毕业设计（论文）-基于AT89C51单片机的八路智力抢答器设计.doc

中北大学信息商务学院2012 届毕业设计说明书 （仅供大家参考） 智力抢答器设计 摘 要：随着科学技术的不断发展，促使人们学科学、学技术、学知识的手段多 种多样。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，减少兴致。作为一个 单位若专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 长期存放使抢答器损坏，再购置的麻烦和及时性就会影响活动的展开，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、硬件有机的结合起来，使得系统能够正确地进行计时，同时 使 led 数码管能够正确的显示时间。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 199s 设定；可以显示是哪位选手有效 抢答，正确按键后有音乐提示；抢答时间和回答问题时间倒计时显示，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。 关键词：at98c51，抢答器，倒计时，报警 中北大学信息商务学院2009 届毕业设计说明书 design on intellectual answer devices abstract: with the continuous development of science and technology, promote learning science, science and technology, knowledge of the variety of means. with a tool for answer devices, this has been widely used in all kinds of intelligence and knowledge contests occasions. but answer devices are used for lower frequency, and some production complex or low reliability, and reduced interest. as a unit, if the purchase is a answer devices. although the economy can bear, each year the number is extremely small, because of the long-term storage answer devices for damage to the purchase of the trouble and timeliness of activities. the development will be affected, so this answer devices is designed. this design is eight road answer devices as the basic concept. by taking into account the need for setting time and limiting to answer the function, which uses at89c51 microcontroller and external interface of answer system, and uses scm timer/counter timing and the count principle, the software and hardware organically combined, which could allow the right to show time, and the led digital tube display to the correct time. switching with the keyboard output, speakers in tips. at the same time, system can be realized: in the answer only after the answer to be valid, it is invalid if at the beginning of answer before the