【正文】 ........................ 38 參 考 文 獻(xiàn) ............................................................ 40 致 謝 ..................................................錯(cuò)誤 !未定義書簽。 安徽工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 1 1 緒 論 課題研究的相關(guān)背景 搶答器是一種應(yīng)用非常廣泛的設(shè)備，在各種 競賽 、搶答場合中，它能迅速、客觀地分辨出最先獲得發(fā)言權(quán)的選手。早期的搶答器只由幾個(gè)三極管、可控硅、發(fā)光管等組成，能通過發(fā)光管的指示辯認(rèn)出選手號碼。現(xiàn)在大多數(shù)搶答器均使用單片機(jī) (如 MCS51型 )和數(shù)字集成電路，并增加了許多新功能，如選手號碼顯示、搶按前或搶按后的計(jì)時(shí)、選手得分顯示等功能。 本課題 利 用 AT89C51單片機(jī)及外圍接口實(shí)現(xiàn)的搶答系統(tǒng) ， 利用單片機(jī)的定時(shí) 器 /計(jì)數(shù)器定時(shí)和記數(shù)的原理，將軟、硬件有機(jī)地結(jié)合起來，使得系統(tǒng)能夠正確地進(jìn)行計(jì)時(shí)， 同時(shí)使 數(shù)碼管能夠正確地顯示時(shí)間 和選手號碼 。 用開關(guān)做鍵盤輸出，揚(yáng)聲器發(fā)生提示。 系統(tǒng) 達(dá)到要求 ： 在搶答中，只有開始后搶答才有效，如果在開始搶答前搶答為無效 ； 搶答限定時(shí)間和回答問題的時(shí)間可是在 199s設(shè)定 ； 可以顯示是哪 位選手有效搶答和無效搶答，正確按鍵后有音樂提示 ； 搶答時(shí)間和回答問題時(shí)間倒記時(shí)顯示，時(shí)間完后系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位 ；按鍵鎖定，在有效狀態(tài)下，按鍵無效非法 [1]。 選題的目的和意義 通過這次設(shè)計(jì) ， 掌握 51 單片機(jī)的原理 ， 了解簡單 多功能 搶答器 組成原理，初步掌握 多功能搶答器 的調(diào)整及測試方法，提高動(dòng)手能力和排除故障的能力。同時(shí) 通過本課題設(shè)計(jì)與裝配、調(diào)試，提高 自己的 動(dòng)手能力，鞏固已學(xué)的理論知識，建立 單片機(jī)理論和實(shí)踐的結(jié)合 ，了解 多功能搶答器 各單元電路之間的關(guān)系及相互影響，從而能正確設(shè)計(jì)、計(jì)算 定時(shí)計(jì)數(shù) 的各個(gè)單元電路。初步掌握 多功能搶答器 的調(diào) 整及測試方法。 提高動(dòng)手能力和排除故障的能力。 課題研究的內(nèi)容 本系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)智能搶答器，在搶答比賽中廣泛應(yīng)用，各組分別有一個(gè)搶答按鈕。主持人有開始和結(jié)束 、 復(fù)位鍵 。 在后臺主持人可以修改，搶答時(shí)間和選手回答問題 的時(shí)間設(shè)置，原始狀態(tài)下?lián)尨饡r(shí)間為 20s，回答問題時(shí)間為 30s。通過加鍵和減鍵修改上述時(shí)間，改完后結(jié)束鍵確定。新時(shí)間開始有效，主持人按鍵開始后，選手開始搶答安徽工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 2 為有效，數(shù)碼顯示屏顯示搶答時(shí)間倒計(jì)時(shí)和選手號，在最后五秒揚(yáng)聲器發(fā)生提示 。 如果主持人沒有按下開始鍵 而 選手就搶答視為犯規(guī)，數(shù)碼顯示屏顯示犯規(guī)者的代號，揚(yáng)聲器持續(xù)發(fā)生 。 主持人可按鍵結(jié)束，新一輪搶答開始。 通過研究并在設(shè)計(jì)驗(yàn)證后發(fā)現(xiàn)，采用 單片機(jī) 技術(shù)設(shè)計(jì)的搶答器與目前常用的搶答器相比，首先，電路連接簡單，因?yàn)榇蠖鄶?shù)功能單元都通過程序設(shè)計(jì) 在單片機(jī)內(nèi)部， 第二，工作性能可 靠，抗 干 擾能力優(yōu)于目前搶答器 。 所以本研究是一個(gè)實(shí)用的工程設(shè)計(jì)，具有創(chuàng)新性。 