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1、第一章 系统方案与论证1.1 基本要求1系统容量：为满足竞赛抢答的要求，系统容量定位8路。2系统能完成：倒计时指令发送与接收；抢答对别信息发送与接收；3抢答倒计时可在0-99秒内根据需要任意调整。4所有信息交换都采用无线通信。5抢答指令发出和抢答成功要有提示音。1.2 系统方案选择1.2.1 系统基本结构框选 手 电 路89C51控制输入 数码显示电路蜂鸣器电路 信号采集主持人电路图1-1 基本系统结构框图系统工作流程：主持人电路通电后，2位数码管不断加1，以示电路可以正常工作。主持人按下控制开关后，电路进入倒计时预设状态，设置好后再按一下控制开关，则完成预设，数码管显示预设数。当主持人按下开
2、始按钮后，选手可以抢答，同时数码管显示倒计时读秒，如有选手按下抢答键，数码管显示该选手的序号，同时封锁其他的抢答信号，蜂鸣器鸣叫10s，以示有人抢答成功。如读秒归零时还无人抢答，则蜂鸣器鸣叫10s,数码管显示为不断闪亮的“00”，以示抢答时间到。当抢答的选手答复完毕或读秒归零后，主持人按一下开始按钮，电路即可恢复到开始抢答，倒计时读秒状态1.2.2 通信方案论证与选择要实现无线通信，可选用频分复用和时分复用两种形式。频分复用各信道独立，不考虑信号在时间上的重叠。但是在整个系统最少也需要8个信道，电路复杂，制作成本高，故不取。对实际问题进行分析，发现系统通信中，除抢答信号外，其他信号的传送都具有
3、明显的分时性即各信号的传送都不可能同时出现。再对抢答信号进行深入研究，发现：1人对抢答信号的反应在毫秒级是很不灵敏的，人的反应速度是在0.2s-0.8s内随即出现。2在比赛现场，抢答题目一般在几十秒内。能做出答复决定的人也只在40%左右，坚决做出答复决定的占20%左右。根据系统满容量算20x20%=4,只有4个左右的人数进入0.20.8s反应比赛中。3按键反应速度也是有差异的，大概在20ms左右。根据以上三点分析，可以定性的得出抢答信号在一定的时间区间内具有随机分时的特性。另一方面，抢答信号信息量不大(只有对别信息)，可以做到在极短的时间内传完，因此，假设保证每一个抢答信号传送时间2.1ms，
4、那么在0.2s-0.8s的时间内任意两个对别信号在传送时间上重叠的概率就很小，因此可以实现抢答信号时分传送。又因时分复用只用一个信道，电路简单可靠性高，制作成本低，综合考虑选用时分复用方案。第二章 系统硬件设计为了满足系统功能和系统的灵活性，本系统各部分均采用单片机作为核心器件。为了使电路结构简单，性能可靠，无线部分均采用性能良好的收发模块315MHZ高频接收发送模块FST-3和CZS-3。硬件系统是一个数、模、单片机混合电路。2.1 89C51单片机单片机为本系统的核心器件。这里我们选用89C51单片机，89C51具有低功耗、高性能的特点，且与80C51兼容，特别是其内部增加的闪速可电改写的
5、存储器FlashROM给单片机的开发及应用带来了很大的方便，且芯片的价格非常廉价，因此近年来得到了及其广泛的应用。2.1.1 功能特性描述89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory的低功耗、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。使用ATMEL公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89C51为众多嵌入式控制应用系
6、统提供高灵活、超有效的解决方案。主要性能： 与MCS-51单片机产品兼容 8K字节在系统可编程Flash存储器 1000次擦写周期 全静态操作：0Hz33Hz 三级加密程序存储器 32个可编程I/O口线 三个16位定时器/计数器 八个中断源 全双工UART串行通道 低功耗空闲和掉电模式 掉电后中断可唤醒 看门狗定时器 双数据指针 掉电标识符EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P21
7、22P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10VCC40GND2089S52U12.1.2 引脚结构图2-1 89C51引脚图2.1.3 管脚说明VCC : 电源GND : 地P0 口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。P1 口：P1 口是
8、一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P1 输出缓冲器能驱动4个TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流。此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入P1.0/T2和定时器/计数器2的触发输入P1.1/T2EX，具体如表2-1所示。在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动4个TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作
9、为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器例如执行MOVXDPTR,A时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址如MOVX Ri,A访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。表2-1 P1口引脚及功能表引脚号第二功能P1.0T2定时器/计数器T2的外部计数输入，时钟输出P1.1T2EX定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制P1.5MOSI(在系统编程用)P1.6MIOS(在系统编程用)P1.