answer; the answer time and answer the questions time can be set in the 1-99s; players who can show that it is effective, right after the music keys; answer time and answer the questions time will show countdown, over time, the system automatically rest control and mandatory reduction; keys locked in an effective state, the key is invalid illegal. key words: at89c51, answer devices, countdown, alarm 中北大学信息商务学院2009 届毕业设计说明书 第 i 页 共 ii 页 目录 1 引言1 1.1 课题研究的相关背景1 1.2 选题的目的和意义1 1.3 国内外研究现状2 1.4 抢答器目前存在的主要问题2 1.5 课题研究的内容2 2 抢答器的系统概述4 2.1 系统的主要功能4 2.2 系统需求分析5 2.3 抢答器的工作流程5 2.4 抢答器的工作过程6 2.5 at89c51 特殊功能寄存器7 2.6 at89c51 的功能及简介8 2.6.1 89 系列单片机的概况8 2.6.2 at89c51 单片机9 2.6.3 at89c51 单片机的内部结构10 2.6.4 各类型单片机的比较分析10 2.7 抢答器的优点及组成11 2.8 本章小结11 3 系统总体方案的设计13 3.1 硬件电路的设计13 3.2 总体原理图14 3.3 时钟频率电路的设计15 3.4 复位电路的设计15 3.5 显示电路的设计16 3.6 键盘扫描电路的设计18 3.7 发声19 中北大学信息商务学院2009 届毕业设计说明书 第 ii 页 共 ii 页 3.8 系统复位20 3.9 本章小结21 4 软件设计23 4.1 主程序系统结构图23 4.2 软件任务分析23 4.3 主要程序分析24 5 proteus 仿真34 5.1 proteus 总仿真图34 5.2 proteus 各功能仿真图35 5.2.1 抢答器复位仿真35 5.2.2 抢答器抢答时间+1 调整35 5.2.3 抢答器抢答时间-1 调整36 5.2.4 抢答器回答时间+1 调整36 5.2.5 抢答器回答时间-1 调整37 5.2.6 抢答开始后倒计时仿真37 5.2.7 抢答开始后五秒倒计时发声仿真38 5.2.8 八号选手抢答成功后倒计时仿真38 6 pcb 制版 7 总结39 参 考 文 献40 致 谢41 中北大学信息商务学院2009 届毕业设计说明书 第 1 页 共 41 页 1 1 引言引言 随着科学技术的不断发展，促使人们学科学、学技术、学知识的手段多种多 样。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，减少兴致。做为一个单位 若专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。 1.11.1 课题研究的相关背景课题研究的相关背景 抢答器是一种应用非常广泛的设备，在各种竞赛、抢答场合中，它能迅速、 客观地分辨出最先获得发言权的选手。早期的抢答器只由几个三极管、可控硅、 发光管等组成，能通过发光管的指示辩认出选手号码。现在大多数抢答器均使用 单片机(如 mcs-51 型)和数字集成电路，并增加了许多新功能，如选手号码显示、 抢按前或抢按后的计时、选手得分显示等功能。 本课题利用 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、计数器的定时和记数的原理，将软、硬件有机的结合起来，使得系统能够正 确地进行计时，同时使数码管能够正确的显示时间和选手号码。用开关做键盘输 出，扬声器发出报警声响提示。系统达到要求：1)同时供 8 名选手或 8 个代表队 比赛，分别用 8 个按钮 s0s7 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，声响持续的时间 0.5 秒左右。 1.21.2 选题的目的和意义选题的目的和意义 通过这次课程设计,掌握 51 单片机的原理,了解简单多功能抢答器组成原理， 初步掌握多功能抢答器的调整及测试方法，提高动手能力和排除故障的能力。