毕业设计论文—八路智力竞赛抢答器

1、课程设计(论文)说明书题 目：八路智力竞赛抢答器院 （系）： 信息与通信学院 专 业： 电子信息工程 学生姓名：学 号：指导教师： 职 称： 讲 师 2011年12月15日摘 要 本文主要介绍了八路智力竞赛抢答器设计及工作原理，以及它的实际用途。该抢答器以AT89C51单片机为核心，通过外围接口实现抢答功能。其电路控制系统分为存储模块、显示模块、语音模块和抢答开关模块共四个模块，利用单片机的定时器/计数器定时和记数的功能，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，通过软、硬件的有机结合，从而实现单片机控制的智力抢答器系统。关键词：八路抢答；AT89C51单片机；按键A

2、bstractThis paper mainly introduces eight intellectual competition Responder design and working principle, and its practical application. The responder based on AT89C51 single-chip microcomputer as the core, through the peripheral interface to achieve Responder function. The circuit control system i

3、s divided into storage module, display module, the voice module and Qiangda switch module consists of four modules, the use of single-chip timer / counter timing and counting function, with the key through the switch circuit input each responder signal, through the SCM processing, output control sig

4、nal, through the soft, organic combination of hardware, thus the realization of single-chip control intelligence system.Keywords:eight way contest; AT89C51 MCU; key目 录引言11 八路智力竞赛抢答器系统的概述21.1 设计要求及目的21.2 电路设计原理及框图22 八路智力竞赛抢答器软硬件设计及说明22.1 主要芯片的介绍2硬件电路设计3时钟频率电路的设计3显示模块设计42.抢答开关模块设计42.语音模块设计52.3 系统软件设计5

5、3八路智力竞赛抢答器电路的设计与制作63.1 八路智力竞赛抢答器电路简介63.2 根据原理图用Altium Designer 09画出的SCH图73.3 八路智力竞赛抢答器的PCB图73.4 制作电路板过程83.5 焊接好的电路83.6 调试焊接好的电路83.7 调试实物图94 结论105 个人感言10谢 辞11参考文献12附 录13引言随着我国经济和文化事业的发展，在很多公开竞争场合要求有公正的竞争裁决，诸如证券、股票交易及各种智力竞赛等,因此出现了抢答器。抢答器一般是由很多电路组成的，线路复杂，可靠性不高，功能也比较简单，特别是当抢答路数很多时，实现起来就更为困难。目前很多抢答器基本上采用

6、小规模数字集成电路设计，使用起来不够理想。因此设计一更易于使用和区分度高的抢答器成了非常迫切的任务。现在单片机已进入各个领域，以其功耗小、智能化而著称,所以我们设计了以AT89C51单片机为核心的新型智能的抢答器，在保留原始抢答器的基本功能的同时又增加了数码管显示电路，使本抢答器系统具有实用性强、判断精确、操作简单、扩展功能强等特点。本系统采用单片机作为整个控制核心。控制系统的四个模块为：显示模块、存储模块、语音模块、抢答开关模块。该系统通过开关电路八个按键输入抢答信号，利用四个数码管来完成显示功能，用按键来让选手进行抢答，在数码管上显示哪一位先答题的，从而实现整个抢答过程。本抢答器具有取材简

7、单，成本低廉，体积小，实用性强，电路简单易懂等优点，并可以通过电路拓展增加数字锁存功能抢答器又称为第一信号鉴别器，因此可广泛应用于各种知识竞赛、文艺活动等场合。1 八路智力竞赛抢答器系统的概述1.1 设计要求及目的（1）设计一个可供8人进行的抢答器。（2）系统设置复位按钮，按动后，重新开始抢答。（3）抢答器开始时数码管不显示序号，选手抢答实行优先显示，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。抢答后显示优先抢答者序号，同时发出音响，并且不出现其他抢答者的序号。（4）抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间有主持人设定，本抢答器的时间可有两种选择分别为20秒和40秒，当主持人启动“开始”

8、开关后，定时器开始减计时，同时蜂鸣器有短暂的声响。（5）设定的抢答时间内，选手可以抢答，这时定时器停止工作，显示器上显示选手的号码和抢答时间，并保持到主持人按复位键。（6）当设定的时间到，而无人抢答时，本次抢答无效，扬声器报警发出声音，并禁止抢答。定时器上显示00。1.2 电路设计原理及框图抢答器的基本工作原理:在抢答竞赛或呼叫时，有信号送入主电路中，抢答器内部的寄存器工作，并识别、记录号码，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、设置回答时间、抢答开始、回答开

