搶答器課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 前言1</b></p><p><b>　　2 正文1</b></p><p>　　2.1 搶答器的概述及制作要求1</p><p>　　2.1.1 搶答器的概述1</p>&

2、lt;p>　　2.1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)和要求1</p><p>　　2.1.3 涉及知識(shí)點(diǎn)1</p><p>　　2.2 單片機(jī)芯片的選擇及模塊性能分析1</p><p>　　2.2.1 單片機(jī)芯片的選擇1</p><p>　　2.2.2 模塊性能分析2</p><p>　　2.3 電路設(shè)計(jì)2</p

3、><p>　　2.3.1 電路原理圖2</p><p>　　2.3.2 顯示電路的設(shè)計(jì)3</p><p>　　2.3.3 選手按鍵電路的設(shè)計(jì)3</p><p>　　2.3.4 主持人按鍵電路的設(shè)計(jì)3</p><p>　　2.3.5 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)3</p><p>　　2.3.6 復(fù)位電路

4、的設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.3.7 發(fā)音電路的設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.4 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.4.1 搶答器流程圖4</p><p>　　2.4.2 中斷程序4</p><p>　　2.4.3 主程序設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.5 實(shí)物連接6&

5、lt;/p><p><b>　　3 致謝7</b></p><p><b>　　4 參考文獻(xiàn)7</b></p><p><b>　　1前言</b></p><p>　　在知識(shí)競(jìng)賽中，特別是在做搶答題時(shí)，在搶答的過(guò)程中，為了更加確切的知道哪一組選手或哪一位選手先搶答到題，必須要有

6、一個(gè)系統(tǒng)來(lái)完成這個(gè)任務(wù)。如果在實(shí)際的搶答中直接靠人的視覺(jué)或者聽(tīng)覺(jué)是很難判斷出哪一組或哪一位選手先搶到題的。利用單片機(jī)編程來(lái)設(shè)計(jì)搶答器，可以使以上問(wèn)題變得簡(jiǎn)單，容易解決，即使兩組選手的搶答時(shí)間值相差幾微妙，也能輕松的分辨出哪一組或哪一個(gè)選手先搶答到題的。本文主要介紹搶答器的工作原理和設(shè)計(jì)，以及他的實(shí)際用途。本系統(tǒng)采用89C51單片機(jī)作為整個(gè)控制核心?？刂葡到y(tǒng)的三個(gè)模塊為：顯示模塊、存儲(chǔ)模塊、搶答開關(guān)模塊。該系統(tǒng)通過(guò)開關(guān)電路四個(gè)按鍵輸入搶答

7、信號(hào)；利用一個(gè)數(shù)碼管來(lái)完成顯示的功能；用按鍵來(lái)讓選手進(jìn)行搶答，經(jīng)過(guò)單片機(jī)的處理后，在數(shù)碼管上顯示出是哪一組先搶答到題的，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)搶答過(guò)程。</p><p><b>　　2正文</b></p><p>　　2.1 搶答器的概述及制作要求</p><p>　　2.1.1 搶答器的概述</p><p>　　隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和文

8、化的高速發(fā)展，在很多公開競(jìng)爭(zhēng)場(chǎng)合要求有公正的競(jìng)爭(zhēng)裁判，比如科技競(jìng)賽、拍賣交易等，因此出現(xiàn)了搶答器這一高科技工具。搶答器一般是由很多電路組成的，線路復(fù)雜，可靠性不高，功能也比較單一，特別是當(dāng)搶答的路數(shù)太多時(shí)，實(shí)現(xiàn)起來(lái)很困難。</p><p>　　在目前的市場(chǎng)上，普通搶答器要幾百塊錢，價(jià)格比較昂貴。因此我們?cè)O(shè)計(jì)了以單片機(jī)為核心的智能搶答器，不僅保留了原始搶答器的基本功能，同時(shí)又增加一些實(shí)用的功能，并簡(jiǎn)化了其電路結(jié)構(gòu)。

9、這樣制作出來(lái)的搶答器電路簡(jiǎn)單、成本較低、操作方便、靈敏可靠、具有較高的實(shí)用推廣價(jià)值。</p><p>　　2.1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)和要求</p><p>　　基于AT89C51單片機(jī)設(shè)計(jì)制作一個(gè)搶答器，具體要求如下：</p><p>　　設(shè)計(jì)一個(gè)智力競(jìng)賽搶答器，可以同時(shí)供8名選手參加比賽，編號(hào)為1—8，各用一個(gè)按鈕。</p><p>　　給主持人

