六路搶答器說明書

1、附件1：學 號： 0121204930527課 程 設 計題 目六路電子搶答器學 院機電工程學院專 業(yè)機械工程及其自動化班 級機自1205姓 名于永杰指導教師尹海斌2021年1月8日 單片機課程設計任務書姓名 班級 指導老師尹海斌 題目6： 6路電子搶答器課題的任務和要求 設計任務：6路電子搶答器設計要求：四人一小組 該搶答器具有控制系統(tǒng)清零、控制搶答器開始，便于主持人控制現(xiàn)場時間例如搶答時間可以設置為15s，當主持人按下開始鍵時，時間進入倒計時，在LCD上顯示，同時有0.5s-1s的蜂鳴器的聲響 如果出現(xiàn)如下情況：情況一：搶答時間已到，但是沒有人搶答；意味著本次搶答無效，系統(tǒng)短暫報警，此時將

2、切斷搶答電路，禁止選手超時搶答，時間顯示為88.情況二：如果選手在主持人按開始鍵之前搶答，系統(tǒng)報警，LCD同時顯示違規(guī)選手的號碼和倒計時時間為FF。情況三：如果有一選手在搶答時間內(nèi)先按下?lián)尨疰I，此時倒計時結束定時器停止工作，LCD同時顯示搶答者的號碼和搶答時刻的時間，直至答復完畢后主持人進行系統(tǒng)清零。 不限制使用LCD的類型 在滿足以上要求的根底上，可以加以創(chuàng)新。設計步驟1、 根據(jù)課題，查閱相關資料2、 學習如何使用proteus和keil兩款軟件網(wǎng)上可查找教程3、 畫出系統(tǒng)原理框圖；4、 畫出單元電路圖；5、 編寫相應局部程序；6、 撰寫說明書 目錄 第一章 選題背景 4 1.1概述 4 1

3、.2選題的目的和意義 4 1.3搶答器的設計要求 4第二章 方案選擇及設計思路與原理方框圖 5 2.1設計思路 6 2.2總體方框圖 6 2.3搶答器的工作流程 7 第3章 系統(tǒng)硬件總體設計 8 3.1 中央控制器 8 3.2譯碼驅(qū)動顯示電路設計 10 3.3時鐘電路設計 13 3.4復位電路設計 14 3.5搶答電路設計 14 3.6音樂電路設計 15 3.7主持人控制電路設計 16第4章 Proteus系統(tǒng)仿真 17第5章 程序設計 22第6章 課程設計總結 28第7章 參考文獻 28第1章 選題背景 1.1概述搶答器是一種應用非常廣泛的設備，在各種競賽、搶答場合中，它能迅速、客觀地分辨出

4、最先獲得發(fā)言權的選手?，F(xiàn)在大多數(shù)搶答器均使用單片機和數(shù)字集成電路，并增加了許多新功能，如選手號碼顯示、搶按報警、選手得分等功能。本課題利用AT89C51單片機及外圍接口實現(xiàn)的搶答系統(tǒng)，利用單片機的定時/計數(shù)器定時和計數(shù)的原理使得系統(tǒng)能夠正確地進行計時同時使LED顯示屏能夠正確的顯示時間和選手的號碼。用開關做鍵盤輸出，揚聲器發(fā)出提示。 1.2選題的目的和意義、通過單片機課程設計，熟練掌握編程方法，將單片機理論知識與實踐相結合。、通過六路電子搶答器控制系統(tǒng)的設計，掌握定時/計數(shù)器的使用方法，和簡單程序的編寫，提高實踐能力。、初步掌握多功能搶答器的調(diào)整及測試方法。提高動手能力和排除故障的能力。 1.