10、7SCK在系统编程用P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动4个TTL 逻辑电平。对P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流。P3口亦作为AT89C51特殊功能第二功能使用，如表2-2所示。在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。表2-2 P3口引脚及功能表引脚号第二功能P3.0RXD串行输入P3.1TXD(串行输出)P3.2/INT0(外部中断0)P3.3/INT0(外部中断1)P3.4T0定时器0外部输入P3.5T1外部1外部输入P3.6/W
11、R(外部数据存储器写选通)P3.7/RD外部数据存储器读选通RST: 复位输入。晶振工作时，RST脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，RST 脚输出96个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。ALE/PROG：地址锁存控制信号ALE是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。在flash编程时，此引脚PROG也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。如
12、果需要，通过将地址为8EH的SFR的第0位置 “1”，ALE操作将无效。这一位置 “1”，ALE 仅在执行MOVX 或MOVC指令时有效。否则，ALE 将被微弱拉高。这个ALE 使能标志位地址为8EH的SFR的第0位的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。/PSEN: 外部程序存储器选通信号/PSEN是外部程序存储器选通信号。当AT89S52从外部程序存储器执行外部代码时，/PSEN在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，/PSEN将不被激活。/EA/VPP: 访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H 到FFFFH的外部程序存储器读取指令，/EA必须接GND。为了执行内部程序
13、指令，/EA应该接VCC。在flash编程期间，/EA也接收12伏VPP电压。XTAL1: 振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2: 振荡器反相放大器的输出端。32.2 无线传输模块无线传输模块由发射模块和接收模块组成。FST-3和CZS-3是由专业生产厂家设计生产的无线传输发射模块和接收模块。用FST-3和CZS-3组成的无线传输系统具有很高的性价比。其传输距离远，在无障碍物的情况下可以传输300米；信号传输可靠，能够传输010MHZ的调制信号；价格低廉，发射模块和接收模块的价格加起来不超过20元；此外，还具有不要调整即可使用的特点。VCCDATAGNDVCCDATAGND
14、(A) (B)图2-2 无线发射模块FST-3和接收模块CZS-3的管脚功能图FST-3发射模块如上图2-2A所示，在VCC和GND间加上312V的直流电压即可使用，从天线发射出315MHZ的无线电波。而所需发射出去的信号可以加在DATA端，去调制315MHZ的无线电波，使其成为已调波从天线发出。在加5V电压时，实测FST-3发射模块的工作电流不超过15mA。CZS-3接收模块如上图2-2B所示，须在VCC和GND间加上5V的直流电压。从天线接收到的已调制无线电信号经过其内部解调，从其DATA端输出已解调控制信号，在无信号时DATA端输出高电平。CZS-3接收模块的静态电流为5mA，接收灵敏度
15、为-103dBm。122.3 用555定时器组成的多谐振荡器多谐振荡器是能产生矩形波的一种自激振荡器电路，由于矩形波中除基波外还含有丰富的高次谐波，故 称为多谐振荡器。多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态，在自身因素的作用下，电路就在两个暂稳态之 间来回转换，故又称它为无稳态电路。由555定时器组成的多谐振荡器电路图如图4所示。图2-3 由555定时器组成的多谐振荡器电路图如上图2-3所示，接通电源后，电容C被充电，当上升到时，使为低电平，同时放电三极管T导通，此时电容C通过R2和T放电，Vc下降。当Vc下降到/3时，V0翻转为高电平。电容器C放电所需的时间为 当放电结束时，T截止，将通过R1、
16、R2向电容器C充电，Vc由/3上升到2 /2所需的时间为 当Vc上升到时，电路又翻转为低电平。如此周而复始，于是，在电路的输出端就得到一个周期性的矩形波。电路的工作波形如下列图5，其振荡频率为 由于555定时器内部的比较器灵敏度较高，而且采用差分电路形式，用555定时器组成的多谐振荡器的振荡频率受电源电压和温度变化的影响很小。12Vcc/3VcVcc/3ttt00V0图2-4 由555定时器组成的多些振荡器的工作波形2.4 选手电路如下列图6所示的电路是FST-3发射模块的一种具体应用。10电路中555和其外围元件构成一个多谐振荡器，从555的3脚输出的方波加到FST-3的DATA端。由图6电
