搶答器課程設(shè)計(jì)說明書

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>　　在知識競賽中，特別是在做搶答題時，在搶答的過程中，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、一個系統(tǒng)來完成這個任務(wù)。如果在實(shí)際的搶答中直接靠人的視覺或者聽覺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)編程來設(shè)計(jì)搶答器，可以使以上問題變得簡單，容易解決，即使兩組選手的搶答時間值相差幾微妙，也能輕松的分辨出哪一組或哪一個選手先搶答到題的。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)作為整個控制核心?？刂葡到y(tǒng)的三個模塊為：顯示模塊、存儲模塊、搶答開關(guān)模塊。該系統(tǒng)通過開關(guān)電路四個按鍵輸入搶答

7、信號；利用一個數(shù)碼管來完成顯示的功能；用按鍵來讓選手進(jìn)行搶答，經(jīng)過單片機(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)整個搶答過程。</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>　　隨著我國經(jīng)濟(jì)和文

8、化的高速發(fā)展，在很多公開競爭場合要求有公正的競爭裁判，比如科技競賽、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，實(shí)現(xiàn)起來很困難。</p><p>　　在目前的市場上，普通搶答器要幾百塊錢，價格比較昂貴。因此我們設(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，同時又增加一些實(shí)用的功能，并簡化了其電路結(jié)構(gòu)。

9、這樣制作出來的搶答器電路簡單、成本較低、操作方便、靈敏可靠、具有較高的實(shí)用推廣價值。</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)制作一個搶答器，具體要求如下：</p><p>　　設(shè)計(jì)一個智力競賽搶答器，可以同時供8名選手參加比賽，編號為1—8，各用一個按鈕。</p><p>　　給主持人

10、設(shè)置一個控制開關(guān)，來控制系統(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，如果有選手按動搶答按鈕，立即鎖存編號，并在靜態(tài)LED數(shù)碼管上顯示選手的編號。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 涉及知識點(diǎn)</p><p>　　本項(xiàng)目需要掌握和

11、了解如下知識點(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)匯編語言級程序設(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存儲器【1】。有40

13、個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內(nèi)含2個外中端口，2個16位可編程定時計(jì)數(shù)器，2個全雙工串行通信口，片上Flash允許程序存儲器在系統(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存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲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，下面對這幾部分進(jìn)行介紹：</p><p><b>　　主持人按鍵</b></p><p>　　使用一個常用按鈕和一個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，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個常開按鈕開關(guān)和8個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，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。</p><p><b>　　數(shù)碼管顯示</b></p><p>　　靜態(tài)LED數(shù)

16、碼管只有8個引腳，要想顯示數(shù)字編號，必須先對接收到的信號進(jìn)行處理。我們將通過編程直接使用靜態(tài)LED數(shù)碼管顯示，以達(dá)到簡化電路，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，我們設(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)輸入信號對系統(tǒng)進(jìn)行響應(yīng)的控制；選手按下響應(yīng)的按鍵后，提交輸入信號給系統(tǒng)；數(shù)碼管顯示最先按下按鍵的選手的編號，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>　　顯示電路用了一個七段LED數(shù)碼管，它是共陽極的，由高電平點(diǎn)亮?？梢灾苯咏邮誂T89C51單片機(jī)傳送的信號。我們要使其顯示數(shù)字，就必須對其接收的信號進(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)提交一個按下的信息就夠了，設(shè)計(jì)并不復(fù)雜，硬件電路簡單。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 時鐘電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　在引腳XTAL1和XTAL2外接晶體振蕩器（簡稱晶振）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鐘信號比較穩(wěn)定，實(shí)用電路中使用較多。</p><p>　　圖2-3-5 時鐘電路</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其進(jìn)行描述。總體框圖中的各個子模塊或各個子任務(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)暫停現(xiàn)行的程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行另一個程序，處理發(fā)生的事件，處理完畢后自動返回原來的程序繼續(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，簡單方便，對接口沒有限制，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程，即設(shè)定查詢某些固定接口，直到某個接口發(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>　　我們設(shè)計(jì)的搶答器的程序采用的是匯編語言和C語言兩種設(shè)計(jì)。</p><p>　　首先我們用匯編語言進(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，我們再加入發(fā)音與密碼鎖的功能。程序的主要設(shè)計(jì)如下，源程序詳見附錄A。</p><p>　　TABLE:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,8

27、0H ；共陽極數(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</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</p><p>　　CPL A ；搶答

29、信號求反</p><p>　　JZ LOOP1 ；如果沒有搶答信號則再返回LOOP1，繼續(xù)接收信號</p><p>　　LOOP2:RRC A；有搶答信號則逐次移動判斷是哪一位搶答</p><p>　　INC R4；每移動一位，R4標(biāo)志位加1</p><p>　　JNC LOOP2；沒有遇到搶答信號則返

30、回LOOP2繼續(xù)移位</p><p>　　MOV A,R4 ；遇到搶答信號，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>　　匯編語言編程完成以后，再進(jìn)行C語言程序設(shè)計(jì)，完成的功能和匯編語言程序一樣。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口接收按鍵動作</p><p>　　

34、{ switch(P0) //如果P0口接收到信號，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號選手，P3口顯示數(shù)組第二個數(shù)據(jù)</p><p>　　case 0xfd: P3 = SEG_TAB[ 2 ]; break; //判斷為2號選手，P3口顯示數(shù)組第三個數(shù)據(jù)</p&

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

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

37、: P3 = SEG_TAB[ 8 ]; break; //判斷為8號選手，P3口顯示數(shù)組第九個數(shù)據(jù)</p><p>　　default: break; //判斷為其他信號</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，接下來需要先進(jìn)行仿真，調(diào)試無誤后才能連接實(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來導(dǎo)入HEX文件，然后運(yùn)行系統(tǒng)。運(yùn)行無誤后，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。通過對這一年所學(xué)知識的回顧，并充分發(fā)揮對所學(xué)知識的理解和對本次課程設(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)。撰寫論文的過程也是

42、對專業(yè)知識的學(xué)習(xí)過程，它使我運(yùn)用已有的專業(yè)基礎(chǔ)知識，對其進(jìn)行設(shè)計(jì)，分析和解決一個理論問題或?qū)嶋H問題，把專業(yè)知識轉(zhuǎn)化為能力的實(shí)際訓(xùn)練。培養(yǎng)了我運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力。</p><p>　　通過這次課設(shè)我發(fā)現(xiàn)，只有理論水平提高了，才能將課本上的知識與實(shí)踐相結(jié)合，理論知識服務(wù)于實(shí)踐教學(xué)，以增強(qiáng)自己的動手能力。這個實(shí)驗(yàn)十分有意義，我獲得了很深刻的經(jīng)驗(yàn)。通過這次課程設(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法得知的知識。</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)際問題為目的，還要與實(shí)踐相結(jié)合，通過自己動手來解決問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的鞏固，又有助于帶動實(shí)踐，解決實(shí)際問題，加強(qiáng)我們的動手能力和解決問題的能力。</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,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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