《單片機的最簡連線搶答器》課程設(shè)計說明書

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著我國經(jīng)濟和文化事業(yè)的發(fā)展，在很多公開競爭場合要求有公正的競爭裁決，諸如證券、股票交易及各種智力競賽等,因此出現(xiàn)了搶答器。</p><p>　　搶答器作為一種工具，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種智力和知識競賽場合。本設(shè)計以八路智力競賽搶答器為基本概念，從實際應(yīng)用出發(fā),利用電子設(shè)計自動化( EDA)技術(shù),用數(shù)字、模擬

2、電子器件設(shè)計具有擴充功能的搶答器。該搶答器的設(shè)計利用Multisim11完成了原理圖設(shè)計和電路仿真，具有數(shù)字顯示、倒計時顯示、編碼譯碼功能，應(yīng)用效果良好。</p><p>　　關(guān)鍵詞:　電子設(shè)計自動化；數(shù)字電子技術(shù)；搶答器；仿真</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Along with our countr

3、y economic and cultural development of the cause, competition situation requires a fair competition award, such as securities, stock trading and various intelligence contest, hence the responder</p><p>　　Res

4、ponder is a tool that has been widely used in various intelligence and knowledge competitions occasions. The design to eight-way quiz Responder basic concepts, from the practical application, the use of electronic design

5、 automation (EDA) technology, with digital, analog electronics design extension of the answering device. The design of the Responder use Multisim11 completed the schematic design and circuit simulation, with digital disp

6、lay, countdown shows, coding and decoding functions, with</p><p>　　Key words: EDA; digital electronic technology; Responder; Simulation</p><p>　　單片機的最簡連線搶答器</p><p><b>　　一、實驗?zāi)康?/p>

7、</b></p><p>　　通過單片機的最簡連線搶答器的設(shè)計實驗，要求學(xué)生回顧所學(xué)單片機的基礎(chǔ)理論和基礎(chǔ)實驗，掌握組合電路、時序電路、編程器件和任意集成電路的綜合使用及設(shè)計方法，熟悉掌握優(yōu)先編碼器、觸發(fā)器、計數(shù)器、單脈沖觸發(fā)器、555電路、譯碼/驅(qū)動電路的應(yīng)用方法，熟悉掌握時序電路的設(shè)計方法。達到數(shù)字實驗課程大綱所要求掌握的基本內(nèi)容。</p><p><b>　　二

8、、設(shè)計要求與內(nèi)容</b></p><p><b>　　2.1設(shè)計要求</b></p><p>　?、?搶答成功和違規(guī)搶答均可LED顯示；</p><p>　?、?搶答鍵的權(quán)目為8個；</p><p>　　⑶ 搶答LED顯示延時5S；</p><p>　　⑷ 搶答信號處理過程分為有效、未

9、搶答、違規(guī)。</p><p><b>　　2.2設(shè)計內(nèi)容</b></p><p>　?。?）搶答器一般是由很多電路組成的，線路復(fù)雜，可靠性不高，功能也比較簡單，特別是當(dāng)搶答路數(shù)很多時，實現(xiàn)起來就更為困難。因此我們設(shè)計了以單片機為核心的新型智能的搶答器，在保留了原始搶答器的基本功能的同時又增加一系列的實用功能并簡化其電路結(jié)構(gòu)。</p><p>　

10、?。?）搶答控制：設(shè)計AN0～AN7為8個搶答鍵。P0.0～P0.7為8路搶答信號輸入端。當(dāng)有搶答鍵按下時,對應(yīng)輸入端為低電平“0”反之為高電平“1”。AN8為搶答啟動鍵。</p><p>　?。?）顯示控制：違規(guī)搶答信號和第一有效搶答信號都由LED顯示。</p><p><b>　　三、設(shè)計及原理</b></p><p>　　3.1 總體方案

11、設(shè)計</p><p>　　3.1.1 設(shè)計思路</p><p>　?、俦绢}的根本任務(wù)是準(zhǔn)確判斷出第一搶答者的信號并將其鎖存。實現(xiàn)這一功能可選擇使用觸發(fā)器或鎖存器等。在得到第一信號之后應(yīng)立即將電路的輸入封鎖，即使其他組的搶答信號無效。同時還必須注意，第一搶答信號應(yīng)該在主持人發(fā)出搶答命令之后才有效。</p><p>　?、诋?dāng)電路形成第一搶答信號之后，用編碼、譯碼及數(shù)碼顯

12、示電路顯示出搶答者的組別，也可以用發(fā)光二極管直接指示出組別。</p><p>　?、墼谥鞒秩藳]有按下開始搶答按鈕前，參賽者的搶答開關(guān)無效；當(dāng)主持人按下開始搶答按鈕后，開始進行30秒倒計時，此時，若有組別搶答，顯示該組別并使搶答指示燈亮表示“已有人搶答”；當(dāng)計時時間到，仍無組別搶答，則計時指示燈滅表示“時間已到”，主持人清零后開始新一輪搶答。、</p><p>　　3.1.2 總電路框圖&l