17、路中的元件参数可以计算出从FST-3的天线发射出被60MHZ信号调制过的315MHZ无线电波。D1为发光二极管，用来指示发射电路的电流是否接通。图2-5 FST-3发射模块的应用电路选手电路是由图2-5所示的电路进行实用化改良而得，电路由图7所示。考虑到实际使用的方便，把图6的电路的R2用一个8位地址开关和一个9P1K的排阻来代替。这样，随着8位地址开关中开关闭合个数的不同，等效R2将有8种不同的阻值，555的3脚输出方波将有8种不同的频率。8个选手电路就可以选择相同的电路参数，使用时只要拨动8个地址开关，使每个选手电路中的地址开关闭合个数不同，即可利用555电路振荡频率来区分不同选手发出的信
18、号，依据如图6电路中的参数，实测的振荡频率如表2-3所示。表2-3 频率表S1开关闭合个数R2等效阻值实测555的振荡频率1100060HZ2500122HZ3333153HZ4250180HZ5200200HZ6167220HZ7143231HZ8125245HZ图2-6 选手电路电路图2.5 主持人电路主持人电路如附图所示。以89S51单片机为核心，整个电路分为控制输入、信号采集和输出指示几个部分。控制核心时89S51的最小应用系统，有时钟和复位电路和在线编程接口。电路中S1是复位按钮，J1是89S51系列单片机的标准在线编程接口。控制输入电路实际上是一个主持人复位按钮S2；S3是进入等待
19、倒计时状态的按钮，S4、S5是预置倒计时十位和个位加1按钮。信号采集电路由CZS接收模块和R1、C2滤波电路组成。由于从CZS-3的DATA端输出的信号有残存的高频成分，所以在信号进入单片机之前，这里用了R1、C2滤波电路，滤波后的从P3.4T0进入单片机。输出指示电路由数码显示电路和蜂鸣器电路组成。数码显示电路是2位数码管及其动态显示驱动电路组成。在实际使用中，当主持人按下开关按钮S2时，数码管显示的是等待倒计时的读秒数；当由选手按下抢答按钮时，数码管显示的是抢答选手的序号。蜂鸣器由三极管驱动，在实际使用时蜂鸣器在等待倒计时归零和有选手抢答成功时鸣叫。第三章 电路功能及控制流程此电路为实用抢
20、答器。当主持人电路通电时，2位数码管不断地加1，以示电路可以正常工作。当主持人按一下S3后，电路即进入等待倒计时起始数预设状态，2位数码管显示为不断闪亮的“00”。按一下S4，起始数增加10s；按一下S5，起始数增加1s，最大预设数为99s。设置好后再按下S3，则完成预设，数码管显示预设数。当主持人按一下开始按钮S2后，选手可以抢答，同时数码管显示开始倒计时读秒。如有选手按下抢答键，数码管显示该选手的序号，同时封锁其他的抢答信号，蜂鸣器鸣叫10s，以示有人抢答成功。如读秒归零时还无人抢答，则蜂鸣器鸣叫10s,数码管显示为不断闪亮的“00”，以示抢答时间到。当抢答的选手答复完毕或读秒归零后，主持
21、人按一下S2，电路即可恢复到开始抢答，倒计时读秒状态，控制流程如下列图3-1所示。开始等待：数码管加1预设：主持人按S3数码管显示00预设按S4或S5按S3完成预设开始：主持人按S2等待抢答、倒计时有选手按抢答键无选手按抢答键显示抢答选手号封住其他信号蜂鸣器叫10s倒计时归零不断闪亮的“00”蜂鸣器叫10s图3-1 控制程序流程图结 论现在常用的无限遥控主要有红外线和无线电两种方法。无线电遥控在传输距离、方向性和可靠性方面和红外线遥控相比有很大的优势。而且无线传输技术现在已日益成熟，现在无线传输收发电路已广泛应用于智能化控制、短距离无线遥控等产品中，由于工作稳定可靠，彻底摆脱了有线传输的种种不
22、便，所以在遥控领域得到广泛应用。本设计在大量的电子电路实践的基础上，用无线传输技术应用于抢答器的设计和制作，制作成功了无线抢答器。该无线抢答器可满足不同赛事活动的不同需求，适用于学校、教育部门、企事业工会组织、俱乐部等单位组织举办各种知识、技术竞赛及文娱活动时作抢答之用。能提高活动档次，简化工作流程，减轻工作量、减少人工失误、节约竞赛成本。参考文献1康华光，邹寿彬.电子技术基础数字部分第五版.高等教育出版社，20052康华光，邹寿彬.电子技术基础模拟部分第五版.高等教育出版社，20053李朝青单片机原理及接口技术M北京：北京航空航天大学出版社，20054朱勇单片机原理与应用技术清华大学出版社，
23、20065张毅刚，彭喜元等新编MCS-51单片机应用设计(第二版) 哈尔滨工业大学出版社，20066潭博学，苗江静集成电路原理及应用北京：电子工业出版社，20037王庆有光电传感应用技术机械工业出版社，20078高峰. 单片微机应用系统设计及实用技术M.北京：机械工业出版社，20049楼然苗，李光飞51系列单片机设计实例北京航空航天大学出版社，2006 10何书森，何华斌.实用电子线路设计速成.福州：福建科学技术出版社，2006 11李国厚，王春阳.自动化专业英语.北京：北京大学出版社，200612陈欢庆. 电子制作理论与实践M.浙江大学出版社，200513马淑华、王凤文、张美金.单片机原理及
