1、 本科 毕业 设计 (论文 ) （二零 届） 八路抢答器的设计 所在学院 专业班级 电子信息工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 I 摘 要 电子抢答器是以单片机作为控制核心。 系统工作原理采用 51单片机为核心，其主要的四个模块为：抢答模块、显示模块、报警模块、存储 模块。抢答器通过按键输入抢答信号；利用一个数码管完成显示功能；利用蜂鸣器实现报警功能；利用存储程序实现存储。 其工作原理是采用最小单片机系统，用独立式键盘来进行抢答，采用四位动态数码显示。本次设计实现的功能为：允许 8 组选手抢答；能显示抢答组号；设有抢答倒计时及答题时间倒计时；并且在答题过程中，如果选手求助，
2、答题倒计时可以重置；同时如有选手犯规，能发出报警声并且显示犯规组号；比赛结束时，能发出报警声。 当主持人按下复位键后，可以进行下一轮抢答。 关键词 ：抢答器，单片机 ，定时，报警 II Design of eight Responder Abstract E-Responder is a single chip as the control.System works with 51 microcontroller as the core, the main four modules are: Responder module, display module, alarm module, mem
3、ory module.Responder Responder through the key input signal; done using a digital display; use the buzzer to achieve the alarm function; use stored procedures to achieve storage.Its working principle is to use the smallest single chip system, with separate keyboard to the answer in, the use of four
4、dynamic digital display.The design and implementation of the functions are: to allow players answer in 8 groups; can show answer in group number; answer in the countdown and answer time with the countdown; and in the answer process, if players help, the answer can reset the countdown; the same time
5、asa player fouls, can sound an alarm and displays the group number of fouls; game is over, to the alarm sound.When the host pressed the reset button, you can answer in the next round of. Keywords : responder SCM timer alarm III 目录 摘 要 . I 1 绪论 . 1 1.1 八路抢答器概述 . 1 1.2 选题的背景、意义 . 1 1.3 单片机的发展现状 . 2 1.
6、4 相关研究的最新 成果及动态 . 3 2 设计任务 . 5 2.1 设计方案 . 5 2.2 方案评价 . 5 3 硬件电路的设计及其功能 . 6 3.1 单片机 AT89C51 简介 . 6 3.2 系统的硬件结构及其功能 . 7 3.3 八路抢答器系统原理框图及电路图 . 7 3.4 系统各模块电路介绍 . 8 3.4.1 抢答器电路 . 8 3.4.2 时序控制电路 . 9 3.4.3 复位电路 . 10 3.4.4 定时电路的设计 . 11 3.4.5 报警电路 . 12 3.4.6 数码管显示电路 . 12 3.4.7 电源电路 . 13 4 软件设计 -程序及流程图 . 14 4
