【正文】 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文） 設(shè) 計(jì)（論文）題 目： 八 路 搶 答 器 系 別： 電 子 工 程 系 專 業(yè)： 通 信 工 程 班 級(jí)： 05 通 信（ 1）班 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 完成時(shí)間： 08 年 5 月 2 八路智力搶答器 摘要： 八路搶答器，就是一種利 用單片機(jī)功能而做出來的產(chǎn)品。本文介紹了單片機(jī)控制、數(shù)碼顯示八路搶答器的電路組成、設(shè)計(jì)思路及功能。該搶答器除具有基本的搶答功能外，還具有定時(shí)、計(jì)時(shí)和報(bào)警功能。 主持人通過時(shí)間預(yù)設(shè)開關(guān)預(yù)設(shè)供搶答的時(shí)間，系統(tǒng)將完成自動(dòng)倒計(jì)時(shí)。若在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)有人搶答，則計(jì)時(shí)將自動(dòng)停止；若在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)無人搶答，則系統(tǒng)中的蜂鳴器將發(fā)響，提示主持人本輪搶答無效，實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。 關(guān)鍵詞： 搶答器 ； 定時(shí) ； 報(bào)警 3 目錄 摘要 ????????????????????????? 3關(guān) 鍵字 ?????????? 設(shè)計(jì)任務(wù) ???????????? 4 ????????????????????? 4 ????????????????? 4 ????????????????? 4 第二章 硬件電路設(shè)計(jì)及其功能介紹 ????????? .......6 ????????????????????? 6 ??????????????????? 6 簡介 ?????????????????? ...7 ??????????? ................12 ????????????????? ....12 ????????????? 17 第三章硬件電路圖簡介 ????????????? .......18 ?????????????????????? 19 ????????????? ....................20 第四章軟件設(shè)計(jì) —— 程序流程圖及程序 ???????? 21 第五章調(diào)試 ????????????????????? 35 第六章總結(jié) ??? ?????????????????? 37 元件清單 ??????????????????????? 39 附錄參考文獻(xiàn) ??????????????????? .40引言 引言 在知識(shí)比賽與娛樂競賽中，特別是做搶答題目的時(shí)候，在搶答過程中，為了知道哪一組或哪一位選手先答題，必須要設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)來完成這個(gè)任務(wù)。如果在搶答中，靠視覺是很難判斷出哪組先答題。利用單片機(jī)系統(tǒng)來設(shè)計(jì)搶答器，使以上問題得以解決，即使兩組的搶答時(shí)間相差幾微秒，也可分辨出哪組優(yōu)先答題。本文主要介紹了單片機(jī)搶答器設(shè)計(jì)及工作原理，以及它的實(shí)際 用途。系統(tǒng)工作原理本系統(tǒng)采用 8051 單片機(jī)作為核心?？刂葡到y(tǒng)的四個(gè)模塊分別為：存儲(chǔ)模塊、顯示模塊、語音模塊、搶答開關(guān)模塊。該搶答器系統(tǒng)通過開關(guān)電路四個(gè)按鍵輸入搶答信號(hào)；利用 4 語音芯片 ISD1420 完成語音的錄放功能；利用存儲(chǔ)程序；利用一個(gè)數(shù)碼管來完成顯示功能。工作時(shí)，用按鍵通過開關(guān)電路輸入各路的搶答信號(hào)，經(jīng)單片機(jī)的處理，輸出控制信號(hào)，控制數(shù)碼管和語音芯片工作。