13、t;/p><p>　　圖 3.1總電路框圖</p><p>　　3.2 各模塊設(shè)計方案及原理說明</p><p>　　3.2.1 搶答顯示模塊</p><p>　　此部分電路主要完成的功能是實現(xiàn)8路選手搶答并進行鎖存，同時有相應(yīng)發(fā)光二極管點亮和數(shù)碼顯示。使用優(yōu)先編碼器 74LS148 和鎖存器 74LS297 來完成。該電路主要完成兩個功能：一是

14、分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號，同時譯碼顯示電路顯示編號（顯示電路采用七段數(shù)字?jǐn)?shù)碼顯示管）；二是禁止其他選手按鍵，其按鍵操作無效。在使用傳統(tǒng)的數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管具有：低能耗、低損耗、低壓、壽命長、耐老化、防曬、防潮、防火、防高（低）溫，對外界環(huán)境要求低，易于維護，同時其精度高，稱量快，精確可靠，操作簡單。數(shù)碼顯示是采用BCD編碼顯示數(shù)字，程序編譯容易，資源占用較少。 靜態(tài)顯示，電路圖中所示。顯示器由9個共陽極數(shù)碼管組成。輸

15、入只有兩個信號，它們是串行數(shù)據(jù)線DIN和移位信號CLK。9個串/并移位寄存器芯片74LS148首尾相連，每片的并行輸出作為LED數(shù)碼管的段碼74LS148的引腳圖如圖3-2所示74LS148為8位串入并出移位寄存器，1、2為串行輸入端，Q0-Q7為并行輸出端，CLK為移位時鐘脈沖上升沿移入一位；MR為清零端，低電平時并行輸出為零。</p><p>　　圖3.2 74LS148引腳圖</p><

16、p>　　4LS148的輸入端和輸出端低電平有效。~是輸入信號，~為三位二進制編碼輸出信號，＝1時，編碼器禁止編碼，當(dāng)＝0時，允許編碼。是技能輸出端，只有在＝0，而~均無編碼輸入信號時為0。為優(yōu)先編碼輸出端，在＝0而~的其中之一有信號時，＝0。~各輸入端的優(yōu)先順序為：級別最高，級別最低。如果＝0（有信號），則其它輸入端即使有輸入信號，均不起作用，此時輸出只按編碼，＝000。優(yōu)先編碼被廣泛用于計算機控制系統(tǒng)中，當(dāng)有多個外設(shè)申請中斷時，

17、優(yōu)先編碼器總是給優(yōu)先級別高的設(shè)備先編碼。</p><p>　　圖3.3譯碼顯示電路</p><p>　　進制譯碼器是將輸入的二進制代碼的各種狀態(tài)按特定含義翻譯成對應(yīng)輸出信號的電路。也稱為變量譯碼器。若輸入端有n位，代碼組合就有2n個，當(dāng)然可譯出2n個輸出信號。</p><p>　　顯示譯碼器由譯碼輸出和顯示器配合使用，最常用的是BCD七段譯碼器。其輸出是驅(qū)動七段字形

18、的七個信號，常見產(chǎn)品型號有74LS48、74LS47等。</p><p>　　字符顯示器：分段式顯示是將字符由分布在同一平面上的若干段發(fā)光筆劃組成。電子計算器，數(shù)字萬用表等顯示器都是顯示分段式數(shù)字。而LED數(shù)碼顯示器是最常見的。通常有紅、綠、黃等顏色。LED的死區(qū)電壓較高，工作電壓大約1.5~3V，驅(qū)動電流為幾十毫安。74LS47譯碼驅(qū)動器輸出是低電平有效，所以配接的數(shù)碼管須采用共陽極接法；而74LS48譯碼驅(qū)動

19、器輸出是高電平有效，所以，配接的數(shù)碼管須采用共陰極接法。數(shù)碼管常用型號有BS201、BS202等。共陰式LED數(shù)碼管，使用時，公陰極接地，7個陽極a~g由相應(yīng)的BCD七段譯碼器來驅(qū)動。 </p><p>　　3.2.2 倒計時電路</p><p>　　圖 3.4 倒計時模塊原理圖</p><p>　　該部分主要由555 定時器秒脈沖產(chǎn)生電路、十進制同步加減計數(shù)器74