同 时通过本课题设计与装配、调试，提高自己的动手能力，巩固已学的理论知识， 中北大学信息商务学院2009 届毕业设计说明书 第 2 页 共 41 页 建立单片机理论和实践的结合，了解多功能抢答器各单元电路之间的关系及相互 影响， 从而能正确设计、计算定时计数的各个单元电路。初步掌握多功能抢答器的调整 及测试方法。提高动手能力和排除故障的能力。 1.31.3 课题研究的内容课题研究的内容 本系统采用模块化设计智能抢答器，在抢答比赛中广泛应用，各组分别有一 个抢答按钮。主持人有开始和结束、复位键。在后台主持人可以修改，抢答时间 和选手回答问题的时间设置。通过加键和减键修改上述时间，改完后结束键确定。 新时间开始有效，主持人按键开始后，选手开始抢答为有效，led 显示屏显示抢 答时间倒计时和选手号，在最后五秒扬声器发生提示。如果主持人没有按下开始 键而选手就抢答视为犯规，数码显示屏显示犯规者的代号，扬声器持续发生。主 持人可按键结束，新一轮抢答开始。 通过研究并在设计验证后发现，采用单片机技术设计的抢答器与目前常用的 抢答器相比，首先，电路连接简单，因为大多数功能单元都通过程序设计在单片 机内部，第二，工作性能可靠，抗干扰能力优于目前抢答器。所以本研究是一个 实用的设计，具有创新性。 1.41.4 国内外研究现状国内外研究现状 抢答器作为一种电子产品，早已广泛应用于各种智力和知识竞赛场合，但目 前所使用的抢答器有的电路较复杂不便于制作,可靠性低，实现起来很困难；有的 则用一些专用的集成块 ,而专用集成块的购买又很困难。为适应高校等多代表队 单位活动的需要而设计一个多功能抢答器，这种抢答器具有电路简单，元件普通 ,易 于购买等优点,很好地解决了制作者制作困难和难于购买的问题。在国内外已经开 始了普遍的应用。 1.51.5 抢答器目前存在的主要问题抢答器目前存在的主要问题 随着改革开放事业的不断深入，促使人们学科学、学技术、学知识的手段多 种多样，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 器的使用频率校低，且有的要么制作复杂，要么可靠性低，减少兴致。作为一个 单位若专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 中北大学信息商务学院2009 届毕业设计说明书 第 3 页 共 41 页 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。 但目前多数抢答器存在三个不足之处：第一，现场线路连接复杂。因为每个 选 手位于抢答现场的不同位置，每个选手与控制台之间要有长长的连接线。选手越 多，连接线就越多、越乱，这些连接线不仅影响了现场的美观，而且降低了抢答 器的可靠性，增加了安装的难度，甚至影响了现场人员的走动。第二，电路复杂。 因为单片机只完成号码处理、计时、数据运算等功能，其它功能如选手号码的识 别、译码、计分显示等仍只能通过数字集成电路完成。采用单片机扫描技术识别 选手抢按号码时，电路的延迟时间较大。第三，选手抢按成功。 中北大学信息商务学院2009 届毕业设计说明书 第 4 页 共 41 页 2 2 抢答器的系统概述抢答器的系统概述 2.12.1 系统的主要功能系统的主要功能 本系统是借用单片机采用模块化设计的智能抢答器，主控与参赛者设为终端 分系统。参赛者分系统设有：抢答按纽、计时显示、提示功能等；主控分系统有： 开始与结束控制按钮、时限设定、各种相关显示调控功能等。 参赛者系统，除享有抢答按纽的权利功能外1，还有人性化的提示功能和时 间提示功能，也可设定由主控控制在参赛者终端表现的趣味性功能等；主控系统 的控制按钮做开始与结束控制，根据活动参赛者的层次，对提前抡答者的行为设 定为非法或阻隔，若设有非法抢答控制功能时，在主控处带有公示性显示的非法 抡答者的台位号，对抢答限时及回答问题限时设为倒计时式，并有公示性显示。 系统的主要功能模块方框图如 2.1 所示。 主控制器 复位电路 时钟频率 led 显示 发声器 键盘输入 图 2.1 系统主要功能模块 本系统采用模块化设计智能抢答器，在抢答比赛中广泛应用，各组分别有一 个抢答按钮。主持人有开始和结束复位键。在后台主持人可以修改，抢答时间和 选手回答问题的时间设置。通过加键和减键修改上述时间，改完后结束键确定。 新时间开始有效，主持人按键开始后，选手开始抢答为有效，数码显示屏显示抢 答时间倒计时和选手号，在最后五秒扬声器发生提示。如果主持人没有按下开始 键而选手就抢答视为犯规，数码显示屏显示犯规者的代号，扬声器持续发生。