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1、摘要抢答器作为一种工具，已广泛应用于各种智力和知识竞赛场合。但抢答器的使用频率较低，且有的要么制作复杂，要么可靠性低。作为一个单位，如果专门购一台抢答器虽然在经济上可以承受，但每年使用的次数极少，往往因长期存放使（电子器件的）抢答器损坏，再购置的麻烦和及时性就会影响活动的开展，因此设计了本抢答器。本设计是以八路抢答器为基本理念。考虑到依需设定限时回答的功能，利用AT89C51单片机及外围接口实现的抢答系统，利用单片机的定时器/计时器定时和记数原理，将软、硬件有机地结合起来，使得系统能够正确地进行计时，同时使数码管能够正确地显示时间。关键词：单片机；抢答器；AT89C51AbstractResp
2、onder as a tool has been widely used in various occasions intelligence and knowledge competitions. Responder frequency of use, but low, and some or production complex, or low reliability. As a unit, if the Responder specifically purchased a economically affordable though, but very few number of time
3、s each year, often due to long-term storage (electronic devices) Responder damage, then the trouble and time of the acquisition will affect the activities carried out, so the design of this Responder. Responder of the design is based on eight basic concept. Taking into account the need to set the ti
4、me limit to answer according to the function, using AT89C51 microcontroller and external interface of the answer in the system, using the microcontroller timer / timer timing and counting principle, the hardware and software together organically, making the system can correctly to carry out time, wh
5、ile making the digital display the time correctly. Keywords: SCM; Responder; AT89C51目录摘要IAbstractII1 绪论11.1 八路抢答器概述11.2 本设计任务和主要内容12 系统主要硬件电路设计32.1 方案论证32.2 单片机主机系统电路42.2.1 抢答器总体方框图42.2.2 电源电路设计52.2.3 抢答器电路设计52.2.4 复位电路设计72.2.5 时序控制电路设计72.2.6 定时电路设计82.2.7 报警电路设计83 系统的软件设计93.1 系统主程序设计93.2 查询程序103.3 非
6、法抢答处理程序103.4 倒计时程序(抢答倒计时和回答倒计时都跳到该程序)113.5 正常抢答处理程序113.6 显示程序13结 论14参考文献15附 录16致 谢17“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行1 绪论抢答器是一种广泛应用于企事业单位和商业部门，为各种知识竞赛、文娱活动提供公正客观快速裁决的一种常用电子设备，也是一种逐渐成型的电子产品，但市面上所售抢答器价格一般较贵且多为小规模集成电路构成，其性能单一，工作起来不够理想。因此，提高抢答器的性能，使其具有更强的功能，使用可靠方便已成为抢答器发展的一个方向。随着集成技术和计算机技术的
7、发展，单片机作为其一个分支亦于20世纪80年代以来获得了飞速发展，各种新品不断涌现，使单片机的应用更加深入，灵活性也大大增强。1.1 八路抢答器概述随着科学技术的发展和普及，各种各样的竞赛越来越多，其中抢答器的作用也就显而易见。目前很多抢答器基本上采用小规模数字集成电路设计，使用起来不够理想。因此设计一种更易于使用和区分度高的抢答器成了非常迫切的任务。现在单片机已进入各个领域，以其功耗小、智能化而著称，所以若利用单片机来设计抢答器，便使以上问题得以解决。针对以上情况，本文设计出以AT89C51单片机为核心的八路抢答器。我们采用了数字显示器直接指示，自动锁存显示结果，并自动复位的设计思想,它能根