本論文章節(jié)的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容如下 ： 第一章 ： 緒論。簡要介紹了搶答器的發(fā)展現(xiàn)狀 ， 說明了本課題研究的內(nèi)容 。 第二章 ： 搶答器系統(tǒng)概述。說明了搶答器的工作過程和主要功能，并定下了本課題要達(dá)到的設(shè)計(jì)目標(biāo)。 第三章 ： 搶答器的 硬件電路的 設(shè)計(jì)。詳細(xì)描述了本課題各個(gè)組成電路單元的設(shè)計(jì)。 第四章：搶答器的軟件設(shè)計(jì)，并編程序。 第五章： Proteus仿真，仿真出結(jié)果 。 第六章： 總結(jié) 。 總結(jié)課題設(shè)計(jì)，指出設(shè)計(jì)中的一些問題，提出改善的意見，并展望搶答器的未來設(shè)計(jì)。 而且 目前多數(shù)搶答器存在 3 個(gè)不足之處 [3]： 第一，現(xiàn) 場線路連接復(fù)雜。 因?yàn)槊總€(gè)選手位于搶答現(xiàn)場的不同位置，每個(gè)選手與控制臺之間要有長長的連接線。選手越多，連接線就越多、越亂，這些連接線不僅影響了現(xiàn)場的美觀，而且降低了搶答器的可靠性，增加了安裝的難度，甚至影響了現(xiàn)場人員的走動(dòng)。第二， 電路復(fù)雜。因 為單片機(jī)只完成號碼處理、計(jì)時(shí)、數(shù)據(jù)運(yùn)算等功能，其它功能如選手號碼的識別、譯碼、計(jì)分顯示等仍只能通過數(shù)字集成電路完成。采用單片機(jī)掃描技術(shù)識別選手搶按號碼時(shí)，電路的延遲時(shí)間較大。第三，選手搶按成功 ， 但出現(xiàn)沒有搶答被記錄的問題 。 2 搶答器的系統(tǒng)概述 系統(tǒng)的主要功能 本系統(tǒng)是借用單片機(jī)采用模塊化設(shè) 計(jì)的 八路 搶答器， 包括 8 路 搶 答按紐、計(jì)時(shí)顯示、提示功能等（根據(jù)需要可另 設(shè)或多設(shè)相關(guān)功能） 、 開始與結(jié)束控制按鈕、時(shí)限 設(shè)定、各種相關(guān)顯示調(diào)控功能等（根據(jù)需要也可另設(shè)或多設(shè)相關(guān)功能）。 安徽工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 3 參賽者系統(tǒng)，除享有搶答按紐的權(quán)利功能外，還有人性化的提示功能和 時(shí)間 提示 功能，也可設(shè)定由主控控制在參賽者終端表現(xiàn)的趣味性功能等；主控系統(tǒng)的控制按鈕做開始與結(jié)束控制，根據(jù)活動(dòng)參賽者的層次，對提前掄答者的行為設(shè)定為非法或阻隔，若設(shè)有非法 搶答控制功能時(shí)，在主控處帶有公示性顯示 的非法掄 答者的臺位號，對搶 答限時(shí)及回答問題限時(shí)設(shè)為倒計(jì)時(shí)，并有顯示 提示 。 系統(tǒng)的主要功能模塊方框圖如 圖 1 所示。 圖 1 系統(tǒng)主要功能模塊 本系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì) 的八路 搶答器，在搶答比賽中廣泛應(yīng)用，各組分別有一個(gè)搶答按鈕。 一共有 8 個(gè)按鍵輸入，分別對應(yīng) 8 路選手的搶答按鍵。 主持人有開始和結(jié)束鍵。在后臺主持人可以修改，搶答時(shí)間和選手回答問題的時(shí)間設(shè)置，原始狀態(tài)下?lián)尨饡r(shí)間為 20s，回答問題時(shí)間為 30s。通過 加鍵和減鍵修改上述時(shí)間，改完后結(jié)束鍵確定。新時(shí)間開始有效，主持人按鍵開始后，選手開始搶答為有效，數(shù)碼顯示屏顯示搶答時(shí)間倒計(jì)時(shí)和選手號，在最后五秒揚(yáng)聲器發(fā)生提示。如果主持人沒有按下開始鍵而選手就搶答視為犯規(guī)，數(shù)碼顯示屏顯示犯規(guī)者的代號，揚(yáng)聲器持續(xù)發(fā)生。主持人可按鍵結(jié)束，新一輪搶答開始。 單片機(jī) 是整個(gè)搶答器的核心，內(nèi)部電路設(shè) 計(jì)用匯編語言編寫。它完成了時(shí)間參數(shù)的設(shè)定，搶按號碼的譯碼，保存；顯示； 輸出，搶按及答題倒計(jì)時(shí)功能等。 