4691.多路智力抢答器的设计与制作.doc
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1、毕业设计(论文)题 目: 多路智力抢答器的设计与制作 系 部: 信息技术系 专 业: 电子信息工程 学 号: 学生姓名: 指导教师姓名: 指导教师职称: 二 年 月 日目录第1章 八路抢答器设计功能要求 1第2章 抢答器方案论证 3第3章 系统硬件电路设计 43.1.1 系统原理图4 3.1.2 时钟频率电路的设计5 3.1.3 复位电路的设计6 3.1.4 显示电路的设计7 3.1.5 键盘扫描电路的设计7 3.1.6 发声电路8 3.1.7 系统复位8第4章 系统软件设 9 4.1 主程序系统结构图9 4.2 程序流程图10 4.3 系统程序11第5章 调试及性能分析 19第6章 课程设计
2、小结 20参考文献 21 第1章 八路抢答器设计功能要求抢答器是在个人或团体在专业与非专业知识竞赛中使用, 它能准确、公正、直观地判断出第1抢答者。各类直播录播的演播室栏目、电视大奖赛, 校园竞赛等有着广泛的应用,是调动现场观众参与热情,提高栏目档次与可看性、增强栏目互动性、方便栏目环节创意的有力工具。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。随着单片机的技术进步反映在内部结构、功率消耗、外部电压等级以及制造工艺上。在这几方面,较为典型地说明了单片机的水平。在单片机应用中,可靠性是首要因素,为了扩大单片机的应用范围
3、和领域,提高单片机自身的可靠性是一种有效方法。本设计利用AT89C单片机以及外围借口实现抢答系统,使得系统能够实现设定抢答的时间,能够正确的计时和显示时间。学生通过查阅相关资料,尝试编写各种程序,通过实际动手安装与调试有关控制电路,掌握了51单片机的原理,了解了抢答器的原理。在不断尝试创新中,提高设计能力和动手能力,为以后从事相关工作打下基础。1.1 八路抢答器的概述 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
4、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。更具有实用性。1.2 设计任务与要求 任务:设计一款多路的抢答器基本要求:1设计一个智力抢答器,可同时供8名选手参加比赛,对应多个抢答按钮。2主持人设置一个控制开关,用来控制系统得清零(显示数码灭)和抢答开始。3主持人设置一个停止按键,倒计时期间,主持人想停止倒计时可以随时停止,系统会自动进入准备状态,等待主持人重
5、新进入下次抢答。4定时抢答,主持人设置抢答时间或答题时间的按键,设置时间的时候,LED会显示现在设定的时间和改变后的时间,设定调整范围。5抢答器具有数据锁存功能,抢答开始后,若有选手抢答,编号立即锁存,LED显示选手编号。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。6参赛选手在设定的时间内抢答,抢答有效,定时器停止工作,倒数时间到小于5s会每秒响一下提示音,如果定时抢答的时间已到,却没有选手抢答,本次抢答无效,并封锁输入电路,报警,禁止超时抢答。7设置非法抢答处理程序,如果主持人未按.抢答开始键,而有人按了抢答,则为犯规抢答,LED上不断闪烁FF和蜂鸣器响个不停,直到按下停止
6、键为止。 8设置 提示语时间,参赛选手在回答问题时要求主持人给出提示语,主持人在给出提示后按下抢答开始键,计时重新开始。1.3 系统主要功能抢答器原理:该抢答器可供八个团队及个人的抢答比赛使用。每个选手的座位前安装一个抢答按钮开关。主持人的座位前安装开始和停止的按钮开关、一个提示按钮和一只蜂鸣器。每当主持人按下开始按钮后,LED数码管开始显示抢答倒计时。哪个队先按下座位上的按钮开关,发出“笛笛”声,同时封锁其他按钮开关的活动。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
