数字抢答器设计(21页).doc
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1、-数字抢答器设计-第 18 页 数理与信息工程学院 应用系统设计题 目: 数字抢答器的设计 专 业: 计算机科学与技术(专升本) 班 级: 056班 姓 名: 唐建丰 学号: 05191138 实验地点:数理与信息工程学院 电子系统设计室指导老师: 余水宝 张 胜 丁宇 成 绩: ( 2006.6 )目 录第1节 引 言 11.1 数字抢答器概述11.2 设计任务与要求11.3 系统主要功能2第2节 抢答器硬件设计42.1 抢答器总体方框图 42.2 单元电路设计 42.3 抢答器原理 8第3节 系统软件设计 9 3.1 系统主程序设计 93.2 中断服务程序设计10第4节 结束语11参考文献
2、 12附录 13数字抢答器的设计数理与信息工程学院 056计算机专升本 唐建丰 指导老师:余水宝 张 胜第1节 引 言单片机把我们带入了智能化的电子领域,许多繁琐的系统若由单片机进行设计,便能收到电路更简单、功能更齐全的良好效果。若把经典的电子系统当作一个僵死的电子系统,那么智能化的现代电子系统则是一个具有“生命”的电子系统。而随着技术的进步,单片机与串口通信的结合更多地应用到各个电子系统中已成一种趋势。本设计就是基于单片机设计抢答系统,通过串口通信动态传输数据,使抢答系统有了更多更完善的功能。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
3、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。1.1 数字抢答器的概述 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。 本实验设计的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
4、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。更具有实用性。1.2 设计任务与要求 任务:设计一款数字抢答器1、基本要求(1)抢答器同时供6名选手或6个代表队比赛,分别用6个按钮S0 S5表示。(2)设置一个系统清除和抢答控制开关S,该开关由主持人控制。(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,并在LED数码管上显示,同时扬声器发出报警声响提示。选手抢答实行优先锁存,优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。(4)抢
5、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30秒)。当主持人启动开始键后,定时器进行减计时,同时扬声器发出短暂的声响,声响持续的时间0.5秒左右。(5)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。(6)如果定时时间已到,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00 优点:与普通抢答器相比,本作品有以下几方面优势: 1、具有清零装置和抢答控制,可由主持人操纵避免有人在主持人说“开始”前提前抢答违反规则。 2、具有定时功能,在30秒内无人抢答表示所有参赛选手获参赛队对本题弃权。 3、30
6、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。1.3 系统主要功能 其主要功能有:与普通抢答器相比,本作品有以下几方面优势: 1、具有清零装置和抢答控制,可由主持人操纵避免有人在主持人说“开始”前提前抢答违反规则。 2、具有定时功能,在30秒内无人抢答表示所有参赛选手获参赛队对本题弃权。3、30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。4、如果想调节抢答时间或答题时间,按抢答时间调节键或答题时间调节 键进入调节状态,此时会显示现在设定的抢答时间或回答时间值,如想加一秒按一下加1s键,如果想减一秒按一下-1s键,时间LED上会显示改变后的时间,调整范围为0s99s, 0s
7、时再减1s会跳到99,99s时再加1s会变到0s。 5、主持人按抢答开始键,会有提示音,并立刻进入抢答倒计时(预设15s抢答时间),如有选手抢答,会有提示音,并会显示其号数并立刻进入回答倒计时(预设10s抢答时间),不进行抢答查询,所以只有第一个按抢答的选手有效。倒数时间到小于5s会每秒响一下提示音。 6、如倒计时期间,主持人想停止倒计时可以随时按停止按键,系统会自动进入准备状态,等待主持人按抢答开始进入下次抢答计时。 7、如果主持人未按抢答开始键,而有人按了抢答按键,犯规抢答,LED上不断闪烁FF和犯规号数并响个不停,直到按下停止 键为止。 数字抢答器图第2节 抢答器硬件设计2.1 数字抢答
8、器总体方框图如图11、1所示为总体方框图。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?quot;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。 图1数字抢答器框图2.2 单元电路设计 (1)抢答器电路 电路如图所示。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
9、;二是禁止其他选手按键操作无效。工作过程:开关S置于清除端时,RS触发器的 端均为,个触发器输出置,使74LS148的 ,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,QQQ=101,经译码显示为。此外,1,使74LS148 ,处于禁止状态,封锁其他按键的输入。当按键松开即按下时,74LS148的 此时由于仍为,使 ,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开关重新置?quot;清除然后再进行下一
