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1、目录前言 2 2 系统设计 3 2.1 系统总体设计 3 2.2 器件选型详细清单 3 2.3系统功能要求 42.4系统原理图 4 2.4.1时钟频率电路的设计 5 2.4.2复位电路的设计 5 2.4.3显示电路的设计 6 2.4.4控制开关设计 73系统程序设计 83.1程序流程图 83.2程序清单 94 Proteus仿真系列组图 164.1 上电、禁止或复位 174.2 抢答或答题时间设定 17 4.3违规抢答并显示座号 174.4抢答成功并显示倒计时 18结束语 19参考文献 20 前言抢答器是为智力竞赛参赛者答题时进行抢答而设计的一种优先判决器电路，广泛应用于各种知识竞赛、文娱活动
2、等场合。随着现代娱乐节目及其它游戏环节的需要，也为了完善节目的紧张气氛和观众的互动，出现了多路抢答器。抢答器的出现给人们带来极大的方便，它能准确无误的从若干名参赛中确定出最先抢答者，并且有显示，声效等功能。 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、硬件有机地结合起来，使得系统能够正确地进行计时，同时使数码管能够正确地显示时间。用开关做键盘输入，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1-99s设定；可以显示是哪位选手有效
3、抢答和无效抢答，正确按键后有音乐提示；抢答时间和回答问题时间倒记时显示，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。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。主持人有开始和禁止、复位键。主持人可以修改抢答时间和回答问题的时间，原始状态下抢答时间为15s，回答问题时间为45s。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，在最后五秒时每秒扬声器均有提示。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
4、声。主持人可按复位键结束，开始新一轮抢答。2 系统设计2.1 系统总体设计本系统是借用单片机采用模块化设计的4路抢答器，包括4路抢答按纽、计时显示、开始、禁止和复位控制按钮、时限设定、各种相关显示调控功能。系统的主要功能模块方框图如下图所示。 数码管禁止电路 AT89C51 单片机开始电路 LED灯复位电路时钟电路 扬声器时间设定电路 选手开关系统功能模块图 2.2 器件选型详细清单器件名称规格型号数量 单片机AT89C511芯片74LS04174HC201电阻6008 200513电容30PF 10u3晶振12MHZ1按钮11数码管74EG-MP4-CC1扬声器SPEAKER1LED灯LED
5、-BIRG42.3系统功能要求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15秒内无人抢答表示所有参赛选手获参赛队对本题弃权。3、15秒时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。4、如果想调节抢答时间或答题时间,按抢答时间设定键或答题时间设定 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,如想加一秒按一下加一键,如果想减一秒按一下减一键，数码管上会显示改变后的时间，调整范围为0s99s, 0s时再减1s会跳到99，99s时再加1s会变到0s。 5、主持人按开始键，会有提示音，并立刻进入抢答倒计时（预设15
6、s抢答时间），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（预设45s回答时间），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。 6、如倒计时期间，主持人想停止倒计时可以随时按复位键，系统会自动进入准备状态，等待主持人按开始进入下次抢答计时。 7、如果主持人未按开始键，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，直到按下复位 键为止。2.4系统原理图 U1为单片机AT89C51，U2为芯片74HC20，U3为芯片74LS04。开始按键与禁止按键分别接到单片机的10、11脚，由于单片机的10、11脚既有串行接口R
