八路抢答器的.doc
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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流八路抢答器的.精品文档.河北工业大学毕业设计说明书(论文) 作 者: 徐姗 学 号: 093240 系 : 电子系 专 业: 电子信息工程 题 目: 八路抢答器的设计 指导者: 安亚军 中级 评阅者: 2011年06月11日毕业设计(论文)中文摘要八路抢答器的设计摘要:抢答器是用80C51功能而做出来的产品。本文介绍了80C51控制数码显示、抢答电路、复位电路、报警电路、定时电路、时序控制的功能。主持人通过时间预设开关预设供抢答的时间,系统将完成自动倒计时。若在规定的时间内有人抢答,则系统将自动停止;若在规定的时间内无人抢答,则系统中的蜂鸣器
2、将发响,提示主持人本轮抢答无效,实现报警功能。选手在抢答期间完成时序控制、倒计时、超时报警的功能。选手打完题,主持人按键复位开始下一题。关键词:抢答器 ;单片机;报警毕业设计(论文)外文摘要Title Programming on Answering Machine of eight Groups Vies Abstract: With the 80C51 regulator is vies to answer first function and make the products. This paper introduces the 80C51 control digital displa
3、y, 8 of the composition, the vies to answer first circuit ,alarm circuit, reset circuit,timing circuit, sequential control function. By the time the default for vies to answer first the time switch, the system will complete automatic countdown. If the stipulated time someone vies to answer first, th
4、e system will automatically stop; If the stipulated time no contest, the system will send the buzzer rang, indicating that the host this contest null and void, and realize the alarm function. Players in vies to answer first done during sequential control, the countdown, alarm function. Overtime Play
5、ers played the topic, the host keys reset began to the next question. Keywords:Single-chip Device Alarm Answer目 次1 引 言12 系统设计12.1 设计任务与要求12.2 方案比较与论证22.3 键盘的选择32.4 设计抢答器的目的和意义43 主要元器件分析53.1 80C51芯片53.1.1 8051单片机简介53.1.2 8051引角及其功能63.2 MAX7219芯片73.2.1 引脚说明83.2.2 基本工作原理及使用方法83.2.3 应用举例103.2.4 初始化103.3
6、 数码管103.4 TDA2030114 程序设计124.1 定时电路的设计124.2 抢答电路设计124.3 时序电路134.4 报警电路144.5 消噪子程序154.6 复位电路的设计164.7 电源电路设计17结 论18致 谢19参考文献20附录121附录2331 引 言在知识比赛与娱乐竞赛中,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
7、它的实际用途。系统工作原理本系统采用8051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、报警模块、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TDA2030完成语音的报警功能;利用存储程序,存储选手的得分以及暂存功能;利用MAX7219串行输入输出共阴极显示驱动器和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,控制数码管和语音芯片工作。“一种基于单片机的抢答器”与一般抢答器有四点不同:首先,抢答器反应异常灵敏。据了解,此抢答器的反应时间仅为几十微秒,大大缩短了抢答器的反应时间,使抢答器可以迅速高效的工作。
