基于51单片机的抢答_器的设计毕业论文(编辑修改稿)

基于51单片机的抢答_器的设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

系列集成度高，速度快，功耗低，并增设了两种可以用软件进行选择的低功耗工作方式：空闲方式和掉电方式。 其最主要的技术特点是向外部接口电路扩展，以实现单片机完善的控制功能。 （ 1） 80C51 单片机 的主要性能包括： 片内有 4K 可在线重复编程闪速电擦除存储器 ，主电源引脚为 VCC 和 VSS， VCC 是电源端， 工作电源和编程校验 是 +5V。 6 VSS 是 接地端。 80C51 的存储组织结构可以分为 3 个不同的存储 空间，分别是64KB 程序存储器（ ROM）包括片内 ROM 和片外 ROM； 64KB 外部数据存储器（外 RAM）； 256B 内部数据存储器（内 RAM）。 中断结构具有 5 个中断源和 2个中断优先级；可编程全双工串行通信；空闲状态 维持 低功耗和掉电状态保存存储内容。 （ 2） 80C51 单片机 的 I/O 口 ： P0、 P P2 和 P3。 P0 口（ ）是一个 8 位漏极开路型的双向 I/O 口。 第 2 功能是在访问外部存储器时，分别提供低8 位地址线和 8 位双向数据总线。 在对片内 ROM 进行编程和校验时， P0 口用于数据的输入和输出。 P1 口（ ）：是一个内部带提升电阻的准双向 I/O 口。 在对片内 ROM 编程校验时， P1 口用于接收低 8 位地址信号。 P2 口（ ）：是一个内部带提升电阻的 8 位准双向 I/O 口。 第 2 功能是在访问外部存储器时，输出高 8 位地址信号。 在对片内 ROM 进行编程和校验时， P2 口用作接收高 8 位地址和控制信号。 P3 口（ ）：是一个内部带提升电阻的 8 位准双向 I/O口。 在系统中，这 8 个引脚都有各自的第 2 功能。 引脚如图 23 所示 图 23 40 引脚双列直插封装图 抢答器的优点和组成 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 7 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AT89C51 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 六 个按键输入抢答信号；利用存储程序 来完成软件的设计 ；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，控制数码管和语音芯片工作。 在数码管上显示哪一组先答题，并通过语音系统读出第N 组请答题，从而实现整个抢答过程。 系统的工作流程 抢答器的基本工作原理 :在抢答竞赛时，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、语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，基本流程如下： 如果想调节抢答时间或答题时间 ,按 加一 键或 减一 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 减 1s键，时间 LED上会显示改变后的时间，调整范围为 0~99s, 0s 时再减 1s 会跳到 99， 99s 时再加 1s 会变到 0s。 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。 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。 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。 8 第三章 硬件电路设计 本设计分为硬件设计和软件设计，这两者相互结合，不可分离；从时间上看，硬件设计的绝大部分工作量是在最初阶段，到后期往往还要做一些修改。 只要技 术准备充分，硬件设计的大返工是比较少的，软件设计的任务贯彻始终，到中后期基本上都是软件设计任务，随着集成电路技术的飞速发展，各种功能很强的芯片不断出现，使硬件电路的集成度越来越高，硬件设计的工作量在整个项目中的所占的比重逐渐下降。 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 80C51 单片机。 (4) 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。 如图 311， 为开始抢答， 为停止， 为六路抢答输入，数码管段选 P0 口，位选 P2 口低 3 位，蜂鸣器输出为 口。 为时间加 1调整， 为时间减 1 调整。 9 图 图 311 系统原理图 抢答器的输入按钮使用常开开关，如图 32 所示。 图 32 抢答按键 这些常开开关组成了抢答按键，硬件电路简单，在程序设计上也不复杂，只要在程序中消除在按键过程中产生的“毛刺”现象就可以了。 这里采用最常用的方法即延时法，其的 原理为：因为“毛刺”脉冲一般持续时间短，约为几 ms，而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 10 无效。 显示电路使用了七段数码管 7SEGMPX4CC，它是共阴极的，由高电平点亮。 如图 313 所示。 图 33 显示数码管 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 232 所示 : 图 312 复位电路 在方案中使用到了硬件复位和软件复位两种功能 ,由上面的硬件复位可使寄存器及存储器的值都恢复到初始值 ,而前面的功能提到了倒计时间需要有记忆功能 ,该功能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。 这些常开开关组成了抢答按键，硬件电路简单，在程序设计上也不复杂，只要在程序中消除在按键过程中产生的“毛刺”现象就可以了。 这里采用最常用的方法 11 即延时法，其的原理为：因为“毛刺”脉冲一般持续时间短，约为几 ms，而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。 时钟频率的设计 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。 图 35 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。 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。 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。 这里 能利用程序来控制单 片 机 口线 反复输出 高电平或低电平， 即 在该口线上产生一定频率的矩形波，接上 扬声器 就能发出一定频率的声音，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 扬声器 发出不同的声音。 12 第四章 软件电路设计 流程图 是 使用图形表示算法的思路是一种极好的方法， 不论采用何种程序设计方法，程序总体结构确定后，一般以程序流程图的形式对其进行描述。 总体框图中的各个子模块或各个子任务也应该结合具体的教学模型和算法画出较详细的程序流程图，供后面编写具体程序和阅读程序使用。 流程图是由一些图框和流程线组成的，其中图框表示各种操作的类型，图框中的文字和符号表示操作的内容，流程线表示操作的先后次序。 流程图的基本结构为顺序结构，分支结构（又称选择结构），循环结构。 为便于识别，绘制流程图的习惯做法是： 方框表示：要执行的处理（ Process） 平行四边型表示：代表资料输入（ Input） 不规则图形代表资料输出（ Output）或报表输出（ Print） 菱形表示：决策或判断（例如： If...Then...Else） 初始化部分 Kz= =0 启动中断，数码管开始计时 若有选手抢答 中断停止，数码管显示选手的标号及所用的时间 结束 开 始 N Y Y N 13 为开始抢答， 为停止， 为六路抢答输入数码管段选 P0 口，位选 P2 口，蜂鸣器输出为 口。 程序代码。