9、始、计分等几部分。具体原理框图如图下：（4位）电源复位电路主持人按键AT89C51声音提示数码显示选手按键图1 电路设计原理框图2 八路智力竞赛抢答器软硬件设计及说明2.1 主要芯片的介绍 AT89C51芯片是8位CPU， 有4kbytes 程序存储器(ROM) (52为8K) ，256bytes的数据存储器(RAM) （52有384bytes的RAM），32条I/O口线，111条指令，大部分为单字节指令，21个专用寄存器 ，2个可编程定时/计数器，5个中断源，2个优先级（52有6个），一个全双工串行通信口 ，外部数据存储器寻址空间为64kB ，外部程序存储器寻址空间为64kB ，逻辑操作位寻

10、址功能。双列直插40PinDIP封装 ，单一+5V电源供电。图2 AT89C51芯片硬件电路设计时钟频率电路的设计 外部震荡电路单片机必须在AT89C51的驱动下才能工作，在单片机内部有一个时钟震荡电路，只需要外接一个振荡器就能产生一定的时钟信号送到单片机内部的各个单元，外部震荡电路如下图：图3 外部震荡电路一般选用石英晶体振荡器。此电路在加电大约延迟10ms后振荡器起振,在XTAL2引脚产生幅度为3V左右的正弦波时钟信号,其振荡频率主要由石英晶振的频率确定。电路中两个电容 C1,C2的作用有两个:一是帮助振荡器起振;二是对振荡器的频率进行微调。C1,C2的典型值为30PF。 单片机在工作时,

11、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1/12µs。显示模块设计 显示功能与硬件关系极大，当硬件固定后，如何在不引起操作者误解的前提下提供尽可能丰富的信息，全靠软件来解决。图4 数码管显示电路2.抢答开关模块设计键盘是人与微机系统打交道的主要设备。关于键盘硬件电路的设计方法也可以在文献和书籍中找到，配合各种不同的硬件电路，这些书籍中一般也提供了相应的键盘扫描程序。站在系统监控软件设计的立场上来看，仅仅完成键盘扫描，读取当前时刻的键盘状态

12、是不够的，还有不少问题需要妥善解决，否则，人们在操作键盘就容易引起误操作和操作失控现象。在单片机应用中键盘用得最多的形式是独立键盘及矩阵键盘。图5 抢答按键电路2.语音模块设计我们知道，声音的频谱范围约在几十到几千赫兹，若能利用程序来控制单片机某个口线的“高”电平或低电平，则在该口线上就能产生一定频率的矩形波，接上喇叭就能发出一定频率的声音，若再利用延时程序控制“高”、“低”电平的持续时间，就能改变输出频率，从而改变音调，使喇叭发出不同的声音。图6 发声电路2.3 系统软件设计流程图是使用图形表示算法的思路是一种极好的方法，不论采用何种程序设计方法，程序总体结构确定后，一般以程序流程图的形式对

13、其进行描述。总体框图中的各个子模块或各个子任务也应该结合具体的教学模型和算法画出较详细的程序流程图，供后面编写具体程序和阅读程序使用。流程图是由一些图框和流程线组成的，其中图框表示各种操作的类型，图框中的文字和符号表示操作的内容，流程线表示操作的先后次序。流程图的基本结构为顺序结构，分支结构（又称选择结构），循环结构。为便于识别，绘制流程图的习惯做法是：方框表示：要执行的处理（Process）平行四边型表示：代表资料输入（Input）不规则图形代表资料输出（Output）或报表输出（Print）菱形表示：决策或判断（例如：If.Then.Else）在本设计中包括了以下八个主要的程序：主程序；非

14、法抢答序；抢答时间调整程序；回答时间调整程序；倒计时程序；正常抢答处理程序；犯规处理程序；显示及发声程序。主流程图如图所示：图7 程序流程图3八路智力竞赛抢答器电路的设计与制作3.1 八路智力竞赛抢答器电路简介八路智力竞赛抢答器电路，控制8个知识竞赛的抢答按钮，控制用数字显示抢到的号码，手动复位，通过将AT89C51单片机做为主控CPU，外接四个7段共阴极数码管来显示抢到的台，S1-S8是选手控制按钮用来抢答，其余按钮式主持人控制系统，用单片机的复位脚来直接控制复位。3.2 根据原理图用Altium Designer 09画出的SCH图 用软件Altium Designer画出相应SCH图如下

