抢答器(报告).doc

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1、广西交通职业技术学院信息工程系毕业设计作品报告书题 目：大屏幕竞赛抢答器的设计课 程 数字电路的设计与制作 班 级 电信07-1班 学 号 姓 名 陈治宇 指导教师 陈正振(技师) 罗宜春 二O一O 年 六月目 录摘 要1一、作品设计要求及目标21.1 设计要求21.2 设计目标2二、作品设计方案论证与比较32.1各模块方案选择和论证32.2方案比较3三、系统工作原理33.1抢答器总体方框图33.2硬件设计（单片机的最小系统）43.3 数码管显示电路5四、系统程序流程图6五、系统测试与分析7六、设计制作总结8七、致谢词8八、参考文献8附录一：系统电路图9附录二：系统主要元件清单10附录三：系统

2、程序清单11摘 要 此次设计提出了用AT89C51单片机为核心控制元件,设计一个简易的抢答器， 本方案以AT89C51单片机作为主控核心，与发光二极管、数码管、蜂鸣器等构成硬件操作，再利用C语言编程，来控制抢答器的功能实现。本设计的系统实用性强、判断精确、操作简单、扩展功能强。其实在以往企业或学校等举行自己搞的知识竞赛中，都是主持人读题，观众选手得安静仔细听题目，有条件的花上万元买个电子抢答器，算是给知识竞赛赛场添彩了。大多依靠主持人发挥水平，选手和观众渴望的类似电视台的节目效果难以实现。与电视播放的那些竞赛场面对照选手坐在显示器前答题，观众看着大屏幕显示题目和答案，大屏幕有抢答显示计分排行等

3、，绚丽的画面有节奏的音乐差距很大，但这些都不是电视台的专利，利用竞赛软件，运用互动式多媒体技术，将竞赛题目制作成演示程序。通过投影仪大屏幕或电视墙在现场播放，给观众强烈的视听感受，凝聚竞赛现场气氛。通过选手面前的显示器，为参赛队员提供最直接的看题效果，保证队员对题目的正确理解。而我们设计的抢答器节省的不小的开支，还能直观公正的看清哪位选手先抢答到题并有主持人来往下读题目。它的功能实现是有主持人按键来控制总开关，主持人按下开关那么选手开始抢答，此时数码管开始060计数，并且选手们必须在规定的时间内进行抢答，若过了60秒还没抢答那么抢答失效，选手们若有一个在规定的时间内抢答成功则其余的选手不可以再

4、抢答，在数码管上会显示哪位选手抢答到题目及其所用的时间。关键词：AT89C52单片机、动态显示一、作品设计要求及目标1.1 设计要求(1) 能实现至少8路的抢答功能；(2) 要求用数码管显示当前抢答成功的通道号；(3) 抢答器具有倒计时功能，当倒计时到零，抢答键无效；(4) 具备抢答启动开关，开关按下后方能有效抢答，开关没按下而提前抢答的通道，视为犯规用LED（数码管或发光二极管）提示。1.2 设计目标 1、设计一个智力竞赛抢答器，可同时供8名选手或8个代表队参加比赛，他们的编号分别为0、1、2、3、4、5、6、7，各用一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相对应，分别为S0-S7。 2、给节目

5、主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零（编号显示数码管灭灯）和抢答的开始。 3、抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，编号立即锁存，并在LED数码管行显示出选手的编号，同时扬声器给出音响提示。此外，要封锁输入电路，禁止其他选手抢答。优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。 4、抢答器具有定时抢答的功能，且一次抢答的时间可以由主持人设定（比如30s）。当节目主持人启动“开始”键后，要求定时器立即减计时，并用显示器显示，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续时间0.5s左右。 5、参赛选手在设定的时间内抢答，抢答有效，定时显示器停止工作，显示器上显示选手的编号

6、和抢答时刻的时间，并保持到主持人将系统清零为止。 6、如果定时器抢答的时间已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效，系统短暂报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器上显示00。二、作品设计方案论证与比较2.1各模块方案选择和论证方案一：用三态触发器CD4043构成总线数据锁存器，4043和一个与非门芯片器及一片反向器芯片构成的总线数据锁存器。此处的与非门作为一个数据选通器，反向器是数据缓冲作用。但是4043是一块CMOS系列的芯片他要求的正常工作电压与74系列的有所不同，而且其要构成一个锁存器还需要别的芯片辅助，考虑到成本及电路匹配还有对芯片理解程度问题这个方案本小组决定不使用。方案二