在數(shù)碼管上顯示哪一組先答題，并通過語音系統(tǒng)讀出“第 2 組請答題”，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)搶答過程。 “一種基于單片機(jī)的搶答器”與一般搶答器有四點(diǎn)不同：首先，搶答器反 應(yīng)異常靈敏。據(jù)了解，此搶答器的反應(yīng)時(shí)間僅為幾十微秒，大大縮短了搶答器的反應(yīng)時(shí)間，使搶答器可以迅速高效的工作。其次，搶答質(zhì)量有保證。在搶答過程中，當(dāng)有人首先槍答成功的同時(shí)，會(huì)伴有響亮的聲音提示，并且，不同的搶答器會(huì)有不同的聲音，為比賽更加公正透明化提供了依據(jù)。第三，搶答器設(shè)置了復(fù)位鍵。搶答的活動(dòng)常常會(huì)有幾個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)成，為了保證在每個(gè)環(huán)節(jié)中槍答器都可以快速高效的運(yùn)作，使得搶答更加順利的進(jìn)行，此類搶答器設(shè)置了復(fù)位鍵。最后，搶答器利用單片機(jī)技術(shù)。利用這一技術(shù)，保證了搶答器擁有上述功能的同時(shí)，提高了搶答器的壽命與質(zhì)量， 讓搶答器可以更加實(shí)用的同時(shí)，提高了搶答器的技術(shù)含量。 第一章 設(shè)計(jì)任務(wù) 1 設(shè)計(jì)方案 1）． 確定單片機(jī)的型號(hào) 根據(jù)系統(tǒng)的功能與要求，選擇 AT89C51 比較宜。 2）． 任務(wù)：設(shè)計(jì)一個(gè)供 8 名選手參加的八路掃描式搶答器。每組設(shè)計(jì)一個(gè)搶答按扭供參加者使用。電路具有第一搶答信號(hào)的鑒別和鎖定存儲(chǔ)功能。在主持人將系統(tǒng)復(fù)位并發(fā)出搶答指令后，如果參賽者在第一時(shí)間按搶答開關(guān)，則按鈕指示燈燈亮并用組別電路顯示出搶答者的組別。同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出聲音。電路應(yīng)具有自鎖功能，使其他組不起作用。 2 系統(tǒng)的功能與要求 每名選手有一個(gè) 搶答按扭，按扭的編號(hào)與選手的編號(hào)相對應(yīng)，搶答器具有信號(hào)的鑒別和數(shù)據(jù)的鎖存、顯示的功能。搶答開始后，若有選手搶答按扭，則選手指示燈亮，并在數(shù)碼管上顯示相應(yīng)的編號(hào)，蜂鳴器發(fā)出音響提示。同時(shí)，電路應(yīng)具備自鎖功能，禁止其他選手再搶答，優(yōu)先 5 搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。搶答器具有定時(shí)搶答的功能。在主持人發(fā)出搶答指令后，定時(shí)器立即進(jìn)行減計(jì)時(shí)，并在顯示器上顯示，同時(shí)蜂鳴器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù) 左右。選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效，定時(shí)器停止工作，顯示器顯示選手編號(hào)，并保持到主持人將系統(tǒng)清零 為止。 3 八路搶答器的概述 本文介紹的八路數(shù)顯搶答器具有電路簡單、成本較低、操作方便、靈敏可靠等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)使用效果良好，具有較高的推廣價(jià)值。 可用于 8 組或 8 組以下的智力競賽中。比賽前，將參賽組從 0 至 7 編號(hào)，每組發(fā)給對應(yīng)的的一個(gè)搶答按鈕。主持人按一下總控制啟動(dòng)鍵后，搶答開始。此后，哪一組最先按下?lián)尨鸢粹o，數(shù)碼顯示器就立即顯示該組的組號(hào)并鎖定，同時(shí)蜂鳴器發(fā)出聲響。以后，按下任何一路搶答按鈕均不起反應(yīng)。只有主持人再次按動(dòng)啟動(dòng)鍵后，才能進(jìn)行下一次搶答該電路。 