5、3搶答器的設計要求 . 該搶答器具有控制系統(tǒng)清零、控制搶答器開始，便于主持人控制現(xiàn)場時間例如搶答時間可以設置為15s，當主持人按下開始鍵時時間進入倒計時，在LCD上顯示，同時有0.5s-1s的蜂鳴器的聲響 . 如果出現(xiàn)如下情況：情況一：搶答時間已到，但是沒有人搶答；意味著本次搶答無效，系統(tǒng)短暫報警，此時將切斷搶答電路，禁止選手超時搶答，時間顯示為88.情況二：如果選手在主持人按開始鍵之前搶答，系統(tǒng)報警，LCD同時顯示違規(guī)選手的號碼和倒計時時間為FF。情況三：如果有一選手在搶答時間內(nèi)先按下?lián)尨疰I，此時倒計時結束定時器停止工作，LCD同時顯示搶答者的號碼和搶答時刻的時間，直至答復完畢后主持人進行系

6、統(tǒng)清零。 .不限制使用LCD的類型 .在滿足以上要求的根底上，可以加以創(chuàng)新。 1答復和搶答時間倒計時五秒的時候，都會有報警提醒。 2 開始搶答之前，電子顯示屏一直顯示F 88 。 3 除主持人具有開始、清零開關以外，還具有一個總清零開關。 第二章 方案選擇及設計思路與原理方框圖 為了使設計更具有針對性，使用性更強，我們對其精心的設計，在設計過程中我們想到了很多的設計方案。 2.1設計思路設計一個六路電子搶答器，可同時提供六名選手或者代表隊參加比賽，他們的編號分別為1.2.3.4.5.6各用一個搶答器按鈕，按鈕的編號與選手的編號相對應，分別設為S1.S2.S3.S4.S5.S6.節(jié)目主持人設置一

7、個控制開關，用來控制系統(tǒng)的清零和搶答器的開始，并且搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示功能。同時主持人可以根據(jù)要求設置搶答時間和答復時間，搶答未開始選手搶答那么警報并顯示選手號碼和FF。搶答開始時假設有選手按搶答按鈕，編號立即鎖存，并在LED數(shù)碼管上顯示出選手的編號，并且需在規(guī)定時間內(nèi)答復出問題，倒計時計數(shù)五秒會有提示音。此外，要封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答，優(yōu)先搶答的選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清零結束為止。 2.2總體方框圖 多路搶答器系統(tǒng)的整個系統(tǒng)從大體來看可以分為鍵盤搶答輸入，系統(tǒng)處理，LED電子顯示屏顯示，報警電路等。 2.3搶答器的工作流程 應答程序應答程序顯示搶答顯示搶答應答程序顯示搶

8、答應答程序顯示搶答應答程序顯示搶答應答程序顯示搶答6號按鍵5號按鍵4號按鍵3號按鍵2號按鍵1號按鍵系統(tǒng)清零開始是否是否是否是否是否是否第三章 系統(tǒng)硬件總體設計 3.1 中央控制器 AT89C51是由美國Atmel 公司生產(chǎn)的至今世界上最新型的高性能八位單片機。該芯片采用FLASH存儲技術，內(nèi)部具有2kb字節(jié)快閃存儲器，采用DIP封裝，是目前在中小系統(tǒng)中應用最為普及的單片機。系統(tǒng)控制芯片采用MCS51系列單片機AT89C51，AT89C51 是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含8k bytes的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器RAM，器件采

9、用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元。3.1.1MCS51單片機的內(nèi)部根本結構由以下局部組成：1 一個8 位的微處理器CPU。2 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器RAM128B，用以存放可以讀寫的數(shù)據(jù)，如運算的中間結果、最終結果以及狀態(tài)標志位等。3 片內(nèi)程序存儲器ROM4KB，用以存放已編制好的程序及程序中用到的常數(shù)。4 四個8 位并行IO 接口P0P3，每個口既可以用作輸入，也可以用作輸出使用。5 兩個定時器計數(shù)器，每個定時器計數(shù)器都可以設置成計數(shù)方式，用以對外部事件進行計數(shù)，也可以設置成定時方式，并可以根據(jù)計數(shù)或定時的結果

10、實現(xiàn)計算機控制。6 五個中斷源的中斷控制系統(tǒng)，提供兩個中斷優(yōu)先級，能實現(xiàn)兩級中斷嵌套。7 一個全雙工串行異步通信接口，用于實現(xiàn)單片機之間或單機與微機之間的串行通信。8 片內(nèi)振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路，但需要外接石英晶體和微調(diào)電容，最高允許振蕩頻率為12MHz。單片機內(nèi)部各功能部件通過內(nèi)部總線連接，傳送地址信息、數(shù)據(jù)信息和控制信息，各功能部件分時使用總線，即所謂的內(nèi)部單總線結構。AT89C52與其他MCS51單片機的不同之處在于具有8KB可反復擦寫(大于1000次Flash ROM以及3個16位可編程定時/計數(shù)器中斷?？煞磸筒翆懙腇lash ROM使得單片機能反復寫入程序，使用更加地方便。 3.1.2