15、：图8 用Altium Designer 09画的八路智力竞赛抢答器SCH图3.3 八路智力竞赛抢答器的PCB图 根据原理图，导出相应的PCB图，并排版，接线后得到。故通过软件Altium Designer画出相应的PCB图如下：图9 用Altium Designer 09画的八路智力竞赛抢答器PCB图3.4 制作电路板过程（1）根据设计出来的原理图利用Altium Designer 09画sch图和pcb图；（2）打印pcb印制电路板；（3）根据原理图焊接元件元件；（4）检查焊接电路有无虚焊、短路等。3.5 焊接好的电路 根据原理图，如图即为焊好后的电路。图10 焊接好后的电路板3.6 调试

16、焊接好的电路操作说明：主持人按下复位键SET,如果题目比较容易调节抢答时间为20s,再按EN键确定，然后按下ON开始抢答，同时扬声器响，显示如图11所示；3号选手按下键抢答成功，立即进入倒计时答题状态如图12所示；如果在所设时间内选手未能按时答题，则发出报警。（1）具有清零装置和抢答控制，可由主持人操纵避免有人在主持人说“开始”前提前抢答违反规则。（2）具有定时功能，在设定时间内无人抢答表示所有参赛选手获参赛队对本题弃权。设定时间内仍无人抢答其报警电路工作表示抢答时间耗尽并禁止抢答。 （3）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，

17、并会显示其号数，只有第一个按抢答的选手有效。 （4）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。3.7 调试实物图（1） 开始计时图11 开始计时电路图（2） 选手抢答 图12 选手抢答电路图4 结论通过本次课设，我从中知道了许多无法从课本上知道的实际工作经验，也巩固了自己所学的文化知识，更主要是让我学会了如何自学并发现问题和解决问题。本次设计虽受到一定条件的限制，调试过程中也出现了一些问题，但在同学的帮助，老师的指导下，基本达到了预期的设计要求和目标。在设计过程中，涉及到很多

18、专业知识，如：模拟电子电路，电路理论，高频电子电路，Altium Designer软件，等等，真正地把理论和实践结合起来，及巩固了理论知识，也提高了自身的动手能力，让我觉得本次课设期间的收获远远大于在学校期间的理论知识的学习。 5 个人感言课程设计是培养学生综合运用所学知识 ,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对我们的实际工作能力的具体训练和考察过程。回顾起此次课程设计，我感慨颇多，的确，自从拿到题目到完成整个制作，从理论到实践，在整整一月的日子里，可以学到很多很多的东西，比如学会怎么用Altium Designer绘制原理图和图，同时不仅巩固了以前所学过的知识，而且学

19、到了很多在书本上所没有的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对一些前面学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，比如说不懂一些元器件的使用方法。 在本次课设中，虽然题目很简单，元器件及其原理都简单，但实际与理论的差距让我吃了不少亏，比如在画好PCB图后安装元器件的时候，我照着图把BJT的管脚安反了，没有按原理去安装器件，让我的第一次调试很失败，通过检查，终于在同学的

20、帮助下发现了错误并重新焊接。我还学会了Altium Designer软件的使用，以及如何用外接法来探索芯片各个管脚功能！ 总之，这次课设让我受益匪浅！谢 辞在本次课程设计中，得到很多同学老师的帮助，使我获益良多。无论这次课程设计的结果如何，我都要感谢给过我帮助的人。对于电子设计的初学者来说，经验的欠缺常常会让我们在学习的过程中吃尽苦头，我非常庆幸能得到同学老师的帮助，他们用自身做设计的经验指导我，倾力传授我设计的技巧，使我受益匪浅。当我初出茅庐，还不知如何正确画出电路图时，是耐心的同学教我如何使用Altium Designer软件；当我对芯片不够了解，无法正确接线时，是老师同学指导我、鼓励我；

21、当电路调试失败时，是同学帮我细心检查、一次次调试电路。最终，在老师同学的指导启发下，我终于更好地掌握了芯片的管脚接线。如果没有大家的帮助，我是不可能有现在的这些成果的，故在此真诚感谢所有帮助过我的老师同学！参考文献1 孙梅生，李美鸢，徐振英. 电子技术基础课程设计M.北京：高等教育出版社，1995:12.2 康华光. 电子技术基础（模拟部分)M.北京：高等教育出版社，1995:438440.3 高泽涵. 电子电路故障诊断技术(高)M.西安：西安电子科技大学出版社，2001:827.M.西安：西安电子科技大学出版社，2003:126-1285 闫胜利, 袁芳革 , 冷小冰.M.北京：电子工业出版