主 持人可按键结束，新一轮抢答开始。 抢答主板：抢答主板是整个抢答器的核心，其关键是单片机 at89c51。内部 中北大学信息商务学院2009 届毕业设计说明书 第 5 页 共 41 页 电 路设计用汇编语言编写。它完成了时间参数的设定，抢按号码的译码，保存；显 示；输出，抢按及答题倒计时功能等。 显示及指示：本设计中，有一个共阴的数码管组，四个数码管。其中两个显 示时间，一个空位，一个显示抢答号码。主持人依次按下复位键（reset） ，开始 键后开始抢答。可以抢按：超时数码管显示“fff” ，当抢按超过规定时间或答题 超过规定时间后数码管显“fff” 。若有选手在规定时间内抢按成功，则可以答题， 数码管显示抢答时间的同时也显示选手号码。若在按开始键前抢答表示违规，数 码管显示“ff”并显示选手号码。 2.22.2 系统需求分析系统需求分析 1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。 2抢答限定时间和回答问题的时间可是在 199s 设定。 3可以显示是哪位选手有效抢答和无效抢答，正确按键后有声音提示。 4抢答时间和回答问题时间倒记时显示，时间完后系统自动复位。 5按键锁定，在有效状态下，按键无效非法。 2.32.3 抢答器的工作流程抢答器的工作流程 抢答器的基本工作原理:在抢答竞赛或呼叫时2，有多个信号同时或不同时送 入主电路中，抢答器内部的寄存器工作，并识别、记录第一个号码，同时内部的 定时器开始工作，记录有关时间并产生超时信号。在整个抢答器工作过程中，显 示电路、语音电路等还要根据现场的实际情况向外电路输出相应信号。抢答器的 工作流程分为、系统复位、正常流程、违例流程等几部分，如图2.2所示，下面分 别予以介绍。 中北大学信息商务学院2009 届毕业设计说明书 第 6 页 共 41 页 加载程序 运 行 开始 开始数码管显示 fff 开始抢按时 间倒计时 开始前有选手抢按 显示违例选手号 码并伴有语音报 警 倒计时结 束，超时 有选手 抢按 显示 fff显示选手号码，倒计时 时间,语音报警，答题, 答题时间倒计时 正常流程违规流程 若超过答题时 间，则数码管 显示 fff 答题完毕 根据选手表现，规 则由主持人减分 图2.2 抢答器工作流程 2.42.4 抢答器的工作过程抢答器的工作过程 1如果想调节抢答时间或答题时间,按“抢答时间调整“键或“回答时间调整“ 键进入调节状态,此时会显示现在设定的抢答时间或回答时间值,如想加一秒按一 中北大学信息商务学院2009 届毕业设计说明书 第 7 页 共 41 页 下“加 1“键,如果想减一秒按一下“减 1“键，时间 led 上会显示改变后的时间，调 整范围为 099s, 0s 时再减 1s 会跳到 99，99s 时再加 1s 会变到 0s。 2主持人按“抢答开始“键，会有提示音，并立刻进入抢答倒计时，如有选手 抢答，会有提示音，并会显示其号数并立刻进入回答倒计时，不进行抢答查询， 所以只有第一个按抢答的选手有效。倒数时间到小于 5s 会每秒响一下提示音。 3如倒计时期间，主持人想停止倒计时可以随时按“停止“按键，系统会自动 进入准备状态，等待主持人按“抢答开始“进入下次抢答计时。 4如果主持人未按“抢答开始“键，而有人按了抢答按键，犯规抢答，led 上不断闪烁 ff 和犯规号数并响个不停，直到按下“停止“ 键为止。 总而言之，本课题利用at89c51单片机及外围接口实现的抢答系统设计了抢 答器，该抢答器增加了新功能、提高了系统的可靠性、简化了电路结构、节约了 成本，是一个实用的设计。 2.2.5 5 at89c51at89c51 特殊功能寄存器特殊功能寄存器 特殊功能寄存器也称专用寄存器，是具有特殊功能的所有寄存器的集合，简 称 sfr（special function register） 。特殊功能寄存器共含有 22 个不同寄存器。 它们的地址分配在 80hffh 中，即在 ram 地址中。这些寄存器的名称和地址见表 2.1。 