7、XD、TXD功能，又有P3.0、P3.1的IO端口功能，此处按键用到单片机10、11脚的IO端口功能。抢答时间调整按键和回答时间调整按键分别接到单片机的13、14管脚，加一按键和减一按键分别接到单片机的15、16管脚。4位七段数码管段选P0口。4位七段数码管的位选接P2口低3位，蜂鸣器输出为P3.7。原理图见附录。2.4.1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。本设计采用12MHZ晶振。电路图如下： 外部振荡源电路一般选用石英晶体振荡器。此电路在加电大约延迟1
8、0ms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。2.4.2复位电路的设计单片机的第9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，其电路图如下图 复位电路图中由按键以及电解电容C3、电阻R8构成按键及上电复位电路。由于单片机是高电平复位，所以当按键复位按下时候，单片机的9脚RESET管脚处于高电平，此时单片机处于复位状态。当上电后，由于电容的缓慢充电，单片
9、机的9脚电压逐步由高向低转化，经过一段时间后，单片机的9脚处于稳定的低电平状态，此时单片机上电复位完毕，系统程序从0000H开始执行。2.4.3显示电路的设计4位七段数码管显示电路如下图所示。图中数码管采用的是4位七段共阴数码管，位选码COM1、COM3、COM4分别接到单片机的P2.0、P2.1、P2.2，由单片机来决定当前该显示的是哪一位。在图中还有7个600欧的电阻，连接在P0口上，用作P0口的上拉电阻，保证P0口没有数据输出时候处于高电平状态。显示电路 2.4.4控制开关设计 开始、禁止按键 去抖电路和扬声器 在图中，开始及禁止按键接到单片机的10、11脚，这里用到了单片机10、11脚
10、复合功能中的IO端口功能，单片机通过读取10、11脚的P3.0、P3.1的IO端口值来判断当前是否处于抢答开始状态或抢答禁止状态。按键的触点在闭合和断开时均会产生抖动，这时触点的逻辑电平是不稳定的，如不妥善处理，将会引起按键命令的错误执行或重复执行。现在一般均用软件延时的方法来避开抖动阶段，这一延时过程一般大于5ms，例如取10-20ms。如果监控程序中的读键操作安排在主程序（后台程序）或键盘中断（外部中断）子程序中，则该延时子程序便可直接插入读键过程中。如果读键过程安排在定时中断子程序中，就可省去专门的延时子程序，利用两次定时中断的时间间隔来完成抖动处理。4个按键的输入电平靠74HC20输入
11、与非门和74LS04反向器组成的电路改变输入电平。图中单片机的14脚输出具有复合功能，此处用到了单片机17脚的IO端口功能，单片机通过内部定时器的操作实现交替变换的波形输出驱动扬声器发声。3系统程序设计3.1程序流程图 主程序 复位初始化是否违规抢答是否 开始显示违规组号 倒计时是 否结束否是否 是否抢答是是显示组号倒计时 是否求助重新计时否 结束3.2程序清单 EQU 20H ;抢答开始标志位 EQU 22H ;响铃标志位 EQU 36H ;抢答按键口数据存放地址 ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003H AJMP INTT0 ORG 000BH AJMP T0INT OR
12、G 001BH AJMP T1INT ORG 0040HMAIN: MOV R1,#15 ;初设抢答时间为15s MOV R2,#45 ;初设答题时间为45s MOV 38H,#60 ;求助时时间从60s倒计时 MOV TMOD,#11H ;设置未定时器/模式1 MOV TH0,#0F0H MOV TL0,#0FFH ;越高发声频率越高,越尖 MOV TH1,#3CH MOV TL1,#0B0H ;50ms为一次溢出中断 SETB EA SETB ET0 SETB ET1 ;允许二个中断,T0/T1 CLR OK CLR RING SETB TR1 SETB TR0 ;一开始就运行定时器,以开
13、始显示FFF. START: MOV DATA0,#0FFH ;初始化 MOV R5,#0BH MOV R4,#0BH MOV R3,#0BH ACALL DISPLAY ;未开始抢答时候显示FFF JNB P3.3,SELSUB0 JNB P3.4,TZ3 ;倒计时调整 JB P3.0,NEXT ACALL DELAY JB P3.0,NEXT ;去抖动,如果开始键按下就向下执 行,否者跳到违规抢答查询 SETB EX0 ;开放INT0 ACALL BARK ;按键发声 MOV A,R1 MOV R6,A ;送R1-R6,因为R1中保存了抢答时间 SETB OK ;抢答标志位,在求助时用作判
14、断是抢答倒计时还是回答倒计时 MOV R3,#0AH ;抢答只显示计时,灭号数 AJMP COUNT ;进入倒计时程序,查询有效抢答的程序在COUNT里面NEXT: JNB P1.0,FALSE1 JNB P1.1,FALSE2 JNB P1.2,TZ1 JNB P1.3,TZ2 AJMP STARTTZ1: AJMP FALSE3TZ2: AJMP FALSE4TZ3: AJMP SELSUB1 AJMP STARTFALSE1: MOV R3,#01H AJMP ERRORFALSE2: MOV R3,#02H AJMP ERRORFALSE3: MOV R3,#03H AJMP ERRO