AT89C51單片機(jī) 4 位七段數(shù)碼管 顯示 聲音電路= 8 路搶答 按鍵輸入 復(fù)位電路 開始、結(jié)束 按鍵輸入 加一、減一 按鍵輸入 時(shí)鐘 安徽工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 4 本設(shè)計(jì)中，有一個(gè) 共 陰 的數(shù)碼管組，四個(gè)數(shù)碼管。其中兩個(gè)顯示時(shí)間，一個(gè)空位，一個(gè)顯示搶答號碼 。主持人依次按下復(fù)位鍵（ RESET），開始鍵后開始搶答?？梢該尠矗撼瑫r(shí)數(shù)碼管顯示“ FFF” ，當(dāng)搶按超過規(guī)定時(shí)間或答題超過規(guī)定時(shí)間后數(shù)碼管顯 示 “ FFF”。若有選手在規(guī)定時(shí)間內(nèi)搶按成功，則可以答題，數(shù)碼管顯示搶答時(shí)間的同時(shí)也顯示選手號碼。若在按開始鍵前搶答表示違規(guī)，數(shù)碼管顯示“ FF”并顯示選手號碼。 系 統(tǒng)需求分析 在搶答中，只有開始后搶答才有效，如果在開始搶答前搶答為無效。 搶答限定時(shí)間和回答問題的時(shí)間可 以 在 1～ 99s 設(shè)定。 可以顯示是哪 位選手有效搶答和無效搶答，正確按鍵后有 音樂提示。 搶答時(shí)間 和回答問題時(shí)間倒記時(shí)顯示，時(shí)間完后系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位。 搶答限定時(shí)間內(nèi)使用錦囊回答時(shí)間將加到 60s。 按鍵鎖定，在有效狀態(tài)下，按鍵無效非法。 搶答器的工作流程 搶答器的基本工作原理 [4]： 在搶答競賽或呼叫時(shí)，有多個(gè)信號同時(shí)或不同時(shí)送入主電路中，搶答器內(nèi)部的寄存器工作，并識別、記錄第一個(gè)號碼，同時(shí)內(nèi)部的定時(shí)器開始工作，記錄有關(guān)時(shí)間并產(chǎn)生超時(shí)信號。在整個(gè)搶答器工作過程中，顯示電路、 聲音 電路等還要根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況向外電路輸出相應(yīng)信號 。 搶答器的工作流程分為 ： 系統(tǒng)復(fù)位、正常流程、違例流程等幾部分，如圖 2所示，下面 分別予以介紹。 安徽工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 5 圖 2 搶答器工作流程 搶答器的工作過程 如果想調(diào)節(jié)搶答時(shí)間或答題時(shí)間 ， 按 “ 加一 ” 鍵或 “ 減一 ” 鍵進(jìn)入調(diào)節(jié)狀態(tài) ，此時(shí)會(huì)顯示現(xiàn)在設(shè)定的搶答時(shí)間或回答時(shí)間值 ， 如想加一秒按一下 加 1s鍵 ， 如果想減一秒按一下 “ 減 1s” 鍵，時(shí)間 LED 上會(huì)顯示改變后的時(shí)間，調(diào)整范圍為 0~99s， 0s 時(shí)加載程序 運(yùn) 行 行 開始 開始數(shù)碼管顯 示 FFF 開始搶 按時(shí)間倒計(jì)時(shí) 開始前有選手搶按 顯示違例選手號碼并伴有語音報(bào)警 倒計(jì)時(shí)結(jié) 束，超時(shí) 有選手 搶按 顯示 FFF 顯示選手號碼 ，倒計(jì) 時(shí)時(shí)間 ,語音報(bào)警，答 題 ,答題時(shí)間倒計(jì)時(shí) 正常流程 違規(guī)流程 若超過答題 時(shí)間，則數(shù) 碼管顯示 FFF 答題完畢 根據(jù)選手表現(xiàn)，規(guī) 則由主持人減分 安徽工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 6 再減 1s 會(huì)跳到 99， 99s 時(shí)再加 1s 會(huì)變到 0s。 主持人按 搶答開始 鍵，會(huì)有提示音，并立刻進(jìn)入搶答倒計(jì)時(shí)（預(yù)設(shè) 20s 搶答時(shí)間），如有選手搶答，會(huì)有提示 音，并會(huì)顯示其號數(shù)并立刻進(jìn)入回答倒計(jì)時(shí)（預(yù)設(shè) 30s搶答時(shí)間），不進(jìn)行搶答查詢，所以只有第一個(gè)按搶答的選手有效。倒數(shù)時(shí)間到小于 5s會(huì)每秒響一下提示音。 如倒計(jì)時(shí)期間，主持人想停止倒計(jì)時(shí)可以隨時(shí)按 “ 停止 ” 按鍵，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)入準(zhǔn)備 狀態(tài) ， 等待主持人按 “ 搶答開始 ” 進(jìn)入下次搶答計(jì)時(shí)。 