22、社，2007-6-1.6 石磊,张国强. Altium Designer 8.0中文版电路设计 标准教程M.北京：清华大学出版 社,2009-9-21.8 杨素行主编清华大学电子学教研电子组编 模拟电子技术基础简明教程 北京：高等教育 出版社， 20069 潘永雄， 沙河编著 电子线路CAD使用教程 西安： 西安电子科技出版社，200710 黄冠斌，孙敏，杨传谱，孙亲锡编著 电路基础 武汉：华中科技大学出版社， 200011 王宏文主编 自动化专业英语北京： 机械工业出版社，200712 李朝青主编. 单片机原理及接口技术. 北京：北京航空航天大学出版社，1994附 录#include<

23、reg51.h>#include<intrins.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned char#define DataPort P0 /定义数据端口 程序中遇到DataPort 则用P0 替换#define KeyPort P3 /定义键盘扫描端口sbit beep=P25;sbit led=P15;sbit ON=P16;sbit OFF=P17;sbit wei1=P20;sbit wei2=P21;sbit wei3=P22;sbit wei4=P23;uchar qiang_flag=0,js_flag=

24、0,start_flag=0,time_flag=1;uchar k1,k2,k3,k4,k5,k6,k7,k8;uint count=0;uchar js=30,temp;uchar code dofly_DuanMa=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71;/ 显示段码值0Fuchar code dofly_WeiMa=0x01,0x02,0x04,0x08;/分别对应相应的数码管点亮,即位码void xianshi();/延时子程序void DelayUs2x(unsi

25、gned char t) while(-t);void DelayMs(unsigned char t) while(t-) /大致延时1mS DelayUs2x(245); DelayUs2x(245); void ring() uchar n;for(n=0;n<200;n+)beep=1; DelayMs(3); beep=0;/*-按键扫描函数，返回扫描键值-*/unsigned char KeyScan(void) /键盘扫描函数，使用行列反转扫描法 unsigned char cord;/行列值中间变量 if(KeyPort!=0xff) /先检测有无按键按下 DelayMs

26、(5); /去抖 if(KeyPort!=0xff) DelayMs(5); cord=KeyPort&0xff; return(cord);/键盘最后组合码值 return(0xff); /返回该值/*-按键值处理函数，返回扫键值-*/unsigned char KeyPro(void) switch(KeyScan() case 0x7f:return 1;break;/ case 0xbf:return 2;break;/ case 0xdf:return 3;break;/ case 0xef:return 4;break;/ case 0xf7:return 5;break;

27、/ case 0xfb:return 6;break;/ case 0xfd:return 7;break;/ case 0xfe:return 8;break;/ default:return 0xff;break; /*/数码管显示函数void Display() if(start_flag=1)wei2=0;wei1=0;wei3=1;P0=dofly_DuanMajs/10; DelayMs(10);wei3=0;wei4=1;P0=dofly_DuanMajs%10; DelayMs(10);wei4=0; if(qiang_flag=1) wei4=0;wei1=1;DataPor

28、t=dofly_DuanMa1;DelayMs(10);led=1;else if(qiang_flag=2) wei4=0;wei1=1;DataPort=dofly_DuanMa2;DelayMs(10);led=1;else if(qiang_flag=3) wei4=0;wei1=1;DataPort=dofly_DuanMa3;DelayMs(10);led=1; else if(qiang_flag=4) wei4=0;wei1=1;DataPort=dofly_DuanMa4;DelayMs(10);led=1; else if(qiang_flag=5) wei4=0;wei1

29、=1;DataPort=dofly_DuanMa5;DelayMs(10);led=1; else if(qiang_flag=6) wei4=0;wei1=1;DataPort=dofly_DuanMa6;DelayMs(10);led=1; else if(qiang_flag=7) wei4=0;wei1=1;DataPort=dofly_DuanMa7;DelayMs(10);led=1; else if(qiang_flag=8) wei4=0;wei1=1;DataPort=dofly_DuanMa8;DelayMs(10);led=1; else if(qiang_flag=9)

30、 wei4=0;wei1=1;DataPort=dofly_DuanMa15;DelayMs(10);led=1; else xianshi();wei2=0;wei1=0;wei3=1;P0=dofly_DuanMajs/10; DelayMs(10);wei3=0;wei4=1;P0=dofly_DuanMajs%10; DelayMs(10); wei4=0;/*/*显示倒计时时间*/void xianshi() if(time_flag=-1) js=20;else if(time_flag=1) js=40;else if(time_flag=1) js=40;void main() uchar KeyNum; k1=k2=k3=k4=k5=k6=k7=k8=0; EA=1; /总中断打开 TMOD=0x01; TH0=0xb8; TL0=0x00