【正文】 外圍接口 設(shè)備的共同作用下實(shí)現(xiàn)搶答的 ，利用單片機(jī)的定時(shí)和計(jì)數(shù)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。本人授權(quán)許昌學(xué)院可以將畢業(yè) 論文（設(shè)計(jì)） 的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編 論文（設(shè)計(jì)） 。與本研究成果相關(guān)的所有人所做出的任何貢獻(xiàn)均已在論文（設(shè)計(jì)）中作了明確的說明并表示了謝意。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)設(shè)計(jì)的六路搶答器 院 系 電氣信息工程學(xué)院 獨(dú) 創(chuàng) 性 聲 明 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）是本人在指導(dǎo)老師指導(dǎo)下取得的研究成果。除了文中特別加以注釋和致謝的地方外，論文（設(shè)計(jì)）中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫的研究成果。 簽名： 年 月 日 授 權(quán) 聲 明 本人完全了解許昌學(xué)院有關(guān)保留、使用本科生畢業(yè) 論文（設(shè)計(jì)） 的規(guī)定，即：有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交畢業(yè) 論文（設(shè)計(jì)） 的復(fù)印件和磁盤，允許畢業(yè) 論文（設(shè)計(jì)）被查閱和借閱。 本人論文（設(shè)計(jì)）中有原創(chuàng)性數(shù)據(jù)需要保密的部分為（如沒有，請(qǐng)?zhí)顚?“無(wú) ”）： 簽名： 年 月 日 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 摘 要 搶答器作為一種電子產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于各種 競(jìng)賽和娛樂場(chǎng)合 。本設(shè)計(jì)首先完成整體方案的制定，然后分析系統(tǒng)的工作原理，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出各部分單元電路， 最后 完成對(duì)系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)。 Time； AT89C51 Microcontroller。 進(jìn)入 21 世界以來，開發(fā)推出單片機(jī)的公司很多，各種高性能單片機(jī)芯片市場(chǎng)也異?；钴S， 新技術(shù)的不斷采用，更加是單片機(jī)的種類、性能以及應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大和提高。 單片機(jī)與串口通信的結(jié)合更多的應(yīng)用到各個(gè)電子系統(tǒng)中已成 為 一種趨勢(shì)， 本系統(tǒng) 就是基于單片機(jī)設(shè)計(jì)的 系統(tǒng)，通過串口通信動(dòng)態(tài)傳輸數(shù)據(jù)，使系統(tǒng)有 更多完善的功能。這次是我一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的過程，學(xué)會(huì)了如何查閱相關(guān)的手冊(cè)和資料， 進(jìn)一步熟悉了電子元器件的類型和特性，并掌握合理選用的原則， 培養(yǎng)獨(dú)立分析與解決問題的能力。 如果要是讓搶答者用舉手方法，主持人很容易誤判，會(huì)造成搶答的不公平，為了比賽中準(zhǔn)確、公正、直觀地判斷出第一搶答者，所以發(fā)明了搶答器。如果在搶答中，靠視覺是很難判斷出哪組 取得答題權(quán)利的 ，有了搶答器我們就能輕松解決這個(gè)問題 了 。 選手們都站在同一個(gè)起跑線上，體現(xiàn)了公平公正的原則。用開關(guān)做鍵盤輸出，揚(yáng)聲器發(fā)聲提示。 設(shè)計(jì) 方案論證 方案一：搶答器可以利用硬件電子元器件實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)各部分采用中小規(guī)模集成數(shù)字電路，用機(jī)械開關(guān)按鈕作為控制開關(guān)，完成搶答輸入信號(hào)的觸發(fā)。 方案二：采用 MCS51 系列單片機(jī) AT89C51 作為控制核心，該系統(tǒng)可以完成運(yùn)算控制、信號(hào)識(shí)別以及顯示功能的實(shí)現(xiàn)。整個(gè)系統(tǒng)具有極其靈活的可編程性，能方便地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行功能的擴(kuò) 展 和更改性。我們要的是功能齊全，造價(jià)又低的設(shè)計(jì)，所 以 我們放棄這個(gè)方案。 設(shè)計(jì)說明 （ 1）搶答器同時(shí)供 6 名選手或代表隊(duì)使用，分別用六個(gè)按鍵開關(guān) S1 到 S6 表示。這些開關(guān)由主持人控制。