dula 0 P0 0 x00 delay 5 Wela 1 P2 0 x02 精选 word 范本 Wela 0 Dula 1 P0 disp ge1 Dula 0 P0 0 x00 delay 5 Wela 1 P2 0 x04 Wela 0 Dula 1 P0 disp shi1 Dula 0 P0 0 x00 delay 5 Wela 1 P2 0 x08 Wela 0 Dula 1 P0 disp bai1 Dula 0 P0 0 x00 delay 5 Wela 1 P2 0 x10 Wela 0 Dula 1 P0 disp ge2 Dula 0 P0 0 x00 delay 5 Wela 1 P2 0 x20 Wela 0 Dula 1 P0 disp shi2 Dula 0 P0 0 x00 delay 5 程序分析 此程序主要是显示数码管 num num1 num2 分别表示的数组 数组的分数 时间的倒 计时 首先 ge num 就是数码管左边第一个显示数组 bai1 num1 100b 表示分数除 100 取整给 bai1 精选 word 范本 作为百位 shi1 num1 100 10 表示 num1 先取余数然后在除 10 取整作为个位 ge1 num1 100 表示 取余数作为个位 时间倒计时原理一样 打开位选 位选是控制那个数码管显示 装进数并把它赋 给 P2 端口这样就能控制数码管亮 关闭位选 打开段选 利用数组将数赋给 P0 端口这样能让相应 的数码管显示相应的数 然后关闭数码管 此后延时 数码管的显示主要利用人眼看到的数码管上 的余光 就这样反复进行 就达到我们想要的结果 4 7 按键扫描程序 void keyscan 检测裁决键 if juge start 1 succeed 0 count down 5 warm 1 delay 30 warm 0 TR0 0 num 0 grade num 0 检测选手的号码程序 if start if P3 0 xff start 0 warm 1 delay 30 warm 0 switch P3 case 0 x7f num 8 succeed 1 break case 0 xbf num 7 succeed 1 break case 0 xdf num 6 succeed 1 break case 0 xef num 5 succeed 1 break case 0 xf7 num 4 succeed 1 break case 0 xfb num 3 succeed 1 break 精选 word 范本 case 0 xfd num 2 succeed 1 break case 0 xfe num 1 succeed 1 break default num 0 succeed 0 break 倒计时按键程序 if begin if begin TR0 1 start 1 warm 1 delay 30 warm 0 while begin 按键查分程序 if grade exam if grade exam warm 1 delay 30 warm 0 num if num 9 num 1 while grade exam 按键加分程序 if grade add delay 10 if grade add warm 1 精选 word 范本 delay 30 warm 0 grade num 5 if grade num 250 grade num 250 while grade add 程序分析 此程序主要由裁决按键程序 检测选手号码查程序 倒计时 按键程序 按键查分程序 和按键加分程序组成 其中裁决按键相当于总开关 如果检测到裁决键按下则清除单片机中以前所 有的数据 succee 赋值为 0 start 赋值为 1 count down 赋值为 5 蜂鸣器开始发声 1 秒钟停止 TR0 0 表示停止中断 组数和相应分数分别清零 检测选手号码查程序主要是在裁决键已经按下那 么便开始检测是那一组 抢答并显示号码和蜂鸣器发出声音 中断该程序并且 succeed 赋值为 1 同时进入下一个程序 倒计时按键 程序 按下按键的时候蜂鸣器发声音并且中断中止 按键查分 程序主要是当检测到按键查分按键按下时 蜂鸣器发声的同时组数加一在数码管上同时显示组数和 分数 加分按键程序主要是当检测到有按键按下时则在蜂鸣器发声的同时给相应的组数加五分 4 8 主程序 void main init warm 0 while 1 keyscan displaynum num grade num count down 程序分析 程序的初始化和利用 while 循环语句 4 9 中断计时程序 void T0 time0 interrupt 1 TH0 65536 5000 256 TL0 65536 5000 