声光显示智能竞赛抢答器.doc

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1、摘 要能够实现抢答器功能的方式有多种,可以采用前期的模拟电路、数字电路或模拟与数字电路相结合的方式。近年来随着科技的飞速发展,单片机的应用正在不断深入,同时带动传统控制检测日新月异更新。介绍一种利用微电脑芯片作为核心部件进行逻辑控制及信号产生的单片机技术和C 语言编程设计的9 路多功能智力竞赛抢答器。关键词 PLC; 单片机; 抢答器; 设计目 录目 录- 5 -设计题目及要求- 6 -声光显示智力竞赛抢答器的设计方案- 6 -一、声光智力竞赛抢答器的硬件设计- 7 -1.89c51介绍- 8 -1)管脚说明- 9 -2)芯片擦除- 11 -3)结构特点- 11 -2.键盘部分- 11 -3.

2、单片机部分- 12 -1)锁存显示部分- 13 -2)整体电路的原理分析- 14 -二、软件设计- 15 -1.单片机内部程序信号流程- 15 -结 语- 17 -致 谢- 18 -参考文献- 19 -设计题目及要求设计题目： 声光显示智力竞赛抢答器的设计设计要求： 画出整机电路方框图 抢答部分电路 计时电路 译码显示电路 电路原理图声光显示智力竞赛抢答器的设计方案方案一、定时抢答器的总体框图如图1-1所示，它由主体电路和扩展电路两部分组成。主体电路完成基本的抢答功能，即开始抢答后，当选手按动抢答按钮时，能显示选手的编号，同时能封锁输入电路，禁止其他选手抢答。扩展电路完成定时抢答功能。抢答按钮

3、优先编码电路锁存器译码电路显示电路主持人控制开关控制电路报警电路秒脉冲产生电路定时电路译码电路显示电路主体电路扩展电路图1-1抢答器的组成框图图1-1所示定时抢答器的工作过程是：接通电源时，节目主持人将开关置于“清除”位置，抢答器处于禁止工作状态，编号显示器灭灯，定时显示器上显示设定的时间，当节目主持人宣布抢答题目后，说一声“抢答开始”，同时将控制开关拨到“开始”位置，扬声器给出声响提示，抢答器处于工作状态，定时器倒计时。当定时时间到，却没有选手抢答时，系统报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答。当选手在定时时间内按动抢答按钮时，抢答器要完成以下四项工作：（1）优先编码电路立即分辨出抢答者的

4、编号，并由锁存器进行锁存，然后由译码显示电路显示编号；（2）扬声器发出短暂声响，提醒节目主持人注意；（3）控制电路要对输入编码电路进行封锁，避免其他选手再次进行抢答；（4）控制电路要使定时器停止工作，时间显示器上显示剩余的抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止。当选手将问题回答完毕时，主持人操作控制开关，使系统恢复到禁止工作状态，以便进行下一轮抢答。方案二、以单片机AT89C51 为主芯片，制作多功能智力竞赛抢答器,配备外围其他芯片电路部分维持，从而形成可控制的抢答器。根据以上分析，方案一的缺陷是不能够精确的判断抢答者的对象，并且在一些场合扬声器容易坏掉，可能好多的时候不能发声，为了更好的精确

5、比赛规则等条件，所以将选用方案二完成本次设计。一、 声光智力竞赛抢答器的硬件设计以单片机AT89C51 制作的多功能智力竞赛抢答器,可以完成9 位选手抢答,具体电路框图如图1 所示图1 多功能竞赛抢答器电路框图1. 89c51介绍 89C51芯片引脚图89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。89C51是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度

6、非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的89C51是一种高效微控制器，89C2051是它的一种精简版本。89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。1) 管脚说明VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。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FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必

7、须被拉高。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的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，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 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4个TTL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

8、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。 P3口：P3口管脚是8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。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：管脚 备选功能 P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断0） P3.3 /INT1（外部中断1） P3.4

9、 T0（记时器0外部输入） P3.5 T1（记时器1外部输入） P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器读选通） P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 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。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用存地址的地位字节。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，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止AL

10、E的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是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。 /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。 /EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储（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12V编程电源（VP

11、P）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。2) 芯片擦除 整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。 此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。 3) 结构特点8

12、位CPU；片内振荡器和时钟电路；32根I/O线；外部存贮器寻址范围ROM、RAM64K；2个16位的定时器/计数器；5个中断源，两个中断优先级；全双工串行口。2. 键盘部分键盘是单片机应用系统最常用的输入设备,操作人员可以通过键盘向单片机系统输入指令、地址和数据,实现简单的人机通信。这里是行列式键盘结构。从图2 中可以看出,键盘部分包括14个按钮位置,分别为begin开始抢答,rest复位键,time adj 抢答时间与允许答题时间调节, time sub 时间减, time add 时间加,XS1XS9 选手抢答按钮,各按钮实现不同的功能。图2 行列式键盘结构3. 单片机部分本设计采用Atm

13、el 公司生产的单片机AT89C51 实现主要功能, AT89C51 的功能与80C51 功能相似。AT89C51的各引脚功能情况为:P1 口( P110P117) 8 个引脚,P117 为最高位, P110 为最低位。在AT89C51 不带片外存储器时, P1 口可作为通用I/ O 口使用, P110 P117 用于传送CPU 的输入/ 输出数据。这时输出数据可以得到锁存,不需外接专用锁存器,输入数据可以得到缓冲,增加了数据输入的可靠性; P37 引脚外接电阻、放大管以及扬声器;RST :复位线,外接电容、电阻,使AT89C51处于复位工作状态; TXD :串行口数据发送; RXD :串行口