如果主持人未按 “ 搶答開始 ” 鍵，而有人按了搶答按鍵，犯規(guī)搶答， LED 上不斷閃爍 FF 和犯規(guī)號數(shù)并響個(gè)不停，直到按下 “ 停止 ” 鍵為 止。 總而言之 ， 本課題利用 AT89C51單片機(jī)及外圍接口實(shí)現(xiàn)的搶答系統(tǒng) 設(shè)計(jì)了搶答器，該搶答器增加了新功能、 提高了系統(tǒng)的可靠性、簡化了電路結(jié)構(gòu)、節(jié)約了成本，是一個(gè)實(shí)用的工程設(shè)計(jì)。 器件選型方案及詳細(xì)清單 微控制器選用 ATMAL 公司生產(chǎn)的 AT89C51，該芯片貨源充足，并且價(jià)格也比較便宜。 如表 1 所示 。 表 1 器件選型 方案的詳細(xì)清單 器件名稱 規(guī)格型號 數(shù)量 微處理器 AT86C51 1 芯片 74LS04 1 74HC30 1 電阻 3WTT10K 8 電容 20PF 3 晶振 12MHZ 1 按鈕 11 7 段數(shù)碼管 7SEGMPX4CA 4 揚(yáng)聲器 1 AT89C51 特殊功能寄存 器 特殊功能寄存器也稱專用寄存器 [5]，是具有特殊功能的所有寄存器的集合，簡稱SFR（ Special Function Register）。特殊功能寄存器共含有 22 個(gè)不同寄存器。它們的地址安徽工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 7 分配在 80H～ FFH 中，即在 RAM 地址中。這些寄存器的名稱和地址見表 2。 表 2 AT89C51 特殊功能寄存器列表 符 號 地 址 注 釋 *ACC E0H 累加器 *B F0H 乘法寄存器 *PSW D0H 程序狀態(tài)字 SP 81H 堆棧指針 DPL 82H 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器指針低 8 位 DPH 83H 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器指 針高 8 位 *IE A8H 中斷允許控制器 *IP D8H 中斷優(yōu)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 電源控制及波特率選擇 *SCON 98H 串行口控制器 SBUF 99H 串行數(shù)據(jù)緩沖器 *TCON 88H 定時(shí)器控制 TMOD 89H 定時(shí)器方式選擇 TL0 8AH 定時(shí)器 0 低 8 位 TL1 8BH 定時(shí)器 1 低 8 位 TH0 8CH 定時(shí)器 0 低 8 位 TH1 8DH 定時(shí)器 1 高 8 位 注： 帶 *號的特殊功能寄存器都是可以位尋址的寄存器 雖然特殊功能寄存器地址在 80H～ FFH 之中，但在 80H～ FFH 的地址單元中，不是所有的單元都被特殊功能寄存器占用，未被占用的單元，其內(nèi)容是不確定的，如果對這些單元進(jìn)行操作 ，得到的是一些隨機(jī)數(shù)，而寫入則無效。所以，用戶編程時(shí)不應(yīng)該將數(shù)據(jù)寫入這些未確定的地址單元，它們是公司留待將來開發(fā)新產(chǎn)品時(shí)使用的。 AT89C51 的功能及簡介 AT89C51 單片機(jī)是 ATMAL 公司 89 系列單片機(jī)的一種 8 位 Flash 單片機(jī)。它最大特點(diǎn)是片內(nèi)含有 Flash 存儲(chǔ)器，用途十分廣泛，特別是在 生產(chǎn)便攜式商品，手提式儀器等方 面，有著十分廣泛的應(yīng)用 [6]。 安徽工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 8 AT89C51 單片機(jī) 內(nèi)部主要有以下部件： 8031CPU、 振蕩電路 、 總線控制部件 、 中斷控制部件 、 片內(nèi) Flash 存儲(chǔ)器 、 片內(nèi) RAM、 并行 I/O 接口 、 定時(shí)器 和 串行 I/O 接口 AT89C51 是 89 系列單片機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)型，它是與 MSC51 系列單片機(jī)兼容的。在內(nèi)部含有 4KB 或 8KB 可重復(fù)編程的 Flash 存儲(chǔ)器，可進(jìn)行 1000 次擦寫操作。全靜態(tài)工作為