【正文】 下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū) 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。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(guò)發(fā)光管的指示辯認(rèn)出選手號(hào)碼。 數(shù)字搶答器由主題電路與擴(kuò)展電路組成。通過(guò)定時(shí)電路將脈沖產(chǎn)生的信號(hào)在顯示器輸出實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能，共同構(gòu)成擴(kuò)展電路。 數(shù)字搶答器是由很多電路組成的，線路復(fù)雜，可靠性不高，功能也比較難以實(shí)現(xiàn)，特別是當(dāng)數(shù)字搶答路數(shù)很多時(shí)，實(shí)現(xiàn)起來(lái)更為困難。 在當(dāng)今計(jì)算機(jī)的普及和電子信息技術(shù)的迅猛發(fā)展下，對(duì)搶答器有了更高的要求，如何有效的保證許多公開(kāi)競(jìng)爭(zhēng)場(chǎng)合裁決的公平、公正，單片機(jī)搶答器為之提供了條件和發(fā)展空間，建立一個(gè)價(jià)格適宜、智能化、自動(dòng)化、數(shù)字化等特點(diǎn)的搶答器具有重要意義。 除此之外，還可以用鍵盤(pán)做輸入，寫(xiě)入自己設(shè)置的時(shí)間，選手有效搶答還有燈管顯示。 目的及意義 通過(guò) 本 次 畢業(yè) 設(shè)計(jì)， 對(duì) 課本上所學(xué)的 理論 知識(shí)加深和鞏固 ：進(jìn)一步熟悉和掌握基本理論在實(shí)踐中綜合運(yùn)用，進(jìn)一步熟悉和掌握單片機(jī)的基本知識(shí)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本 方法及設(shè)計(jì)步驟，進(jìn)一步熟悉和掌握常用單片機(jī)模塊的設(shè)計(jì)和應(yīng)用。 能夠熟練 運(yùn) 用 Keil uVision4軟件 編寫(xiě) 相應(yīng)的程序 模塊。培養(yǎng)實(shí)踐技能，提高分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。同時(shí) 通過(guò)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(shí)， 能夠 獨(dú)立地做完畢業(yè)設(shè)計(jì)，通 過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)受到一次綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)、理論和技能的訓(xùn)練。它是對(duì)我們?cè)谛W(xué)習(xí)的一次全面檢驗(yàn)、總結(jié)和提高；是對(duì)我們利用所學(xué)的理論知識(shí)解決實(shí)際工程問(wèn)題的綜合訓(xùn)練；是 對(duì)提高我們的實(shí)踐動(dòng)手能力、創(chuàng)新思維能力具有不可替代的作用；也 是對(duì)畢業(yè)及學(xué)位資格認(rèn)證的重要依據(jù)。 搶答器的目前現(xiàn)狀 在現(xiàn)代社會(huì)中，各種教育活動(dòng)、娛樂(lè)節(jié)目比比皆是，而搶答器作為一種工 具，它可以給予參賽者公平的答題機(jī)會(huì)和答題時(shí)間，已廣泛應(yīng)用于各種智力和知識(shí)競(jìng)賽場(chǎng)合。作為一個(gè)單位，如果專(zhuān)門(mén)購(gòu)一臺(tái)搶答器在經(jīng)濟(jì)上還可以承受，然而由于活動(dòng)的多樣性，去購(gòu)買(mǎi)陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 2 頁(yè) 共 68 頁(yè) 各種不同規(guī)格的搶答器，再購(gòu)置的麻煩和及時(shí)性就會(huì)影響活動(dòng)的開(kāi)展。