10、設(shè)置一個(gè)控制開關(guān)，來(lái)控制系統(tǒng)的清零和搶答的開始。</p><p>　　搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存功能、顯示功能。搶答開始后，如果有選手按動(dòng)搶答按鈕，立即鎖存編號(hào)，并在靜態(tài)LED數(shù)碼管上顯示選手的編號(hào)。此外，還要封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答，最先搶答的選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。</p><p>　　2.1.3 涉及知識(shí)點(diǎn)</p><p>　　本項(xiàng)目需要掌握和

11、了解如下知識(shí)點(diǎn)：</p><p><b>　　+5V電源原理</b></p><p>　　單片機(jī)復(fù)位電路工作原理</p><p><b>　　按鍵電路的設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　數(shù)碼管特性及使用</b></p><p>　　AT89C51

12、單片機(jī)功能及引腳排布</p><p>　　單片機(jī)匯編語(yǔ)言級(jí)程序設(shè)計(jì)</p><p>　　2.2 單片機(jī)芯片的選擇及模塊性能分析</p><p>　　2.2.1 單片機(jī)芯片的選擇</p><p>　　本次課設(shè)使用的是Atmel公司推出的AT89C51芯片，它是一種低功效、高性能的CMOS8位微控制器，具有8K可編程Flash存儲(chǔ)器【1】。有40

13、個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中端口，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，2個(gè)全雙工串行通信口，片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適用于常規(guī)編程器【2】。其將通用的.微處理器和Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)成本【3】。</p><p>　　2.2.2 模塊性能分析</p><p>　　模塊主要分為AT89C5

14、1芯片、電源電路、主持人按鍵、選手按鍵和數(shù)碼管顯示等部分，下面對(duì)這幾部分進(jìn)行介紹：</p><p><b>　　主持人按鍵</b></p><p>　　使用一個(gè)常用按鈕和一個(gè)電阻組成主持人按鍵的輸入電路。按鈕為自復(fù)式常開按鈕開關(guān)，一般情況下輸入端為高電平，當(dāng)主持人按下按鍵時(shí)，輸入低電平，系統(tǒng)將清零，搶答將重新開始。</p><p><b&

15、gt;　　選手按鍵</b></p><p>　　利用8個(gè)常開按鈕開關(guān)和8個(gè)電阻組成搶答器的輸入電路。按鈕為自復(fù)式常開按鈕開關(guān)，分別作為8位搶答按鈕，一般情況下鎖存器的輸入端為高電平，當(dāng)有選手按下按鍵時(shí)，輸入低電平，數(shù)碼管顯示器上立即顯示相應(yīng)的選手編號(hào)。</p><p><b>　　數(shù)碼管顯示</b></p><p>　　靜態(tài)LED數(shù)

16、碼管只有8個(gè)引腳，要想顯示數(shù)字編號(hào)，必須先對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行處理。我們將通過(guò)編程直接使用靜態(tài)LED數(shù)碼管顯示，以達(dá)到簡(jiǎn)化電路，節(jié)省成本的目的。</p><p><b>　　2.3 電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.3.1 電路原理圖</p><p>　　根據(jù)以上的分析，我們?cè)O(shè)計(jì)出基于AT89C51單片機(jī)的搶答器電路原理圖，工作原理為：電

17、源電路為單片機(jī)提供標(biāo)準(zhǔn)+5V電源；單片機(jī)作為主控制器，根據(jù)輸入信號(hào)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行響應(yīng)的控制；選手按下響應(yīng)的按鍵后，提交輸入信號(hào)給系統(tǒng)；數(shù)碼管顯示最先按下按鍵的選手的編號(hào)，直到主持人清零；主持人按下清零按鍵，數(shù)碼管清零，系統(tǒng)重新開始進(jìn)行搶答。</p><p>　　根據(jù)搶答器的基本功能，可以設(shè)計(jì)出如下的單片機(jī)外圍電路：</p><p>　　圖2-3-1.1 總體設(shè)計(jì)框圖</p>&l

18、t;p>　　圖2-3-1.2 總體設(shè)計(jì)</p><p>　　2.3.2 顯示電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　顯示電路用了一個(gè)七段LED數(shù)碼管，它是共陽(yáng)極的，由高電平點(diǎn)亮?？梢灾苯咏邮誂T89C51單片機(jī)傳送的信號(hào)。我們要使其顯示數(shù)字，就必須對(duì)其接收的信號(hào)進(jìn)行處理。選手按下按鍵后，先由程序選擇數(shù)碼管將要顯示的內(nèi)容，再將處理后的信號(hào)提交給數(shù)碼管，以完成顯示特定信息的功能。</p&g