7、振动空气发出声音。第2章 方案论证(1) 抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛,分别8个按键S0-S7表示。(2) 设置一个系统清除和抢答器控制开关,并由主持人控制。(3) 抢答器具有所存与显示功能。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) 抢答器具有定时抢答功能,且抢答时间由主持人设定(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
8、和抢答的时间,并保持到主持人将系统清除为止如果定时时间已到,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FF。(6) 8路抢答器可以利用硬件电子元器件实现,但电路结构复杂,调试困难,涉及到的外围元件多,不便于安装,实验给实际操作带来很大的麻烦(7) 7)我们利用单片机可以用很少元件实现相同功能,而且单片机性能稳定,可操作性强。可以只用P0口连接上拉电阻,完成驱动LED的功能,串接按键可以由选手自己控制抢答机会,利用P3口的RXD接74LS164的A,B端,TXD接移位脉冲做出时钟信号。利用单片机程序判断选手按键是否有效,但选手违规抢答,利用简单程序显示选手序号,启动蜂鸣器不间断
9、,告诉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,利用74LS164移位寄存8段数码管,实现倒记时显示时间,到5秒相应时间提醒选手时间快到了,要及时作答,并启动蜂鸣器。如果有选手在规定的时间以前完成问题,主持人通过按键复位,开始新的问题作答,因为程序不是很大不需要扩展存储空间,选手按键跳入相应的子程序,回答倒记时,通过单片机实现功能可以更人性化,只需单电源供电更方便,容易实现。电路结构简单,外围扩展的电路不是很多,锻炼我们所学的知识应用到现实生活当中。为我们提供实践的机会。单片机是电子专业发展的方向,更好的使用单片机可以是我们的产品小型化,使用更方便,性能更
10、稳定,功能更齐全,所以我们选用单片机加一定的外围设备实现本次课程设计的要求。第3章 系统硬件设计为使硬件电路设计尽可能合理,应注意以下几方面:(1) 尽可能采用功能强的芯片,以简化电路,功能强的芯片可以代替若干普通芯片,随着生产工艺的提高,新型芯片的的价格不断下降,并不一定比若干普通芯片价格的总和高。(2) 留有设计余地。在设计硬件电路时,要考虑到将来修改扩展的方便。因为很少有一锤定音的电路设计,如果现在不留余地,将来可能要为一点小小的修改或扩展而被迫进行全面返工。(3) 程序空间,选用片内程序空间足够大的单片机,本设计采用AT89C51单片机。(4) I/O端口,在样机研制出来后进行现场试用
11、时,往往会发现一些被忽视的问题,而这些问题不是靠单纯的软件措施来解决的。如有些新的信号需要采集,就必须增加输入检测端;有些物理量需要控制,就必须增加输出端。如果在硬件电路设计就预留出一些I/O端口,虽然当时空着没用,那么用的时候就派上用场了。如图2-1,P3.0为开始抢答,P3.1为停止,P1.0-P1.7为八路抢答输入,数码管段选P0口,位选P2口低3位,蜂鸣器输出为P3.6口。P3.4为时间加1调整,P3.5为时间减1调整,为确定键。RST为提示按键,参赛选手在回答问题时要求使用提示语,则主持人按下抢答开始键,计时重新开始。图2-1 系统原理图单片机必须在时钟的驱动下才能工作.在单片机内部
12、有一个时钟振荡电路,只需要外接一个振荡源就能产生一定的时钟信号送到单片机内部的各个单元,决定单片机的工作速度。图2-2 外部振荡源电路一般选用石英晶体振荡器。此电路在加电大延迟后振荡器起振,在XTAL2引脚产生幅度为5V左右的正弦波时钟信号,其振荡频率主要由石英晶振的频率确定。电路中两个电容 C1,C2的作用有两个:一是帮助振荡器起振;二是对振荡器的频率进行微调。C1,C2的典型值为330p。单片机在工作时,由内部振荡器产生或由外直接输入的送至内部控制逻辑单元的时钟信号的周期称为时钟周期。其大小是时钟信号频率的倒数,常用fosc表示。如时钟频率为12MHz,即fosc=12MHz,则时钟周期为
