抢答器单片机课程方案设计书 .docx
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1、精品名师归纳总结1 绪论1.1 课题讨论背景及意义本次课程设计制作的是智能抢答器。对于抢答器我们大家都很熟识:是用于选手做抢答题目时用的,选手进行抢答,最先抢到题的选手回答疑题。本试验设计的智能抢答器由主体电路与扩展电路组成。优先编码电路、锁存器、译码电路将参赛队的输入信号在显示器上输出。用掌握电路和主持人开关启动报警电路,以上两部分组成主体电路。通过定时电路和译码电路将秒脉冲产生的信号在显示器上输出实现计时功能,构成扩展电路。经过布线、焊接、调试等工作后智能抢答器成形。1.2 相关背景介绍抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮,锁存相应的编号,并在数码管上显示,同时扬声器发出报警声响提示。
2、选手抢答实行优先锁存,优先抢答选手的编号始终保持到主持人将系统清除为止。用单片机来实现,他的制作比较简洁,与我们学的单片机原理联系紧密,能将我们所学学问用于实际,对巩固所学学问有重要意义,使总体方案易于实现。所以本方案用单片机来实现。在有些实际竞赛的场合,只要满意显示抢答有效和有效组别即可,所以我们准备用一片 74HC373 (8 位数据锁存器)来实现本课程设计的简易抢答器的功能,这是一个显示方式简洁,价格低廉,经济有用的抢答器设计方案。在要 求不高的场合,能完全符合要求。2总体设计方案2.1 智能抢答器主要功能抢答器原理:每个选手的座位前安装一只抢答按钮开关和一只信号灯。主持人的座位前安装一
3、只复原按钮开关、一只蜂鸣器和一只抢答器工作状态指示灯。每当主持人口头发出答应抢答的号令之后,哪个队先按下座位上的按钮开关,该座位的信号灯就先被点亮,同时封锁其他按钮开关的活动。并且熄灭主可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结持人座位上的状态指示灯和发出3声类似于电话振铃的提示声,以“声明”此次抢答动作已经完成。在主持人确认后,按下复原按钮,状态指示灯重新点亮,并且同时发出“笛笛”声,为下一次的抢答作好预备。电路中的蜂鸣器 FM是一只带有助音腔的压电陶瓷蜂鸣器,用于模拟发出报警声的功率放大器和喇叭。发声的原理是,作用在两个电极极板的电位在发生变化时,陶瓷材料就发生弯曲,从而振动空气发出
4、声音。FM和 4只按钮开关 SWaSW都d 是在演示板的基础上额外添加的。由于 RB端口内部具有上拉电阻,只要用软件设置其有效,即可省略在 4 只端口引脚上外接上拉电阻。参赛选手在设定的时间内进行抢答,抢答有效,定时器停止工作,显示器上显示选手的编号和抢答的时间,并保持到主持人将系统清除为止。假如定时时间已到,无人抢答,本次抢答无效,系统报警并禁止抢答,定时显示器上显示 0。利用单片机可以用很少元件实现功能。单片机性能稳固,可操作性强。可以只用 P0 口连接排阻(用作上拉电阻),完成驱动LED的功能,串接按键可以由选手自己掌握抢答机会。利用单片机程序判定选手按键是否有效,但当选手违规抢答时,利
5、用简洁程序显示选手序号,启动蜂鸣器并不间断,告知主持人有人违规操作,抢答无效。给出相应的延时,选手按正常的操作抢答,软件倒记时。假如有选手在规定的时间以前完成问题,主持人通过按键开头按钮来复 位,开头新的问题作答,由于程序不是很大不需要扩展储备空间,选手按键跳入相应的子程序,回答倒记时与一般抢答器相比,我们仍加入了一些不一样的想法:1、具有清零装置和抢答掌握,可由主持人操纵防止有人在主持人说“开头”前提前抢答违反规章。2、具有定时功能,在 10 秒内无人抢答表示全部参赛选手获参赛队对此题弃权。3 、10 秒时仍无人抢答其报警电路工作表示抢答时间耗尽并禁止抢答。2.2 电路设计本抢答器的电路主要
6、有四部分组成:数字抢答电路、时序掌握电路、报警电路以及可预置时间的定时电路。其中数字抢答部分有一个74HC373 锁存器和数码管显示器组成,可以将八位抢答者的按钮通过数码管显示器显示出他们最先抢答者的序号。而时序掌握电路的功能是当参赛选手按动抢答器时,使扬声器发声,这时抢答电路和定时电路停止工作。而且设定的时间(本课题设置为可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结10 秒)到达后如无人抢答,就报警电路工作。报警电路工作的条件是当设定时间到达后或者有人抢答时,报警电路被输入一个高电平,这时此电路工作。2.3 八位抢答器设计要求本次设计的智能抢答器(八位抢答器)将具有以下功能:(1) 抢答