19、t;<p>　　圖2-3-2 顯示電路</p><p>　　2.3.3 選手按鍵電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　選手按鍵只要向系統(tǒng)提交一個(gè)按下的信息就夠了，由程序自行判斷是哪位選手按下的按鍵，設(shè)計(jì)并不復(fù)雜，硬件電路簡(jiǎn)單。搶答器的選手按鍵輸入電路如下：</p><p>　　圖2-3-3 選手按鍵電路</p><p>　　2.3.4

20、 主持人按鍵電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　主持人按鍵只要向系統(tǒng)提交一個(gè)按下的信息就夠了，設(shè)計(jì)并不復(fù)雜，硬件電路簡(jiǎn)單。搶答器的主持人按鍵輸入電路如下：</p><p>　　圖2-3-4 主持人按鍵電路</p><p>　　2.3.5 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　在引腳XTAL1和XTAL2外接晶體振蕩器（簡(jiǎn)稱晶振）或陶瓷諧振器，就構(gòu)成

21、了內(nèi)部振蕩方式。由于單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，當(dāng)外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器，并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖。晶振通常選用6MHz、12MHz或24MHz。內(nèi)部振蕩方式如圖1所示。圖中電容器C1,C2起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用。電容值一般為5~30pF。內(nèi)部振蕩方式所得的時(shí)鐘信號(hào)比較穩(wěn)定，實(shí)用電路中使用較多。</p><p>　　圖2-3-5 時(shí)鐘電路</p><p>　　2.3.6 復(fù)

22、位電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　復(fù)位操作完成單片機(jī)片內(nèi)電路的初始化，使單片機(jī)從一種確定的狀態(tài)開始運(yùn)行。</p><p>　　圖2-3-6 復(fù)位電路</p><p>　　2.3.7 發(fā)音電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　采用普通5V成品小蜂鳴器。</p><p>　　圖2-3-6 發(fā)音電路</p><

23、p>　　2.4 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)</p><p>　　2.4.1 搶答器流程圖</p><p>　　流程圖是使用圖形表示算法思路的一種極好的表示方法，不論采用何種程序設(shè)計(jì)方法，程序總體結(jié)構(gòu)確定后，一般以程序流程圖的形式對(duì)其進(jìn)行描述。總體框圖中的各個(gè)子模塊或各個(gè)子任務(wù)也應(yīng)該結(jié)合具體的數(shù)學(xué)模型和算法畫出較詳細(xì)的程序流程圖，供后面編寫具體程序和閱讀程序使用【4】。流程圖如下：</p>

24、;<p>　　圖2-4-1 搶答器主程序流程圖</p><p>　　2.4.2 中斷程序</p><p>　　中斷是指由于某種事件的發(fā)生，計(jì)算機(jī)暫?，F(xiàn)行的程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行另一個(gè)程序，處理發(fā)生的事件，處理完畢后自動(dòng)返回原來(lái)的程序繼續(xù)運(yùn)行【5】。</p><p>　　在搶答中，程序要等待選手或主持人按下按鍵才能繼續(xù)運(yùn)行，要完成這個(gè)功能有兩種方法：1、查詢方式

25、；2、中斷方式。使用單片機(jī)的中斷系統(tǒng)需要編寫代碼對(duì)單片機(jī)進(jìn)行設(shè)置，并且使用固定的接口，非常不方便。使用查詢的方式不需要對(duì)單片機(jī)進(jìn)行設(shè)置，只要在需要的地方編寫程序代碼就行，簡(jiǎn)單方便，對(duì)接口沒(méi)有限制，可以使用單片機(jī)上任意的借口完成。這里我們使用查詢的方式完成等待的過(guò)程，即設(shè)定查詢某些固定接口，直到某個(gè)接口發(fā)生變化，系統(tǒng)繼續(xù)執(zhí)行下去，否則就一直查詢下去。</p><p>　　2.4.3 主程序設(shè)計(jì)</p>

26、<p>　　我們?cè)O(shè)計(jì)的搶答器的程序采用的是匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言兩種設(shè)計(jì)。</p><p>　　首先我們用匯編語(yǔ)言進(jìn)行設(shè)計(jì)，本次設(shè)計(jì)的主程序中包括LED顯示程序以及按鍵控制子程序，在完成目標(biāo)的前提下，我們?cè)偌尤氚l(fā)音與密碼鎖的功能。程序的主要設(shè)計(jì)如下，源程序詳見(jiàn)附錄A。</p><p>　　TABLE:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,8