15、RFALSE4: MOV R3,#04H AJMP ERRORSELSUB0: MOV A,R1 MOV B,#0AH DIV AB MOV R5,A MOV R4,B MOV R3,#0AH ACALL DISPLAY ;先在两个时间LED上显示R1 JNB P3.5,INC0 ;P3.5为+1s键,如按下跳到INCO JNB P3.6,DEC0 ;P3.6为-1s键,如按下跳到DECO JNB P3.1,BACK0 ;P3.1为确定键,如按下跳到BACKO AJMP SELSUB0INC0: MOV A,R1 CJNE A,#63H,ADD0 ;如果不是99,R2加1,如果加到99,R1就
16、置0，重新加起。 MOV R1,#00H ACALL DELAY1 AJMP SELSUB0ADD0: INC R1 ACALL DELAY1 AJMP SELSUB0DEC0: MOV A,R1 JZ SETR1 ;如果R1为0, R1就置99， DEC R1 ACALL DELAY1 AJMP SELSUB0SETR1: MOV R1,#63H ACALL DELAY1 AJMP SELSUB0BACK0: AJMP STARTSELSUB1: MOV A,R2 MOV B,#0AH DIV AB MOV R5,A MOV R4,B MOV R3,#0AH ACALL DISPLAY JN
17、B P3.5,INC1 JNB P3.6,DEC1 JNB P3.1,BACK1 AJMP SELSUB1INC1: MOV A,R2 CJNE A,#63H,ADD1 MOV R2,#00H ACALL DELAY1AJMP SELSUB1ADD1: INC R2 ACALL DELAY1 AJMP SELSUB1DEC1: MOV A,R2 JZ SETR2 DEC R2 ACALL DELAY1 AJMP SELSUB1SETR2: MOV R2,#63H ACALL DELAY1 AJMP SELSUB1BACK1: AJMP STARTREPEAT:MOV A,38h ;求助时重新计
18、时 MOV R6,A CLR RING ;当倒计时进入最后5秒的时候，求助能消除蜂鸣COUNT: MOV R0,#00H ;重置定时器中断次数 MOV TH1,#3CH MOV TL1,#0B0H ;重置定时器RECOUNT:MOV A,R6 ;R6保存了倒计时的时间,之前先将抢答时间或回答时间给R6 MOV B,#0AH DIV AB ;除十分出个位/十位 MOV 30H,A ;十位存于(30H) MOV 31H,B ;个位存于(31H) MOV R5,30H ;取十位 MOV R4,31H ;取个位 MOV A,R6 SUBB A,#07H JNC LARGER ;大于5s跳到LARGER
19、,小于等于5s会提醒 MOV A,R0 CJNE A,#0AH,FULL ;1s中0.5s向下运行 CLR RING AJMP CHECKFULL: CJNE A,#14H,CHECK ;下面是1s的情况,响并显示号数并清R0,重新计 SETB RING MOV A,R6 JZ QUIT ;计时完毕 MOV R0,#00H DEC R6 ;一秒标志减1 AJMP CHECKLARGER: MOV A,R0 CJNE A,#14H,CHECK ;如果1s向下运行,否者跳到查停/显示 DEC R6 ;计时一秒R6自动减1 MOV R0,#00HCHECK: JNB P3.1,QUIT ;如按下停止
20、键退出 JNB OK,CHECKK ;只在回答倒计时才有效 AJMP NEXTTCHECKK:JNB P3.0,REPEAT ;判断是否求助NEXTT: ACALL DISPLAY JB OK,ACCOUT;如果是抢答倒计时,如是则查询抢答,否则跳过查询继续倒数(这里起到锁抢答作用) AJMP RECOUNTACCOUT:MOV A,DATA0 JNB ACC.0,TRUE1 JNB ACC.1,TRUE2 JNB ACC.2,TZ7 JNB ACC.3,TZ8 AJMP RECOUNT TZ7: AJMP TRUE3 TZ8: AJMP TRUE4 AJMP RECOUNT QUIT: CL