8、据不同的抢答输入信号，经过单片机的控制处理并产生不同的与输入信号相对应的输出信号，最后通过LED数码管显示相应的路数，即使两组的抢答时间相差几微秒，也可分辨出是哪组优先按下的按键，它充分利用了单片机系统的优点，具有结构简单、功能强大、可靠性好、实用性强的特点。1.2 本设计任务和主要内容本论文主要研究单片机控制的八路抢答器，分别对查询、抢答、答题限时及系统设备的软、硬件各个部分进行了研究。主要内容如下：(1)抢答功能：通过八路按键配合程序来实现抢答功能。当主持人按下抢答键开始抢答后，此时任一路按下按钮均闭锁其它各路，由程序对键盘译码并显示最先按下抢答键的路数，扬声器发出音响提示。(2)抢答限时
9、：主持人按下抢答键后，设置5秒为抢答时间(此时间可在199秒之间修改)。若5秒内无人抢答，倒计时为0时发出报警，说明该抢答作废。此时闭锁所有抢答按键，只有当主持人再次按下抢答键开始下一次抢答方可抢答。(3)答题限时：当主持人按下开始答题按钮时，启动倒计时(此倒计时时间可在199秒之间修改)，若答题时间过长，倒计时为0时发出报警，说明答题时间到，显示返回当前台数及其分数为下一步计分作出准备。(4)查询功能：当按下查询键后，可查询各台分值。按下分组数直接显示当前台数及其分值，比如按下1，显示台数为1，分值为其当前实际分值。(5)设定功能:按下设定键后，可按顺序设置抢答限时时间、答题限时时间和默认计
10、分分值。2 系统主要硬件电路设计2.1 方案论证方案一：系统各部分采用中小规模集成数字电路，用机械开关按钮作为控制开关，完成抢答输入信号的触发。该方案的特点是中小规模集成电路应用技术成熟，性能可靠，能方便地完成选手抢答的基本功能，但是由于系统功能要求较高，所以电路连接集成电路相对较多，而且过于复杂，并且制作过程工序比较烦琐，使用不太方便。方案二：该系统采用MCS-51系列单片机AT89C51作为控制核心，该系统可以完成运算控制、信号识别以及显示功能的实现。由于用了单片机，使其技术比较成熟，应用起来方便、简单并且单片机周围的辅助电路也比较少，便于控制和实现。整个系统具有极其灵活的可编程性，能方便
11、地对系统进行功能的扩张和更改。MCS-51单片机特点如下：1）可靠性好：单片机按照工业控制要求设计，抵抗工业噪声干扰优于一般的CPU，程序指令和数据都可以烧写在ROM上，因此可靠性高。2）易扩充：单片机有一般电脑所必须的器件，如三态双向总线，串并行的输入及输出引脚，可扩充为各种规模的微电脑系统3）控制功能强：单片机指令除了输入输出指令，逻辑判断指令外还有更丰富的条件分支跳跃指令。原理框图如2-1所示：图2-1系统原理框图方案比较及其选用依据：显然方案二比方案一简单的多，不但从性能上优于方案一，而且在使用上及其功能的实现上都较方案一简洁，并且由于单片机具有优越的高集成电路性，使其工作速度更快、效
12、率更高。另外AT89C51单片机采用12MHz的晶振，提高了信号的测量精度，并且使该系统可以通过软件改进来扩张功能。而方案一采用了中小规模集成电路，有其复杂的电路性能，从而可能会使信号的输入输出产生延时及不必要的误差。依此依据选择方案二比较适合。2.2 单片机主机系统电路AT89C51单片机是51系列单片机的一个成员，是8051单片机的简化版。内部自带2K字节可编程FLASH存储器的低电压、高性能COMS八位微处理器，与Intel MCS-51系列单片机的指令和输出管脚相兼容。由于将多功能八位CPU和闪速存储器结合在单个芯片中，因此，AT89C51构成的单片机系统是具有结构最简单、造价最低廉、
13、效率最高的微控制系统，省去了外部的RAM、ROM和接口器件，减少了硬件开销，节省了成本，提高了系统的性价比。图2-2 单片机主机系统图2.2.1 抢答器总体方框图如图2-3所示为电路总体框图。其工作原理为：接通电源后，主持人将开关拨到“清除”状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定时间；主持人将开关置“开始”状态，宣布“开始”抢答器工作。定时器倒计时，扬声器给出声响提示。选手在定时时间内抢答时，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。如果再次抢答必须由主持人再次操作清除和开始状态开关。控制电路报警电路定
14、时电路译码电路显示电路秒脉冲产生电路主持人控制开关优先编码电路锁存器译码电路译码显示抢答按钮扩展电路主体电路图2-3抢答器总体框图2.2.2 电源电路设计由于单片机工作时需要+5V电压，所以在设计电源电路时，需要一个电子元件能够提供+5V电压，本文采用最典型的7805提供电压的电路，即在7805的1脚和公共接地端(即2脚)之间接入0.47F的电容，在公共接地端和三脚+5V电压输出端之间接入0.15F的电容。2.2.3 抢答器电路设计参考电路如图2-4所示。该电路完成两个功能：一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号；二是禁止其他选手按键操作。工作过程：开关S置
