基于單片機(jī)的智能搶答器的設(shè)計(jì)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-08-14 18:35 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的電源、開關(guān)、導(dǎo)線、鬧鈴組成的串并聯(lián)電路或者靠人體感知器官不容易說(shuō)得清哪一組或哪一位選手獲得搶答權(quán)，不能使比賽達(dá)到公平、公正、公開，利用單片機(jī)程序設(shè)計(jì)搶答器可以迅速的判斷出獲得搶答權(quán)的選手以及實(shí)現(xiàn) 其他的一些功能，這在后文中會(huì)重點(diǎn)介紹。 本設(shè)計(jì)的方案 本設(shè)計(jì)采用了 80C51 系列中的 AT89C51 單片機(jī)作為整個(gè)搶答器的靈魂，就像 3 人類的大腦一樣。這樣利用了將微處理器、存儲(chǔ)器、 I/O 接口電路集成在一片電路芯片中的單片機(jī)，能使電路結(jié)構(gòu)精簡(jiǎn) [1]。這樣整個(gè)搶答器就包括單片機(jī)、 LED 驅(qū)動(dòng)器、 LED 顯示屏、蜂鳴報(bào)警器以及操作按鍵，其中操作按鍵包括主持人控制鍵盤和選手搶答鍵盤。本設(shè)計(jì)的工作原理是“輸入信號(hào) 信號(hào)分析 信號(hào)輸出”，輸入信號(hào)是通過(guò)主持人操作鍵鈕（“開始”鍵、“停止”鍵、“復(fù)位”鍵）和 選手操作按鈕（搶答鍵）操控，單片機(jī)通過(guò)匯編語(yǔ)言來(lái)分析信號(hào)，通過(guò) LED 顯示屏、蜂鳴報(bào)警器來(lái)輸出信號(hào)。設(shè)計(jì)方案如 圖所示。 本設(shè)計(jì)中搶答器的主要功能 本設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)選手搶答功能，供八名選手使用。在搶答的基礎(chǔ)上，還可以顯示獲得搶答權(quán)的選手號(hào)以及違規(guī)的選手號(hào)以及搶答、答題剩余時(shí)間，所謂“違規(guī)”就是違反搶答規(guī)定，本輪搶答或答題開始，主持人會(huì)按動(dòng)“復(fù)位”、“開始”按鈕，并宣布開始搶答，此時(shí)八位選手才能按動(dòng)“搶答”按鈕，如果提前按動(dòng)，則視為違規(guī)。開始因?yàn)?本設(shè)計(jì)具有時(shí)鐘電路，所以還可以對(duì)搶答過(guò)程和答題過(guò)程進(jìn)行時(shí)間限制。當(dāng)?shù)竭_(dá)時(shí)間后，會(huì)通過(guò)報(bào)警電路報(bào)警，同樣，當(dāng)選手具有違規(guī)操作時(shí)，報(bào)警電路會(huì)發(fā)聲報(bào)警。搶答器還有一個(gè)重要的功能就是“鎖存”，是通過(guò)單片機(jī)中鎖存器來(lái)完成的，所謂“鎖存”指當(dāng)有選手搶答成功后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將這鍵盤輸出電路 LED 顯示屏 A T 8 9 C 5 1 單 片 機(jī) 時(shí)鐘電路 LED 顯示器驅(qū)動(dòng)電路 復(fù)位電路 蜂鳴（報(bào)警）電路 電源電路 圖 單片機(jī)搶答器設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)圖 4 名選手號(hào)鎖住，其他選手在按動(dòng)搶答按鈕則不被系統(tǒng)識(shí)別，即使相差幾微妙也能區(qū)分開來(lái)，這樣就實(shí)現(xiàn)了搶答的公正性和精準(zhǔn)性。 2. 硬件電路設(shè)計(jì) AT89C51 單片機(jī) 本設(shè)計(jì)使用 AT89C51。