7、.1 主程序 . 14 4.2 延时程序 . 15 4.3 显示程序 . 15 4.4 中断程序 . 16 4.5.1 INT0 中断服务程序 . 16 4.5.2 INT1 中断服务程序 . 17 4.5.3 T0 中断服务程序 . 17 4.5.4 T1 中断服务程序 . 18 总结 . 19 参考文献 . 20 致谢 .错误 !未定义书签。 附录 . 21 八路抢答器 1 1 绪论 1.1 八路抢答器概述 在现代，有许许多多的知识比赛和智力 竞赛，在众多的比赛中，会出现一种比赛形式，那就是做抢答题目。但是在比赛中，光靠人力有时候很难判断出哪一组的选手先抢答，所以要设计一个系统来实现这个判
8、断的功能。利用单片机来设计抢答器，能够顺利的解决无法判断这个难题。通过该系统能够顺利的判断出是哪一名选手优先抢答。本文主要介绍了利用单片机设计八路抢答器的工作原理以及它的一些基本功能。系统工作原理采用 51 单片机为核心，其主要的四个模块为：抢答模块、显示模块、报警模块、存储模块。抢答器通过安检输入抢答信号；利用一个数码管完成显示功能；利用蜂鸣器实现报警功能；利用存 储程序实现存储。抢答器工作时，通过按键输入抢答信号，经过单片机系统的处理，在数码管上显示哪一组优先答题，并且通过蜂鸣器报警可以提示犯规组，以此来实现整个抢答过程。 本文介绍的利用单片机制作的八路抢答器，具有电路简单、成本低、操作方
9、便、灵敏度高、可靠性强等优点。该抢答器适用于八组或八组以下的选手进行抢答比赛，每组选手持有一个按钮，在主持人按下开始抢答键后，选手开始抢答，最先按下抢答按钮的选手号会显示在数码管上并且蜂鸣器会发出响声。在最先按下抢答键的选手之后，任何选手如果再次按下抢答键则不再有任何提示。当主持人 按下复位键后，可以进行下一轮抢答 1-3。 1.2 选题的背景、 意义 电子技术和微型计算机的迅速发展，促进微型计算机测量和控制技术的迅速发展和广泛应用，单片机（单片微型计算机）的应用已经渗透到国民经济的各个部门和领域，它起到了越来越重要的作用。单片微型计算机就是将中央处理单元、存储器、定时 /计数器和多种接口都集
10、成到一块集成电路芯片上的微型计算机。因此一块芯片就构成了一台计算机。它已成为工业控制领域、智能仪器仪表、尖端武器、日常生活中最广泛使用的计算机。 随着集成电路技术和工艺的飞速发展，真正 单片化的单片机已经成为主流产品。过去需要用到很多的外部设备来实现的功能，现在只要通过对单片机的开发研制就可以实现。单片机有着微处理器所不具备的功能，它可单独地完成现代工业控制所要求的智能化控制功能，这是单片机最大的特征。单片机真正单片化，省去了大量的硬件开发调试工作和以前利用复杂电子线路或数字电路构成的控制系统，可以软件控制来实现，并能够实现智能化，大大地提高了工八路抢答器 2 作效率；现在单片机控制范畴无所不
11、在，例如通信产品、家用电器、智能仪器仪表、过程控制和专用控制装置等等，单片机的应用领域越来越广泛。单片机的应用意义 远不限于它的应用范畴或由此带来的经济效益，更重要的是它已从根本上改变了传统的控制方法和设计思想，也使电路简单化和微型化。它是控制技术的一次革命，是一座重要的里程碑。经实验测试，实现同样功能的系统，采用单片方式比总线扩展方式具有更多的优点。系统不仅功能强、性能可靠、成本降低，而且进一步微型化和便携化。 现代电子电路的快速发展，以及电子行业对现有电子工程技术的不断需求，特别是对实际操作实践的电子人才的需求越来越多，所以加强学生动手能力、重视实践应该是电子发展需求的必然趋向。实践动手能
12、力的培养是一种综合能力，这种 能力当然是在一定难度的前提下完成的，通过一定数量的实践才能逐步形成的。因此在培养实践能力的同时，要通过实践来不断的发现问题和解决问题的途径和方法，从而提高实践能力。 近年来，随着单片机档次的不断提高，功能的不断完善，其应用日趋成熟、应用领域日趋扩大，特别是工业测控、尖端武器和日用家电等领域更是因为有了单片机而生辉增色。单片机应用技术已成为一项新的工程应用技术。本次设计的题目为基于单片机的抢答器。 基于单片机的抢答器，与一般的抢答器有几点不同之处：第一，单片机制作的八路抢答器的灵敏度很高，因此在选手抢答的时候 能够更加容易判断出是哪一名选手优先抢答；第二，该种抢答器
