【正文】 發(fā)展，促使人們學(xué)科學(xué)、學(xué)技術(shù)、學(xué)知識的手段多種多樣。搶答器作為一種工具，已廣泛應(yīng)用于各種智力和知識競賽場合。做為一個單位若專購一臺搶答器雖然在經(jīng)濟上可以承受，但每年使用的次數(shù)極少，往往因長期存放使（電子器件的）搶答器損壞，再購置的麻煩和及時性就會影響活動的開展,因此設(shè)計了本搶答器。考慮到依需設(shè)定限時回答的功能，利用AT89C51 單片機及外圍接口實現(xiàn)的搶答系統(tǒng)，利用單片機的定時器/計數(shù)器定時和記數(shù)的原理，將軟、硬件有機地結(jié)合起來，使得系統(tǒng)能夠正確地進行計時，同時使數(shù)碼管能夠正確地顯示時間。同時系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)：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；搶答限定時間和回答問題的時間可在 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；搶答時間和回答問題時間倒記時顯示，滿時后系統(tǒng)計時自動復(fù)位及主控強制復(fù)位；按鍵鎖定，在有效狀態(tài)下，按鍵無效非法。 Qiangda limited time to answer questions and the time can be set in the 199 s。 Qiangda time to time and answer questions Dao Ji shi, over time, the system automatically reset control and mandatory reduction。 alphanumeric display。 time。早期的搶答器只由幾個三極管、可控硅、發(fā)光管等組成，能通過發(fā)光管的指示辯認出選手號碼。本課題利用AT89C51單片機及外圍接口實現(xiàn)的搶答系統(tǒng)，利用單片機的定時器/計數(shù)器定時和記數(shù)的原理，將軟、硬件有機地結(jié)合起來，使得系統(tǒng)能夠正確地進行計時，同時使數(shù)碼管能夠正確地顯示時間和選手號碼。系統(tǒng)達到要求: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；搶答限定時間和回答問題的時間可是在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；搶答時間和回答問題時間倒記時顯示，時間完后系統(tǒng)自動復(fù)位；按鍵鎖定，在有效狀態(tài)下，按鍵無效非法。同時通過本課題設(shè)計與裝配、調(diào)試，提高自己的動手能力，鞏固已學(xué)的理論知識，建立單片機理論和實踐的結(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、計算定時計數(shù)的各個單元電路。提高動手能力和排除故障的能力。主持人有開始和結(jié)束、復(fù)位鍵。通過加鍵和減鍵修改上述時間，改完后結(jié)束鍵確定。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，揚聲器持續(xù)發(fā)生。通過研究并在設(shè)計驗證后發(fā)現(xiàn)，采用單片機技術(shù)設(shè)計的搶答器與目前常用的搶答器相比，首先，電路連接簡單，因為大多數(shù)功能單元都通過程序設(shè)計在單片機內(nèi)部，第二，工作性能可靠，抗千擾能力優(yōu)于目前搶答器。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀搶答器作為一種電子產(chǎn)品，早已廣泛應(yīng)用于各種智力和知識競賽場合，但目前所使用的搶答器有的電路較復(fù)雜不便于制作,可靠性低，實現(xiàn)起來很困難；有的則用一些專用的集成塊 ,而專用集成塊的購買又很困難。在國內(nèi)外已經(jīng)開始了普遍的應(yīng)用。但搶答器的使用頻率校低，且有的要么制作復(fù)雜，要么可靠性低，減少興致。但目前多數(shù)搶答器存在 3 個不足之處:第一，現(xiàn)場線路連接復(fù)雜。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。因為單片機只完成號碼處理、計時、數(shù)據(jù)運算等功能，其它功能如選手號碼的識別、譯碼、計分顯示等仍只能通過數(shù)字集成電路完成。第三，選手搶按成功。參賽者分系統(tǒng)設(shè)有：搶答按紐、計時顯示、提示功能等（根據(jù)需要可另設(shè)或多設(shè)相關(guān)功能） ；主控分系統(tǒng)有：開始與結(jié)束控制按鈕、時限設(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） 。圖 21 系統(tǒng)主要功能模塊本系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計智能搶答器，在搶答比賽中廣泛應(yīng)用，各組分別有一個搶答按鈕。