基于at89s52单片机的带时间及声光提示的抢答器设计毕业论文(编辑修改稿)

基于at89s52单片机的带时间及声光提示的抢答器设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

.......................33 中国地质大学（武汉）学士学位论文 1 第一章 绪论 167。 单片机 的发展史 单片机诞生于 20 世纪 70 年代末，经历了 SCM、 MCU、 SoC 三大阶段。 即单片微型计算机（ Single Chip Microputer）阶段，主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。 “创新模式 ”获得成功，奠定了 SCM 与通用计算机完全不同的发展道路。 在开创嵌式系统独立发展道路上， Intel公司 功不可没。 即微控制器（ Micro Controller Unit）阶段，主要的技术发展方向是：不断扩展满足嵌入式应用时，对象系统要求的各种外围电路与接口电路，突显其对象的智能化控制能力。 它所涉及的领域都与对象系统相关，因此，发展 MCU的重 任不可避免地落在电气、电子技术厂家。 从这一角度来看， Intel 逐渐淡出 MCU 的发展也有其客观因素。 在发展 MCU 方面，最著名的厂家当数 Philips 公司。 Philips 公司以其在嵌入式应用方面的巨大优势，将 MCS51 从单片微型计算机迅速发展到微控制器。 因此， 当我们回顾嵌入式系统发展道路时，不要忘记 Intel和 Philips 的历史功绩。 ，向 MCU 阶段发展的重要因素，就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决；因此，专用单片机的发展自然形成了 SoC化趋势。 随着微电子技术、 IC 设计、 EDA 工具的发展，基于 SoC 的单片机应用系统设计会有较大的发展。 因此，对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。 单片机作为微型计算机的一个重要分支，应用面很广，发展很快。 自单片机诞生至今，已发展为上百种系列的近千个机种。 167。 1 .2 单片机抢答器的背景 二十世纪跨越了三个 “电 ”的时代，即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代。 不过，这种电脑，通常是指个人计算机，简称 PC 机。 它由主机、键盘、显示器等组成。 还有一类计算机，大多数人却不怎么熟悉。 这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机（亦称微控制器）。 顾名思义，这种计算机的最小系统只用了一片集成电路，即可进行简单运算和控制。 因为它体积小，通常都藏在被控机械的 “肚子 ”中国地质大学（武汉）学士学位论文 2 里。 它在整个装置中，起着有如人类头脑的作用，它出了毛病，整个装置就瘫痪了。 现在，这种单片机的使用领域已十分广泛，如智能 仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。 各种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品升级换代的功效，常在产品名称前冠以形容词 ——“智能型 ”，如智能型洗衣机等。 现在有些工厂的技术人员或其它业余电子开发者搞出来的某些产品，不是电路太复杂，就是功能太简单且极易被仿制。 究其原因，可能就卡在产品未使用单片机或其它可编程逻辑器件上。 在知识竞赛中，特别是做抢答题时，在抢答过程中，为了更确切的知道哪一组或哪一位选手先抢答到题，必须要有一个系统来完成这个任务。 若在抢答中，只靠人的视觉（或者是听觉）是很难判断出哪一组（或 哪一个选手）先抢答到题的。 利用单片机编程来设计抢答器，可以使以上问题得以解决，即使两组的抢答时间相差几微秒，也能轻松的分辨出哪一组（或哪个选手）先抢答到题的。 本文主要介绍了抢答器的工作原理及设计，以及它的实际用途。 167。 单片机抢答器的意义 本系统采用单片机作为整个控制核心。 控制系统的四个模块为：显示模块、存储模块、语音模块、抢答开关模块。 