15、于“清除”端时，RS触发器的端均为0,4个触发器输出置0，使74LS148的0，使之处于工作状态。当开关S置于“开始”时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将键按下时（如按下S5），74LS148的输出经RS锁存后，1Q=1，=1，74LS48处于工作状态，4Q3Q2Q=101,经译码显示为“5”。此外，1Q1，使74LS148的=1，处于禁止状态，封锁其他按键的输入。当按键松开时，由于此时仍为1Q1，使74LS148的=1，所以74LS148仍处于禁止状态，确保不会出二次按键时输入信号，保证了抢答者的优先性。如有再次抢答需由主持人将S开关重新置,“清除”然后再进行下一轮抢答。74LS148为8
16、线3线优先编码器，表2-1为其功能表。图2-4抢答器电路表2-1 74LS148的功能真值表2.2.4 复位电路设计MCS-51的复位输入引脚RST为MCS-51提供了初始化的手段，可以使程序从指定处开始执行，在MCS-51的时钟电路工作后，只要RST引脚上出现超过两个机器周期以上的高电平时，即可产生复位的操作。只要 RST保持高电平，则MCS-51循环复位。只有当RST由高电平变低电平以后，MCS-51才从0000H地址开始执行程序。本系统采用按键复位方式的复位电路。2.2.5 时序控制电路设计时序控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下三项功能：主持人将控制开关拨到“开始”位置时，扬声器发
17、声，抢答电路和定时电路进入正常抢答工作状态。当参赛选手按动抢答键时，扬声器发声，抢答电路和定时电路停止工作。当设定的抢答时间到，无人抢答时，扬声器发声，同时抢答电路和定时电路停止工作。图2-5时序控制电路2.2.6 定时电路设计由节目主持人根据抢答题的难易程度，设定一次抢答的时间，通过预置时间电路对计数器进行预置，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。可预置时间的电路选用十进制同步加减计数器74LS192进行设计。2.2.7 报警电路设计由555定时器和三极管构成的报警电路如图2-6示。其中NE555构成多谐振荡器，振荡频率，其输出信号经三极管推动扬声器。PR为时序控制电路输出的控制信号，当PR为
18、高电平时，多谐振荡器工作，反之，电路停振。图2-6报警电路3 系统的软件设计系统软件程序设计主要包括：主程序设计，选手查询程序，倒计时程序，报警程序等。3.1 系统主程序设计为了能够达到抢答的公平、公正、合理，应该在主持人发布抢答命令之前必须先设定抢答的时间，所以应该得根据题目的难易程度事先设定时间，因而在编开始抢答前的程序得先编写设定时间的程序，在硬件电路中可以看到有两个按键（JIAN SHI 和 JIAN SHI）所以按下硬件的这两个按键相应的在软件进行对数据的加减。当时间设好了之后，主持人发布抢答命令按下KS按键同时二极管变亮，程序开始打开定时中断开始倒计时，然后调用键盘扫描子程序，编写
19、键盘扫描程序。当在扫描到有人按下了键，马上关闭T0、调用显示程序、封锁键盘。图3-1是主程序流程图开始初始化一开始运行定时器查询程序开始键按下？倒计时程序正确抢答处理程序非法抢答查询程序抢答键按下？犯规抢答程序显示程序NYNY图3-1主程序流程图3.2 查询程序P1.0-P1.7为八路抢答输入数码管段选P0口，位选P2口，蜂鸣器输出为P3.6口。P3.0为开始抢答，P3.7为停止。K EQU 20H;抢答开始标志位;将P1口与P2口互换，P3.0-P1.0,P3.1-P1.7START:MOV R5,#0BHMOV R4,#0BHMOV R3,#0BHACALL DISPLAY;未开始抢答时候
20、显示FFFJB P3.0,NEXT ACALL DELAYJB P3.0,NEXT;去抖动,如果开始键按下就向下执行,否者跳到非法抢答查询ACALL BARK;按键发声MOV A,R1MOV R6,A;送R1-R6,因为R1中保存了抢答时间SETB OK;抢答标志位,用于COUNT只程序中判断是否查询抢答MOV R3,0AH;抢答只显示计时,灭号数AJMP COUNT;进入倒计时程序,查询有效抢答的程序在COUNT里面NEXT: JNB P1.0,FALSE0JNB P1.1,FALSE1JNB P1.2,FALSE2JNB P1.3,FALSE3JNB P1.4,FALSE4JNB P1.5
21、,FALSE5JNB P1.6,FALSE6JNB P1.7,FALSE7AJMP START3.3 非法抢答处理程序FALSE0: ACALL BARK;按键发声MOV R3,#00HAJMP ERRORFALSE1: ACALL BARK;按键发声MOV R3,#01HAJMP ERRORFALSE2: ACALL BARKMOV R3,#02HAJMP ERRORFALSE3: ACALL BARKMOV R3,#03HAJMP ERRORFALSE4: ACALL BARKMOV R3,#04HAJMP ERRORFALSE5: ACALL BARKMOV R3,#05HAJMP ER