21、R OK ;如果按下了停止键执行的程序 CLR RING AJMP STARTTRUE1: ACALL BARK MOV A,R2 MOV R6,A ;抢答时间R2送R6 MOV R3,#01H CLR OK ;因为答题的计时不再查询抢答,所以就锁了抢答 AJMP COUNTTRUE2:ACALL BARK MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#02H CLR OK AJMP COUNTTRUE3:ACALL BARK MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#03H CLR OK AJMP COUNTTRUE4:ACALL BARK MOV A,R2 MOV R6,A
22、 MOV R3,#04H CLR OK AJMP COUNTERROR: MOV R0,#00H MOV TH1,#3CH MOV TL1,#0B0H MOV 34H,R3 ;犯规号数暂存与(34H)HERE: MOV A,R0 CJNE A,#06H,FLASH ;0.3s向下运行-灭并停响 CLR RING MOV R3,#0AH MOV R4,#0AH MOV R5,#0AH ;三灯全灭 AJMP CHECK1FLASH: CJNE A,#0CH,CHECK1 ;下面是0.8s的情况,响并显示号数并清R0 SETB RING MOV R0,#00H MOV R3,34H ;取回号数 MO
23、V R5,#0BH MOV R4,#0BH ;显示FF和号数 AJMP CHECK1CHECK1: JNB P3.1,QUIT1 ACALL DISPLAY AJMP HEREQUIT1: CLR RING CLR OK AJMP STARTDISPLAY:MOV DPTR,#DAT1 ;查表显示程序,利用P0口做段选码口输出/P2低三位做位选码输出, MOV A,R3 MOVC A,A+DPTR MOV P2,#0feH MOV P0,A ACALL DELAY MOV DPTR,#DAT2 MOV A,R5 MOVC A,A+DPTR MOV P2,#0fdH MOV P0,A ACALL
24、 DELAY MOV A,R4 MOVC A,A+DPTR MOV P2,#0fbH MOV P0,A ACALL DELAY RETDAT1:DB 00h,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,71H;灭,1,2,3,4,5,6,7,8,9,灭,FDAT2:DB 3fh,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,71H;第一个为零,其他与上相同,因为十位如果为零显示熄灭DELAY1: MOV 35H,#08HLOOP0: ACALL DISPLAY DJNZ 35H,LOOP0 RETDELAY: MOV 32H
25、,#12HLOOP: MOV 33H,#0AFHLOOP1: DJNZ 33H,LOOP1 DJNZ 32H,LOOP RETBARK: SETB RING ACALL DELAY1 ACALL DELAY1 CLR RING ;按键发声 RETT0INT: MOV TH0,#0ECH MOV TL0,#0FFH JNB RING,OUT; CPL P3.7 ;RING标志位为1时候P3.7口不断取反使喇叭发出一定频率的声音OUT: RETIT1INT: MOV TH1,#3CH MOV TL1,#0B0H INC R0 RETIINTT0:MOV DATA0,P1 CLR EX0 RETI
26、END4 Proteus仿真系列组图4.1 上电、禁止或复位时显示三个FFF 4.2 抢答或答题时间设定最大设定99S，99s后再加一置零。按抢答时间设定键，显示15S，按加一或减一，相应时间变化，如下图所示： 答题时间的设定步骤与上类似。4.3违规抢答并显示座号抢答未开始时，若有人抢先抢答，给予显示。下图为一号违规抢答，同时Led灯显示。一号正常抢答成功，其相应的绿灯也会亮起。 4.4抢答成功并显示倒计时成功后若选手求助，计时器会重新计时60S。下图为二号成功后，又向他人求助，第一个数字显示组号，后两个显示还剩余53S。 结束语通过这次设计，使我对单片机这门课程的内容有了更深的理解，对相关电
27、器元件的性能和参数有了更进一步的认识。同时也锻炼了自己的独立动手能力和分析解决问题的能力。这是我第二个独立完成的课设作业，相信能对我的毕业设计和以后的工作有莫大的帮助。 参考文献151单片机原理与实践/高卫东，辛友顺，韩彦征编著.北京航空航天大学出版社，2004.12刘红玲、邵晓根，微机原理与接口技术，中国电力出版社，2006年第一版3冯博琴，微型计算机原理及接口技术，清华大学出版社4艾德才，微型计算机原理与接口技术，高等教育出版社5沈美明，IBM-PC汇编语言程序设计，清华大学出版社6 任致程，经典集成电路400例机械工业出版社，20027 薛栋梁，单片机原理及应用，中国水利水电出版社，20014 谢筑森,张辉等，单片机开发与典型应用设计，中国科学技术大学出版社