该系统通过开关电路四个按键输入抢答信号；利用一个数码管来完成显示功能；用按键来让选手进行抢答，在数码管上显示哪一组先答题的，从而实现整个抢答过程。 在知识比赛中， 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，以及它的实际用途。 系统工作原理本系统采用 89c52 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、语音模块、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； 利用一个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，单片机控制的智能抢答器设计。 167。 单片机抢答器的应用 随着我国经济和文化事业的发展，在很多公开竞争场合要求有公正的竞争裁决，诸如证券、股票交易及各种智力竞赛等因此出现了抢答器。 抢答器一般是由很多电路组成的，线路复杂，可靠性不高，功能也比较简单，特别是当抢答路数很多时，实现起来就更为困难。 因此我们设计了以单片机为核心的新型智能的抢答器，在保留了原始抢答器的基本功能的同时又增加一系列的实用功能并简化其电路结构。 抢答器又 称为第一信号鉴别器，其主要应用于各种知识竞赛、文艺活动等场合。 传统中国地质大学（武汉）学士学位论文 3 普通抢答器主要存在以下缺陷： （一）、在一次抢答过程中，当出现超前违规抢答时，只能处理违规抢答信号而对没有违规的有效抢答信号不能进行处理 ， 因而使该次抢答过程变为无效。 （二）、当有多个违规抢答时，普通抢答器或采用优先编码电路选择其中一个，或利用抢答电路电子元件的 “竞争 ”选择其中一个。 对于后者由于抢答电路制作完毕后电子元件被固定。 各路抢答信号的 “竞争 ”能力也被固定，因而本质上也有优先权。 普通抢答器存在不公平性。 （三）、当有多个违规抢答时 ，普通抢答器只能 “抓住 ”其中一个而出现 “漏洞 ”。 中国地质大学（武汉）学士学位论文 4 第二章 总体 设计方案 167。 设计任务与要求 设计一个智力竞赛抢答器 可同时供 8 名选手或 8 个代表队参加比赛编号为 8 各用一个按钮。 显示部分用 LED 组成的模拟数码管来显示数字。 给节目主持人设置 5 个控制开关用来控制系统的清零和抢答的开始及各种时间的调节控制。 抢答器具有数据锁存功能、显示功能和声光 提示功能。 主持人可以通过两个时间 调节键来调节抢答限制时间和答题时间限制。 需在主持人按下抢答开始后方可开始且各个环节有相应的时间限制。 （系统原始抢答时间为 20 秒，答题时间为 30 秒） 167。 总体设计框图 显 示 器 信息反馈 选 手 按 键 主 持 人 按 键 主 控 制 器 信息反馈 信 息 输 入 选手 按下抢答键 主持人 按下开始、复位键 中国地质大学（武汉）学士学位论文 5 图 21 总体设计框图 如图 21 所示的总体设计框 图，抢答器 由主控制器和外部电路 组成。 外部电路包括选手按键主持人按键显示电路等。 主控制器负责电路的所有信息的控制控制电路的信息输入、信息逻辑计算、输出信息给显示器。 按键 给主持人、选手 提供按键需求。 显示器显示开始工作、开始 抢答、显示抢 答选手的号码、显示违规选手、显示倒计时时间等。 167。 方案设计与论证 1） 方案一 ： 基于逻辑数字电 路抢答器 的设计 定 时抢答器 的总体框图如下图 12 所示它由主体电路和扩展两部分组成。 主体电路完成基本的抢答功能 ， 即开始抢答后 ， 当选手按动抢答键时 ， 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的功能。 图 22 基于逻辑数字电路抢答器 的结构图 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 ，能方便的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 ， 并且制作过程比较繁琐 ， 使 用 不方便。 2） 方案二 ： 基于 AT89S52 单片机控制 的抢答器 的设计 抢答器 的控制核心是 AT89S52 单片机 ， 用查询式键盘进行抢答 ， 结构图如图 23所示。 通过抢答按键模块 ， 连接按键进行抢答。 