7、：用AT89S52单片机来实现对抢答器的设置。电路如下：该系统采用MCS-51系列单片机AT89S52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性。 2.2方案比较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AT89S52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

8、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。三、系统工作原理 3.1抢答器总体方框图本系统采用AT89S52单片机作为控制核心，通过单片机键盘扫描来实现对抢答器时间的加减、实现对抢答的开始，控制系统的清零和八路选择手的抢答功能，通过数码管来显示抢答的倒计时间和抢答选手的编号。通过对整个电路部分的比较设计，得出整体系统如下图所示。键盘控制电路声光提示与报警电路LED数码显示 AT89S52单片机控制系统3.2硬件设计（单片机的最小系统）52单片机的最小系统电路图:说明: 复位电路:由电

9、容串联电阻构成,由图并结合电容电压不能突变的性质,可以知道,当系统一上电,RST脚将会出现高电平,并且,这个高电平持续的时间由电路的RC值来决定.典型的51单片机当RST脚的高电平持续两个机器周期以上就将复位,所以,适当组合RC的取值就可以保证可靠的复位.一般教科书推荐C 取10u,R取8.2K.当然也有其他取法的,原则就要让RC组合可以在RST脚上产生不少于2个机周期的高电平；复位输入高电平有效，当振荡器工作是，RST引脚出现两个机器周期以上的高电平，使单片机复位。此电路除具有上电复位功能外，若要复位只需按“RST”键，此电源Vcc经电阻分压，在RST端产生一个复位高电平；晶振电路:典型的晶

10、振取11.0592MHz(因为可以准确地得到9600波特率和19200波特率,用于有串口通讯的场合)/12MHz(产生精确的方波便于12分频,方便定时操作)； 单片机:一片AT89S51/52或其他51系列兼容单片机； 注意:对于31脚(EA/Vpp),当接高电平时,单片机在复位后从内部ROM的0000H开始执行；当接低电平时,复位后直接从外部ROM的0000H开始执行； 电源部分：接+5伏特的电压。 3.3 数码管显示电路LED显示器，实现七段数码管的显示三位十六进制数。来进行倒计时，即来限制抢答的时间。其中数码管的显示可以分为两种：静态显示和动态显示。静态显示的段选位和位选位均单独连接，因

11、此占用的I/O接口多，无法扩展多个数码管，在这种采用这种方式，必须要给LED恒定的电压，要求电压一直保持，所以一般在LED和单片机之间加锁存器，这种显示方式亮度高，编程较简单，结构清晰，管理也较简单，占用的CPU时间少。 动态显示驱动：数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共端COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只

12、要将需要显示的数码管选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为12ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。从电路上，按数码管的接法不同又分为共阴和共阳两种。图1-1 是共阴和共阳极数码管的内部电路，它们的发光原理是一样的，只是它们的电源极性不同而已。其数码管的外形如下图所

13、示：四、系统程序流程图模式三（进入抢答倒计时间设定）主控程序八路选手抢答模式二（进入抢答选手分数设定）模式一（进入抢答开始和系统清零）按键开关扫描初始化判断何种工作模式显示预处理显示子程序开始五、系统测试与分析系统调试包括硬件调试和软件调试，而且两者是密不可分的。我们设计好的硬件电路和软件程序，只有经过联合调试，才能验证其正确性；软硬件的配人情况以及是否达到设计任务的要求，也只有经过调试，才能发现问题并加以解决、完善，最终开发成实用产品。硬件调试分单元电路调试和联机调试，单元电路试验在硬件电路设计时已经进行，这里的调试只是将其制成印刷电路板后试验电路是否正确，并排除一些加工工艺性错误（如错线、