24、接口技术.北京邮电大学出版社，200514杨金岩，郑应强，张振仁8051单片机数据传输接口扩展技术与应用实例人民邮电出版社，2005致 谢经过近几个月的艰苦奋战，我的毕业设计已接近尾声。在这几个月的时间里，我衷心感谢我的指导老师杨老师，在课题选定、理论指导和方案的论证上，对我精心的指导和耐心的鼓励，使我能够坚持到底，毕业设计有了圆满的结果。他们渊博的知识，深邃的思想，严谨的治学风格、平易近人的处事态度和幽默幽默的话语，让我在学习知识和解决问题时感到无比的轻松和愉快。至此论文定稿之际，对老师表示衷心的感谢! 感谢老师能在繁忙之中抽出时间为我提供耐心的指导，帮我们解决在设计过程中遇到的种种问题。在
25、做毕业设计期间，我还有幸得到其它老师的热心指导和同学们的大力帮助，正因为有了他们，我才能克服各种困难，顺利完成毕业设计和论文。在这里一并向他们表示感谢！最后，再次向各位领导、各位老师致以崇高的敬意和最衷心的感谢！ 学生签名： 日 期：附录一附图 无线抢答器主控电路原理图附录二源程序清单:ORG 0000HAJMP MAIN ORG 000BH AJMP MAIN ORG 3000HMAIN: MOV SP,#2FH MOV B,#5AH ;中断90次 MOV TOMD,#01H MOV TL0,#0B0H MOV TH0,#3CH SETB TR0 SETB ET0 SETB EA SJMP
26、$RE: MOV TL0,#0B0H MOV TH0,#3CH DJNA B,LOOP CLR TR0LOOP: SETB RESET LJMP MAIN ORG 2000H SETB TOMD MOV TMOD,#01H CPL P0 MOV DPTR,#7F04H ;把地址送到DPTR MOV A,#0BH ;送10次循环 MOV DPTR,A INC DPTR MOV A,#40H MOV DPTR,A MOVX DPTR,#7F00H RESET ORG 4000H MOV A,#00H ;向数据输出输入口送0 MOV SUBF,AKL0: JNB TI,KL0 CLR TIKL1:
27、JNB P1.0,PK ;P1.0键是否按下 JB P1.1,KL1PK1: ACALL D10MS ;延时10秒 JNB P1.1,KL2KL2: ACALL D10MS JNB P1.2,KL3KL3: ACALL D10MSKL4: JNB P1.0,KL4 JNB P1.1,KL4 JNB P1.2,KL4 MOV A,R4 ;取键号 ADD A,R3 SUBB A,#0AH ;是命令键码 JNC KL6 ;转向命令键处理 MOV DPTR,#TABL ;字型码表初值送DPTR ADD A,#0AH ;恢复键号 MOVC A,A+DPTR ;取字型数据 MOV R0,60H ;取显示缓
28、冲区指针 MOV R0,A ;将字型码入显示缓冲区 INC R0 ;显示缓冲区地址加1 CJNE R0,#60H,KD ;判断是否到最高位 MOV 60H,#58H ;保存显示缓冲区地址KD : MOV 60H,R0KD1: ACALL LED ;调用显示子程序 RETKL6: MOV B,#03 ;修正命令键地址转移;表指针 MUL AB MOV DPTR,LTB ;地址表转移指令送;DPTR LJMP A+DPTRTABL: DB CCH,86H,92H,CFH DB 80H,8FH,E0H,A4HLED: SETB P0 ;开放显示器 MOV R7,#03 ;显示位数送R7LED1: M
29、OV A,R0 ;送显示数据 MOV SUBF,ALED2: JNB TI,LED2 CLR TI INC R0 DJNZ R7,LED1 CLR P0 RET ORG 5000H MOVX DPTR,#100H MOV A,DPTR MOV P0,DPTRLED: SUBB P0,#10H AJMP KF ORG 6000HKE: MOV A,#0B6H ;输入控制字 MOVX DPTR,A ;方式控制字输入 MOV DPTR,#7FFEH ;指向计数器 MOV A,#0D0H ;1MS周期计数值 MOV DPTR,A MOV A,#02H MOV DPTR,A ;315MHZ方波输出KF: MOV A,#0B6H MOVX DPTR,A MOV DPTR,#7FFFH MOV A,#0E0H MOV DPTR,A MOV A,#02H MOV DPTR,A ;315MHZ方波输出 ORG 7000H SETB P0.7 MOV R7,#1EHDL: MOV R6,DL1 DJNZ R7,DL CLR P0.7 RESE T P0.7 ORG 8000HSTART: LJMP MAIN LJMP PG INT0 NOP NOP LJMP ERR LJMP PGT0 NOP NOP LJMP ERR RESET END学习文档 仅供参考