1、二一四二一五学年第 二 学期信息科学与工程学院电子技术综合设计（一）课程设计报告班 级： 自动化 1302 姓 名： 汪帆 学 号： 201305165008 指导教师： 杨永立 二一五年五月十二日16 路抢答器设计一. 设计任务和要求利用数字集成电路芯片或以单片机为核心设计一 16 路抢答器，暂不考虑长线驱动问题。设计要求：1) 设置启动按钮，用以控制抢答进程。2) 设置 16 个按钮供 16 个竞赛小组抢答用。3) 启动按钮按下后，任意一组最先按下自己的抢答按钮则该组抢答成功，系统应显示该组组号，同时不再响应其他抢答按钮，直到重新按下启动按钮。4) 启动按钮按下后，系统启动 30 秒倒计时
2、，并显示倒计时时间，倒计时归零后，不再响应抢答按钮，直到重新按下启动按钮。5) 扩展功能：倒计时时间可在 90 秒内任意设定。6) 若需编程，所有程序代码都用 C 语言编写。7) 用 Proteus 软件进行仿真。二. 整体设计原理及框图（1） 抢答器工作原理本次设计中将采用 AT89S51 单片机为主控核心，在设有 16 个抢答键的抢答电路 模块、控制电路模块和 LED 显示电路模块的共同作用下,可供 16 人同时抢答。主持人按下开始按钮后，倒计时 30s，哪一个先抢答，则在数码管上显示选手编号，同时给出声音提示并封锁输入，其他选手再抢答则无效。在设定时间内抢答有效,定时器停止工作。定时时间
3、已到,无人抢答,本次抢答无效。（2） 设计目的1.熟悉电路，理解各个元件之间的控制流程。 2.熟悉 proteus 及 keli 软件的操作 3.熟练掌握 c 语言，调用中断子程序和对端口进行读写数据的操作。 4.理解掌握抢答器的原理及电路设计。（3） 系统框图AT89S51 单片机要实现主持人按开始键后，抢答器开始 30 秒倒计时。30 秒之内有人抢答，则在 LED 数码管上显示该代表队编号并封锁输入，其他选手抢答无效。此时按下开始键，复位键有效。在开始抢答之前，主持人可预先设定抢答时间和限时时间。系统具有声光提示功能。由我们分析可以看到，核心部分还是 AT89S51 单片机，基于 AT89
4、S51单片机的系统框图如图 所示： 1图 系统框图 1三.各模块设计原理（1）时钟电路设计单片机必须在时钟的驱动下才能工作。AT89C51 中有一个用 于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚 XTAL1 和 XTAL2 分别是该放大器的输入端和输出端。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。时钟频率控制电路如图 所示。 2单片机在工作时，由内部振荡器产生或由外部直接输入的送至内 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。时钟频率选为 12MHz。选手按键主持人按键复位电路电源电路数码提示并且 2 个电容都设为 3
5、0pf。图 2（2）复位电路设计在抢答之前要复位，抢答完毕需要复位。复位电路是单片机初始化，使单片机重新开始执行程序。当复位开关按下 RST 由低电平变为高电平，则程序从头开始执行，复位后，显示器全部归为原始数据，复位电路图如图 。 3图 3（4） 显示电路设计在本设计中采用的是共阴极接法的数码管，由 P0 口驱动七段数码显示管，P2 口驱动数码管位。由 P0、P2 口共同组成 LED 数码管显示电路。由于 P0 口不带有上拉电阻，所以在设计中需另外外接上拉电阻，以提供一定的拉电流。P2 口本身自带电阻，所以无需外接。因为 AT89C51 单片机 P0、P2 口都自带锁存器，所以无需另外外接锁