13、1/12s。3.1.3 复位电路的设计单片机的RST为硬件复位端,只要将该端持续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恢复到初始化状态,其电路图如图4所示:图2-3 复位电路值得注意的是,在设计当中使用到了硬件复位和软件复位两种功能,由上面的硬件复位后的各状态可知寄存器及存储器的值都恢复到了初始值,而前面的功能介绍中提到了倒计时时间的记忆功能,该功能的实现的前提条件就是不能对单片机进行硬件复位,所以设定了软复位功能。软复位实际上就是当程序执行完毕之后,将程序指针通过一条跳转指令让它跳转到程序执行的起始地址。3.1.4 显示电路的设计图2-4显示电路显示功能与硬件关系极大,当硬
14、件固定后,如何在不引起操作者误解的前提下提供尽可能丰富的信息,全靠软件来解决。3.1.5 键盘扫描电路的设计键盘是人与微机系统打交道的主要设备。关于键盘硬件电路的设计方法也可以在文献和书籍中找到,配合各种不同的硬件电路,这些书籍中一般也提供了相应的键盘扫描程序。站在系统监控软件设计的立场上来看,仅仅完成键盘扫描,读取当前时刻的键盘状态是不够的,还有不少问题需要妥善解决,否则,人们在操作键盘就容易引起误操作和操作失控现象。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盘。图2-5 独立键盘它们各有自己的特点,其中独立键盘硬件电路简单,而且在程序设计上也不复杂,一般用在对硬件电路要求不高的简单
15、电路中;矩阵键盘与独立键盘有很大区别,首先在硬件电路上它要比独立键盘复杂得多,而且在程序算法上比它要烦琐,但它在节省端口资源上有优势得多,因此它更适合于多按键电路。这里采用最常用的方法,即延时重复扫描法,延时法的原理为:因为脉冲一般持续时间短,约为几ms,而我们按键的时间一般远远大于这个时间,所以当单片机检测到有按键动静后再延时一段时间(这里我们取10ms)后再判断此电平是否保持原状态,如果是则为有效按键,否则无效。3.1.6 发声图2-6 发声电路声音的频谱范围约在几十到几千赫兹,若能利用程序来控制单片机某个口线的“高”电平或低电平,则在该口线上就能产生一定频率的矩形波,接上喇叭就能发出一定
16、频率的声音,若再利用延时程序控制“高”“低”电平的持续时间,就能改变输出频率,从而改变音调,使喇叭发出不同的声音。3.1.7 系统复位使CPU进入初始状态,从0000H地址开始执行程序的过程叫系统复位。从实现系统复位的方法来看,系统复位可分为硬件复位和软件复位。硬件复位必须通过CPU外部的硬件电路给CPU的RESET端加上足够时间的高电位才能实现。上电复位,人工按钮复位和硬件看门狗复位均为硬件复位。硬件复位后,各专用寄存器的状态均被初始化,且对片内通用寄存器的内容没有影响。但是,硬件复位还能自动清除中断激活标志,使中断系统能够正常工作,这样一个事实却容易为不少编码人员所忽视。软件复位就是用一系
17、列指令来模拟硬件复位功能,最后通过转移指令使程序从0000H地址开始执行。对各专用寄存器的复位操作是容易的,也没有必要完全模拟,可根据实际需要去主程序初始化过程中完成。而对中断激活标志的清除工作常被遗忘,因为它没有明确的位地址可供编程。有的编程人员用020000(LJMP 0000H)作为软件陷阱,认为直接转向0000H地址就完成了软件复位,就是这类错误的典型代表。软件复位是使用软件陷阱和软件看门狗后必须进行的工作,这时程序出错完全有可能发生在中断子程序中,中断激活标志已置位,它将阻止同级中断响应。由于软件看门是高级中断,它将阻止说要中断响应,由此可见清除中断激活标志的重要性。在所有的指令中,
18、只有RETI指令能够清除中断激活标志。前文各处提案到的出错处理程序ERR主要完成这一功能,其他的善后工作交由复位后的系统去完成。 主要程序如下:POWER DATA 67H ;上电标志存放单元 ERR: CLR EA ;关中断 MOV DPTR,#ERR1 ;准备返回地址PUSH DPLPUSH DPHRETI ;清除高级中断激活标志ERR1: MOV POWER,#0AAH;重建上电标志 CLR A ;准备复位地址 PUSH ACC ;压入复位地址0000HPUSH ACCRETI ;清除低级中断激活标志,从程序0000H开始执行。这段程序先关中断,以便后续处理能顺利进行,然后用两个RETI
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- 4691. 智力 抢答 设计 制作
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