在后臺主持人可以修改，搶答時間和選手回答問題的時間設(shè)置，原始狀態(tài)下?lián)尨饡r間為 15s，回答問題時間為10s。新時間開始有效，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間倒計時和選手號，在最后五秒揚聲器發(fā)生提示。主持人可按鍵結(jié)束，新一輪搶答開始。搶答主板：搶答主板是整個搶答器的核心，其關(guān)鍵是單片機 AT89C51。它完成了時間參數(shù)的設(shè)定，搶按號碼的譯碼，保存；顯示；輸出，搶按及答題倒計時功能等。其中兩個顯示時間，一個空位，一個顯示搶答號碼?？梢該尠矗撼瑫r數(shù)碼管顯示“FFF”，當搶按超過規(guī)定時間或答題超過規(guī)定時間后數(shù)碼管顯“FFF” 。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。搶答限定時間和回答問題的時間可是在 1～99s 設(shè)定。搶答時間和回答問題時間倒記時顯示，時間完后系統(tǒng)自動復(fù)位。 搶答器的工作流程搶答器的基本工作原理:在搶答競賽或呼叫時 [2]，有多個信號同時或不同時送入主電路中，搶答器內(nèi)部的寄存器工作，并識別、記錄第一個號碼，同時內(nèi)部的定時器開始工作，記錄有關(guān)時間并產(chǎn)生超時信號。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22所示，下面分別予以介紹。主持人按搶答開始 鍵，會有提示音，并立刻進入搶答倒計時（預(yù)設(shè)15s 搶答時間） ，如有選手搶答，會有提示音，并會顯示其號數(shù)并立刻進入回答倒計時（預(yù)設(shè) 10s 搶答時間） ，不進行搶答查詢，所以只有第一個按搶答的選手有效。如倒計時期間，主持人想停止倒計時可以隨時按停止 按鍵，系統(tǒng)會自動進入準備狀態(tài)，等待主持人按搶答開始進入下次搶答計時。總而言之，本課題利用AT89C51單片機及外圍接口實現(xiàn)的搶答系統(tǒng)設(shè)計了搶答器，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，是一個實用的工程設(shè)計。如表 21 所示。特殊功能寄存器共含有 22 個不同寄存器。這些寄存器的名稱和地址見表 22。所以，用戶編程時不應(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)品時使用的。它最大特點是片內(nèi)含有 Flash 存儲器，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 [3]。89系列單片機具有以下特點：a) 內(nèi)部含有 Flash 存儲器，使用戶在開發(fā)過程中十分容易修改程序縮短系單片機搶答器畢業(yè)論文 9統(tǒng)的開發(fā)周期。b) 89 系列單片機的引腳和 AT80C51 引腳座兼容，用 89 系列單片機可以代替同檔次的 AT80C51 單片機，不需要對外圍電路進行改動。(2) 89 系列單片機的結(jié)構(gòu)簡介：89 系列單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與 AT80C51 相近，主要有以下部件：1 8031CPU 2 振蕩電路 3 總線控制部件4 中斷控制部件 5 片內(nèi) Flash 存儲器 6 片內(nèi) RAM單片機搶答器畢業(yè)論文 107 并行 I/O 接口 8 定時器 9 串行 I/O 接口89 系列的各種型號單片機，內(nèi)部差別很大。AT89S8252 的結(jié)構(gòu)最復(fù)雜，它的內(nèi)部含有標準的串行口，還有一個串行的外圍接口 SPI， Watchdog 定時器，雙數(shù)據(jù)指針等部件，以及電源下降的中斷恢復(fù)功能。89 系列單片機的型號編碼中字母的意義是：AT 表示該器件是 ATMEL 公司的產(chǎn)品，C 表示該器件是 CMOS 產(chǎn)品，LV 表示該器件是低電壓產(chǎn)品，S 表示該器件含可以下載的 Flash 存儲器。在內(nèi)部含有 4KB 或 8KB 可重復(fù)編程的 Flash 存儲器，可進行 1000 次擦寫操作。AT89C51 是基本型，具有 4KB 的 Flash 存儲器，128 字節(jié)的片內(nèi) RAM,32條可編程 I/O 口，兩個個 16 位定時/計數(shù)器，6 個中斷源， 3 位存儲器加密，一個可編程串行接口。 AT89C51 單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖AT89C51 單片機內(nèi)部由 CPU、4KB 的 FPEROM ，128B 的 RAM，兩個16 位的定時/計數(shù)器 T0 和 T1， 4 個 8 位的 I/O 端 P0、PP2 、P3 等組成。