【毕业设计论文】单片机课程八路抢答器设计.doc

物理与机电学院课程设计报告
课程名称: 单片机八路抢答器设计
系部: 物理与机电工程
专业班级: 07电子信息工程(二)班
学生姓名: 肖乐强
指导教师: 翁国云老师
完成时间: 2010-5-25
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评阅教师日期
单片机八路抢答器设计
摘要
抢答器作为一种工具,已广泛应用于各种智力和知识竞赛场合。但抢答器的使用频率较低,且有的要么制作复杂,要么可靠性低。作为一个单位,如果专门购一台抢答器虽然在经济上可以承受,但每年使用的次数极少,往往因长期存放使(电子器件的)抢答器损坏,再购置的麻烦和及时性就会影响活动的开展,因此设计了本抢答器。
本设计是以八路抢答为基本理念。考虑到依需设定限时回答的功能,利用AT89C51单片机及外围接口实现的抢答系统,利用单片机的定时器/计数器定时和记数的原理,将软、硬件有机地结合起来,使得系统能够正确地进行计时,同时使数码管能够正确地显示时间。用开关做键盘输出,扬声器发生提示。同时系统能够实现:在抢答中,只有开始后抢答才有效,如果在开始抢答前抢答为无效;抢答限定时间和回答问题的时间可在1-99s设定;可以显示是哪位选手有效抢答和无效抢答,正确按键后有音乐提示;抢答时间和回答问题时间倒记时显示,满时后系统计时自动复位及主控强制复位;按键锁定,在有效状态下,按键无效非法。
设计任务与要求
1、抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛,分别用8个按钮S0 ~ S8表示。
2、设置一个系统清除和抢答控制开关S,该开关由主持人控制。
3、抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮,锁存相应的编号,并在LED数码管上显示,同时扬声器发出报警声响提示。选手抢答实行优先锁存,优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。
4、抢答器具有定时抢答功能,且一次抢答的时间由主持人设定(如30秒)。当主持人启动"开始"键后,定时器进行减计时,同时扬声器发出短暂的声响,。
5、参赛选手在设定的时间内进行抢答,抢答有效,定时器停止工作,显示器上显示选手的编号和抢答的时间,并保持到主持人将系统清除为止。
6、如果定时时间已到,无人抢答,本次抢答无效,系统报警并禁止抢答,定时显示器上显示00 。
二、方案设计与论证
方案一:系统各部分采用中小规模集成数字电路,用机械开关按钮作为控制开关,完成抢答输入信号的触发。该方案的特点是中小规模集成电路应用技术成熟,性能可靠,能方便地完成选手抢答的基本功能,但是由于系统功能要求较高,所以电路连接集成电路相对较多,而且过于复杂,并且制作过程工序比较烦琐,使用不太方便。
方案二:该系统采用51系列单片机AT89C51作为控制核心,该系统可以完成运算控制、信号识别以及显示功能的实现。由于用了单片机,使其技术比较成熟,应用起来方便、简单并且单片机周围的辅助电路也比较少,便于控制和实现。整个系统具有极其灵活的可编程性,能方便地对系统进行功能的扩张和更改。MCS-51单片机特点如下:
<1>可靠性好:单片机按照工业控制要求设计,抵抗工业噪声干扰优于一般的CPU,程序指令和数据都可以写在ROM里,许多信号通道都在同一芯片,因此可靠性高,易扩充。
<2>单片机有一般电脑所必须的器件,如三态双向总线,串并行的输入及输出引脚,可扩充为各种规模的微电脑系统。
<3> 控制功能强:单片机指令除了输入输出指令,逻辑判断指令外还有更丰富的条件分支跳跃指令。
方案比较及其选用依据,显然方案二比方案一简单的多,不但从性能上优于方案一,而且在使用上及其功能的实现上都较方案一简洁,并且由于单片机具有优越的高集成电路性,使其工作速度更快、效率更高。另外80C51单片机采用12MHz的晶振,提高了信号的测量精度,并且使该系统可以通过软件改进来扩张功能。而方案一采用了中小规模集成电路,有其复杂的电路性能,从而可能会使信号的输入输出产生延时及不必要的误差。依此依据选择方案二比较适合。
其原理框图如下:
抢答按扭
优先编码电路
锁存器
译码电路
译码显示
主持人控制开关
控制电路
报警电路
秒脉冲产生电路
定时电路
译码电路
显示电路
三、硬件电路设计
1、抢答器的电路框图
     如图11、1所示为电路框图。其工作原理为:接通电源后,主持人将开关拨到“清除”状态,抢答器处于禁止状态,编号显示器灭灯,定时器显示设定时间;主持人将开关置,“开始”状态,宣布“开始”抢答器工作。定时器倒计时,扬声器给出声响提示。选手在定时时间内抢答时,抢答器完成:优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。当一轮抢答之后,定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。如果再次抢答必须由主持人再次操作"开始、停止"状