8、其次,抢答质量有保证。在抢答过程中,当有人首先抢答成功的同时,会伴有响亮的声音提示。第三,抢答器设置了复位键。抢答的活动常常会有几个环节构成,为了保证在每个环节中抢答器都可以快速高效的运作,使得抢答更加顺利的进行,此类抢答器设置了复位键。最后,抢答器利用单片机技术。利用这一技术,保证了抢答器拥有上述功能的同时,提高了抢答器的寿命与质量,让抢答器可以更加实用的同时,提高了抢答器的技术含量。2 系统设计2.1 设计任务与要求设计并制作一个八路智力抢答器1、基本要求具有八路输入,能够识别最先输入的信号,显示选号,并有声音提示。对回答问题所用的时间进行倒计时显示,并提示结束时间报警。具有抢答开关功能,
9、按下该键后系统进入抢答状态。在按下抢答开关之前的信号判断为提前抢答,显示选号,声音提示。具有设置上述提及的时间、次数等参数的功能。按键复位,主持人按下复位键开始下一题或重新抢答。2.2 方案比较与论证方案一: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8051系列单片机80C51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
10、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,能方便地对系统进行功能的扩张和更改。MCS-51单片机特点如下: 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写在ROM里,许多信号通道都在同一芯片,因此可靠性高,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。 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。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
11、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、效率更高。另外80C51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。其原理框图如下图2.1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
12、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。图2.1 抢答器的原理框图2.3 键盘的选择 键盘是单片机不可缺少的输入设备,是实现人机对话的纽带。键盘按结构形式可以分为非编码键盘和编码键盘,前者用软件方法产生键码,而后者则用硬件方法来产生键码。在单片机中使用的都是非键码键盘,因为非编码键盘结构简单,成本低廉,非编码键盘的类型很多,常用的有独立式键盘,行列式键盘等。方案1:独立式键盘键盘接口中使用多少根I/O线,键盘中就有几个按键,键盘接口使用了6根I/O口线,该键盘就有6个按
13、键,这种类型的键盘,其按键比较少,且键盘中个按键的工作互不干扰。因此可以根据实际需要对键盘中的按键灵活的编码。最简单的编码方式就是根据I/O输入口所直接反映的相应按键,按下的状态进行编码,称按键直接状态码,对于这样编码的独立式键盘,CPU可以通过直接读取I/O口的状态来获取按键的直接状态编码值,根据这个值直接进行按键识别,这样形式的键盘结构简单,按键识别容易。独立式键盘的缺点是需要占用比较多的I/O口线,当单片机应用键盘中需要的按键比较少或I/O口线比较富余时,可以采用这样类型的键盘。方案2:行列式键盘行列式键盘是用N条I/O线作为行线,M条I/O线作为列线组成的键盘,在行线和列线的每个交叉点
14、上,设置一个按键中按键的个数是M*N个。这种形式的键盘结构,能够有效的提高单片机系统中I/O的利用率,列线接P1.0P1.3行线接P1.4P1.7,行列适用于按键输入多的情况。CPU对键盘的扫描可以采用取程序控制的随机方式,即只有在CPU空闲时才去扫描键盘,相应操作人员的键盘输入,但CPU在执行应用程序的过程中,不能响应键盘输入,对键盘的扫描可以采用定时方式,即利用单片机内部定时器每隔一定时间对键盘扫描一次,这样控制方式,不管键盘上有无键闭合,CPU总是定时的关心键盘状态。在大多数情况下,CPU对键盘可能进行空扫描。为了提高CPU的效率而又能即使响应键盘输入,可以采用终端方式,既CPU平时不必
15、扫描键盘,只能当键盘上有键盘闭合时就产生中断请求,向CPU申请中断后,立即对键盘进行扫描,识别闭合键,并做相应的处理。根据以上的论述,采用方案一,在本系统中采用了独立式键盘,其按键比较少,且键盘中各个按键的工作互不干扰。2.4 设计抢答器的目的和意义通过这次毕业设计,掌握80C51单片机的原理,了解简单多功能抢答器组成原理,初步掌握多功能抢答器的调整及测试方法,提高动手能力和排除故障的能力。同时通过本课题设计与装配、调试,提高自己的动手能力,巩固已学的理论知识,建立单片机理论和实践的结合,了解多功能抢答器各单元电路之间的关系及相互影响,从而能正确设计、计算定时计数的各个单元电路。初步掌握多功能
