毕业设计（论文）多人无线抢答器的设计

多人无线抢答器的设计学校广州大学华软软件学院专业移动通信技术移动信息管理班级08移动信息管理班指导老师夏国清姓名蔡鸿殷摘要在计算机支持的信息技术时代，电子技术日益数字化，数字电路以其的基本单元简单化，应用单元标准化、模块化、通用化的特点，长驱直入地深到电力、通讯、计算机、家电、机械等行业的应用。且当今的社会竞争日益激烈，选拔人才，评选优胜，知识竞赛的活动愈加频繁。若让抢答者举手抢答，会造成不公平。本作品是一个通用的抢答器，抢答器是一种应用非常广泛的设备，在各种竞赛、抢答场景中，它能迅速客观地分辨出最先获得发言权的选手。工作原理是在开始信号发出前显示抢答队伍，复位后重新下一轮抢答。本作品采用无线传输，避免布线的麻烦与空间的限制，给实际应用带来了很大的便捷。关键字抢答器；无线；多路。ABSTRACTINFORMATIONTECHNOLOGYSUPPORTINTHECOMPUTERAGE,ELECTRONICTECHNOLOGIESAREINCREASINGLYDIGITAL,BASICDIGITALCIRCUITSFORITSUNITSIMPLIFICATION,APPLICATIONOFUNITSTANDARDIZATION,MODULARITY,UNIVERSALFEATURES,DRIVESTRAIGHTTODEEPINTOTHEELECTRICITY,COMMUNICATIONS,COMPUTERS,HOMEAPPLIANCES,MACHINERY,ANDOTHERINDUSTRYAPPLICATIONSANDTODAYSINCREASINGLYCOMPETITIVESOCIETY,SELECTIONOFPERSONNEL,SELECTIONOFWINNING,KNOWLEDGEACTIVITIESANDCOMPETITIONBECOMEMOREFREQUENTIFTHEANSWERINTHEIRHANDSTOANSWERINPERSON,WOULDBEUNFAIRTHISWORKISACOMMONRESPONDER,RESPONDERISAVERYWIDELYUSEDEQUIPMENTINVARIOUSCOMPETITIONS,ANSWERINTHESCENE,ITCANQUICKLYOBTAINANOBJECTIVEVOICETOTELLTHEPLAYERSFIRSTWORKISDISPLAYEDBEFORETHESTARTSIGNALISISSUEDRESPONDERTEAM,RESETANDREANSWERINTHENEXTROUNDTHISWORKISTHEWIRELESSTRANSMISSION,TOAVOIDTHETROUBLEOFWIRINGANDSPACECONSTRAINTS,TOTHEACTUALAPPLICATIONISABIGCONVENIENCEKEYWORDSVIESTOIMPLEMENT；WIRELESSTRANSMISSION；MULTIP目录第一章绪论31意义32功能3第二章多路无线抢答器的主体设计321结构3211编码发射模块4212接收译码模块7213控制模块12214显示模块1322实行方法的比较1423实行方案14第三章历史16总结17致谢17参考资料17改进14第一章前言1意义使用抢答器可以快速、准确的显示出第一名抢答者，一个好的抢答器可以排除人为操作及判断误差，由电子逻辑代替人的主观，可以在很大的程度上保证了比赛的公平性。通过射频无线技术的应用，简单轻松的解决了实际比赛过程中布线的困扰和空间的限制，使得比赛可以更加便捷自由。2功能实现了一般抢答器所应具有的基本功能任务，具有当主持人按下开始按后，开始3秒钟倒计时准备，红灯闪烁；倒计时完毕后，绿灯亮，正式开始抢答；当有人按下抢答器按钮后，左边数码管显示改组的组号，右边开始5秒钟倒计时，倒计时完毕后开始回答，回答时间为30秒，同样有倒计时显示。回答完毕后需要按复位键复位，才能再次开始下一轮的抢答。