256 time if time 200 time 0 if start count down warm 1 delay 30 精选 word 范本 warm 0 if count down 0 count down 0 TR0 0 程序分析 利用中断计时器方式 1 计时 4 5 本章小结 本章是抢答器的软件设计 实现抢答功能主要是通过编写程序的方法集成在 80C51 内部 将程序下载到硬件电路中 实现抢答功能 精选 word 范本 第五章 Proteus 7 Professional 仿真系列组图 5 1 复位图 图 15 复位显示三个 FFF 该图显示当单片机复位后 在 4 位七段数码管上显示的初始状态 F FF 字符 5 2 设置计时时间 图 16 计时时间为 17 秒 该图显示通过加一按键操作后在 4 位数码管上显示的计时时间为 17 秒 5 3 非法抢答并显示座号 图 17 三号选手非法抢答 精选 word 范本 该图显示的是若三号选手非法抢答时候 第一位字符显示单片机判定的非法选手 3 号选手 在 4 位数码管上的后两位显示非法抢答字符 FF 5 4 抢答成功并显示倒计时 图 18 六号选手抢答 图中显示的是若 6 号选手抢答成功的时候 4 位数码管的第一显示是 6 号选手抢 答成功 最后两位显示选手答题倒计时时间还有 25 秒 5 5 本章小结 本章是抢答器的系统仿真部分 并对抢答器的各个流程做出了具体仿真结果 从仿 真图上可以进一步得出结论 利用单片机设计的抢答器工作性能稳定 延迟时间小 电 路结构简单 是一个实用 创新性的电路设计 精选 word 范本 第六章 总结与展望 6 1 总结 本文研究与设计的八路多功能抢答器采用了通用的电子元器件 利用80C51单片机 及外围接口实现抢答系统 利用单片机的定时器 计数器定时和计数的原理 将软 硬 件有机地结合起来 通过查资料和搜集有关的文献 理论联系实践 培养了自学能力和 动手能力 并且由原先的被动的接受知识转换为主动的寻求知识 这可以说是学习方法 上的一个很大的突破 在设计过程中由于时间仓促和能力有限使很多地方难免存在不足 之处 硬件设计和软件设计中有些功能还尚未开发出来 但在以后的工作中 我会严格 要求自己 追求完美 整个设计通过了软件和硬件上的调试 仿真 我想这对于自己以后的学习和工作都 会有很大的帮助的 在这次设计中遇到了很多实际性的问题 在实际设计中才发现 书 本上理论性的东西与在实际运用中的还是有一定的出入的 所以有些问题不但要深入地 理解 而且要不断地更正以前的错误思维 对于单片机设计 其硬件电路是比较简单的 主要是解决程序设计中的问题 而程序设计是一个很灵活的东西 它反映了你解决问题 的逻辑思维和创新能力 它才是一个设计的灵魂所在 因此在整个设计过程中大部分时 间是用在程序上面的 很多子程序是可以借鉴书本上的 但怎样衔接各个子程序才是关 键的问题所在 这需要对单片机的结构很熟悉 因此可以说单片机的设计是软件和硬件 的结合 二者是密不可分的 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 这将为以后的学习做出了最好的榜样 6 2 展望 回头再看看该设计 还可以将设计的扩展功能增强 1 可以设计声控装置 在主 持人说开始时 系统自动完成清零并开始计时的功能 2 增加记分模块 可以设定初 始积分 并记录每次抢答完成后的积分 3 将抢答按键用无线实现 如红外线 使抢 答者可以远距离进行抢答 并简化按键模块的线路布置 如果提供相应的器材及时间上 的宽限 一定可以完成上述扩展功能 进一步完善作品 精选 word 范本 1 参 考 文 献 1 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 2 李增生 对 抢答器 的改进 J 电子制作 2008 12 3 高伟 单片机原理及应用 M 北京 国防工业出版社 2008 年 4 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 5 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 精选 word 范本 致 谢 在此要感谢我的指导老师王文峰对我悉心的指导 感谢王老师给我的帮助 在设计 过程中 我通过查阅大量有关资料 与导师交流经验和自学 并向王老师请教 使自己 学到了不少知识 也经历了不少艰辛 但收获同样巨大 在整个设计中我懂得了许多东 西 也培养了我独立工作的能力 树立了对自己工作能力的信心 相信会对今后的学习 工作生活有非常重要的影响 而且大大提高了动手的能力 使我充分体会到了在创造过 程中探索的艰难和成功时的喜悦 虽然这个设计做的不完美 但是在设计过程中所学到 的东西是这次毕业设计的最大收获和财富 使我终身受益