22、RORFALSE6: ACALL BARKMOV R3,#06HAJMP ERROR3.4 倒计时程序(抢答倒计时和回答倒计时都跳到该程序)COUNT: MOV R0,#00H;重置定时器中断次数MOV TH1,#3CHMOV TL1,#0B0H;重置定时器3.5 正常抢答处理程序TRUE0: ACALL BARK; 按键发声MOV A,R2;抢答时间R2送R6MOV R6,AMOV R3,#00HCLR OK;因为答题的计时不再查询抢答,所以就锁了抢答AJMP COUNTTRUE1: ACALL BARK;按键发声MOV A,R2MOV R6,A;抢答时间R2送R6MOV R3,#01HCL
23、R OK;因为答题的计时不再查询抢答,所以就锁了抢答AJMP COUNTTRUE2: ACALL BARKMOV A,R2MOV R6,AMOV R3,#02HCLR OKAJMP COUNTTRUE3: ACALL BARKMOV A,R2MOV R6,AMOV R3,#03HCLR OKAJMP COUNTTRUE4: ACALL BARKMOV A,R2MOV R6,AMOV R3,#04HCLR OKAJMP COUNTTRUE5: ACALL BARKMOV A,R2MOV R6,AMOV R3,#05HCLR OKAJMP COUNTTRUE6: ACALL BARKMOV A,R
24、2MOV R6,AMOV R3,#06HCLR OKAJMP COUNTTRUE7: ACALL BARKMOV A,R2MOV R6,AMOV R3,#07HCLR OKAJMP COUNT3.6 显示程序DISPLAY:MOV DPTR,#DAT1;查表显示程序,利用P0口做段选码口输出/P2低三位做位选码输出MOV A,R5MOVC A,A+DPTRMOV P2,#01HMOV P0,AACALL DELAYMOV DPTR,#DAT2MOV A,R4MOVC A,A+DPTRMOV P2,#02HMOV P0,AACALL DELAYMOV A,R3MOVC A,A+DPTRMOV P
25、2,#04HMOV P0,AACALL DELAYRET千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。“结论”以前的所有正文内容都要编写在此行之前。结 论首先，虽然这篇八路抢答器并非完全由自己设计，而是通过网上查找资料以及参考图书馆借阅的相关单片机应用实例的书籍编写的，但是通过这次应用系统设计，在很大程度上提高了自己的独立思考能力和单片机的专业知识，也深刻了解写一篇应用系统的步骤和格式，相信对以后编写文档会有所帮助。本设计报告主要介绍了用单片机实现的抢答器的软件设计方法。系统介绍了该电路的硬件构成和软件程序，本设计以AT89C51单片机为核心，采用了数字显示器直接指示，自动锁存显示结果，并自动复位
26、的设计思想,它能根据不同的抢答输入信号，经过单片机的控制处理并产生不同的与输入信号相对应的输出信号，最后通过LED数码管显示相应的路数，即使两组的抢答时间相差几微秒，也可分辨出是哪组优先按下的按键。本设计具有结构简单、功能强大、可靠性好、实用性强的特点。在设计过程中，我查阅了大量的资料，认真研究教材，这使我对单片机的了解又加深了一步。在做软件时，虽然程序是通过上网查找得到的，但通过仔细分析硬件电路以及程序，我画出了程序流程图，这培养了我的耐心和刻苦钻研的精神。本次设计的不足之处是以上所述的功能全只是纸上谈兵，并没有通过实验在实验室作出成品。参考文献1 王冬梅，张建秋.基于单片机的八路抢答器设计
27、与实现J.佳木斯大学学报.2009.5:10122 王青萍.八路智力竞赛抢答器的设计 J.湖北教育学院学报.2007.8:90933 胡育林.用PLC程序设计的八路抢答器 J.大众科技.2008.1:67694 张伟.单片机原理及应用 M. 北京：机械工业出版社.2005:15365 任致程.经典集成电路400例 M.北京：机械工业出版社.2002:87896 胡汉才.单片机原理及其接口技术（第二版）M.北京：清华大学出版社.2004:1091127 夏继强.单片机实验与实践教程 M.北京：北京航空航天大学出版社. 2001:20238 阎石.数字电子技术基础 M.北京：高等教育出版社.2005:40459 冯博琴，吴宁.微型计算机原理与接口技术M.北京：清华大学出版社.2007:565810 杨素行，清华大学电子学教研组.模拟电子技术基础简明教程（第二版）M.北京：高等教育出版社.1997:3842千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。附 录1、 电路原理图致 谢衷心感谢指导教师刘芳老师对本人的精心指导。她的言传身教将使我终生受益。在准备毕业设计进行期间，承蒙刘芳老师的热心指导与帮助，不胜感激。感谢全体老师和同学的热情帮助和支持！感谢学院老师和同窗们的关心和支持！感谢所有帮助过我的人们！千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。不要在此行和下页的注释之间填写任何内容