CPU 主要功能是產(chǎn)生各種控制信號，控制單片機搶答器畢業(yè)論文 11外部定時元件復(fù)位中斷電源系統(tǒng)時鐘ROMCPU定時/計數(shù)器串行 I/O 口并行 I/O 口RAM存儲器、輸入/輸出端口的數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)的算術(shù)運算、邏輯運算以及位操作處理等，CPU 按其功能可分為運算器和控制器兩部分。它的功能是對來自存儲器中的指令進行譯碼，通過實時控制電路，在規(guī)定的時刻發(fā)出各種操作所需的內(nèi)部和外部的控制信號，使各部分協(xié)調(diào)工作，完成指令所規(guī)定的操作。圖 23 AT89C51 單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖為了提高數(shù)據(jù)處理和位操作功能，片內(nèi)增加了一個通用寄存器 B 和一些專用寄存器，還增加了位處理邏輯電路的功能 [3]。 各類型單片機的比較分析如表 23 所示，以下各種類型的單片機內(nèi)除 CPU 外，還包括ROM、RAM、4*8 I/O 口和 2 個 16 位定時/計數(shù)器，它們都是功能很強的單片微型計算機。87C51 具有片內(nèi) EPROM，是真正的單片微機，但由于價格較貴，且程序改寫時要用紫外線擦除，時間較長，所以用得較少。AT89C51 片內(nèi)具有可電擦除的 FPEROM，可以快速、多次地編程，且價格不高，所以用得非常廣泛，目前開發(fā)用的 MCS—51 產(chǎn)品絕大多數(shù)用 89C51[4]。芯片上的 FPEROM 允許在線或采用通用的非易失存儲編程器對程序存儲器重復(fù)編程。（2）FPEROM 的編程：AT89C51 的 I/O 口 P0、PP2 和 P3 除具有與80C51 相同的一些性能和用途外，在 FPEROM 編程時，P0 口接收代碼字節(jié)，并在程序檢驗時輸出代碼字節(jié)，但在程序校驗時需要外部上拉負載電阻，在FPEROM 編程和程序校驗期間，P1 口接收低位地址字節(jié)， P2 口接收高位地址字節(jié)和一些控制信號，P3 口也接收一些 FPEROM 編程和校驗用的信號，此時ALE/PROG 引腳是編程脈沖輸入（PROG）端，在 FPEROM 編程期間，如果選擇 12V 編程電壓、那么 EA/Vpp 引腳也允許接受 12V 編程電壓（Vpp ） 。如果在搶答中，靠視覺是很難判斷出哪組先答題。本文主要介紹了單片機搶答器設(shè)計及工作原理，以及它的實際用途?？刂葡到y(tǒng)的四個模塊分別為：存儲模塊、顯示模塊、語音模塊、搶答開關(guān)模塊。工作時，用按鍵通過開關(guān)電路輸入各路的搶答信號，經(jīng)單片機的處理，輸出控制信號，控制數(shù)碼管和語音芯片工作。 本章小結(jié)本章主要講述了搶答器的工作原理和本設(shè)計系統(tǒng)的工作流程。搶答正常流程與違例流程的實現(xiàn)，以及如何進行搶答控制。單片機搶答器畢業(yè)論文 153 系統(tǒng)總體方案的設(shè)計 硬件電路的設(shè)計本設(shè)計分為硬件設(shè)計和軟件設(shè)計 [5]，這兩者相互結(jié)合，不可分離；從時間上看，硬件設(shè)計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)計盡可能合理，應(yīng)注意以下幾方面：(1) 盡可能采用功能強的芯片，以簡化電路，功能強的芯片可以代替若干普通芯片，隨著生產(chǎn)工藝的提高，新型芯片的的價格不斷下降，并不一定比若干普通芯片價格的總和高。在設(shè)計硬件電路時，要考慮到將來修改擴展的方便。(3) 程序空間，選用片內(nèi)程序空間足夠大的單片機，本設(shè)計采用 AT89C51單片機。如果系統(tǒng)配置了外部 RAM，則建議多留一些空間。隨著軟件設(shè)計水平的提高，往往只要改變或增加軟件中的數(shù)據(jù)處理算法，就可以使系統(tǒng)功能提高很多，而系統(tǒng)的硬件不必做任何更換就使系統(tǒng)升級換代。單片機搶答器畢業(yè)論文 16 總體原理圖圖 31 系統(tǒng)原理圖 為開始搶答 [9]， 為停止， 為六路搶答輸入，數(shù)碼管段選P0 口，位選 P2 口低 3 位，蜂鳴器輸出為 口。 時鐘頻率電路的設(shè)計,只需要外接一個振蕩源就能產(chǎn)生一定的時鐘信號送到單片機內(nèi)部的各個單元,決定單片機的工作速度。此電路在加電大約延遲 10ms 后振蕩器起振,在 XTAL2 引腳產(chǎn)生幅度為 3V 左右的正弦波時鐘信號 ,其振蕩頻率主要由石英晶振的頻率確定。二是對振蕩器的頻率進行微調(diào)。單片機在工作時,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鐘信號的周期稱為時鐘周期。如時鐘頻率為 12MHz,即 fosc=12MHz,則時鐘周期為 1/12181。 復(fù)位電路的設(shè)計單片機的第 9 腳 RST 為硬件復(fù)位端,只要將該端持續(xù) 4 個機器周期的高電平即可實現(xiàn)復(fù)位,復(fù)位后單片機的各狀態(tài)都恢復(fù)到初始化狀態(tài)，其電路圖如圖4 所示:單片機搶答器畢業(yè)論文