多路抢答器的设计与实现毕业设计(编辑修改稿)

多路抢答器的设计与实现毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

初期考虑到这一点，就应该 为系统将来升级留足够的 RAM 空间，哪怕多设计一个 RAM 的插座，暂不插芯片也好。 (5) I/O 端口：在样机研制出来后进行现场试用时，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。 AT89C52主要性能参数 AT89C52型单片机的性能与 AT89C5 STC89C52的性能基本相似， AT89C52是美国 AT公司生产的低电压，高性能的单片机。 该器件采用 AT高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS51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， AT的 89C52是一种高效微控制器，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。 此外，它集 Flash程序存储器 可在线编程（ ISP）也可用传统方法进行编程及通用 8位微处理器于单片芯片中， AT公司 的功能强大，低价位 AT89C52单片机可提供许多高价位比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。 AT89C52功能 引脚说明 40个引脚按引脚功能大致可以分为 4个种类：电源、时钟、控制和 I/O口引脚。 下面就设计中所用到的引脚功能做以介绍。 电源 ：（ 1） VCC:芯片电源，接 +5V. (2) VSS:接地端。 时钟 ： XTAL XTAL2： 晶体振荡电路反相输入端和输出端。 该反向放大器可以配置为片内振荡器。 石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。 如采用外部时钟源驱动器件， XTAL2 应不接。 有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。 在外接晶体时， XTAL1 与 XTAL2 各接晶体的一端 借外接晶体与片内反相放大器构成震荡器。 控制线 ： 控制线共有 4根 陕西理工学院毕业设计 第 7 页 共 68 页 ⑴ ALE/PROG： 地址锁存允许 /片内 EPROM编程脉冲 ，连接时接高电平。 ⑵ PSEN： 外 ROM读选通信号。 ⑶ RST/VPD： 复位 /备用电源。 ⑷ EA/Vpp: 内外 ROM选择 /片内 EPROM编程电源。 I/O线： AT89C52共有 4个 8位并行 I/O端口： P0、 P P P3 口，共 32个引脚。 PO口是一组 8位漏极开路行双向 I/O口，也 是 地址 /数据总线复用口。 P1口是一个内部 具有 上拉电阻的 8位双向 I/O口， P1的输入缓冲级可驱动（吸收或输出电流） 4个 TTL逻辑门电路。 对端口写 “1” ，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输出口。 作输入口时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时输出一个电流（ I）。 Flash编程和程序校验期间， P1口接收 8位地址。 P2口是一个带有内部上拉电阻的 8位双向 I/O口， P2的输入缓冲极可以驱动（输入或输出电流） 4个 TTL逻辑门电路。 对端口 “1” ，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可 作为输 入 口，作输 入 口时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。 P3口是一组带有内部上拉电阻的 8位双向 I/O口， P3的输入缓冲级可驱动（吸收或输出电流） 4 个 TTL逻辑门电路。 对 P3 口写入 “1” 时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输出端口。 作输出端口时，被外部拉低的 P3口将用上拉电阻输出电流。 