27、0H ；共陽(yáng)極數(shù)碼管顯示代碼表：012345678</p><p>　　MAIN:MOV P2,#0FFH ；P2口設(shè)置為高電平，準(zhǔn)備接收信號(hào)</p><p>　　MOV R4,#0 ；R4的位標(biāo)志清零</p><p>　　MOV A,R4 ；R4位標(biāo)志值送A寄存</p><p>　　AGAIN:MOV DPT

28、R,#TABLE ；設(shè)定共陽(yáng)極數(shù)碼管代碼表的首地址</p><p>　　MOVC A,@A+DPTR；取出顯示0的代碼送寄存器A</p><p>　　MOV P3,A ；將A的內(nèi)容送P3口顯示</p><p>　　LOOP1:MOV A,P0；接收P0口的搶答信號(hào)</p><p>　　CPL A ；搶答

29、信號(hào)求反</p><p>　　JZ LOOP1 ；如果沒(méi)有搶答信號(hào)則再返回LOOP1，繼續(xù)接收信號(hào)</p><p>　　LOOP2:RRC A；有搶答信號(hào)則逐次移動(dòng)判斷是哪一位搶答</p><p>　　INC R4；每移動(dòng)一位，R4標(biāo)志位加1</p><p>　　JNC LOOP2；沒(méi)有遇到搶答信號(hào)則返

30、回LOOP2繼續(xù)移位</p><p>　　MOV A,R4 ；遇到搶答信號(hào)，把R4標(biāo)志位的值送A</p><p>　　MOVC A,@A+DPTR；將相應(yīng)的數(shù)碼管顯示代碼送A</p><p>　　MOV P3,A；將A的值送P3口顯示</p><p>　　LOOP3:JNB P2.0,MAIN；查詢主持人是否按下

31、按鍵，按下則返回主程序，重新開始</p><p>　　SJMP LOOP3 ；主持人沒(méi)有按下按鍵，返回繼續(xù)查詢，直到主持人按下為止</p><p>　　匯編語(yǔ)言編程完成以后，再進(jìn)行C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)，完成的功能和匯編語(yǔ)言程序一樣。在此基礎(chǔ)上添加了額外的功能，按鍵被按下后能發(fā)出聲音。主要程序設(shè)計(jì)如下，源程序詳見(jiàn)附錄B。</p><p>　　unsigned cha

32、r code SEG_TAB[ ] ={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80}; //定義顯示用的數(shù)組0-8</p><p>　　void main(void) //主程序</p><p>　　{ while(1) //持續(xù)循環(huán)</p><p>　　{ P2=0x0ff

33、; //設(shè)定初值，定義P2口為1111 1111H</p><p>　　P3 = SEG_TAB[ 0 ]; //設(shè)定初值，P3口顯示數(shù)組中的第一個(gè)數(shù)據(jù)</p><p>　　for(P0=0x0ff;P0!=0x0ff;P0=P0) //外層循環(huán)，設(shè)定初值，定義P0口為 1111 1111H，等待P0口接收按鍵動(dòng)作</p><p>　　

34、{ switch(P0) //如果P0口接收到信號(hào)，則判斷是哪一位選手按下的按鍵</p><p>　　{ case 0xfe: P3 = SEG_TAB[ 1 ]; break; //判斷為1號(hào)選手，P3口顯示數(shù)組第二個(gè)數(shù)據(jù)</p><p>　　case 0xfd: P3 = SEG_TAB[ 2 ]; break; //判斷為2號(hào)選手，P3口顯示數(shù)組第三個(gè)數(shù)據(jù)</p&

35、gt;<p>　　case 0xfb: P3 = SEG_TAB[ 3 ]; break; //判斷為3號(hào)選手，P3口顯示數(shù)組第四個(gè)數(shù)據(jù)</p><p>　　case 0xf7: P3 = SEG_TAB[ 4 ]; break; //判斷為4號(hào)選手，P3口顯示數(shù)組第五個(gè)數(shù)據(jù)</p><p>　　case 0xef: P3 = SEG_TAB[ 5 ]; break;

36、//判斷為5號(hào)選手，P3口顯示數(shù)組第六個(gè)數(shù)據(jù)</p><p>　　case 0xdf: P3 = SEG_TAB[ 6 ]; break; //判斷為6號(hào)選手，P3口顯示數(shù)組第七個(gè)數(shù)據(jù)</p><p>　　case 0xbf: P3 = SEG_TAB[ 7 ]; break; //判斷為7號(hào)選手，P3口顯示數(shù)組第八個(gè)數(shù)據(jù)</p><p>　　case 0x7f