11、 AT89C51引腳的功能 AT89C51單片機為40引腳芯片，采用PDIP封裝形式的AT89C51 P0口為8位雙向I/O口，可被定義為數(shù)據(jù)或地址的低八位，在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須接上拉電阻；P1口為8位雙向I/O口，在FLASH編程和校驗時，P1口作為低八位地址接收；P2口為8位雙向I/O口，可被定義為地址的高八位，在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號；P3口為8位雙向I/O口，同時P3口具有第二功能；VCC工作電壓+5V；GND接地；RST復位輸入；ALE/PROG地址鎖存允許信號輸出；/PSEN程

12、序存儲器允許信號輸出；/EA/VPP外部訪問信號輸入；XTAL1片內(nèi)振蕩器輸入端；XTAL2片內(nèi)振蕩器輸出端；RXD串行口輸入；TXD串行口輸出3.2譯碼驅(qū)動顯示電路設計為了將編碼顯示出來，需用顯示譯碼電路將計數(shù)器的輸出數(shù)碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼顯示器件所需要的輸出邏輯和一定的電平，這種譯碼器通常稱為段譯碼顯示驅(qū)動器。顯示器件采用7段數(shù)碼管顯示電路。7段數(shù)碼管顯示電路有共陽顯示模式和共陰顯示模式兩種。如果7段數(shù)碼管選用共陽顯示模式，那就需要選用如74LS47等譯碼驅(qū)動集成電路。連接時將7段數(shù)碼管的abcdefg7個發(fā)光二極管的正極連接在一起并接到5V電源上，而把其余的7個負極接到74LS47相應的abcd

13、efg輸出端上。如果7段數(shù)碼管選用共陰顯示模式，那就是把7段數(shù)碼管的abcdefg 7個發(fā)光二極管的負極連接在一起并接地；同它們的7個正極分別接到譯碼驅(qū)動電路的相對應的驅(qū)動端上，并且由譯碼驅(qū)動電路輸出高電平時，點亮7段數(shù)碼管的相應筆劃，如果要顯示數(shù)字1，那么譯碼驅(qū)動電路輸出段bc為高電平，其他段掃描輸出端為低電平。配接共陰顯示模式數(shù)碼管的譯碼驅(qū)動集成電路有74LS48、CD4511等。本設計擬采用共陰顯示模式的7段數(shù)碼管顯示電路，所以選擇CD4511。CD4511功能表如表2.1所示:CD4511常用于驅(qū)動共陰極LED數(shù)碼管顯示器的 BCD 碼七段碼譯碼器。具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段

14、譯碼及驅(qū)動功能的CMOS電路，能提供較大的拉電流，可直接驅(qū)動LED顯示器，方便地將信號傳送給7段數(shù)碼顯示管。但HCF4511與LED數(shù)碼顯示器件連接時要加限流電阻，否那么通電后會把7段譯碼管燒壞。通常數(shù)碼管的工作電流選取在10-20mA，電流太小了，7段數(shù)碼管不太亮；電流過大，7段數(shù)碼管容易損壞。限流電阻的選取為： R = 5 - 發(fā)光二極管的工作電壓/發(fā)光二極管的工作電流。一般發(fā)光二極管的工作電壓在1.8V-2.2V。理論上我暫時按照3V/10m =300來設計，實際阻值的大小，可以在調(diào)試中再調(diào)整 在六路電子搶答器的設計中，我們選擇了7SEG-MPX4-CC即四個共陰二極管顯示器，其1、2、