P3口除可作为一般的 I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能。 表 P3 口第二功能表 引脚 第二功能 RxD 串行口输入端 TxD 串行口输出端 INT0 外部中断 0 请求输入端，低电平有效 INT1 外部中断 1 请求输入端 ，低电平有效 T0 定时 /计数器 0 计数脉冲输入端 T1 定时 /计数器 1 计数脉冲输入端 WR 外部数据存储器写选通信号输出端，低电平有效 RD 外部数据存储器读选通信号输出端，低电平有效 图 中单片机为 AT 89C51， K1~K8 分别为 8 路抢答按键，分别接到单片机的 ~中。 开始按键与结束按键分别接到单片机的 2 25 脚，由于单片机的 11 脚既有串行接口 RXD、 TXD 功能，又有 、 的 IO 端口功能，此处按键用 到单片机 11 脚的 D第二 功能。 10 个 LED 灯分别对应八位选手及准备开始和开始抢答。 4 位七段 数码管段选 P0口。 4 位七段数码管的位选接 P2 口低 3 位，蜂鸣器输出为 口。 陕西理工学院毕业设计 第 8 页 共 68 页 图 系统总体硬件设计图 抢答器的系统概述 系统的主要功能 本设计系统是，采用模块化设计的八路抢答器，主要包括显示电路部分、时间预设和开始结束键盘输入电路部分、复位电路部分、报警提示电路部分等。 在参赛者系统中，选手除享有基本抢答按钮的功能外，还有人性化的声音提示功能和时间提示功能，也可设定由主控控制在参赛者终 端表现的趣味性功能等；在主控系统中，主办方除享有基本开始与结束按钮的功能外，还可根据活动要求，预设抢答时间和答题时间，并且对选手回答问题的正误可以进行亮灯警示。 此外，本设计系统可以显示抢答成功和违规的选手台号，对抢答限时及回答问题限时设为倒计时，并有显示提示及声音提示。 系统的主要功能模块方框图如上图 2所示。 在本设计中，各组选手分别有一个抢答按钮和一个答题完毕按钮， 其中用 8 个按键输入 、 8个按键停止来表示，另用 8 个 LED灯，分别对应 8组选手。 主持人有开始抢答和开始答题键。 在活动开始前，主持人可以预设抢答时间 和选手答题的时间，通过键盘依次输入抢答时间和选手答题的时间，设置好后在抢答和答题过程中时间不能更改。 主持人按下开始抢答按钮后，数码显示屏显示抢答时间倒计时，并在最后五秒蜂鸣器发出声音提示，在抢答时间范围内，选手的抢答才为有效，当抢答成功后，数码显示屏显示出成功抢答的选手台号。 如果主持人没有按下开始抢答按钮，而选手就已抢答则视为犯规，数码显示屏显示出犯规者的台号，蜂鸣器发声报警。 当抢答完成后，主持人按下开始答题按钮，数码显示屏显示出答题倒计时，与此同时成功抢答的选手则开始答题，答题完后该选手可按下答题完毕按钮 ，并有蜂鸣器发出提示声音。 当答题完成后，主持人可按下抢答复位按钮，新一轮抢答开始（注：此时的抢答时间和选手答题时间仍为上一轮所预设的，若需在此轮比赛中重新更改预设时间，则需按下总复位按钮）。 本设计系统中，有一个共阴的数码管组，四个数码管。 其中一个空位，一个显示抢答选手台号，另外两个显示倒计时。 主持人开始抢答按钮后，各位选手才能开始抢答。 当然，也可以抢按，但是会视为无效抢答。 当抢答超过规定时间或答题超过规定时间后数码管显示陕西理工学院毕业设计 第 9 页 共 68 页 “ 000”。 若有选手在规定时间内抢按成功，则可以答题，数码管显示抢答时间的同时也显示成 功抢答的选手台号。 在按开始抢答按钮前抢答则表示犯规，数码管显示“ 00”并显示犯规选手台号。 抢答器的 主要指标 主持人在抢答之前能够预设抢答时间和答题时间，时间由集成键盘输入，可在 1~99s之间任意设置，预设好时间后，在抢答和答题过程中不能再更改时间。 如需更改时间需要按下总复位开关来重新设置。 主持人按 下 抢答开始 按钮 ，会有提示音，并立刻进入抢答倒计时（抢答时间），如有选手抢答，会有提示音，并会显示其 台号，待主持人按下“开始答题”按键后，方可 进入回答倒计时（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。 时间 每隔5s 蜂鸣器 会响一下提示音。 在 倒计时期间， 如果 主持人想停止倒计时 ， 可以按 “ 停止 ”按钮 ，系统会自动进入准备 状态 ， 等待主持人按“开始抢答”进入下次抢答计时。 