第二章多路无线抢答器的主体设计21结构由于是应用单片机来实现抢答器功能，所以采用如下几大模块来实现此功能。具体包含控制模块、接收译码模块、编码发射模块、显示模块。下面介绍各个模块的设计211编码发射模块此模块由编码芯片PT2262将组号编码，编码后的数据送至发射芯片F05P发射。每按一次开关按键，发送一次组号。编码芯片PT2262发出的编码信号由地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字。图21PT2262引脚图表21PT2262引脚说明编码芯片PT2262的工作电压为315V发射F05E的工作电压为312V，对数据脉冲发射效果较为理想，对直流电平既模块电平不能发射。外接天线可使用直径为0510MM，长度24CM的漆包线或导线FO5E是一款低成本、小体积、极低功耗无线发射模块；采用工艺，声表稳频，免调试。适合短距离无线遥控报警。性能参数发射频率433MHZ工作电压DC312V发射电流0210MA发射功率5MW传输速率10KBPS调制方式ASK引脚功能F05F引脚功能1正电源312V2地3数据信号输入平时为低电平4外接天线F50E具有较宽的工作电压范围及低功耗特性，当发射电压为3V时，发射电流约2MA发射功率较小，12V具有较好的发射效果，发射电流约58MA。为00K方式调制，需要输入数据信号才能工作，数据信号停止，发射电流为零，但停止状态时必须为低电平。不合适的数据信号会引起调制效率下降，收发距离变近。当低于300HZ或高10K的频率信号发射效率会变的很差。直流电平及模拟信号不能发射。如采用单片机接口，无数据时单片机输出必须为低电平，输出数据还需要在数据前加一些乱码以抑制接收到的数据第一位的零电平干扰。若采用通用编解码，发射效果要比单片机要好，因为通用编码器的数据无论怎么变每一位的脉宽是不变的，即使出现一点干扰，解码器的宽容性也会解码输出高电平。而单片机则不同，脉宽是随着数据变化的，过宽过窄的脉冲会引起过调制或调制不足，接收到的数据便会出现错误。所以单片机必须要工作在可靠的收发区域。图22声表谐振器图23F05E应用电路图图24编码发射电路212接收译码模块此模块由接收芯片J04V接收无线信号，输出数据到译码芯片PT2272解码，输出原始组号信息。PT2272是一款用以解码的芯片，编码芯片PT2262发出的编码信号由地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平，如果发送端一直按住按键，编码芯片也会连续发射。当发射机没有按键按下时，PT2262不接通电源，其17脚为低电平，所以315MHZ的高频发射电路不工作，当有按键按下时，PT2262得电工作，其第17脚输出经调制的串行数据信号，当17脚为高电平期间315MHZ的高频发射电路起振并发射等幅高频信号，当17脚为低平期间315MHZ的高频发射电路停止振荡，所以高频发射电路完全收控于PT2262的17脚输出的数字信号，从而对高频电路完成幅度键控（ASK调制）相当于调制度为100的调幅。PT2262/PT2272的特点CMOS工艺制造，低功耗，外部元器件少，RC震荡电阻，工作电压范围宽2615V，数据最多可达6位，地址最多可达531441种。图25解码器PT2272表22解码器PT2272引脚说明译码芯片PT2272的工作电压315V。PT2262/2272芯片的地址编码设定和修改在通常使用中，我们一般采用8位地址码和4位数据码，这时编码电路PT2262和解码PT2272的第18脚为地址设定脚，有三种状态可供选择悬空、接正电源、接地三种状态，3的8次方为6561，所以地址编码不重复度为6561组，只有发射端PT2262和接收端PT2272的地址编码完全相同，才能配对使用，遥控模块的生产厂家为了便于生产管理，出厂时遥控模块的PT2262和PT2272的八位地址编码端全部悬空，这样用户可以很方便选择各种编码状态，用户如果想改变地址编码，只要将PT2262和PT2272的18脚设置相同即可，例如将发射机的PT2262的第1脚接地第5脚接正电源，其它引脚悬空，那么接收机的PT2272只要也第1脚接地第5脚接正电源，其它引脚悬空就能实现配对接收。