因?yàn)槊總€(gè)選手位于搶答現(xiàn)場(chǎng)的不同位置，每個(gè)選手與控制臺(tái)之間要有長(zhǎng)長(zhǎng)的連接線。 第二，電路復(fù)雜。采用單片機(jī)掃描技術(shù)識(shí)別選手搶按號(hào)碼時(shí)，電路的延遲時(shí)間較大。 第四， 目前市面上的搶答器只是大概判斷出搶答成功或犯規(guī)選手臺(tái)號(hào)，無(wú)法顯示出每個(gè)選手搶答所用的時(shí)間 。 進(jìn)度安排 本次設(shè)計(jì)主要分以下幾個(gè)階段完成： 前期準(zhǔn)備階段，收集資料，整理資料，設(shè)計(jì)課題的總體方案，完成開(kāi)題報(bào)告； 根據(jù)總體方案設(shè)計(jì)，細(xì)化各模塊，完成各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)； 學(xué)習(xí)單片機(jī)的編程，完成硬件仿真電路的調(diào)試； 制作實(shí)物電路，完成調(diào)試硬件實(shí)物電路； 整理資料，完成畢業(yè)論文的書(shū)寫(xiě)，準(zhǔn)備答辯。 其工作原理為：接通電源后 ，主持人將開(kāi)關(guān)撥到 “清除 ”狀態(tài)，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，編號(hào)顯示器滅燈，定時(shí)器顯示設(shè)定時(shí)間；主持人將開(kāi)關(guān)置于 “開(kāi)始 ”狀態(tài)，宣布 “開(kāi)始 ”搶答器工作。選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)搶答時(shí)，搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號(hào)鎖存、編號(hào)顯示、揚(yáng)聲器提示。如果再次搶答必須由主持人再次操作 “清除 ”和 “開(kāi)始 ”狀態(tài)開(kāi)關(guān)。 其工作原理為： 主持人在活動(dòng)前，通過(guò)鍵盤(pán)輸入電路，預(yù)設(shè)搶答時(shí)間和答題時(shí)間。然后，主持人再按下“開(kāi)始答題”按鈕，數(shù)碼管顯示答題倒計(jì)時(shí)，各位選手答完題以后，按下“停止”按鈕，倒計(jì)時(shí)停止。如果需要重新設(shè)置搶答時(shí)間和答題時(shí)間，主持人可以按下“總復(fù)位”按鈕，就可以重置時(shí)間。方案一在實(shí)際應(yīng)用時(shí)連接線較多，看起來(lái)比較繁瑣不但影響電路美觀，而且影響增加了安裝的難度。 第二，系統(tǒng)性能。方案二則使用單片機(jī)完成號(hào)碼處理、計(jì)時(shí)、數(shù)據(jù)運(yùn)算等功能，由于所有程序都已燒錄在單片機(jī) 內(nèi)部，所有處理是按照程序進(jìn)行，不易出現(xiàn)失誤，系統(tǒng)性能相對(duì)穩(wěn)定，搶答器可靠性較高。 方案一中 的搶答器只是大概判斷出搶答成功或犯規(guī)選手臺(tái)號(hào)，無(wú)法顯示出每個(gè)選手搶答所用的時(shí)間 ，會(huì)導(dǎo)致選手猜測(cè)比賽的公平性，容易引起活動(dòng)騷亂。 第四，實(shí)用性方面。方案二中的搶答器則可以 自由設(shè)置搶答時(shí)間和答題時(shí)間，適用于多種規(guī)則的活動(dòng)中，不但節(jié)省經(jīng)費(fèi)，而且免去重新購(gòu)置搶答器的麻煩。 STC89C51單片機(jī) 四位七段數(shù)碼管顯示 聲音電路 = 8 路搶答 按鍵輸入 復(fù)位電路 時(shí)間預(yù)設(shè)、 開(kāi)始、結(jié)束 鍵盤(pán)輸入 時(shí)鐘電路 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 5 頁(yè) 共 68 頁(yè) 3．硬件電路的設(shè)計(jì) 硬件電路設(shè)計(jì)思路 基于單片機(jī)的多路搶答器系統(tǒng)主要分為幾個(gè)模塊： 單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊、鍵盤(pán)控制模塊、數(shù)碼顯示模塊 、聲音電路模塊。復(fù)位電路為單片機(jī)系統(tǒng)提供可靠復(fù)位，使單片機(jī)能正常啟動(dòng)。 