20、LS192 減法計數(shù)電路、74LS48 譯碼電路和 2 個 7 段數(shù)碼管即相關(guān)電路組成。完成的功能是當(dāng)主持人按下開始搶答按鈕后，進行30s倒計時，到0s時倒計時指示燈亮。當(dāng)有人搶答時，計時停止。兩塊74LS192 實現(xiàn)減法計數(shù)，通過譯碼電路 74LS48 顯示到數(shù)碼管上，其時鐘信號由時鐘產(chǎn)生電路提供。74LS192 的預(yù)置數(shù)控制端實現(xiàn)預(yù)置數(shù)30s，計數(shù)器的時鐘脈沖由秒脈沖電路提供。按鍵彈起后，計數(shù)器開始減法計數(shù)工作，并將時間顯示在共陰極

21、七段數(shù)碼顯示管上，當(dāng)有人搶答時，停止計數(shù)并顯示此時的倒計時時間；如果沒有人搶答，且倒計時時間到時， 輸出低電平到時序控制電路，控制報警電路報警，同時以后選手搶答無效。</p><p>　　3.2.3硬件模塊方案</p><p>　　主控制器模塊：采用AT89C51單片幾機控制 </p><p>　　搶答器顯示模塊：數(shù)碼管顯示 </p><p>

22、;　　電源方案的選擇：采用三端穩(wěn)壓器電路 </p><p>　　搶答器鍵盤模塊：獨立式鍵盤 </p><p>　　計分器顯示模塊：采用帶有鎖存功能的移位寄存器74LS595芯片 </p><p>　　計分器鍵盤模塊：行列式鍵盤 </p><p>　　3.2.4計分器的電路設(shè)計 </p><p>　　主控制器采用AT89

23、C51單片機作為微處理器，AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含4K bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash 存儲單元。 計分器的工作原理是采用最小系統(tǒng)，用4x4鍵盤來輸入是選手需要加減進行分?jǐn)?shù)的加減輸入

24、。主板上的6個數(shù)碼顯示，加幾分的數(shù)，按確定鍵后分?jǐn)?shù)值從串口p3.0，p3.1傳到計分器顯示模塊上再通過數(shù)碼管驅(qū)動模塊顯示原理圖如圖3-5所示</p><p>　　圖3.5計分器原理圖</p><p>　　3.2.5 搶答器的電路設(shè)計</p><p>　　搶答器的工作原理是采用單片機最小系統(tǒng)，用查詢式鍵盤進行搶答。通過搶答按鍵模塊，連接按鍵進行搶答。其工作原理為： 主

25、持人按清零鍵后，選手可按鍵搶答，單片機鎖存信號，屏蔽外界信號。串顯示編號，并有丁冬聲輸出。搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。搶答器原理如圖3-6。</p><p>　　如圖3.6搶答器原理圖</p><p><b>　　四、程序流程</b></p><p><b>　　4.1 軟件設(shè)計</b></p>

26、;<p>　　4.1開始程序流程圖</p><p>　　4.2開始搶答程序流程圖</p><p>　　4.3判斷犯規(guī)程序流程圖</p><p>　　4.4答題程序流程圖</p><p><b>　　4.5加減分流程圖</b></p><p><b>　　五、電路仿真<

27、/b></p><p><b>　　5.1 搶答電路</b></p><p>　　第2路搶答器搶答后的顯示，同時發(fā)光二極管指示燈發(fā)光，如下圖：</p><p>　　圖 5.1 搶答電路仿真</p><p>　　CTR端的示波器波形：</p><p>　　如圖，撥動開關(guān)后，CTR上跳，有人搶

28、答時，CTR下跳</p><p>　　圖 5.2 CTR端仿真曲線</p><p><b>　　5.2 倒計時電路</b></p><p>　　倒計時開始后開始計數(shù)，同時倒計時指示燈亮直到倒數(shù)到0秒熄滅，如下圖：</p><p>　　圖 5.3 倒計時電路仿真</p><p>　　在BO1和B

29、O2端放置示波器，波形如圖：</p><p>　　計時器個位減到0時，BO1出現(xiàn)一個下跳；計時器十位減到0時，BO2出現(xiàn)一個下跳。</p><p>　　圖 5.4 BO1端仿真曲線</p><p>　　圖 5.5 BO2端仿真曲線</p><p>　　六、收獲、體會和建議</p><p>　　這次課程設(shè)計的電路是比較復(fù)

30、雜的。雖然以前在模電、Protel課程設(shè)計中接觸過一些電子電路，但在初期還是感到無從下手。在整個電路的設(shè)計過程中，花費時間最多的是各個單元電路的連接及電路的細節(jié)設(shè)計上，在多種方案的選擇中，仔細比較分析其原理以及可行的原因，最后還是在通多次對電路的改進，終于使整個電路可穩(wěn)定工作。設(shè)計過程中，深刻的體會到在設(shè)計過程中，需要反復(fù)實踐，其過程很可能相當(dāng)煩瑣，有時花很長時間設(shè)計出來的電路還是需要重做，那時心中未免有點灰心，有時還特別想放棄，此時更

