基于单片机的抢答器的设计(共15页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上 基于51单片机的数字抢答器设计 系 别: 机械与电子工程学院 专 业: 电气工程及其自动化 班 级: 电气1304班 姓 名: 张宏伟 学 号: 指导教师: 吴雪娟 完成日期: 2015.12.11 摘要数字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;用控制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、调试等工作后数字抢答器成形。单片机体积小价格低,应用方便,稳定可靠。单片机将很多任务交给了软件编程去实现,大大
2、简化了外围硬件电路,使外围电路的实现简单方便。单片机系统的硬件结构给予了抢答系统“身躯”,而单片机的应用程序赋予了其新的“生命”,使其在传统的抢答器面前具有电路简单、成本低、运行可靠等特色。对于抢答器我们大家都知道那是用于选手做抢答题时用的,选手进行抢答,抢到题的选手来回答问题。抢答器不仅考验选手的反应速度同时也要求选手具备足够的知识面和一定的勇气。选手们都站在同一个起跑线上,体现了公平公正的原则。关键字: 抢答电路 定时电路 报警电路 专心-专注-专业引言:单片机的发展史单片机诞生于20世纪70年代末,经历了SCM、MCU、SoC三大阶段。 1.SCM即单片微型计算机(Single Chip
3、 Microcomputer)阶段,主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。“创新模式”获得成功,奠定了SCM与通用计算机完全不同的发展道路。在开创嵌式系统独立发展道路上,Intel公司功不可没。 2.MCU即微控制器(Micro Controller Unit)阶段,主要的技术发展方向是:不断扩展满足嵌入式应用时,对象系统要求的各种外围电路与接口电路,突显其对象的智能化控制能力。它所涉及的领域都与对象系统相关,因此,发展MCU的重任不可避免地落在电气、电子技术厂家。从这一角度来看,Intel逐渐淡出MCU的发展也有其客观因素。在发展MCU方面,最著名的厂家当数Philips公司。P
4、hilips公司以其在嵌入式应用方面的巨大优势,将MCS-51从单片微型计算机迅速发展到微控制器。因此,当我们回顾嵌入式系统发展道路时,不要忘记Intel和Philips的历史功绩。 3.单片机是嵌入式系统的独立发展之路,向MCU阶段发展的重要因素,就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决;因此,专用单片机的发展自然形成了SoC化趋势。随着微电子技术、IC设计、EDA工具的发展,基于SoC的单片机应用系统设计会有较大的发展。因此,对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。 单片机的发展单片机作为微型计算机的一个重要分支,应用面很广,发展很快。自单片机诞生至今,已发展为上百
5、种系列的近千个机种。 第一章 数字抢答器的概述及要求1.1 数字抢答器的概述对于抢答器我们大家来说都不陌生,它是用于很多竞赛场合,真正实现先抢先答,让最先抢到题的选手来回答问题。抢答器不仅考验选手的反应速度同时也要求选手具备足够的知识面和一定的勇气。选手们都站在同一个起跑线上,体现了公平公正的原则。1.2 设计任务与要求基本要求:1. 给主持人设置一个开关,用来控制系统的清零(编号显示数码管灭灯)和抢答器的开始。2. 抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开始后,若有选手按动抢答器按钮,编号立即锁存,并在LED数码上显示选手的编号,同时扬声器给出音响提示。此外,要封锁输入电路,禁止其他选手抢答。
6、发挥部分:1. 抢答器具有定时抢答的功能,且一次抢答的时间可以由主持人设定(如30秒)。当节目主持人启动“开始”键后,要求定时器立即减计时,并用显示器显示,同时扬声器发出短暂的声响,声响持续时间0.5秒左右。2. 参加选手在设定的时间内抢答,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时刻的时间,并保持到主持人将系统清零为止。3. 如果定时抢答的时间已到,却没有选手抢答时,本次抢答无效,系统短暂报警,并封锁输入电路,禁止选手超时后抢答,时间显示器上显示00。4. 选手如果在主持人按开始键之前违规抢答,系统报警,LED显示违规选手号码和FF,直到主持人按下停止键。绪论1.1 单片机抢答
7、器的背景二十世纪跨越了三个“电”的时代,即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代。不过,这种电脑,通常是指个人计算机,简称PC机。它由主机、键盘、显示器等组成。还有一类计算机,大多数人却不怎么熟悉。这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机(亦称微控制器)。顾名思义,这种计算机的最小系统只用了一片集成电路,即可进行简单运算和控制。因为它体积小,通常都藏在被控机械的“肚子”里。它在整个装置中,起着有如人类头脑的作用,它出了毛病,整个装置就瘫痪了。现在,这种单片机的使用领域已十分广泛,如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了单片机,就能起到使产品升级换代的功效,常在产
8、品名称前冠以形容词“智能型”,如智能型洗衣机等。现在有些工厂的技术人员或其它业余电子开发者搞出来的某些产品,不是电路太复杂,就是功能太简单且极易被仿制。究其原因,可能就卡在产品未使用单片机或其它可编程逻辑器件上。在知识竞赛中,特别是做抢答题时,在抢答过程中,为了更确切的知道哪一组或哪一位选手先抢答到题,必须要有一个系统来完成这个任务。若在抢答中,只靠人的视觉(或者是听觉)是很难判断出哪一组(或哪一个选手)先抢答到题的。利用单片机编程来设计抢答器,可以使以上问题得以解决,即使两组的抢答时间相差几微秒,也能轻松的分辨出哪一组(或哪个选手)先抢答到题的。本文主要介绍了抢答器的工作原理及设计,以及它的