鍵盤(pán)控制模塊包括 搶答時(shí)間和答題時(shí)間輸入鍵、主持人控制開(kāi)始搶答按鍵和答題按鍵、主持人復(fù)位按鍵、選手搶答按鍵和選手答題完畢停止按鍵 ， 其中搶答時(shí)間和答題時(shí)間輸入鍵、主持人控制開(kāi)始搶答按鍵和答題按鍵、主持人復(fù)位按鍵是由一個(gè) 4*4矩陣鍵盤(pán)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，接在主單片機(jī)的 P1口；選手搶答按鍵和選手答題完畢停止按鍵分別接在兩個(gè)從單片機(jī)中，均對(duì)應(yīng)接在單片機(jī)的 P1口，用來(lái)?yè)尨鸷痛鹜觐}的停止。斷碼接在 P0口，位碼接在 P2 口的地位。 總體設(shè)計(jì)框圖 圖 總體設(shè)計(jì)框圖 具體 說(shuō)明如下 ： 4*4矩陣鍵盤(pán)信息，預(yù)設(shè)搶答時(shí)間和答題時(shí)間，主持人控制開(kāi)始與結(jié)束，確 定是否為有效答題。 。 單片機(jī)系統(tǒng) 單片機(jī)的選擇 本設(shè)計(jì)分為硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，這兩者相互結(jié)合，不可分離；從時(shí)間上看，硬件設(shè)計(jì)的絕大部分工作量是在最初階段，到后期往往還要做一些修改。為使硬件電路設(shè)計(jì)盡可能合理，應(yīng)注意以下幾方面 [7]： (1) 盡可能采用功能強(qiáng)的芯片，以簡(jiǎn)化電路，功能強(qiáng)的芯片可以代替若干普通芯片，隨著生產(chǎn)工藝的提高，新型芯片的的價(jià)格不斷下降，并不一定比若干普通芯片價(jià)格的總和高。在設(shè)計(jì)硬件電路時(shí)，要考慮到將來(lái)修改擴(kuò)展的方便。 (3) 程序空間 ，選用片內(nèi)程序空間足夠大的單片機(jī)，本設(shè)計(jì)采用 AT 89C51 單片機(jī)。如果系統(tǒng)配置了外部 RAM，則建議多留一些空間。 如果有大批數(shù)據(jù)需要處理，則應(yīng)配置足夠的 RAM，如 6264， 62256 等。只要在硬件電路設(shè)計(jì)初期考慮到這一點(diǎn)，就應(yīng)該 為系統(tǒng)將來(lái)升級(jí)留足夠的 RAM 空間，哪怕多設(shè)計(jì)一個(gè) RAM 的插座，暫不插芯片也好。如有些新的信號(hào)需要采集，就必須增加輸入檢測(cè)端；有些物理量需要控制，就必須增加輸出端。 AT89C52主要性能參數(shù) AT89C52型單片機(jī)的性能與 AT89C5 STC89C52的性能基本相似， AT89C52是美國(guó) AT公司生產(chǎn)的低電壓，高性能的單片機(jī)。由于將多功能 8位 CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， AT的 89C52是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 AT89C52功能 引腳說(shuō)明 40個(gè)引腳按引腳功能大致可以分為 4個(gè)種類(lèi)：電源、時(shí)鐘、控制和 I/O口引腳 。 電源 ：（ 1） VCC:芯片電源，接 +5V. (2) VSS:接地端。 該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件， XTAL2 應(yīng)不接。 在外接晶體時(shí)， XTAL1 與 XTAL2 各接晶體的一端 借外接晶體與片內(nèi)反相放大器構(gòu)成震蕩器。 ⑵ PSEN： 外 ROM讀選通信號(hào) 。 ⑷ EA/Vpp: 內(nèi)外 ROM選擇 /片內(nèi) EPROM編程電源。 PO口是一組 8位漏極開(kāi)路行雙向 I/O口，也 是 地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。對(duì)端口寫(xiě) “1” ，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸出口。 Flash編程和程序校驗(yàn)期間， P1口接收 8位地址。