31、加需要靜下心，查找原因。設(shè)計思路是最重要的，只要你的設(shè)計思路是成功的，那你的設(shè)計已經(jīng)成功了一半。因此我們應(yīng)該在設(shè)計前做好充分的準(zhǔn)備，像查找詳細的資料，為設(shè)計的成功打下堅實的基礎(chǔ)。</p><p>　　設(shè)計單元電路階段，這個階段可以說是考察數(shù)電書本知識的階段。所有的設(shè)計方法還有步驟在數(shù)電書上都有，而且還有例題。這個階段遇到的主要問題就是以前的知識忘記不少，所以做設(shè)計的時候要常隨手翻閱課本，這個階段的難度也不是很大，

32、一般翻課本就可以找到答案并解決問題。</p><p>　　實驗階段可以說是這次設(shè)計中最重要的部分，因為以前的只是理論而不是真正的實體。所以說它是最重要的。實驗階段遇到的問題有：對軟件不熟悉；對實驗過程中信號的測量知識學(xué)習(xí)很少；因為各個模塊是分開做而后又組裝到一起的，所以兼容性不是很好（也就是不能融合為一個整體，部分工作能行但是接到一起就會出現(xiàn)問題）;針對以上幾個問題我們作出了以下的“對策”:軟件不熟悉，就借來參考

33、書，一步一步的對著學(xué)，而且老師給的資料上也有軟件的使用說明，所以隨著接觸的增加軟件也就越來越熟悉，這方面的問題不是太難因為一邊理論一邊學(xué)習(xí)正好是學(xué)習(xí)的好方法，而且也學(xué)的特別快。</p><p>　　另外就是要熟練地掌握課本上的知識，這樣才能對試驗中出現(xiàn)的問題進行分析解決。這是應(yīng)用課本知識的大好時機。</p><p>　　總之，通過這次練習(xí)有了很多收獲。在摸索該如何設(shè)計電路使之實現(xiàn)所需功能的

34、過程中，特別有趣，培養(yǎng)了我的設(shè)計思維，增強了動手能力。在改進電路的過程中，同學(xué)們共同探討，最后的電路已經(jīng)比初期設(shè)計有了很大提高。在體會到了設(shè)計電路的艱辛的同時，更體會到成功的喜悅和快樂。</p><p><b>　　電路的改進方案</b></p><p>　　在計時電路中加入運放和蜂鳴器運放外接12V電源并單獨接地，搶答時間結(jié)束時可以發(fā)出“滴……”的聲音表示報警。&l

35、t;/p><p><b>　　附錄</b></p><p>　　附：單片機程序計分器顯示程序（附1）//搶答器加減記分顯示程序2              DBUF    EQU              3

36、0H              ;三位顯示緩沖區(qū)首址              ORG              0000H              AJ

37、MP    MAIN              ORG      0030HMAIN:    MOV            SP,#60H             

38、 ACALL  KEYSCAN            ;調(diào)用鍵盤掃描子程序判斷是加分或減分              CJNE      A,#0EH,NEXT2    ;不是加分鍵,則轉(zhuǎn)移判斷是減分鍵?NEXT1:  ACALL

39、60; KEYSZ          ;是加分鍵,調(diào)用鍵盤設(shè)置子程序              ACALL  DISPLAY              ;調(diào)用串口靜態(tài)顯示子程序        &#

40、160;     SJMP      MAINNEXT2:  CJNE      A,#0FH,M</p><p>　　L4:          RLC        A        

41、0;         ;將按鍵左移一位              JNC        KEYIN          ;判斷C=0?有鍵按下則C=0,跳至KEYIN          &

42、#160;   INC        R1                ;C=1,則無鍵按下,將取碼指針值加1              DJNZ      R5,  L4   

43、;       ;4列掃描完畢了嗎?              MOV            A,    R3          ;掃描值載入        

44、0;     SETB      C                  ;C=1              RRC              A 

45、                ;掃描下一行(P1.3～P1.0)              MOV            R3,  A           

46、 ;存回掃描寄存器              JC          L3               </p><p>　　搶答器軟件程序（附2）#include <REGX51.H>#defin

47、e uchar unsigned char//共陰碼//uchar code table[]={0x00,0x60,0xda,0xf2,0x66,0xb6,0xbe,0xe0,0xfe };      /*代碼存儲區(qū)(64KB)*/  //共陽碼uchar code table[]={0x03,0x9f,0x25,0x0d,0x99,0xc2,0x41,0x1f,0x01,0xff };&

48、#160;             void delay (void)  {                  /* delay 函數(shù)*/  uchar i,j;             

49、60;   /*這個函數(shù)執(zhí)行時間的延遲 */      for (i=0;i<20;i++)              for(j=0;j<250;j++)              ;}    void main (