14、开路、短路等）。这种调试可单独模拟进行，也可通过开发装置由软件配合进行。硬件联机调试则必须在系统软件的配合下进行。软件调试一般包括分块调试和联机调试两个阶段。程序的分块调试一般在单片机开发装置上进行，可根据所调程序功能块的入口参量初值编制一个特殊的程序段，并连同被调程序功能块一起在开发装置上运行；也可配合对应硬件电路单独运行某程序功能块，然后检查是否正确，如果执行结果与预想的不一致，可以通过单步运行或设置断点的方法，查出原因并加以改正，直到运行结果正确为止。这时该 程序功能块已调试完毕，可去掉附加程序段。其它程序功能块可按此法进行调试。程序联机调试就是将已调试好的各程序功能块按总体结构联成一个

15、完整程序，在所研制的硬件电路上运行。从而试验程序整体运行的完整性、正确性和与硬件电路的配合情况。在联调中可能会有某些支路上的程序、功能块因受条件制约而得不到相应的输入参数，这时，调试人员应创造条件进行模拟调试。在联调中如发现硬件问题也应及时修正，直到单片机系统的软件、硬件全部调试成功为止。系统调试完成后，还要进行一段时间的试运行，从而检验系统的稳定性和抗干扰能力，验证系统功能是否达到设计要求，是否达到预期的效果。六、设计制作总结经过一个多月的努力作品总算是完成了，当然事实上这次的实训我们认为是那么久以来焊接比较少的一次实训了，当然虽然觉得简单但是并不代表就不会出现问题，就像说这回使用的数码管单

16、想要驱动它我们小组就总结除了几个方案，我们也从这一次的实训中发现自己的分析能力变得比以前更加的强了，说句实话过去的实训有些地方是还弄不明白的出现问题也是胡乱的找路子没有进行过系统的分析与总结，但是这回不同出现的问题是经过程序重新测试、电路板分块检查等一系列系统的分析方法才总结出的解决方案。同时我们也意识到要学的东西还是有很多的，打个比方就像这种大的数码管实现之前只是又见到过没有具体用过，于是乎当大数码管到手后直接按过去对数码管的认识进行制作，才发现大管型数码管管脚排列等各方面是与小管型数码管不一样的，经过这样的一道坎我们明白对刚刚接触的东西首先要先弄清它的使用方法其次在深入了解他的结构及工作方

17、式，这样才能使得工作起来事半功倍，换成做人的道理也是一样的，要时刻保有一颗好奇求知的心但是接触新事物时不能盲目的认定其含义，要充分的了解它才能在适当的时候运用上新学的的知识。七、致谢词感谢系老师为我们提供这个综合学习的机会，是我们分析与解决实际问题的能力以及动手能力有了很大的提升。同时我还要感谢个科任老师，正是由于你们的帮助和支持我才能克服一个个困难和疑惑直至本文的顺利完成。在此我还要感谢给过我关心和帮助的同学及朋友，在这三年中让我们一起渡过了美好的时光。八、参考文献1、 MCS-51单片机原理及接口技术 北京电子工业出版社 主编：汪徳彪2、 单片机原理与应用 北京交通大学出版社 主编：王效华

18、 张咏梅网络资源： 附录一：系统电路图附录二：系统主要元件清单序号元件名称元件规格型号数量备注1AT89S5212七段数码管13发光二极管8红色4电阻85.1K5电容210F6电容222pF7蜂鸣器18按键开关17轻触开关9电阻81K附录三：系统程序清单#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar code led=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;uchar code bittab=0xf8,0xf4,0xf2,0xf1;sbit l1=P

19、34;sbit l2=P35;sbit l3=P36;sbit l4=P37;sbit a1=P10;uchar a,b,j;uchar i=10;void delay(uint t)uint tt; while(t-)for(tt=0;tt4)j=1; if(j=1) P2=bittab3; P0=leda; if(j=2)P2=bittab2; P0=0xbf; if(j=3)P2=bittab1; P0=ledi/10; if(j=4) P2=bittab0; P0=ledi%10;void time() interrupt 1 uchar t ; TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; t+; if(t=100)t=0; i-;if(i=0)TR0=0;P1=0xfd;b=1; void main() EA=1; ET0=1;ET1=1; TMOD=1; TR1=1; while(1) if(b=1&P1!=0xfe)P1=0xfd;keyboard1();