7、器同时供 8 名选手竞赛抢答用,有8 个按钮 S0 S7表示。(2) )设置一个系统清除和抢答掌握开关“开头”,“终止”,该开关由主持人掌握。(3) )抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮,锁存相应的编号,扬声器发出声响提示,并在数码管上显示选手号码。选手抢答实行优先锁存,优先抢答选手的编号始终保持到主持人将系统清除为止。此外仍有一些扩展功能:(1) )抢答器具有定时抢答功能,且一次抢答的时间由主持人设定(如10秒)。当主持人启动“开头”键后,定时器进行减计时。(2) )参赛选手在设定的时间内进行抢答,抢答有效,定时器停止工作,显示器上显示选手的编号和抢答的时间,并保持到主持人将系统清除为
8、止。(3) )假如定时时间已到,无人抢答,本次抢答无效,系统报警并禁止抢答,定时显示器上显示 0。2.4 硬件介绍2.4.1 AT89C52单片机简介AT89C52是 8 位通用微处理器。采纳标准的C51 内核,在内部功能及管脚排布上可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结PDIP 封装的 AT89C52引脚图与通用的 8xc52 相同,其主要用于会聚调整时的功能掌握。功能包括对会聚主IC 内部寄存器、数据 RAM 及外部接口等功能部件的初始化,会聚调整掌握,会聚测试图掌握,红外遥控信号 IR的接收解码及与主板 CPU通信等。主要管脚有: XTAL1( 19 脚)和 XTAL2(18
9、脚)为振荡器输入输出端口,外接12MHz 晶振。RST/Vpd(9 脚)为复位输入端口,外接电阻电容组成的复位电路。VCC( 40 脚)和 VSS( 20 脚)为供电端口,分别接 +5V 电源的正负端。 P0P3为可 编程通用 I/O 脚,其功能用途由软件定义,在本设计中,P0端口( 3239 脚) 被定义为 N1 功能掌握端口,分别与 N1 的相应功能管脚相连接, 13 脚定义为 IR 输入端, 10 脚和 11 脚定义为 I2C总线掌握端口,分别连接 N1 的 SDAS( 18脚)和 SCLS(19 脚)端口, 12 脚、27 脚及 28 脚定义为握手信号功能端口,连接主板 CPU的相应功
10、能端,用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的掌握功能。P0 口: P0 口是一组 8 位漏极开路型双向 I/O 口, 也即的址 / 数据总线复用口。作为输出口用时,每位能吸取电流的方式驱动8 个 TTL规律门电路,对端口 P0 写“1时”,可作为高阻抗输入端用。在拜访外部数据储备器或程序储备器时,这组口线分时转换的址(低8位)和数据总线复用,在拜访期间激活内部上拉电阻。P1 口: P1 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口, P1 的输出缓冲级可驱动(吸取或输出电流) 4 个 TTL规律门电路。对端口写 “1,”通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作输入口。作输入口使用时,由于
11、内部存在上拉电 阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流IIL。引脚功能号特性可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结P1.0T2, 时钟输出可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结P1.1T2EX(定时/ 计可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结与 AT89C51不同之处是, P1.0 和 P1.1仍可分别作为定数器时/ 计数器 2 的外部计数输入( P1.0/T2)和输入2)( P1.1/T2EX),参见表 1。Flash编程和程序校验期间, P1 接收低 8 位的址。P2 口: P2 是一个带有内部上拉电阻的 8
12、 位双向 I/O 口, P2 的输出缓冲级可驱动(吸取或输出电流) 4 个 TTL规律 门电路。对端口 P2 写“1,”通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作输入口,作输入口使用时,由于内部存在上 拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流IIL。在拜访外部程序储备器或 16 位的址的外部数据存储器(例如执行 MOVX DPTR指令)时, P2 口送出高 8 位的址数据。在拜访 8 位的址的外部数据储备器(如执行MOVX RI指令)时, P2 口输出 P2 锁存器的内容。P3 口: P3 口是一组带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。P3 口输出缓冲表 1 P1.0 和 P1.