9、实际用途。1.2 单片机抢答器的意义本系统采用单片机作为整个控制核心。控制系统的四个模块为:显示模块、存储模块、语音模块、抢答开关模块。该系统通过开关电路四个按键输入抢答信号;利用一个数码管来完成显示功能;用按键来让选手进行抢答,在数码管上显示哪一组先答题的,从而实现整个抢答过程。在知识比赛中, 特别是做抢答题目的时候, 在抢答过程中,为了知道哪一组或哪一位选手先答题,必须要设计一个系统来完成这个任务。如果在抢答中,靠视觉是很难判断出哪组先答题。利用单片机系统来设计抢答器,使以上问题得以解决,即使两组的抢答时间相差几微秒,也可分辨出哪组优先答题。本文主要介绍了单片机抢答器设计及工作原理,以及它
10、的实际用途。系统工作原理本系统采用89c52单片机作为核心。控制系统的四个模块分别为:存储模块、显示模块、语音模块、抢答开关模块。该抢答器系统通过开关电路四个按键输入抢答信号; 利用一个数码管来完成显示功能。工作时,用按键通过开关电路输入各路的抢答信号,经单片机的处理, 输出控制信号,单片机控制的智能抢答器设计。1.3 抢答器的应用随着我国经济和文化事业的发展,在很多公开竞争场合要求有公正的竞争裁决,诸如证券、股票交易及各种智力竞赛等,因此出现了抢答器。抢答器一般是由很多电路组成的,线路复杂,可靠性不高,功能也比较简单,特别是当抢答路数很多时,实现起来就更为困难。因此我们设计了以单片机为核心的
11、新型智能的抢答器,在保留了原始抢答器的基本功能的同时又增加一系列的实用功能并简化其电路结构。抢答器又称为第一信号鉴别器,其主要应用于各种知识竞赛、文艺活动等场合。传统普通抢答器主要存在以下缺陷:(一)、在一次抢答过程中,当出现超前违规抢答时,只能处理违规抢答信号,而对没有违规的有效抢答信号不能进行处理,因而使该次抢答过程变为无效。(二)、当有多个违规抢答时,普通抢答器或采用优先编码电路选择其中一个,或利用抢答电路电子元件的“竞争”选择其中一个。对于后者由于抢答电路制作完毕后电子元件被固定。各路抢答信号的“竞争”能力也被固定,因而本质上也有优先权。普通抢答器存在不公平性。(三)、当有多个违规抢答
12、时,普通抢答器只能“抓住”其中一个而出现“漏洞”。2.1.1单片机管脚说明(1)Vcc:供电电压。(2)GND:接地。(3)P0口:P9口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门流。当P1口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。在Flash编程时,P0口作为原码输入口,当Flash进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高。(4)P1口:P1口是一个内部提供的上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,
13、这是由于内部上拉的缘故,。在Flash编程和校验时,P1作为第八位地址接收。(5)P2口:P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在Flash编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。(6)P3口:P3口管脚是8
14、个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故。(7)RST:复位输入。当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。(8)ALE/RPOG:当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平由于锁存地址的地位字节。在Flash编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。在平时,ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6.因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是:每当用作外部数据存储器时,将跳出一个ALE脉冲。
15、如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0.此时,ALE只有在执行MOVX,MOVC指令时ALE才起作用。另外该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止,置位无效。(9)/PSEN:外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时,这两次有效的/PSEN信号将不出现。(10)/EA/VPP:当/EA保持低电平时,则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH),不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时,/EA将内部锁定为RESET;当/EA端保持高电平时,此间内部程序存储器。在Flash编程期间,此引脚也用于施加
16、12V编程电源(VPP)。(11)XTAL1:反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。(12)XTAL2:来自反向振荡器的输出。2.2模块性能分析模块部分主要分为AT89C52芯片、独立式键盘、LED数码管显示部分,下面对这后两部分进行介绍,其中对LED七段数码管显示器做详细介绍,并根据实际工作情况采用合适的工作方式。 2.2.1独立式键盘 利用8个常开按钮开关S1S8和8只电阻R1R8组成抢答器的输入电路。S1S8为自复式常开按钮开关,分别作为8位抢答按钮,与它相连的8只电阻为下拉电阻,以保证按钮未按下时,锁存器的输入端为低电平。当程序执行时,按下按键,七段数码管显示器上即显示相应的是
17、哪个组按下抢答。2.2.2LED数码管显示译码器的逻辑功能是将每一个输入的二进制代码译成对应的输出高、低电平信号,是编码器的反操作。数码管可以用TTL或CMOS集成电路直接驱动,所以使用译码器将BCD编码译成数码管所需要的驱动信号,以便使数码管用十进制数字显示出BCD编码表示的数值。七段数码管的段排列和内部结构如图所示七段数码管的段排列和内部部结构应根据实际情况决定究竟采用共阳还是共阴方式,其基本原则是:若单片机口线直接驱动数码管各段,最好采用共阳极数码管,因为8051系列单片机口线输出高电平时,输出的电流很小,数码管不会太亮。若数码管通过驱动芯片与单片机相连,就要看驱动芯片对数码管极性的要求
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