当两者地址编码完全一致时，接收机对应的D1D4端输出约4V互锁高电平控制信号，同时VT端也输出解码有效高电平信号。用户可将这些信号加一级放大，便可驱动继电器、功率三极管等进行负载遥控开关操纵。接收模块J04V的工作电压为2635V，适合电池或线性电源，不适合开关电源。外接收天线效果好，长度不限。图26接收译码电路J04V是一款比功耗小体积超再生接受模块，采用SMT工艺，性能稳定具有较好的灵活性价比。是电池供电产品的理想选择。可以广泛应用需要长期处于接收状态的遥控报警及单片机数据传输系统。此次使用J04V是应为其性能比J04P及J04E基本相同，是J04P及J04E的改进型低功耗产品，但引脚不兼容。J04V与J04T性能有区别但引脚兼容可直接替换。为方便后级电路的电平接口J04V、J04T增加了数据反相输出端，无数据时2脚输出为零电平，3脚为高电平，可输出2MA的驱动电流。若驱动低阻抗负载会引起J04V及J04T工作电压的不稳定。J04V的应用需要注意J04V顶部镀银电感不要碰压，否则会引起频率偏移距离变近。J04V内部具有放大整形电路，只适合数据信号的接收而不适合模拟信号。J04V在A处点可根据需要接一支470K1M的电阻可使输出更干净，但接收灵敏度会降低。J04V应按装在印板边部并离开周围器件5MM以上，要垂直于线路板，否则会引起频率偏移。如果器件多还必须注意地线布局合理，如果有晶振或其他信号源必须远离J04V，否则会引起很多无法排除的干扰致使接收电路无法正常工作。J04V可外接天线提高接收灵敏度，天线长度不限。性能参数接收频率315MHZ433MHZ工作电压DC3V（2635V）工作电流01503MA调制带宽10K输出电平TTL电平接收灵明度90DBM电路结构超再生外形尺寸10235MM（宽长厚）工作温度4060引脚定义1外接天线2数据输出端3数据反方向4工厂测试端（悬空）5地6正电源（DC3V）图27J04V引脚示意图图28J04V应用电路213控制模块此模块由STC89C52RC单片机接收PT2272的译码结果，并给出相应的控制输出信号。此次选择单片机型号为STC89C52RC是因为，它是一款高速、低功耗、超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择，HD版本和90C版本内部集成MAX810专用复位电路。单片机型号STC89C52RC，P10P13接受译码信息；P16为开始信号输入端；P17为复位信号输入端；P20P23输出到CD4511，控制右边数据管；P00P06控制左边数据管；P07和P27控制发光二极管。STC89C52引脚具体介绍如下1主电源引脚（2根）VCC（PIN40）电源输入，接5V电源GND（PIN20）接地线2外接晶振引脚（2根）XTAL1（PIN19）片内震荡电路的输入端XTAL2（PIN20）片内震荡电路的输出端3控制引脚（4根）RST/VPP（PIN9）复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。ALE/PROG（PIN30）地址锁存允许信号PSEN（PIN29）外部存储器读选通信号EA/VPP（PIN31）程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储读指令。4可编程输入/输出引脚（32根）STC89C52单片机有4组8位可编程I/O口，分别位P0、P1、P2、P3口，每个口8位（8根引脚），工32根。P0口（PIN39PIN32）8位双向I/O口线，名称为P00P07P1口（PIN1PIN8）8位准双向I/O口线，名称为P10P17P2口（PIN21PIN28）8位准双向I/O口线，名称为P20P27P3口（PIN10PIN17）8位准双向I/O口线，名称为P30P37214显示模块此模块由2个七段数码管，2个发光二极管组成。