6 第二章 硬件電路設(shè)計(jì)及其功能介紹 1 方案論證 有許多比賽活動(dòng)中， 為了更準(zhǔn)確 、公正、直觀地判斷出第一個(gè)搶答者，通常設(shè)置一個(gè)搶答器，通過數(shù)字顯示，燈光及音響等多種手段顯示第一搶答者，同時(shí)還可設(shè)置記分，犯規(guī)及獎(jiǎng)懲記錄等多種功能，傳統(tǒng)的數(shù)電控制電路可靠性雖好，但不能顯示臺(tái)幾號(hào)給主持人帶來一定的麻煩，而模擬電子控制電路可靠性較差。 ⑴ 8 路搶答器可以利用硬件電子元器件實(shí)現(xiàn)，但電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)試?yán)щy，涉及到的外圍元件多，不便于安裝，實(shí)驗(yàn)給實(shí)際操作帶來很大的麻煩。 ⑵ 核芯是一片 AT89C51，其片內(nèi)帶有的 4KFLASHROM， 128B 的 RAM，以及 15 根 I/O 口線能滿足設(shè)計(jì)要求。 利用單片機(jī)可以用很少元件實(shí)現(xiàn)相同功能，而且單片機(jī)性能可操作性強(qiáng)?？梢灾挥?P0 口連接上拉電阻，完成驅(qū)動(dòng) LED 的功能，串接按鍵可以由選手自己控制搶答機(jī)會(huì)，利用 P3 口的 RXD 接 AT89C51 的 7 A， B 端， TXD 接移位脈沖做時(shí)鐘信號(hào)。利用單片機(jī)程序判斷選手按鍵是否有效，但選手違規(guī)搶答，利用簡單程序顯示選手序號(hào)，啟動(dòng)蜂鳴器并不間斷，告訴主持人有人違規(guī)操作，搶答無效。給出相應(yīng)的延時(shí)，選手按正常的操作搶答，軟件倒記時(shí)，利用 AT89C51 移位寄存 8 段 數(shù)碼管，實(shí)現(xiàn)倒記時(shí)顯示時(shí)間，到 5 秒相應(yīng)時(shí)間提醒選手時(shí)間快到了，要及時(shí)作答，并啟動(dòng)蜂鳴器。 2 方案比較分析 從第一個(gè)方案我們可以看出，這個(gè)搶答器是由搶答電路 ,定時(shí)電路，報(bào)警電路 ,時(shí)序控制電路四個(gè)電路組成。擴(kuò)展電路是由秒鐘脈沖信號(hào)產(chǎn)生電路，譯碼電路，顯示電路等，它的功能很齊全 ,設(shè)計(jì)的電路也很穩(wěn)定。但是它的造價(jià)卻很高。僅僅是集成電路它就用了八個(gè) ,這跟我們當(dāng)初的設(shè)計(jì)理念是相沖突的。我們要的是功能齊全 ,但是造價(jià)比較低的設(shè)計(jì)。所以我們放棄了這項(xiàng)設(shè)計(jì)。 而本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)，可靠性好，結(jié)構(gòu)簡單，具有顯示出臺(tái)號(hào)，分機(jī)得 分顯示，倒計(jì)時(shí)功能以及獎(jiǎng)懲情況。該模式充分體現(xiàn)了原有系統(tǒng)性能的改進(jìn)，功能的擴(kuò)展及與其它同類系統(tǒng)的不同之處，它包括硬件邏輯圖與軟件流程圖，比較經(jīng)濟(jì)實(shí)用，所以我們選用單片機(jī)方案。 3 AT89C51 簡介 1） MSC51 系列單片機(jī)簡介 MSC51 系列單片機(jī)是英特爾公司于 1980 年起推出的第二代產(chǎn)品。與 8084 相比， 8051 的硬件結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)均有很大改進(jìn)，可支持更大的存貯空間，擴(kuò)充了更多的硬件功能 I/O 功能，速度提高了 2 5 倍，可完成邏輯運(yùn)算等。近年來推出的一些增強(qiáng)的 MSC51 系統(tǒng)單片機(jī)，片 8 內(nèi)還 集成了許多特殊功能單元，只需要加一些擴(kuò)展電路及必要的通道接口即可構(gòu)成各種計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。因 MSC51 系統(tǒng)單片機(jī)在智能儀表、智能接口、功能模塊等領(lǐng)域得到了非常廣泛的應(yīng)用。 主要技術(shù)特性： ①適于控制應(yīng)用的 8 位 CPU。 ②擴(kuò)展的邏輯處理能力。 ③ 64K 程序存貯器空間和 64K 數(shù)據(jù)存貯器空間。 ④ 4KB 片內(nèi)程序存貯器。 ⑤ 128B 片內(nèi)數(shù)據(jù) RAM。 ⑥ 32 根雙向和可單獨(dú)尋址的輸入輸出線。 ⑦ 2 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器，片內(nèi)時(shí)鐘發(fā)生器。 ⑧全雙工異步發(fā)送 /接收器。 ⑨ 6 源 5 向量中斷結(jié)構(gòu)，具有兩個(gè)優(yōu)先級(jí) 。 1） 128個(gè)字節(jié)的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM。其片外數(shù) 據(jù)存 儲(chǔ)器 的尋 址范 圍為 64KB用于 存放可讀寫的數(shù)據(jù)，如運(yùn)算的中間結(jié)果或最終結(jié)果等。 圖 21 MSC51系列 2） 4KB的片內(nèi)程序只讀存儲(chǔ)器 ROM或 EPROM。其片外可尋址范圍為64KB，主要用于存放已編程的程序，也可以存放一些原始數(shù)據(jù)和表格。 3） 18個(gè)特殊功能寄存器 SFR。它用于控制和管理片內(nèi)算術(shù)邏輯部件、并行 I/O口、串行 I/O口、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)等功能模塊的工作。 9 4） 4個(gè) 8位并行輸入輸出 I/O接口： P0口、 P1口、 P2口、 P3口，用于并行輸入或輸出數(shù)據(jù)。 5） 1個(gè)串行 I/O接口。他可使數(shù)據(jù) 1位串行地在計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間傳送，可用軟件設(shè)置 4種工作方式，用于多處理機(jī)通信、 I/O擴(kuò)展或全雙工通用異步接受器。 6）個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器。他可以設(shè)置為計(jì)數(shù)方式對外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)，也可以設(shè)置為定時(shí)方式進(jìn)行定時(shí)。 7）具有 5個(gè)中斷源，可編程為 2個(gè)優(yōu)先級(jí)的中斷系統(tǒng)。他可以接 受外部中斷申請、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器中斷申請和串行口中斷申請。 MCS51系列單片機(jī)的 40個(gè)引腳中有 2 個(gè)專用于主電源的引腳， 2個(gè)外接晶體的引腳， 4個(gè)控制或與其它電源復(fù)用的引腳，以及 32條輸入輸出 I/O引腳。 2） MCS51單片機(jī)的指令程序 時(shí)序是用定時(shí)單位來描述的， MCS51 的時(shí)序單位有四個(gè)，它們分別是節(jié)拍、狀態(tài)、機(jī)器周期和指令周期，接下來我們分別加以說明。 a) 節(jié)拍與狀態(tài) 我們把振蕩脈沖的周期定義為節(jié)拍（為方便描述，用 P 表示），振蕩脈沖經(jīng)過兩個(gè)分頻后即得到整個(gè)單片機(jī)工作系統(tǒng)的時(shí)鐘信號(hào)，把時(shí)鐘信號(hào)的周期定義 為狀態(tài)（用 S 表示），這樣一個(gè)狀態(tài)就有兩個(gè)節(jié)拍，前半周期相應(yīng)的節(jié)拍我們定義為 1（ P1），后半周期對應(yīng)的節(jié)拍定義為 2（ P2）。 b) 機(jī)器周期 10 MCS51 有固定的機(jī)器周期，規(guī)定一個(gè)機(jī)器周期有 6 個(gè)狀態(tài)，分別表示為 S1S6,而一個(gè)狀態(tài)包含兩個(gè)節(jié)拍，那么一個(gè)機(jī)器周期就有 12 個(gè)節(jié)拍，我們可以記著 S1P S1P S6P S6P2，一個(gè)機(jī)器周期共包含12 個(gè)振蕩脈沖，即機(jī)器周期就是振蕩脈沖的 12 分頻，顯然如果使用6MHZ 的時(shí)鐘頻率，一個(gè)機(jī)器周期就是 2us，而如果使用 12MHZ 的時(shí)鐘頻率，一個(gè)機(jī)器周期就是１ us。 c) 引腳說明 (1)VCC：供電電壓。 (2)GND：接地。 (3)P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL門電流。當(dāng) P1 口的管腳第一