15、3、4是陰公共端，分別對應4個共陰二極管顯示器；ABCDEFG DP表示共陰八段數(shù)碼管，高電平時點亮，DP表示小數(shù)點。如下列圖1所示為六路電子搶答器顯示電路連接方式。 圖1 其中P0口控制八段數(shù)碼管所要顯示的內(nèi)容，即P0口輸出段選信號；P2口的0、1、2 I/O口分別控制顯示器的第1、3、4位，即P2口輸出位選信號；排阻RP2作為上拉電阻使用。P0口作為I/O口輸出的時候時 輸出低電平為0 輸出高電平，給所接的負載提供電流，因此必須接上拉電阻電阻連接到VCC，由電源通過這個上拉電阻給負載提供電流。而其它三個端口芯片內(nèi)部已經(jīng)設置有上拉功能，無需外接上拉電阻。 3.3時鐘電路設計 時鐘電路用于產(chǎn)生

16、MCS-51單片機工作時所必須的時鐘控制信號。其內(nèi)部電路在時鐘信號控制下，嚴格地按時序執(zhí)行指令進行工作。在執(zhí)行指令時，CPU首先要到程序存儲器中取出需要執(zhí)行的指令操作碼，然后譯碼，并由時序電路產(chǎn)生一系列控制信號去完成指令所規(guī)定操作。本設計采用12MHz晶振和兩個30uF瓷片電容，他們構成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。該電容的大小影響振蕩器頻率的上下、振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。為單片機提供標準時鐘。其中兩個瓷片電容起微調(diào)作用。如圖2： 圖2 3.4復位電路設計復位引腳RST通過一個斯密特觸發(fā)器與復位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，在每個機器周期的S5P2，斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復位電路采樣一次

17、，然后才能得到內(nèi)部復位操作所需要的信號。復位電路通常采用上電自動復位和按鈕復位兩種方式。該設計采用加電直接復位，復位電容采用1nF，電阻1000歐。加電瞬間，RES管腳為高電平。通過電阻回路放電，使電壓逐漸降為零，從而實現(xiàn)了復位功能。如圖3： 圖3 3.5 搶答電路設計 搶答電路使用了AT89C51的P3口，由6位選手分別控制6個按鍵來實現(xiàn)搶答，P3口的0、1、2、3、4、5分別接1號、2號、3號、4號、5號、6號選手，用于選手進行搶答。如下列圖4所示為六路電子搶答器搶答電路。 圖4 3.6 音樂電路設計 P1.7接蜂鳴器電路的三極管基極，當P1.7為高電平時三極管導通，蜂鳴器工作發(fā)聲 原理如

18、圖5 圖5 3.7主持人控制電路設計 在六路電子搶答器的設計中，控制電路使用了AT89C51的P0口，由主持人控制按鍵實現(xiàn)相應的功能。P1.0接“系統(tǒng)清零按鈕，用于主持人進行復位清零；P1.1、P1.2分別接“搶答時間+1、 “搶答時間-1按鈕，用于主持人對搶答時間進行加1、減1；P1.3、P1.4分別接“答題時間+1、“答題時間-1按鈕，用于主持人對答題時間進行加1、減1；P1.5接“開始搶答按鈕，用于主持人控制搶答的開始。原理圖如下列圖6 圖6第四章 Proteus系統(tǒng)仿真4.1 六路搶答器系統(tǒng)供電，系統(tǒng)自動清零LED顯示屏顯示F FF,此時p1.7口低電平三極管基級處于低電平，蜂鳴器不工

19、作狀態(tài)。4.2假設主持人還未按下開始搶答鍵，就有選手搶答例如六號選手搶答，那么系統(tǒng)鎖定六號。在LED顯示屏上顯示6 FF 并且蜂鳴器一直處于報警狀態(tài)，只有當主持人按下復位鍵，系統(tǒng)才清零4.3主持人正常按下開始鍵，進入30s搶答時間假設此期間無人搶答，倒計時5s的時候，每隔一秒蜂鳴器報警一次，時間結束LED顯示F 88 4.4在開始搶答30s內(nèi)，假設5號選手搶答那么系統(tǒng)鎖定5號，開始進入60s答復時間。LED顯示5 60 ；蜂鳴器三極管基級高電平發(fā)短暫聲，直到60s答復時間結束系統(tǒng)顯示5 88 倒計時5s同時也有蜂鳴器提醒4.5在任何情況下主持人可按下系統(tǒng)清零按鍵對系統(tǒng)進行清零，以恢復到系統(tǒng)通電