6、存器。其与单片机一起来显示所抢答的代表队的编号和倒计时时间。前面 2 位数字显示代表队，后面 2位数字显示倒计时时间，其接口电路如图 所示： 4图 4（5） 蜂鸣器音频电路设计蜂鸣器音频输出电路的功能是用来报警，当遇到报警信号时，发出蜂鸣声，以此来提醒操作者。本电路通过控制不同频率的矩形脉冲来控制蜂鸣器发声。此次课程设计中只需要一些简单的提示声音，开始抢答，抢答时间结束和回答问题时间到的提示声音。本课程设计从 P3.0 口输出一个矩形脉冲来控制驱动器 PNP 集电极的高低电平时间来控制蜂鸣器的声音。图 5（6） 抢答电路设计单片机常用的键盘有全编码键盘和非编码键盘两种。全编码键盘能有硬件逻辑自
7、动提供与被按键对应的编码，如 BCD 码键盘、ASCII 码键盘等，价格较贵，一般的单片机应用系统较少采用；非编码键盘分为独立式键盘和矩阵式键盘，硬件上只是提供通、断两种状态，其他工作都靠软件完成，经济实用，目前单片机应用系统中多采用这种方法。在智力抢答器设计中，要求有 16 个代表队参加抢答，每个代表队一个抢答按钮，就需要 16 个按钮，而选手抢答器按钮就是用独立式键盘或矩阵式键盘来完成的。独立式键盘电路要求一个端口连接一个按键，硬件电路简单但浪费成本。当按键数较多时，要占用较多的 I/O 口线。因此一般在按键数大于 8 时，通常采用矩阵式键盘电路。若 P0 口和 P2口用于控制数码管的显示
8、（P1 口控制七段数码管，P2 口则驱动数码管的位显示） ，P3 口用于主控电路的设计，剩下的八位的 P1 口如果用独立式键盘明显达不到要求，但如果采用矩阵式键盘电路，8 个 I/O 刚好可以构成 44 矩阵式键盘电路，满足 16 个代表队参加抢答的要求。16 路抢答器抢答电路设计即 44 矩阵式键盘电路，如图 ： 6图 6四.程序流程图NYNYYNY开始初始化开始键按下？抢答键按下？判断哪位选手抢答，并在数码管上显示选手是否作答按下复位键倒计时时间到 进入下一题并重新开始计时五.电路仿真六. 设计收获及体会本次设计整体上做得还是挺成功的，虽然在过程中有点磕磕绊绊。首先，给的一些题目既可以用单
9、片机又可以用数电的知识做，我觉得单片机做起来比数电更简单，操作性和控制性更强，我对此心生向往，但我还没有学过单片机，有关单片机的知识必须查阅相关的资料，我觉得这锻炼了我的自学能力和动手能力。还有这个仿真软件 proteus 里面的操作很多都不会，包括如何查找相应的器件以及这些器件的名称，还有单片机识别的代码的后缀文件.hex 如何借用 keli 生成，因为我用的都是英文版本，更显得举步维艰，但在操作过程中我也变得更熟悉这个设计了。单片机的代码因为和 c 语言的语法差不多，加上查询的一些资料，代码也会写了。总而言之，这次设计让我受益匪浅，学到了很多东西。参考文献1 周润景，袁伟亭，景晓松. Pr
10、oteus 在 MCS-51&ARM7 系统中的应用百例M.北京：电子工业出版社，2006.5-72 康华光.电子技术基础（模拟部分）M.高等教育出版社.20053 康华光.电子技术基础（数字部分）M.高等教育出版社.20054 靳栀，潘育山，邬芝权.单片机原理及应用 C51 编程技术M.成都：西南交通大学出版社，20045 龚云新，胡长盛.单片机实用技术教程M.北京：北京师大出版社，2007.66 余发山，王福忠等.单片机原理及应用技术M.徐州：中国矿业大学出版社，20037 黄继昌，乔苏文，张海贵.实用报警电路M.北京：人民邮电出版社，2005.28 徐爱钧.8051 单片机实践教程asm51 汇编语言与 C51 高级语言应用M.北京：电子工业出版社，2005.39 徐曼.电子基础与技能M.北京：电子工业出版社,2006.610 欧阳文.ATMEL89 系列单片机的原理及开发实践M.北京：中国电力出版社，2007附录 程序代码