對(duì)端口 “1” ，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可 作為輸 入 口，作輸 入 口時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流 。對(duì) P3 口寫(xiě)入 “1” 時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸出端口。 P3口除可作為一般的 I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能 。開(kāi)始按鍵與結(jié)束按鍵分別接到單片機(jī)的 2 25 腳，由于單片機(jī)的 11 腳既有串行接口 RXD、 TXD 功能，又有 、 的 IO 端口功能，此處按鍵用 到單片機(jī) 11 腳的 D第二 功能。 4 位七段 數(shù)碼管段選 P0口。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 8 頁(yè) 共 68 頁(yè) 圖 系統(tǒng)總體硬件設(shè)計(jì)圖 搶答器的系統(tǒng)概述 系統(tǒng)的主要功能 本設(shè)計(jì)系統(tǒng)是，采用模塊化設(shè)計(jì)的八路搶答器，主要包括顯示電路部分、時(shí)間預(yù)設(shè)和開(kāi)始結(jié)束鍵盤(pán)輸入電路部分、復(fù)位電路部分、報(bào)警提示電路部分等。此外，本設(shè)計(jì)系統(tǒng)可以顯示搶答成功和違規(guī)的選手臺(tái)號(hào)，對(duì)搶答限時(shí)及回答問(wèn)題限時(shí)設(shè)為倒計(jì)時(shí)，并有顯示提示及聲音提示。在本設(shè)計(jì)中，各組選手分別有一個(gè)搶答按鈕和一個(gè)答題完畢按鈕， 其中用 8 個(gè)按鍵輸入 、 8個(gè)按鍵停止來(lái)表示，另用 8 個(gè) LED燈，分別對(duì)應(yīng) 8組選手。 在活動(dòng)開(kāi)始前，主持人可以預(yù)設(shè)搶答時(shí)間 和選手答題的時(shí)間，通過(guò)鍵盤(pán)依次輸入搶答時(shí)間和選手答題的時(shí)間，設(shè)置好后在搶答和答題過(guò)程中時(shí)間不能更改。如果主持人沒(méi)有按下開(kāi)始搶答按鈕，而選手就已搶答則視為犯規(guī)，數(shù)碼顯示屏顯示出犯規(guī)者的臺(tái)號(hào)，蜂鳴器發(fā)聲報(bào)警。當(dāng)答題完成后，主持人可按下?lián)尨饛?fù)位按鈕，新一輪搶答開(kāi)始（注：此時(shí)的搶答時(shí)間和選手答題時(shí)間仍為上一輪所預(yù)設(shè)的，若需在此輪比賽中重新更改預(yù)設(shè)時(shí)間，則需按下總復(fù)位按鈕）。其中一個(gè)空位，一個(gè)顯示搶答選手臺(tái)號(hào)，另外兩個(gè)顯示倒計(jì)時(shí)。當(dāng)然，也可以搶按，但是會(huì)視為無(wú)效搶答。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)也顯示成 功搶答的選手臺(tái)號(hào)。 搶答器的 主要指標(biāo) 主持人在搶答之前能夠預(yù)設(shè)搶答時(shí)間和答題時(shí)間，時(shí)間由集成鍵盤(pán)輸入，可在 1~99s之間任意設(shè)置，預(yù)設(shè)好時(shí)間后，在搶答和答題過(guò)程中不能再更改時(shí)間。 主持人按 下 搶答開(kāi)始 按鈕 ，會(huì)有提示音，并立刻進(jìn)入搶答倒計(jì)時(shí)（搶答時(shí)間），如有選手搶答，會(huì)有提示音，并會(huì)顯示其 臺(tái)號(hào)，待主持人按下“開(kāi)始答題”按鍵后，方可 進(jìn)入回答倒計(jì)時(shí)（搶答時(shí)間），不進(jìn)行搶答查詢(xún)，所 以只有第一個(gè)按搶答的選手有效。 在 倒計(jì)時(shí)期間， 如果 主持人想停止倒計(jì)時(shí) ， 可以按 “ 停止 ”按鈕 ，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)入準(zhǔn)備 狀態(tài) ， 等待主持人按“開(kāi)始搶答”進(jìn)入下次搶答計(jì)時(shí)。 