如果主持人未按 下“ 开始抢答 ”按钮 ，而有人按了抢答 按钮 ， 则为 犯规抢答， 数码管显示 犯规 台号 并 伴有提示音 ，直到按下 “ 停止 ”按钮 为止。 综上，本课题利用 STC89C51单片机及外围接口 设计 实现 了抢答器，该抢答器增加了新功能、提高了系统的可靠性、简化了电路结构、节约了成本，是一个实用的工程设计。 抢答器的工作 流程 在 抢答器的基本工作原理：在抢答竞赛或呼叫时，有多个信号同时或不同时送入主电路中，抢答器内部的寄存器工作，并识别、记录第一个号码，同时内部的定时器开始工作，记录有关时间并产生超时信号。 在整个抢答器工作过程中，显示电路、声音电路等还要根据现场的实际情况向外电路输出相应信号。 抢答器的工作流程分为：系统复位、正常流程、违例流程等几部分，如图 所示，下面分别予以介绍。 陕西理工学院毕业设计 第 10 页 共 68 页 图 系统工作流程图 外围电路的设计及分析 复位电路的设计 单片机的第 9 脚 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 8 所示： 加载程序 运 行 行 开始 开始数码管显 示 000 开始预设抢答和答题时间 开始前有选手抢按 显示违例选手号码并伴有语音报警 倒计时结 束，超时 有选手 抢按 显示 000 显示选手号码，倒计 时时间 ,语音报警，答 题 ,答题时间倒计时 正常流程 违规流程 若超过答题 时间，则数 码管显示 000 答题完毕 系统复位 陕西理工学院毕业设计 第 11 页 共 68 页 图 系统总复位 图 RESET1 以及电解电容 C电阻 R15 构成按键及上电复位电路。 由于单片机是高电平复位，所以当按键 RESET1按下时候，单片机的 9脚 RESET管脚处于高电平，此时单片机处于复位状态。 当上电后，由于电容的缓慢充电，单片机的 9脚电压逐步由高向低转化，经过一段时间后，单片机的 9脚处于稳定的低电平状态，此时单片机上电复位完毕 ，系统程序从 000H开始执行。 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。 时钟频率电路的设计 单片机必须在时钟的驱动下才能工作。 在单片机内部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。 时钟电路如图。 图 单片机外部震荡电路 一般选用石英晶体振荡器。 此电路在加电大约延迟 10ms 后振荡器起振，在 XTAL2引脚产生幅度为 3V 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 30PF。 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。 图中时钟频率为6MHz，即 fosc=6MHz，则时钟周期为 1/6181。 s。 陕西理工学院毕业设计 第 12 页 共 68 页 显示电路的设计 显示功能与硬件关系极大，当硬件固定后，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。 在这里我们使用的是七段数码管显示 ， 通常在显示上我们采用的方法一般包括两种 ： 一种是静态显示，一种是动态显示。 其中静态显示的特点是显示稳定不闪烁，程序编写简单，但占用端口资源多；动态显示的特点是显示稳定性没静态好，程序编写复杂，但是相对静态显示而言占用端口资源少。 在本设计中根据实际情况采用的 是动态显示方法。 4位七段数码管显示电路如图。 E1D2DP3C4G54H6B73H82H9F10A111H12U2SMG4A BCDEFG1H 2H 3H4HDP 图 四位一体共阴数码管 图 中数码管采用的是 4 位七段共阴数码管，其中 A~H 段分别接到单片机的 P0 口，由单片机输出的 P0口数据来决定段码值，位选码 COM COM COM4分别接到单片机的、 、 ，由单片机来决定当前该显示的是哪一位。 在图中还有八个 1K的电阻，连接在 P0口上，用作 P0 口的上拉电阻，保证 P0 口没有数据输出时候处于高电平状态。 4 位一体数码管，其内部段已连接好，引脚如图 8所示： a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、 dP 为段引脚， 4 分别表示四个数码管的位。 即： 12。