10、轮抢答。74LS148为线线优先编码器,图3为其功能表。 图 数字抢答器电路 图3 74LS148的功能真值表(2)定时电路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,具体电路如图11、3所示。图4 可预置时间的定时电路(3)报警电路由555定时器和三极管构成的报警电路如图11、4所示。其中555构成多谐振荡器,振荡频率fo143(RI2R2)C,其输出信号经三极管推动扬声器。PR为控制信号,当PR为高电平时,多谐振荡器工作,反之,电路停振。图5 报警电
11、路(4)时序控制电路 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,扬声器发声,抢答电路和定时电路进 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6 时序控制电路图中,门G1 的作用是控制时钟信号CP的放行与禁止,门G2的作用是控制74LS148的输人使能端 。图11、4的工作原理是:主持人控制开关从清除位置拨到开始位置时,来自于图11、2中的74LS279的输出 1Q=0,经G3反相, A1,则时钟信号CP能够加到74LS192的CPD时钟输入端,
12、定时电路进行递减计时。同时,在定时时间未到时,则定时到信号为 1,门G2的输出 =0,使 74LS148处于正常工作状态,从而实现功能的要求。当选手在定时时间内按动抢答键时,1Q1,经 G3反相, A0,封锁 CP信号,定时器处于保持工作状态;同时,门G2的输出 =1,74LS148处于禁止工作状态,从而实现功能的要求。当定时时间到时,则定时到信号为0, =1,74LS148处于禁止工作状态,禁止选手进行抢答。同时, 门G1处于关门状态,封锁 CP信号,使定时电路保持00状态不变,从而实现功能的要求。集成单稳触发器74LS121用于控制报警电路及发声的时间,其工作原理请读者自行分析。2.3 抢
13、答器原理该抢答器供不多于四个的抢答比赛使用。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允许抢答的号令之后,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准备。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。在 FM 发声的
14、同时,灯 D6 也在发光。FM 可以看作是一个电容性负载,本身不能流过直流电流。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,从而振动空气发出声音。FM和 4 只按钮开关 SWaSWd 以及 4 只电阻 RaRd 都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。按钮开关和指示灯与座位的对应关系如表3所示。按钮开关和指示灯与座位的对应关系座位主持人席座位1座位2座位3座位4座位5座位6按钮开关SW1 SWaSWbSWcSWdSWeSWf指示灯D7 D0D1D2D3D4D5蜂鸣器 有无无无无无无第
15、3节 系统的软件设计3.1 系统主程序设计本例的电话振铃的提示声用软件实现。在此设计的提示音是以发声 1秒、停顿1秒的间歇方式,连发3声。我们可以用 3 个不同工作频率的振荡器(频率为 500Hz的低音发生器、频率为 630Hz 的高音发生器和频率为10Hz 的用于高、低音切换的振荡器)产生出悦耳的铃声。500Hz音频对应的周期为2000S。如果利用定时器/计数器TMR0 模块产生该延迟时间,可以找出恰当的分频比和初始值,分别是1:8 和131。同理,产生 630Hz 音频应该采用的分频比和初始值,分别是1:8和157。其中,500Hz 计算式为 T =1/500Hz=0.002s=2000S
16、,L1000S8=125=256-131;630Hz 计算式为 T =1/630Hz=0.0015873s=1587.3S,793.65HS899=256-157。这两个音频信号再以每秒 10 次的频率轮流切换,从单片机的一条口线(RC6)上送出,每个信号持续的时间是 50ms。那么,对于 500Hz 来说,50ms 之内包含信号周期的个数为 500Hz0.05s=25 个,包含(从高到低和从低到高)的电平切换次数为 252=50 次。同理,对于 630Hz 来说,电平切换次数为 31.52=63 次。因此,发声 1 秒需要轮流调用 500Hz 和 630Hz 的产生程序各 10 次。图 11
17、 是其程序流程图,其中,11(a)为主程序流程图如下,11(b)为中断服务子程序流程图, 主程序 设置R C端口为输出 设置Rb端口为输入为选项寄存器赋初值放开INT及总中断控制位将断口RC全部为底电平清除RB中断标志进入睡眠态等待中断中断到来转服务子程序3.2 中断服务程序设计中断程序(如图9所示)完成时间计数,时间调整,误差消除等功能。中断采用AT892051内部T0中断实现,定时时间为125ms,当时间到达125ms8,即1分钟时,分计数缓冲器MINBUFFER增加1小时,则时计数缓冲器和时计数缓冲器分别到达60min、24h时,则对它们清零,以便重新计数。中断服务程序调查中断源是RB中
18、断则转服务程序是INT中断则转服务程序将端口RC清0调防时延时子程序将RB的变化显示啊RC上是是置RC端引脚为高清除RB中断标出调一秒延时子程序检查抢答是否以放否恢复现场中断返回图9 中断服务子程序结束语基于单片机应用系统设计比较的难,从未接触过任何的应用系统的设计,对老师要求我们做的应用系统的设计根本无从下手,于是从图书馆借了几本有关单片机的应用系统的实例书籍,并且在网上参考了较多本实例的应用知识,了解了系统设计报告的写法和结构。参考了网上较多的实例,实在话,让我自己亲手动手去做实在不能完成,只有通过图书馆借的书和通过网络才可完成。这一定程度上也提高了网上搜索信息的能力。在借鉴了网上的信息,
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