通過(guò)圖 所示的 單片機(jī)引腳 圖我們可以看出： AT89C51單片機(jī) 引腳 相對(duì)較多，總共 有 40 個(gè) ,分別有 雙向 I/O 端口、 外中斷口 、 可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 、 全雙工串行通信口 。因?yàn)?AT89C51 單片機(jī)內(nèi)含有可擦寫的 Flash 存儲(chǔ)器，所以在進(jìn)行軟件編程上，可以采用在線編程，也適用于常規(guī)編程 [1]。 單片機(jī)時(shí)鐘電路 AT89C51 單片機(jī)內(nèi)有高增益反相放大器，其頻率范圍為 ~12MHz，輸入引腳和出入引腳分別為為 XTAL1（引腳號(hào) 19）和 XTAL2（引腳號(hào) 18）。引腳 XTAL1接地； XTAL2 接外部振蕩源。 本設(shè)計(jì)時(shí)鐘采用內(nèi)部方式產(chǎn)生，電路如圖 所示。 XTAL1 和 XTAL2 接由C C石英晶體（晶振）并聯(lián)成的諧振，這樣連接會(huì)使電路自動(dòng)激發(fā)震蕩。 C1和 C2 可以微調(diào)頻率。 5 單片機(jī)復(fù)位電路 復(fù)位，顧名思義，恢復(fù)到初始位置、初始狀態(tài)并從初狀態(tài)工作。 AT89C51 復(fù)位結(jié)構(gòu)如圖 （ a）所示， 在復(fù)位的外部電路中，在振蕩器正在運(yùn)行的情況下，要想實(shí)現(xiàn)復(fù)位功能，必須靠在 RST/VPD 引腳（引腳號(hào) 9）加連續(xù) 2個(gè)周期即 24 個(gè)振蕩周期的高電平。內(nèi)部復(fù)位是在 RST 引腳出現(xiàn)高電平后的第二個(gè)周期執(zhí)行，復(fù)位開始以后每過(guò)一個(gè)周期都有一次復(fù)位，直至 RST 端隨著電容充電電流的減少， RST 的電位逐漸下降最終變低電平 [2]。 復(fù)位分為兩種方式：第一種方式是上電自動(dòng)復(fù)位如圖 （ b）所示，但是這種復(fù)位方式因?yàn)椴荒艿涂垢蓴_容易出現(xiàn)故障；第二種復(fù)位方式是人工按鍵復(fù)位方式，要想采取后者復(fù)位方式，則只需要在復(fù)位電路中并聯(lián)一個(gè)按鈕，按一下按 6 鈕， RST 引腳出現(xiàn)高電平，則實(shí)現(xiàn)一次復(fù)位，安全可靠。本設(shè)計(jì)復(fù)位電路采取的是人工按鍵復(fù)位方式，如圖 （ c）所示 鍵盤電路 在現(xiàn)代高科技迅速發(fā)展，各類電子產(chǎn)品普及的時(shí)代，“鍵盤”發(fā)揮了重要的作用，例如手機(jī) 上、電腦上、各類機(jī)器機(jī)床上均安裝有鍵盤，雖然隨著科技的更新，有些產(chǎn)品將鍵盤更新成觸摸屏，但是鍵盤仍然起到了不可或缺的重要作用。本設(shè)計(jì)上就采用了鍵盤來(lái)實(shí)現(xiàn)某些功能。 選手搶答電路 本設(shè)計(jì)是為 8 名選手或者 8 個(gè)參賽隊(duì)設(shè)計(jì)的數(shù)字搶答器，所以選手要想實(shí)現(xiàn)搶答目的，就通過(guò)按自己座位上的搶答按鈕（即選手搶答鍵盤）來(lái)實(shí)現(xiàn)。 8 名選手或參賽隊(duì)的搶答鍵盤（分別為 S0~S8）各自獨(dú)立互不影響，每個(gè)鍵盤都獨(dú)立接入 輸入 /輸出（ I/O）端口 （如圖 所示），這樣各 輸入 /輸出（ I/O）端口 將不會(huì)彼此影響。這樣，當(dāng)有某名選 手或參賽隊(duì)按動(dòng)搶答按鍵時(shí)， 輸入 /輸出（ I/O）端口 的電平就會(huì)發(fā)生變化，所以檢測(cè) 輸入 /輸出（ I/O）端口 的電平狀態(tài)我們就能發(fā)現(xiàn)最先按動(dòng)搶答按鍵的選手了。 7 主持人控制電路 本設(shè)計(jì)中的許多功能是由主持人控制的，例如主持人宣布搶答開始以及答題開始后，由主持人按
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