表 2.1 at89c51 特殊功能寄存器列表 符 号地 址注 释 *acce0h 累加器 *bf0h 乘法寄存器 *pswd0h 程序状态字 sp81h 堆栈指针 dpl82h 数据存储器指针低 8 位 dph83h 数据存储器指针高 8 位 *iea8h 中断允许控制器 *ipd8h 中断优先控制器 *p080h 端口 0 *p190h 端口 1 中北大学信息商务学院2009 届毕业设计说明书 第 8 页 共 41 页 *p2a0h 端口 2 续表 2.1 at89c51 特殊功能寄存器列表 *p3b0h 端口 3 pcon87h 电源控制及波特率选择 *scon98h 串行口控制器 sbuf99h 串行数据缓冲器 *tcon88h 定时器控制 tmod89h 定时器方式选择 tl08ah 定时器 0 低 8 位 tl18bh 定时器 1 低 8 位 th08ch 定时器 0 低 8 位 th18dh 定时器 1 高 8 位 注：带*号的特殊功能寄存器都是可以位寻址的寄存器 虽然特殊功能寄存器地址在 80hffh 之中，但在 80hffh 的地址单元中， 不是所有的单元都被特殊功能寄存器占用，未被占用的单元，其内容是不确定的， 如果对这些单元进行操作，得到的是一些随机数，而写入则无效。所以，用户编 程时不应该将数据写入这些未确定的地址单元，它们是公司留待将来开发新产品 时使用的。 2.2.6 6 at89c51at89c51 的功能及简介的功能及简介 2.6.1 89 系列单片机的概况 at89c51 单片机是 atmal 公司 89 系列单片机的一种 8 位 flash 单片机。它 最大特点是片内含有 flash 存储器，用途十分广泛，特别是在生产便携式商品，手 提式仪器等方面，有着十分广泛的应用3。 1系列单片机的特点： 89 系列单片机是以 8031 为内核的产品，它与 51 系列单片机是兼容的。89 系 列单片机具有以下特点： 1)内部含有 flash 存储器，使用户在开发过程中十分容易修改程序缩短系统 的开发周期。可以重复多次编程，可根据需要对内部程序进行更新或升级。 中北大学信息商务学院2009 届毕业设计说明书 第 9 页 共 41 页 2)89 系列单片机的引脚和 at80c51 引脚座兼容，用 89 系列单片机可以代替 同档次的 at80c51 单片机，不需要对外围电路进行改动。 3)89 系列单片机采用静态时钟方式，可以节省电能，降低便携式设备的功耗。 2系列单片机的结构简介： 89 系列单片机的内部结构与 at80c51 相近，主要有以下部件： 1）31cpu；2）振荡电路；3）总线控制部件；4）中断控制部件；5）片内 flash 存储器；6）片内 ram；7）并行 i/o 接口；8）定时器；9）串行 i/o 接口。 89 系列的各种型号单片机，内部差别很大。例如，at89c1051 片内 flash 存储 器只有 1kb，而 at89c52、at89lv52 和 at89s8252 的片内 flash 存储器有 8kb。at89s8252 的结构最复杂，它的内部含有标准的串行口，还有一个串行的外 围接口 spi，watchdog 定时器，双数据指针等部件，以及电源下降的中断恢复功 能。 89 系列的单片机一共有五种型号，分别为 at89c51，at89lv51，at89c52，at89lv52 和 at89s8252，其中 at89lv51 和 at89lv52 分别是 at89c51 和 at89c52 的低压产品，最低电压可以低 2.7v，at89c1051 和 at89c2051 则是抵挡的低压产品，只有 20 根引脚。 89 系列单片机的型号编码中字母的意义是：at 表示该器件是 atmel 公司的 产品，c 表示该器件是 cmos 产品，lv 表示该器件是低电压产品，s 表示该器件 含可以下载的 flash 存储器。 at89c51 是 89 系列单片机的标准型，它是与 msc-51 系列单片机兼容的。在 内部含有 4kb 或 8kb 可重复编程的 flash 存储器，可进行 1000 次擦写操作。全静 态工作为 0-24mhz，有 3 级程序锁存器，内部含有 128-256 字节的 ram，有 32 条可编程 i/o 口线，2-3 个 16 位定时/计数器，6-8 个中断源，通用的串行接口， 低电压空闲及电源下降方式。 2.6.2 at89c51 单片机 at89c51 是一种低功耗、高性能的含有 4kb 闪速可编程电擦除只读存储器 中北大学信息商务学院2009 届毕业设计说明书 第 10 页 共 41 页 （fperomflash programmable and erasable read only memory）的 8 位 cmos 微控制器，使用高密度、非易失存储技术制造，并且与 80c51 指令系统和引脚完 成兼容。芯片上的 fperom 允许在线或采用通用的非易失存储编程器对程序存储 器重复编程。 