20、時的初始狀態(tài)，此時LCD顯示F FF4.6搶答時間+ 搶答時間 范圍1-99s4.7答復時間+ 答復時間1-99s第五章 程序設計#include<reg52.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit beep=P17;sbit key1=P10;/系統(tǒng)清零sbit key2=P11;/搶答時間+sbit key3=P12;/搶答時間-sbit key4=P13;/ 答題時間+sbit key5=P14;/ 答題時間-sbit key6=P15;/系統(tǒng)開始uchar code table13 = 0x3f,

21、0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0xf1,0x01,0x08;uchar temp1=30,temp2=60; /temp1為搶答時間，tmep2為答題時間uchar num1,num2,count,flag=0;/* 名稱 : Delay_1ms()* 功能 : 延時子程序，延時時間為 1ms * x* 輸入 : x (延時一毫秒的個數(shù))* 輸出 : 無*/void Delay(uint i)uchar x,j;for(j=0;j<i;j+)for(x=0;x<=148;x+);void Delay_xiaodou() /

22、按鍵消抖函數(shù)uchar i=70;while(i-)P0 = 0;P2 = 0xfe; /選擇P2.0位數(shù)碼管點亮P0 = tablenum1; /賦值段碼給P0口Delay(2); /延時0.002秒P0 = 0;P2 = 0xfd; /選擇P2.1位數(shù)碼管點亮P0 = tablenum2/10; /賦值段碼給P0口Delay(2); /延時0.002秒P0 = 0;P2 = 0xfb; /選擇P2.2位數(shù)碼管點亮P0 = tablenum2%10; /賦值段碼給P0口Delay(2); /延時0.002秒void dispaly()P0 = 0;P2 = 0xfe; /選擇P2.0位數(shù)碼管

23、點亮P0 = tablenum1; /賦值段碼給P0口Delay(2); /延時0.002秒P0 = 0;P2 = 0xfd; /選擇P2.1位數(shù)碼管點亮if(num2=100)P0 = table10; /賦值段碼給P0口elseP0 = tablenum2/10;/賦值段碼給P0口Delay(2); /延時0.002秒P0 = 0;P2 = 0xfb; /選擇P2.2位數(shù)碼管點亮if(num2=100)P0 = table10; /賦值段碼給P0口elseP0 = tablenum2%10;/賦值段碼給P0口Delay(2); /延時0.002秒void key() if(key1=0)

24、num1=10; num2=100; /時間初始化 TR0=0; count=0; flag=0; beep=0; if(key2=0) if(temp1>=1&&temp1<99) /控制搶答時間在199s范圍內(nèi) temp1+; num2=temp1; num1=11; /顯示調(diào)搶答時間模式 Delay_xiaodou();/按鍵消抖 if(key3=0) if(temp1>1&&temp1<=99) /控制搶答時間在199s范圍內(nèi) temp1-; num2=temp1; num1=11; /顯示調(diào)搶答時間模式 Delay_xiaodo

25、u();/按鍵消抖 if(key4=0) if(temp2>=1&&temp2<99) /控制答題時間在199s范圍內(nèi) temp2+; num2=temp2; num1=12; /顯示調(diào)搶答時間模式 Delay_xiaodou();/按鍵消抖 if(key5=0) if(temp2>1&&temp2<=99)/控制答題時間在199s范圍內(nèi) temp2-; num2=temp2; num1=12; /顯示調(diào)搶答時間模式 Delay_xiaodou();/按鍵消抖 if(key6=0) TR0=1;beep=1;num1=10; num2=t

26、emp1; /時間初始化count=0; flag=0; void var()/數(shù)據(jù)處理if(num2=0)TR0=0;num2=88;beep=1;Delay_xiaodou(); beep=0;void key_qiangda()if(P3!=0XFF&&flag=0) /如果有按鍵按下if(TR0=0)/未開中斷，即未開始搶答num2=100;switch(P3)case 0xfe:num1=1;break;case 0xfd:num1=2;break;case 0xfb:num1=3;break;case 0xf7:num1=4;break;case 0xef:num1=5;break;case 0xdf:num1=6;break;flag=1;beep=1;else /翻開中斷，即開始搶答 if(P3!=0XFF&&flag=0) num2=temp2;count=0;switch(P3)case 0xfe:num1