37、: P3 = SEG_TAB[ 8 ]; break; //判斷為8號(hào)選手，P3口顯示數(shù)組第九個(gè)數(shù)據(jù)</p><p>　　default: break; //判斷為其他信號(hào)</p><p><b>　　} </b></p><p>　　for(P2=0x0ff;P2!=0x0ff;P2=P2) //內(nèi)層循環(huán)，等待接收P2

38、口的按鍵動(dòng)作</p><p>　　{P0=0x0ff; //設(shè)定初值，定義P0口為1111 1111H使得外層循環(huán)能繼續(xù)進(jìn)行</p><p>　　P2=0x0ff;//設(shè)定初值，定義P2口為1111 1111H使得內(nèi)層循環(huán)能繼續(xù)進(jìn)行</p><p>　　P3 = SEG_TAB[ 0 ];//設(shè)定初值，P3口顯示數(shù)組中的第一個(gè)數(shù)據(jù)</p>&l

39、t;p><b>　　}}}}</b></p><p><b>　　2.5 實(shí)物連接</b></p><p>　　電路設(shè)計(jì)與程序設(shè)計(jì)都已經(jīng)完成，接下來(lái)需要先進(jìn)行仿真，調(diào)試無(wú)誤后才能連接實(shí)物。我們需要先使用Keil軟件進(jìn)行編程，產(chǎn)生HEX文件，之后使用Proteus 7 Professional來(lái)導(dǎo)入HEX文件，然后運(yùn)行系統(tǒng)。運(yùn)行無(wú)誤后，再連接

40、開發(fā)板，寫入程序。</p><p>　　按照電路圖連接開發(fā)板</p><p>　　圖2-5.1 實(shí)物連接</p><p><b>　　燒錄程序</b></p><p>　　使用PZISP自動(dòng)下載軟件進(jìn)行程序的燒錄，需要選擇芯片類型、波特率與hex文件。</p><p><b>　　運(yùn)行操

41、作</b></p><p>　　圖2-5.2 運(yùn)行開發(fā)板</p><p><b>　　3致謝</b></p><p>　　我在這一次搶答器的設(shè)計(jì)中受益匪淺。通過(guò)對(duì)這一年所學(xué)知識(shí)的回顧，并充分發(fā)揮對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解和對(duì)本次課程設(shè)計(jì)論文的思考及書面表達(dá)能力，最終完成了。這為自己今后進(jìn)一步深化學(xué)習(xí)，積累了一定的寶貴的經(jīng)驗(yàn)。撰寫論文的過(guò)程也是

42、對(duì)專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)過(guò)程，它使我運(yùn)用已有的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)，分析和解決一個(gè)理論問(wèn)題或?qū)嶋H問(wèn)題，把專業(yè)知識(shí)轉(zhuǎn)化為能力的實(shí)際訓(xùn)練。培養(yǎng)了我運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。</p><p>　　通過(guò)這次課設(shè)我發(fā)現(xiàn)，只有理論水平提高了，才能將課本上的知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合，理論知識(shí)服務(wù)于實(shí)踐教學(xué)，以增強(qiáng)自己的動(dòng)手能力。這個(gè)實(shí)驗(yàn)十分有意義，我獲得了很深刻的經(jīng)驗(yàn)。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我知道了理論和實(shí)際的距離，也知道了理論和實(shí)際

43、相結(jié)合的重要性，也從中得到了很多書本上無(wú)法得知的知識(shí)。</p><p>　　我們的學(xué)習(xí)不但要立足與書本，以解決理論和實(shí)際教學(xué)中的實(shí)際問(wèn)題為目的，還要與實(shí)踐相結(jié)合，通過(guò)自己動(dòng)手來(lái)解決問(wèn)題比只用腦子想更加深刻。學(xué)習(xí)就應(yīng)該采取理論與實(shí)踐結(jié)合的方式，理論的問(wèn)題，也就是實(shí)踐性的課題。這種做法既有助于完成理論知識(shí)的鞏固，又有助于帶動(dòng)實(shí)踐，解決實(shí)際問(wèn)題，加強(qiáng)我們的動(dòng)手能力和解決問(wèn)題的能力。</p><p&g

44、t;<b>　　4參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 李明喜.新型電子密碼鎖的設(shè)計(jì)[J].機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新,2004,(03);</p><p>　　[2] 祖龍起,劉仁杰.一種新型可編程密碼鎖[J].大連輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),2002,(01);</p><p>　　[3] 葉啟明.單片機(jī)制作的新型安全密碼鎖[J].家庭電子,2005,

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