实现功能的框图如下所示 ， 按下开始按钮 ， 此时进入抢答状态 ， 选手的输入采用扫描式的输入 ， 之后由相关的信息由中国地质大学（武汉）学士学位论文 6 单片机处理 ， 送到显示部分显示。 此时如果有人第一个按下相应 的按键 ， 经过单片机的处理 ， 选择显示相应的号码 ， 并锁存 ， 不再响应其它按键输入。 主持人系统有开始按键 ， 限时开始按键 ， 抢答时间调节按键 ， 限时时间调节按键。 选手系统有抢答按钮 ，计时显示，声光 提示等。 图 23 基于 AT89S52 单片机控制的抢答器 的结构图 由以上可知。 方案一结构太复杂。 成本过高。 这种电路接线多只适用于小型的控制电路。 单片机又称单片微控制器 ， 它不是完成某一个逻辑功能的芯片 ， 而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。 概括的讲一块芯片就成了一台计算 机。 它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。 同时学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。 单片机以其价格低廉 ， 硬件电路简单 ，设计灵活而成为国内中小型设计的主流 ， 在 ATMEL 公司的最常用的 AT89S52 投入广泛使用之后 ， 一些带有 AD/DA转换 ， 看门狗功能的增强型芯片悄然而至。 飞利浦公司推出的在线可编程芯片在近几年的仿真教学中占据了大的份额 ，而 AT 系列的传统单片机依然是工程中的常客。 另外一些国内公司也在功能的增强上做文章 ， 纷纷做出了自己的芯片 ， 并在全国范围内进行推广。 而方案二编程简 单 ， 易于制作所以选用方案二。 167。 各个模块方案设计 核心控制器 AT89S52 控制器 复 位 电 路 主持 人按键 电源电路 声光显示 数码显示 选手按键 晶 振 电 路 中国地质大学（武汉）学士学位论文 7 1） 方案一 ： 基于单片机 AT89S52 为主控制器的设计 由单片机 AT89S52 进行控制实现相关功能。 AT89S52 具有以下标准功能 ： 8K字节 Flash， 256 字节 RAM， 32 位 I/O 口线，看门狗定时器， 2 个数据指针，三个16 位定时器 /计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路 ， 还可扩展外部存储器。 编程容易实现外围电路较为简单。 大规模可编程逻辑器件一般是使用状态机方式来实现即所解决的问题都是 规则的有限状态转换问题。 另外系统没有其它高标准的要求基于成本及控制功能的考虑最终选择了 AT89S52这个比较普通单片机来实现系统设计。 2） 方案二 ： 基于 CPLD(复杂可编程逻辑器件 )、 FPGA（现场可编程门阵列） 的设计 由 CPLD、 FPGA 来作主控制器。 其特点是具有用户可编程的特性其可灵活的配置 IO 端口方便的进行硬件功能设置。 具有静 态可重复编程或在线动态重构特性使硬件的功能象软件一样通过编程来修改不仅使设计修改和产品升级变得十分方便而且极大地提高了电子系统的灵活性和通用能力。 按键 模块 1） 方案一 ： 基于独立键盘的设计 键盘接口中使用 8 根 IO线 ， 键盘中就有 8个按键提供给 8 个选手各自拥有一个用来抢答 ， 这种类型的键盘 ， 在按键比较少和 IO口资源不紧张时使用。 在工作中键盘的各个按键互不干扰。 这就可以根据实际需要对键盘中的按键灵活的编码达到更好的抢答效果如图 24 所示。 图 24 独立键盘按键图 中国地质大学（武汉）学士学位论文 8 2） 方案二 ： 基于矩阵式键盘的设计 矩阵式键盘的特点是把检测线分成两组 ， 一组为行线 ， 另外为一组列线 ， 按键放在行线和列线的交叉点上 ， 编程实现较复杂 ， 但占用 IO口较少。 这种形式的键盘结构能够有效 的提高单片机 IO 口的利用率 ， 适用于按键输入多的情况 ， 如图 25 所示。 图 25 矩阵式键盘图 显示模块 1） 方案一 ： 光二极 管 顺序排列构成数码管 采用普通发光二极管按一定顺序排列构成数码管虽然构成的 LED 灯数目多但结构还是较简单制作也较容易而且单片机控制也方便成本也不是很高因而出于成本和控制的考虑选用方案一。 2） 方案二 ： 采用点阵组成。