189c51 的主要性能包括：at89c51 与 mcs51 控制器系列产品兼容，片内 有 4k 可在线重复编程闪速电擦除存储器（flash memory） ，存储器可循环写入/擦除 1000 次；存储器数据保存时间可达 10 年；工作电压范围宽：vcc可由 2.7v 到 6v；全静态工作可由 0hz 到 16mhz；程序存储器具有 3 级锁存保护；128*8 位内部 ram；32 条可编程 i/o 线；两个 16 位定时器/计数器；中断结构具有 5 个中断源 和 2 个中断优先级；可编程全双工串行通信；空闲状态维持低功耗和掉电状态保 存存储内容。 2erom 的编程：at89c51 的 i/o 口 p0、p1、p2 和 p3 除具有与 80c51 相同 的一些性能和用途外，在 fperom 编程时，p0 口接收代码字节，并在程序检验 时输出代码字节，但在程序校验时需要外部上拉负载电阻，在 fperom 编程和程 序校验期间，p1 口接收低位地址字节，p2 口接收高位地址字节和一些控制信号， p3 口也接收一些 fperom 编程和校验用的信号，此时 ale/prog 引脚是编程脉 冲输入（prog）端，在 fperom 编程期间，如果选择 12v 编程电压、那么 ea/vpp引脚也允许接受 12v 编程电压（vpp） 。 2.6.3 at89c51 单片机的内部结构 at89c51 单片机内部由 cpu、4kb 的 fperom，128b 的 ram，两个 16 位的 定时/计数器 t0 和 t1，4 个 8 位的 i/o 端 p0、p1、p2、p3 等组成。单片微机内部 最核心的部分是 cpu。cpu 主要功能是产生各种控制信号，控制存储器、输入/ 输出端口的数据传输、数据的算术运算、逻辑运算以及位操作处理等，cpu 按其 功能可分为运算器和控制器两部分。控制器由程序计数器 pc、指令储存器、指令 译码器、实时控制与条件转移逻辑电路等组成。它的功能是对来自存储器中的指 令进行译码，通过实时控制电路，在规定的时刻发出各种操作所需的内部和外部 的控制信号，使各部分协调工作，完成指令所规定的操作。运算器由算术逻辑器 中北大学信息商务学院2009 届毕业设计说明书 第 11 页 共 41 页 部件 alu、累加器 acc、暂存器、程序状态字寄存器 psw，bcd 码运算调整电路 等组成。 为了提高数据处理和位操作功能，片内增加了一个通用寄存器和一些专用寄 存器，还增加了位处理逻辑电路的功能。 2.6.4 各类型单片机的比较分析 如表 2.2 所示，以下各种类型的单片机内除 cpu 外，还包括 rom、ram、4*8 i/o 口和 2 个 16 位定时/计数器，它们都是功能很强的单片微 型计算机。但由 于 80c51 片内为掩膜 rom，故内部程序不能改写，不用于实验开发。87c51 具有 片内 eprom，是真正的单片微机，但由于价格较贵，且程序改写时要用紫外线 擦除，时间较长，所以用得较少。80c31 在市场上的价格很低，但片内没有 rom，必须在片外扩展一片 eprom，非常不便。at89c51 片内具有可电擦除的 fperom，可以快速、多次地编程，且价格不高，所以用得非常广泛，目前开发 用的 mcs51 产品绝大多数用 89c514。 表 2.2 单片机主要性能的比较 型号 rom 形式 片内 rom 片内 ram 寻址 范围 定时 计数 i/o 口 串行 i/o 口 外部 中断 80c31 接 rom 4k1282*64 k2*164uart2 80c51rom4k1282*64 k2*164uart2 87c51eprom4k1282*64 k2*164uart2 89c51fperom4k1282*64 k2*164uart2 2.2.7 7 抢答器的优点及组成抢答器的优点及组成 在知识比赛中，特别是做抢答题目的时候，在抢答过程中，为了知道哪一组 或哪一位选手先答题，必须要设计一个系统来完成这个任务。如果在抢答中，靠 视觉是很难判断出哪组先答题。利用单片机系统来设计抢答器，使以上问题得以 解决，即使两组的抢答时间相差几微秒，也可分辨出哪组优先答题。本文主要介 绍了单片机抢答器设计及工作原理，以及它的实际用途。系统工作原理本系统采 用 at89c51 单片机作为核心。控制系统的四个模块分别为：存储模块、显示模块、 中北大学信息商务学院2009 届毕业设计说明书 第 12 页 共 41 页 语音模块、抢答开关模块。该抢答器系统通过开关电路八个按键输入抢答信号； 利用存储程序来完成软件的设计；利用一个数码管来完成显示功能。工作时，用 按键通过开关电路输入各路的抢答信号，经单片机的处理，输出控制信号，控制 数码管和语音芯片工作。