13、1 的功能级可驱动(吸取或输出电流) 4 个 TTL规律门电路。对 P3口写入“ 1”时,它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时,被外部拉低的P3 口将用上拉电阻输出电流( IIL)。P3 口除了作为一般的 I/O 口线外,更重要的用途是它的其次功能P3 口仍接收一些用于 Flash闪速储备器编程和程序校验的掌握信号。RST:复位输入。当振荡器工作时,RST引脚显现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。ALE/PROG:当拜访外部程序储备器或数据储备器时,ALE(的址锁存答应)输出脉冲用于锁存的址的低8 位字节。一般情形下, ALE仍以时钟振荡频率的 1/6 输出固定的脉冲信号,因此它可
14、对外输出时钟或用于定时目的。要留意的是:每当拜访外部数据储备器时将跳过一个ALE脉冲。PSEN:程序储存答应( PSEN)输出是外部程序储备器的读选通信号,当 AT89C52由外部程序储备器取指令(或数据)时,每个机器周期两次PSEN有效,即输出两个脉冲。在此期间,当拜访外部数据储备器,将跳过两次PSEN 信号。EA/VPP:外部拜访答应。欲使CPU仅拜访外部程序储备器(的址为0000H FFFFH), EA端必需保持低电平(接的)。需留意的是:假如加密位LB1被编程,复位时内部会锁存 EA端状态。如 EA端为高电平(接 Vcc端), CPU就执行内部程序储备器中的指令。XTAL1:振荡器反相
15、放大器的及内部时钟发生器的输入端。XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结2.4.2 锁存器锁存器是一种对脉冲电平敏锐的储备单元电路,它们可以在特定输入脉冲电平作用下转变状态。由如干个钟控制代码的时序规律电路,叫锁存器件。规律结构与功能表见图2-4 :D 触发器构成的一次能储备多位二进图 2-4锁存器规律结构与功能表8 位锁存器 74HC373的规律图如下图所示。其中使能端G 加入 CP 信号, D 为数据信号。输出掌握信号为出。0 时,锁存器的数据通过三态门进行输图 2-5 74HC373 引脚 管脚 图:可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师
16、归纳总结图 2-6 74LS373内部规律图图 2-7 74LS373真值表所谓锁存器,就是输出端的状态不会随输入端的状态变化而变化,仅在有锁存信号时输入的状态被储存到输出,直到下一个锁存信号到来时才改 变。在某些运算器电路中有时采纳锁存器作为数据暂存器数据有效推迟后于时钟信号有效。这意味着时钟信号先到,数据信号后到。典型的锁存器规律电路是D 触发器电路。锁存,就是把信号暂存以维护某种电平状态。锁存器的最主要作用是缓存,其次完成高速的掌握其与慢速的外设的不同步问题,再其次是解决驱动的问题,最终是解决一个 I/O 口既能输出也能输入的问题。3 系统硬件设计3.1 硬件电路的总体框图本数字抢答器的
17、硬件电路总体框图见图 3-1:可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结按键与按钮电路复位等帮助电路数码管显示电路总体开关可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结电源系统图 3-1数字抢答器电路框图3.2 电路器件挑选本次设计的数字抢答器采纳 AT89C52 单片机作为系统的掌握单元。就抢答器而言,通常可采纳液晶显示或数码管显示。由于数码管作为一种主动显示器件,具有亮度高、价格廉价等优点,而且市场上也有特的的时钟显示组合数码管。本试验用数码管来显示。3.3 最小系统设计3.3.1 时钟频率电路图单片机必需在时钟的驱动下才能工作 .
18、由之前所学的单片机原理最小系统内容,在单片机内部有一个时钟振荡电路 , 只需要外接一个振荡源就能产生肯定的时钟信号送到单片机内部的各个单元 , 打算单片机的工作速度。晶振电路见图 3-2:可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结3.3.2 复位电路图设计图 3-2 晶振电路可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结单片机的第 9 脚 RST为硬件复位端 , 只要将该端连续 4 个机器周期的高电平即可实现复位 , 复位后单片机的各状态都复原到初始化状态。复位电路图见图 3-3 所示:图 3-3 复位电路3.3.3 键盘扫描电路的设计在单片机应用中键盘用得最多的形式是独立键盘及矩阵键
19、盘。本试验用的是独立式键盘。键盘扫描电路图见图 3-4 :图 3-4 独立键盘3.3.4 功能键及发声系统设计声音的频谱范畴约在几十到几千赫兹,如能利用程序来掌握单片机某个口线的“高”电平或低电平,就在该口线上就能产生肯定频率的矩形波,接上喇叭就能发出肯定频率的声音,如再利用延时程序掌握“高”“低”电平的连续时间,就能转变输出频率,从而转变音调,使喇叭发出不同的声音。通过添加一些详细的功能键可以使系统的功能更加完善。功能键及发声系统结构图见图 3-5 :可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 3-5 功能键及发声系统结构图3.4 总体设计结构图数字抢答器的总体设计结构见图3-6:图
20、 3-6 总体结构图可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结4 个人小结这次的课程设计的在学期开头时进行的,经过一个暑假的“沉淀”,对做课程所要求的严谨科学态度仍不适应了,所以一开头选题的时候是很不知所 措,再加上考研时间的需要,这次就选了个比较简答的抢答器。当天选了题目之后,就开头找资料,先是就之前所学的单片机原理及应用技术进行有关芯片的讨论,后来又去图书馆找了单片机的实训教程,最终确定了用芯片 AT89C52。这次的课程设计我们期望能加入一些新的想法:比如说不准有人抢答,设定抢答时间。主要是考虑到以前看节目的时候常常会看到主持人仍没说开头的时候有些人已经抢答了,而且也算是为以后的课
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