13、在制作成本上比一般抢答器低，并且大大提高了抢答器工作的可靠性；第三，抢答器利用的是单片机技术，所以提高了抢答器的技术含量。正因为以上几点的不同之处，利用单片机制作的八路抢答器能够更加公平、公正的进行工作，参加竞赛的选手也能拥有一个好的比赛环境 4-6。 1.3 单片机的发展现状 单片机广泛应用于仪器仪表，家用电器，医疗设备，航空航天，为智能化管理和过程控制等领域 ，大致分为以下几个方面分： （ 1） 在智能仪表中的应用 单片机具有体积小，功耗低，控制功能强，灵活扩展，小型化，易用性，广泛应用于仪器仪表，对不同类型的传感器组合可以实现，如电压，功率，频率，湿度，温度，流量，速度，厚度，角度，长度
14、，硬度，元素，压力测量的物理量。供应链管理，使数字仪表，智能化，小型化和功能的使用比电子或数字电路更加强大的使用。 例如，精密测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。八路抢答器 3 （ 2）在工业控制应用 与微控制器可构成的控制系统，数据采集系统等。例如，在工厂流水线的智能化管理，电 梯智能控制，报警系统的所有种，二级计算机网络控制系统构成。 （ 3）在家用电器 可以说，这些设备基本上都是采用单片机控制，从电饭恭维，洗衣机，冰箱，空调，彩电和其他音频视频设备，电子称重设备，多种多样的，无所不在的。 （ 4）在计算机网络和通信领域的应用 随着现代通信接口单片机通用，可方便地进行数据通信与计算机，
15、计算机网络和设备的应用通信提供了一个极佳的身体条件，现在的通信设备基本上实现了从移动电话的单片机智能控制，电话，小型程控交换机，楼宇自动化通信呼叫系统，列车无线通信，到日常工作中可以看到到处移动 电话，集群移动通信，无线通信等。 （ 5）单片机在医疗设备领域 在医疗设备的使用也相当广泛的单片机，如医疗呼吸机，分析仪，各种显示器，超声诊断设备及病床呼叫系统等。 此外，在微控制器业务，财务，科研，教育，国防航空航天等领域有着非常广泛的应用范围。 1.4 相关研究的最新成果及动态 单片机诞生于 20 世纪 70 年代末，经历了 SCM、 MCU、 SoC 三大阶段。单片机是嵌入式系统的独立发展之路，
16、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。 目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能 IC 卡，民用豪华轿车的安全保障系统 (GPRS)，录象机、摄象机，以及程控玩具等等，这些都离不开单片机。
17、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，较为典型地说明了数字单片机的水平。在目前，用户对单片机的需要越来越多，但是，要求也越来越高。在单片机应用中，可靠性是首八路抢答器 4 要因素为了扩大单片机的应用范围和领域，提高单片机自身的可靠性是一种有效方法。近年来，单片机的生产厂家在单片机设计上采用了各种提高可靠性的新技术： EFT（ Ellectrical Fast Transient）技术，低噪声布线技术及驱动技术，采用低频时钟。同时单片机在目前的发展形势下还表现出可靠性及应用越来越水平高和互联网连接，所集成 的部件越来越多，功耗越来越低和模拟电路结合越
18、来越多等发展趋势。 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。相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了 I/O 设备。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。 单片机内部也用和电脑功能类似的模块，比如 CPU，内存，并行总线，还有和硬盘作用相同的 存储器 件，不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电脑弱很多，不过价钱也是低的，一般不超过 10 元即可。用它来做一些控制电器一类不是很复杂的工作足矣 了。我们现
19、在用的全自动滚筒洗衣机、排烟罩、VCD 等等的家电里面都可以看到它的身影，它主要是作为控制部分的核心部件。 它是一种在线式实时控制计算机，在线式就是现场控制，需要的是有较强的抗干扰能力，较低的成本，这也是和离线式计算机的（比如家用 PC）的主要区别。 单片机是靠程序运行的，并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是花大力气也很难做到的。一个不是很复杂的功能要是用 美国 50 年代开发的 74 系列，或者 60 年代的 CD4000 系列这些纯 硬件 来搞定的话， 电路 一定是一块大 PCB 板！但是如果要是用美国 70