即當(dāng)選手按下開關(guān)時(shí)，鎖存相應(yīng)的編號(hào)，并在 3 LED 數(shù)碼管上顯示，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出一聲響作為提示。 （ 4）搶答器具有定時(shí)搶答功能，且 一次搶答的時(shí)間由主持人設(shè)定（如 15 秒）。 （ 5）參賽選手只有在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答才有效，定時(shí)器停止工作，顯示器上顯示選手的編號(hào)和回答問題的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。 與普通搶答器相比，本作品具有以下幾方面的優(yōu)勢(shì)： （ 1）具有清零裝置和搶答控制，可 由 主持人操作，避免有 人在主持人說 “ 開始 ” 前提前搶答違反規(guī)則。 （ 3）當(dāng)搶答倒計(jì)時(shí)小于等于 5 秒時(shí)無(wú)人搶答，報(bào)警電路工作直到搶答時(shí)間耗盡并停止搶答。主持人的座位前安裝一個(gè) 清除 按 鍵 開關(guān)、一個(gè)蜂鳴器和一個(gè)開始按 鍵 開關(guān)。在主持人確認(rèn)后，按下 清除 按 鍵 ，同時(shí)發(fā)出蜂鳴聲，為下一次搶答做 準(zhǔn)備。 LS1 可以看作是一個(gè)電容性負(fù)載，本身不能流過直流電流。按 鍵 開關(guān)及蜂鳴器與座位的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表 11 所示。 MCS51 單片機(jī)主要包括中央處理器 CPU、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM） 、 內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（ ROM）、定時(shí) 器 /計(jì)數(shù)器、并行 I/O 口、串行口、中斷控制電路、時(shí)鐘電路、位處理器和內(nèi)部總線等部分。 （ 1） 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM） 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器包括 RAM（ 1288）和 RAM 地址存儲(chǔ)器，用于存放 可讀 /寫的數(shù)據(jù)。 （ 3） 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 80C51 共有兩個(gè) 16 位 的 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，用于實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)功能，并以定時(shí)或計(jì)數(shù)結(jié)果對(duì)單片機(jī)進(jìn)行控制。 （ 5） 串行口 80C51 單片機(jī)有一個(gè)全雙工串行口，以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和其他數(shù)據(jù)設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)傳送。 （ 6） 中斷控制電路 80C51 單片機(jī)共有 5 個(gè)中斷源，即外中斷 2 個(gè)，定時(shí) /計(jì)數(shù)中斷 2 個(gè)，串行中斷 1 個(gè)。 （ 7） 時(shí)鐘電路 80C51 芯片內(nèi)部有時(shí)鐘電路，但石英晶體和微調(diào)電容需外接。 （ 8） 位處理器 單片機(jī)主要用于控制，需要有較強(qiáng)的位處理功能，因此，位處理器是它的必要組成部分，有些書中也把位處理器稱為布爾處理器?？偩€結(jié)構(gòu)減 少了單片機(jī)的連線 和引腳，提高了集成度和可靠性。低 128 單元區(qū)稱為內(nèi)部 RAM， 地址為00H7FH，它們是單片機(jī)中供用戶使用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器單元；高 128 單元區(qū)供專用寄存器使用，單元地址為 80HFFH，用于存放相應(yīng)功能部件的控制命令、狀態(tài)或數(shù)據(jù)等，因此稱為專用寄存器 SFR，也稱為專用寄存器區(qū)。它采用了 ATMEL 公司的高 密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出引腳完全兼容。AT89C51 因價(jià)廉物美、體積小、功能強(qiáng)而受到用戶的特別青睞。 (2) P1 口：帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。 (4) P3 口：帶內(nèi) 部 上拉電阻、引腳有復(fù)用功能的 8 位雙向 I/O 口， 第二功能 如表 31所列。 地址鎖存控制信號(hào) ALE：在系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)， ALE 用于控制把 P0 口輸 出的 8 位地址送入鎖存器鎖存起來，以實(shí)現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的分時(shí) 傳送。 