左边数码管主要用于显示组号，右边用于倒计时。发光二极管用于表示处于抢答或非抢答状态。图29显示模块电路22实行方法的比较（1）数字逻辑电路方式这种方案一般采用74系列芯片来实现，需要包括编码、时序控制、译码、显示等子模块。当要实现的功能比较单一的时候，电路比较简单，如果要实现较复杂的功能，则电路会变得很复杂。这种方案的优点是成本很低。（2）单片机有线方式这种方案以单片机为核心控制器件，加上输入按键、LED显示灯、数码管显示等外围设备组成。一般电路比较简单，容易实现较为复杂的功能，价格也相对较高。它的主要缺点是，在实际应用的时候，布线比较复杂，而且场地也会因此受到限制（3）单片机无线方式这种方法与第（2）种方法不同之处在于，它增加了无线发射模块和接受模块。因而它的成本会更加高一些。但是它的优点也很明显。在比赛过程中无需布线，减少了对比赛空间的限制，加大了抢答者与主持人之间的距离限制。所以本设计选择了此方法。23实行方案本设计采用单片机无线方式，设计框图如下所示图210结构框图其中编码芯片为PT2262，实验中将其地址设置未“00000000”，编码数据为组号，可以有16种，实验中分别为“0001”和“0010”。每按一下按钮，14脚出现一次低电平，编码一次。译码芯片为PT2272，其地址必须和编码芯片一致，才能进行译码。译码后输出数据与PT2262的输入数据相同，同时在译码结果后，17脚会产生一个高电平，可取反作为中断信号。发射模块为F05P，利用三节电池供电接收模块为J04V，从三节电池上分压得到32V电压。单片机型号为STC89C52RC，P10P13接受译码信息；P16为开始信号输入端；P17为复位信号输入端；P20P23输出到CD4511，控制右边数据管；P00P06控制左边数据管；P07和P27控制发光二极管。第三章性能比较与分析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辨认出选手号码。现在大多数抢答器均使用单片机或数字集成电路，并增加了许多新功能，如选手号码显示、抢答前或抢答后的计时、选手得分显示等功能。典型的数字逻辑电路设计一般利用74系列元器件实现，包含优先编码电路、定时电路、报警电路、时序控制电路、译码显示电路等模块，电路比较复杂，稳定性不高，但是成本比较低廉。它们一般的设计如下图5所示的结构图31数字逻辑电路抢答器的设计框图基于单片机设计的射频无线抢答器，由一组无线发射器和一个无线接收器、解码器、单片机以及数码显示器和音响警示电路等组成。一种专利的设计电路如下图6所示图32射频无线抢答器这种设计的特点在于无线发射器由抢答按钮、编码器和调制震荡器依次连接所组成接受控制器由无线接受器、解码器、PIC单片机以及数码显示和音响警示电路所组成，无线接收器收到抢答信号后由无线接收放大器放大检波送到解码器解码，输出四位数据，PIC系列单片机读到该四位数据后，先进行判断译码，再控制数码显示器显示最先抢答号码，同时输出音频信号，由音频警示电路放大输出。总结本作品完成了一个抢答器所应具备的功能，可以快速、直观、准确的显示第一个抢答者。它保证了比赛的公正性，完全避免了人为因素的干扰；而且采用的是中端服务，因此还避免了单片机程序顺序执行而带来的微小误差。其次，由于采用的是射频发射与接收，不仅避免比赛过程中布线的麻烦，还使得抢答按钮与控制模块之间可以拉开的距离大大增加，位置也可以随意设置。这都为比赛创造了良好的条件。因为时间限制的关系，在这次设计之中，并非设想中的完美。在电路设计上比较繁琐，原件采用较多，可能会引起成品制作连线时的不便，成本过高，在实际生产中也难以大批量进行制作。但是只要再多些时间，便可以再精简电路图的设计，简化原件数目，达到减低连线繁琐程度，减低成本和制作时间，可以在日常生产生活中大量地生产。但总体实现了音频报警功能，当有人违规抢答或者抢答成功，分别给予声音警报提示，可以更明显更直观；回