14、数据接收;XMT1 和XMT2 外接石英晶体和微调电容,为片内振荡电路输入线,用来连接AT89C51 片内OSC 的定时反馈网络; INT0/ INT1 :外部中断0/ 1 输入; T/C1 , T/C0 :定时器/ 计数器1/ 0 的外部输入。结构图如图3所示。图3 单片机部分的结构图1) 锁存显示部分锁存部分采用串行并行8 位输出锁存移位寄存器74LS595 要显示字符,首先要把这个字符转换成相应的字形码,然后通过串行口发送到74LS595 ,74LS595 把串行口接收到的数据变为并行输出加到数码管上(提供adp的驱动) 。本设计采用的是共阳极8 段数码管显示器。显示部分采用动态扫描4

15、位L ED 显示接电路,L ED 动态显示是单片机中应用最为广泛的一种显示方式,其接口电路是把显示器的8 个笔划段adp 同名端并联在一起,而每一个显示器的公共极COM 是自独立地受I/ O线控制,CPU 的字段输出口送出字形码时,所有显示器由于同名并联接收到相同的字形码,但究竟哪个显示器亮,则取决于COM 端,这一端是由I/ O 控制的,可以自行决定何时显示哪一位。在轮流点亮扫描过程中,每位显示器的点亮时间是极为短暂的,尽管实际上各位显示器并非同时点亮,但只要扫描速度足够快,给人的印象就是一组稳定的显示数据,不会有闪烁感。锁存显示部分的基本组成如图4 所示。 图4 锁存显示部分结构图2) 整

16、体电路的原理分析将上述3个单元电路部分按指示的相接,如按键部分的P1.0 与AT89C51 的P1.0 相接,像这样就将整个硬件部分连接起来组成一个整体电路。当按钮按下时过P1 双向I/O将数据送入AT89C51 ,AT89C51 对其进行编码,将数据转化为相应的二进制代码,再经过串行口P310 ,P311 将数据送入串行转并行八位移位寄存器74LS595 ,将数据锁存在74LS59中,同时对二进制代码进行译码,通过输出口O0O6 以并行的形式将数据输入数码显示器,在这里数码显示器的每一位都要受单片机控制(利用了3 位显示器)。选手号和分组位置是由P315 控制,十位由P314 控制,个位由P

17、313 控制。这就是对整体电路原理的一个简单分析。二、 软件设计1. 单片机内部程序信号流程单片机AT89C51 内部程序信号流程如图5 所示。首先主持人按下复位按钮,单片机进行片内内部扫描的同时主持人可以调节抢答时间和允许答题时间,在整定的时间当中如果没有调节抢答时间,则抢答器工作为设置的默认抢答时间值,同时在主持人未按下抢答按钮的时候有选手抢答则此时单片机发出一个选手犯规信号送入扬声器,只有主持人允许后,选手才能开始抢答。与此同时单片机开始定时并送出一个信号到数字集成电路显示抢答时间,当中如果有选手抢答则送入一个信号到扬声器并显示选手号,同时单片机开始对选手回答问题定时,时间到则对选手报警

18、,在之前允许抢答时间到也发出报警信号。到主持人发出下一次抢答信号。图5 单片机内部程序信号流程图结 语本设计是以实际电路作为最终成果形式,该电路允许9 人同时参赛(可扩展) ,并显示剩余答题时间与剩余允许抢答时间及抢答选手号,有状态显示电路及报警电路。功能相当齐全,在以后还可扩展功能。如自动控制记分器进行记分,并通过串行口与PC 机通信,用PC 机统计选手得分情况,完全实现智能化和公正,减小人为因素的影响。毕业设计，也许是我大学生涯交上的最后一个作业了。想籍次机会感谢三年以来给我帮助的所有老师、同学，你们的友谊是我人生的财富，是我生命中不可或缺的一部分。这三年以来，经历过的所有事，所有人，都将

19、是我以后生活回味的一部分，是我为人处事的指南针。就要离开学校，走上工作的岗位了，这是我人生历程的又一个起点，在这里祝福大学里跟我风雨同舟的朋友们，一路走好，未来总会是绚烂缤纷。致 谢致谢：在此更要感谢我的指导师和专业老师，是你们的细心指导和关怀，使我能够顺利的完成毕业论文。在我的学业和论文的研究工作中无不倾注着老师们辛勤的汗水和心血。老师的严谨治学态度、渊博的知识、无私的奉献精神使我深受启迪。从尊敬的导师身上，我不仅学到了扎实、宽广的专业知识，也学到了做人的道理。在此我要向我尊敬的导师致以最衷心的感谢和深深的敬意。自身要求的一丝不苟、为人处事的谦逊达观、学术研究的孜孜不倦、教诲学生的耐心和善组

20、成了这位老师闪耀的人格魅力，而这种人格魅力是启迪和感染学生治学与做人态度的金科玉律。从老师那里我真正认识了“德高为师、身正为范”的内涵。 感谢一切鼎立支持和热心帮助我的人们！在这即将毕业之际，谨向各位尊敬的老师表示衷心的感谢和崇高的敬意。感谢所有在我的学习、工作和生活中给予我支持、关爱、帮助、勉励的人们。 直到永远参考文献1 沈文斌. 嵌入式硬件系统设计与开发实例详解M . 北京:电子工业出版社,2005.2 张鑫. 单片机原理及应用M . 北京:电子工业出版社,2005.3 潘永雄. 电子线路CAD 实用教程M . 2 版. 西安:西安电子科技大学出版社,2005.4 张齐. 单片机应用系统设计技术基于C 语言编程M.北京:电子工业出版社,2004.5 杨元挺. 电子技术技能训练M. 北京: 高等教育出版社,2002.6 丁元杰. 弹片微机原理及应用M. 北京: 机械工业出版社,2001.附 件