在数码管上显示哪一组先答题，并通过语音系统读出第 n 组请答题，从而实现整个抢答过程。 2.2.8 8 本章小结本章小结 本章主要讲述了抢答器的工作原理和本设计系统的工作流程。在说明工作原 理的过程中，突出了电路的组成单元以及这些单元如何实现抢答功能；在说明系 统的 流程时，结合本设计的内容，指出了参数设置的方法和意义。抢答正常流程与违 例流程的实现，以及如何进行抢答控制。同时也说明了抢答器的优点和 at89c51 的功能及简介。 中北大学信息商务学院2009 届毕业设计说明书 第 13 页 共 41 页 3 3 系统总体方案的设计系统总体方案的设计 3.13.1 硬件电路的设计硬件电路的设计 本设计分为硬件设计和软件设计5，这两者相互结合，不可分离；从时间上 看，硬件设计的绝大部分工作量是在最初阶段，到后期往往还要做一些修改。只 要技术准备充分，硬件设计的大返工是比较少的，软件设计的任务贯彻始终，到 中后期基本上都是软件设计任务，随着集成电路技术的飞速发展，各种功能很强 的芯片不断出现，使硬件电路的集成度越来越高，硬件设计的工作量在整个项目 中的所占的比重逐渐下降。为使硬件电路设计尽可能合理，应注意以下几方面： 1能采用功能强的芯片，以简化电路，功能强的芯片可以代替若干普通芯片， 随着生产工艺的提高，新型芯片的的价格不断下降，并不一定比若干普通芯片价 格的总和高。 2设计余地。在设计硬件电路时，要考虑到将来修改扩展的方便。因为很少 有一锤定音的电路设计，如果现在不留余地，将来可能要为一点小小的修改或扩 展而被迫进行全面返工。 3空间，选用片内程序空间足够大的单片机，本设计采用 at89c51 单片机。 4ram 空间，at89c51 内部 ram 不多，当要增强软件数据处理功能时， 往往觉得不足。如果系统配置了外部 ram，则建议多留一些空间。如选用 8155 作 i/o 接口，就可以增强 256 字节 ram。如果有大批数据需要处理，则应配置足 够的 ram，如 6264，62256 等。随着软件设计水平的提高，往往只要改变或增加 软件中的数据处理算法，就可以使系统功能提高很多，而系统的硬件不必做任何 更换就使系统升级换代。只要在硬件电路设计初期考虑到这一点，就应该为系统 将来升级留足够的 ram 空间，哪怕多设计一个 ram 的插座，暂不插芯片也好。 5i/o 端口：在样机研制出来后进行现场试用时，往往会发现一些被忽视的 问题，而这些问题不是靠单纯的软件措施来解决的。如有些新的信号需要采集， 就必须增加输入检测端；有些物理量需要控制，就必须增加输出端。如果在硬件 电路设计就预留出一些 i/o 端口，虽然当时空着没用，那么用的时候就派上用场 了。 中北大学信息商务学院2009 届毕业设计说明书 第 14 页 共 41 页 中北大学信息商务学院2009 届毕业设计说明书 第 15 页 共 41 页 3.23.2 总体原理图总体原理图 图 3.1 系统原理图 中北大学信息商务学院2009 届毕业设计说明书 第 16 页 共 41 页 p3.0 为开始抢答，p3.1 为停止，p1.0-p1.7 为八路抢答输入。数码管段选 p0 口，蜂鸣器输出为 p3.6 口。p3.2 抢答时间调整，p3.3 回答时间调整，p3.4 为时 间加 1 调整，p3.5 为时间减 1 调整。 3.33.3 时钟频率电路的设计时钟频率电路的设计 单片机必须在时钟的驱动下才能工作.在单片机内部有一个时钟振荡电路,只 需要外接一个振荡源就能产生一定的时钟信号送到单片机内部的各个单元,决定单 片机的工作速度。 图 3.2 外部振荡源电路 一般选用石英晶体振荡器。外部中断和内部中断并存，单片机有硬件复位端, 只要输入持续4个机器周期的 高电平即可实现复位。硬件复位后的各状态可知寄 存器及存储器的值都恢复到了初始值,应为本设计功能中有倒计时时间的记忆功能， 所以不能对单片机进行硬件复位。只能用软复位。软复位实际上就是当程序执行 完毕之后,将程序指针通 过一条跳转指令让它跳转到程。 单片机在工作时,由内部振荡器产生或由外直接输入的送至内部控制逻辑单元 的时钟信号的周期称为时钟周期。其大小是时钟信号频率的倒数,常用 fosc表示。 如时钟频率为 12mhz,即 fosc=12mhz,则时钟周期为 1/12s。 3.43.4 复位电路的设计复位电路的设计 单片机的引脚 rst 为硬件复位端,只要将该端持续 4 个机器周期的高电平即可 实现复位,复位后单片机的各状态都恢复到初始化状态。其电路图如图 3.3 所示: 中北大学信息商务学院2009 届毕业设计说明书 第 17 页 共 41 页 图 3.3 复位电