16、抢答器的调整及测试方法,提高动手能力和排除故障的能力。设计思路:抢答器是一种应用非常广泛的设备,在各种竞赛、抢答场合中,它能迅速、客观地分辨出最先获得发言权的选手。早期的抢答器只由几个三极管、可控硅、发光管等组成,能通过发光管的指示辩认出选手号码。现在大多数抢答器均使用单片机(如MCS-51型)和数字集成电路,并增加了许多新功能,如选手号码显示、抢按前或抢按后的计时、选手得分显示等功能。 本课题利用80C51单片机及外围接口实现的抢答系统,利用单片机的定时器/计数器定时和记数的原理,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和选手号码。用开关做键盘输出
17、,扬声器发生提示。系统达到要求:在抢答中,只有开始后抢答才有效,如果在开始抢答前抢答为无效;抢答限定时间和回答问题的时间可设在1-99s设定;可以显示是哪位选手有效抢答和无效抢答;抢答时间和回答问题时间倒记时显示;按键复位,在有效状态下,按键清零。而基于单片机的竞赛抢答器能解决上述的各个问题。3 主要元器件分析3.1 80C51芯片80C51内含8位CPU;广泛的布尔处理能力:32根双向且分别可寻址的I/O线;128字节RAM;2个16位定时器/计数器;全双工异步串行口(UART);2个中断优先级;5个中断源;片内有时钟震荡器;4K字节片内ROM程序储存器;可寻址的64K字节外部程序储存空间;
18、可寻址得64K字节外部数据储存空间;无片内ROM的8051形式是8031,EPROM型是751,8051AH是采用HMOS工艺制造,所以其管脚与8051兼容。 3.1.1 8051单片机简介8051系列单片机是国际上流行多年的代表机型,是国内高校教学和初学者入门首选的主流机型,也是在各种技术期刊和专业书籍中出现频率最高的经典机型。本文以标准80C51为模型,并适当兼顾8051系列的共性和常用型号的特性。80C51单片机是在8051的基础上发展起来的,也就是说在单片机的发展过程中是先有8051,然后才有80C51的。8051单片机与80C51单片机从外形看是完全一样的,其指令系统、引脚信号、总线
19、等完全一致(完全兼容),也就是说在8051下开发的软件完全可以在80C51上应用,反过来,在80C51下开发的软件也可以在8051上应用。这两种单片机是完全可移植的。既然这两种单片机外形及内部结构都一样,那它们之间的主要差别在哪里呢?8051与80C51单片机的主要差别就在于芯片的制造工艺上。80C51的制造工艺是在8051基础上进行了改进。8051系列单片机采用的是HMOS工艺:高速度、高密度;80C51系列单片机采用的是CHMOS工艺:高速度、高密度、低功耗;也就是说80C51单片机是一种低功耗单片机。80C51内容主要包括:硬件架构、ROM、RAM、指令系统、汇编程序基础和汇编语言工具链
20、、并行端口、定时器、中断逻辑、复位逻辑、时钟电路、电源电路等功能电路的结构和工作原理,以及片内程序存储器编程原理。3.1.2 8051引角及其功能图3.1 80C51的引脚电源端 VCC 40脚 接地端 VSS 20脚时钟电路引脚 XTAL1、XTAL2 18、19脚 外接晶体引线端 使用内部时钟时,此二引线用于外接石英晶体和电容;当使用外部时钟时,用于接外部时钟脉冲信号。 地址锁存允许信号端 ALE 30脚 ,用来锁存P0口送出的低8位地址,以实现低位地址和数据的隔离。当单片机上电正常工作后,ALE就以时钟振荡频率的六分之一的固定频率,周期地向外输出正脉冲信号,故它也可以作为外部时钟或外部定
21、时脉冲源使用。复位信号 RST 9脚 此引脚是复位信号,高电平有效。当此输入端保持2个机器周期以上的高电平时,就可以完成单片机的复位初始化操作。 程序存储器允许输出信号端 PESN 29脚 此引脚是片外程序存储器选通信号,低电平有效。在从片外ROM读取指令或常数时,每个机器周期PSEN两次有效,以实现对片外ROM单元的读操作。当访问片外RAM时,PSEN信号将不出现。EA 31脚 外部程序存储器地址允许输入,接高电平时,执行片内程序存储器的内容,当PC超过0fffH时,自动变0。接低电平时,访问外部程序存储器。P0 3932脚 P0口是一个漏极开路的8位双向I/O口,每位能驱动8个LS型TTL
22、负载。在访问片外存储器时,P0分时提供低8位地址线和8位双向数据线。当不接片外存储器或不扩展I/O接口时,P0可作为一个通用输入/输出口。当P0口作为输入口使用时,应先向口锁存器写“1”,此时P0口的全部引脚浮空,可作为高阻抗输入。当P0口作为输出口使用时,由于输出电路为漏极开路电路,驱动NMOS电路时必须外接上拉电阻。P1 18脚 P1口是一个带内部上拉电阻的8位准双向I/O口,每位能驱动4个LS型TTL负载。P1口只能作通用输入/输出口用。当P1口作为输入口使用时,应先向P1口锁存器写“1”,此时P1口引脚由内部上拉电阻拉成高电平。当P1口作为输出口使用时,已能向外提供推拉电流负载,无需再
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