外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào) /PSEN： 在讀外部 ROM 時(shí) /PSEN 有效（低電平）時(shí)，以實(shí)現(xiàn)外部 ROM 單元的讀操作。 復(fù)位信號(hào) RST： 當(dāng)輸入的復(fù)位信號(hào)延續(xù) 2 個(gè)機(jī)器周期以上高電平時(shí)即為有效，用于完成單片機(jī)的復(fù)位操作。 單片機(jī)主機(jī)系統(tǒng)電路 該搶答器的設(shè)計(jì)細(xì)分為 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)、 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)、 顯示電路的設(shè)計(jì)和鍵盤電路的設(shè)計(jì)等。 AT89C51 內(nèi)部有一個(gè)高增益的反向放大器， XTAL1 和 XTAL2 分別是它的輸入和輸出端，在這兩端接入晶體或陶瓷振蕩器，即可構(gòu)成一個(gè)高穩(wěn)定度的振蕩器作為單片機(jī)的時(shí)鐘，如圖 33 所示。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(shí)鐘信號(hào) ， 其振蕩頻率主要由石英晶振的頻率確定。C2， C3 的典型值為 30PF。其大小是時(shí)鐘信號(hào)頻率的倒數(shù) ， 常用 fosc 表示。s。該電路是通過使 復(fù)位端經(jīng)電阻與電源接通實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)通電后，由于電容的緩慢充電，單片機(jī)的復(fù)位管腳電壓逐步由高向低轉(zhuǎn)化，經(jīng)過一段時(shí)間后，單片機(jī)的復(fù)位管腳處于穩(wěn)定的低電平狀態(tài)，此時(shí)單片機(jī)通電復(fù)位完畢，系統(tǒng)程序從 0000H 開始執(zhí)行。 本設(shè)計(jì)的顯示電路主要由一個(gè)四位 8 段的數(shù)碼管及 7 個(gè)電阻組成。通過數(shù)碼管中發(fā)光二極管的亮暗組合，可 以顯示多種數(shù)字、字母以及其他符號(hào)。 數(shù)碼管顯示方式分為動(dòng)態(tài)顯示和靜態(tài)顯示兩種，靜態(tài)顯示時(shí)顯示的數(shù)字比較穩(wěn)定，需要的驅(qū)動(dòng)程序比較簡(jiǎn)單，但是占用的端口資源較多；動(dòng)態(tài)顯示具有硬件簡(jiǎn)單，功耗低和顯示靈活性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，不過動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)程序復(fù)雜性增加，并且顯示亮度較低。 電阻在這里主要是調(diào)整電壓的作用。 圖 35 顯示電路 數(shù)碼管的工作 狀態(tài) ：當(dāng)主持人沒有 按下開始按鈕時(shí)，數(shù)碼管上顯示 FFF。當(dāng)主持人按下復(fù)位按鈕后，數(shù)碼管又顯示 FFF。但是這里所指的鍵盤不是 PC 機(jī)使用的標(biāo)準(zhǔn)鍵盤，這里的鍵盤電路是由多個(gè)按鍵開關(guān)組成的。清除S0 開始加一 S8S9 減一L S 1S O UN D E RS1 圖 36 鍵盤電路 鍵盤電路主要由按鈕組成，還有一個(gè)蜂鳴器。加一鍵及減一鍵主要 用來改變倒計(jì)時(shí)時(shí)間的設(shè)定。因?yàn)?/INT0 的優(yōu)先級(jí)高于 /INT1，所以，在設(shè)定搶答倒計(jì)時(shí)時(shí)應(yīng)該先按減一鍵實(shí)現(xiàn)中斷，然后才能按加一、減一鍵設(shè)定時(shí)間。 11 4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)用到的軟件是 Proteus 和 Keil C 軟件。它是一個(gè)集模擬電路、數(shù)字電路、模 /數(shù)混合電路以及多種微控制器系統(tǒng)為一體的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真平臺(tái)。它真正實(shí)現(xiàn)了在計(jì)算機(jī)上完成從原理圖、電路分析與仿真、單片機(jī)代碼調(diào)試與仿真、系統(tǒng)測(cè)試與功能驗(yàn)證到 PCB 板生成的完整的電子產(chǎn)品研發(fā)過程。Vision 的支持。 在兩個(gè)軟件的結(jié)合下，才能 對(duì)電路實(shí)行仿真，繼而得出設(shè)計(jì)的仿真結(jié)果。 系 統(tǒng) 初 始 化 模 塊按 鍵 模 塊非法搶答模塊正確搶答模塊搶答時(shí)間模塊回答時(shí)間模塊數(shù) 碼 顯 示 模 塊 圖 41 系統(tǒng)功能模塊圖 根據(jù)上面的系統(tǒng)功能模塊框圖，能夠很清晰的了解該搶答器的功能。 14 仿真結(jié)果 （ 1） 復(fù)位圖 ： X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012