綜上，本課題利用 STC89C51單片機(jī)及外圍接口 設(shè)計(jì) 實(shí)現(xiàn) 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(jiǎn)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)。在整個(gè)搶答器工作過(guò)程中，顯示電路、聲音電路等還要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況向外電路輸出相應(yīng)信號(hào)。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 10 頁(yè) 共 68 頁(yè) 圖 系統(tǒng)工作流程圖 外圍電路的設(shè)計(jì)及分析 復(fù)位電路的設(shè)計(jì) 單片機(jī)的第 9 腳 RST 為硬件復(fù)位端，只要將該端持續(xù) 4個(gè)機(jī)器周期的高電平即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位，復(fù)位后單片機(jī)的各狀態(tài)都恢復(fù)到初始化狀態(tài)，其電路圖如圖 8 所示： 加載程序 運(yùn) 行 行 開(kāi)始 開(kāi)始數(shù)碼管顯 示 000 開(kāi)始預(yù)設(shè)搶答和答題時(shí)間 開(kāi)始前有選手搶按 顯示違例選手號(hào)碼并伴有語(yǔ)音報(bào)警 倒計(jì)時(shí)結(jié) 束，超時(shí) 有選手 搶按 顯示 000 顯示選手號(hào)碼，倒計(jì) 時(shí)時(shí)間 ,語(yǔ)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(guò)答題 時(shí)間，則數(shù) 碼管顯示 000 答題完畢 系統(tǒng)復(fù)位 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 11 頁(yè) 共 68 頁(yè) 圖 系統(tǒng)總復(fù)位 圖 RESET1 以及電解電容 C電阻 R15 構(gòu)成按鍵及上電復(fù)位電路。當(dāng)上電后，由于電容的緩慢充電，單片機(jī)的 9腳電壓逐步由高向低轉(zhuǎn)化，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，單片機(jī)的 9腳處于穩(wěn)定的低電平狀態(tài)，此時(shí)單片機(jī)上電復(fù)位完畢 ，系統(tǒng)程序從 000H開(kāi)始執(zhí)行。軟復(fù)位實(shí)際上就是當(dāng)程序執(zhí)行完畢之后，將程序指針通過(guò)一條跳轉(zhuǎn)指令讓它跳轉(zhuǎn)到程序執(zhí)行的起始地址。在單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)時(shí)鐘振蕩電路，只需要外接一個(gè)振蕩源就能產(chǎn)生一定的時(shí)鐘信號(hào) 送到單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)單元，決定單片機(jī)的工作速度。 圖 單片機(jī)外部震蕩電路 一般選用石英晶體振蕩器。電路中兩個(gè)電容 C1， C2的作用有兩個(gè)：一是幫助振蕩器起振；二是對(duì)振蕩器的頻率進(jìn)行微調(diào)。 單片機(jī)在工作時(shí)，由內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生或由外直接輸入的送至內(nèi)部控制邏輯單元的時(shí)鐘信號(hào)的周期稱(chēng)為時(shí)鐘周期。圖中時(shí)鐘頻率為6MHz，即 fosc=6MHz，則時(shí)鐘周期為 1/6181。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 12 頁(yè) 共 68 頁(yè) 顯示電路的設(shè)計(jì) 顯示功能與硬件關(guān)系極大，當(dāng)硬件固定后，如何在不引起操作者誤解的前提下提供盡可能豐富的信息，全靠軟件來(lái)解決。 其中靜態(tài)顯示的特點(diǎn)是顯示穩(wěn)定不閃爍，程