20、 年代成功投放市场的系列单片机，结果就会有天壤之别！只因为单片机的通过你编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性！ 随着现代通用微控制器通 的发展 ，可方便地与计算机进行数据通信， 为 计算机网络和通讯设备的应用提供了一个极佳的条件，现在的通信设备基本上实现了从移动电话的单片机智能控制， 电话，小型程控交换机，楼宇自动化通信呼叫系统，列车无线通信，到日常工作中可以看到到处移动电话，集群移动通信，收音机等 7。 八路抢答器 5 2 设计任务 2.1 设计方案 利用单片机设计一个可供 8 组选手参加比赛的八路抢答器。每组选手有一个按钮。电路具有鉴定第一 个抢答者的功能和锁定存储功能，在主持人
21、按下开始抢答键后选手可以开始抢答，数码管上会显示抢答者的组号，蜂鸣器会发出声响。在主持人按下复位键后，即可开始下一轮的抢答。电路还有一个自锁功能，当优先抢答选手抢答后，其他选手按下按钮则不会有任何提示。 2.2 方案评价 8 组选手每组选手都有一个对应号码的抢答器按钮，该八路抢答器具有信号的鉴别和数据的存储、显示功能。抢答开始后，优先按下抢答按钮的组别的指示灯会亮，并且在抢答器上的数码管上会显示最先抢答的选手组号，与此同时，蜂鸣器会发出声响。而且，在最先抢答组按下抢答键按钮后，其他组再次按下按钮则不会有任何提示，该功能为抢答器的自锁功能。除非主持人按下复位键，否则其他任何组都不会有抢答的任何提
22、示。该八路抢答器还具有定时抢答的功能，抢答者需在规定时间内完成抢答，等主持人按下复位键，否则系统定时到了后将自动清零，其他组选手可以开始抢答。 根据系统的功能以及要求来确定选用的单片机型号，因此，选用AT89C51 单片机比较适宜 8。 八路抢答器 6 3 硬件电路的设计及其功能 3.1 单片机 AT89C51 简介 （ 1） MCS-51 系列单片机简介 MCS51的是由美国英特尔公司的一个单芯片 系列，这个系列微控制器，包括相当多的品种，如 8031,8051,8751,8032,8052,8752等，其中 8051是一般任期最早，最典型的产品，其他 SCM 系列是根据 8051增加、减少
23、功能变化而来的。在MCS51单片机 8051和 8031是前几年在中国最流行的微控制器，所以会看到许多场合都在用这个系列的芯片。 英特尔公司的 MCS51的核心技术授权给其他公司的，因此许多公司正在做的 8051 MCU 内核。当然，功能或多或少会改变，以满足不同的需求。 89C51芯片是在我们当中非常流行的微控制器，这 是由美国 ATMEL 公司研制生产 9。 该系列单片机的主要特性如下： 1）该系列单片机适用于控制 8 位 CPU 2）逻辑处理能力比较强 3）拥有 64K 数据、程序存贮器空间 4）有 4KB 片内程序存贮器 5）有 128B 片内数据 RAM 6） 32 根双向可可单独寻
24、址的输入输出线 7） 2 个 16 位定时器 /计数器，片内时钟发生器 8）全双工异步发送 /接收器 9）拥有 2 个优先级的中断结构 （ 2） 0MCS-51 系列单片机引脚说明 1） VCC:供电电压 2） GND:接地 3） P0 口 :P0 口是一个双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。当 P1 口第一次输入 1 时，定义该信号为高阻输入。 P0 口能够用于外部的程序数据存贮器，因此它可以被定义为数据 /地址的第八位。 4） P1 口 :P1 口是内部提供的 8 为双向 I/O 口，它能接收输出 4TTL 门电流。平口输入 1 时，可以用作输入被内部定义为高，当输出电流是为低。 5） P2 口 :P2 口也是一个 8 位双向 I/O 口，因此它的功能与 P1 口差不多。 6） P3 口 :与 P1、 P2 口一样是 8 为双向 I/O 口，但它也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口，如下：
