电子智能抢答器

1《电子设计自动化》课程设计报告题目电子智能抢答器学院（部）电控学院专业电子科学与技术班级32050802学生姓名徐伟升学号32050802215月13日至5月27日共2周指导教师高云霞2目录摘要································································3关键词······························································3设计要求····························································3课程设计负责部分····················································3第一章系统概述····················································31.1设计思路·····················································31.2设计分析·····················································31.2.1抢答系统·················································41.3方案分析比较·················································51.3.1控制器模块···············································51.3.2控制显示模块·············································61.3.3抢答器键盘模块···········································61.4总体方案选择·················································7第二章单元电路设计与分析··········································72.1器件选择分析·················································72.2单元电路分析·················································7第三章系统综述、总电路图··········································73.1系统综述·····················································73.2总体电路图···················································7第四章结束语·····················································8参考文献····························································9元器件明细表························································9鸣谢·······························································10收获与体会，存在的问题··············································11评语·······························································123电子智能抢答器摘要目前单片机渗透到我们生活的各个方面，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。广泛应用于智能仪器仪表，机电一体化产品，实时工业控制，分布系统的前端模块，家用电器等各个领域。电子智能抢答器是在竞赛、文体娱乐活动（抢答活动）中，能准确、公正、直观地判断出抢答者的电子仪器器。通过抢答者的指示灯显示、数码显示和警示显示等手段指示出第一抢答者。抢答器主要由单片机以及外围电路组成，本系统设计为模块形式采用九针插头进行连接，系统工作原理本系统采用80C51单片机作为核心。控制系统的三个模块分别为：单片机最小系统、抢答控制模块、显示模块，具有按键、显示，倒计时功能。关键字：显示、驱动、抢答、计时、单片机、独立式式键盘。设计要求选择常用单片机芯片进行电路系统设计，设计八路电子抢答器电路。设计电子抢答器的基本功能；实现具有按键、显示功能的单片机最小系统，要求具有自动计时功能。课程设计主要负责部分本次课程设计由我，郭峰同学和王平同学组队设计，本人在课程设计中主要负责系统概述、设计分析、方案比较、总体方案选择等设计分析工作。第一章系统概述1.1设计思路电子智能抢答器用一片单片机控制，抢答器的工作原理是采用单片机最小系统，用独立式键盘进行抢答。通过数码管显示选手组号。1.2设计分析系统设计主要由分析和仿真两大构成，设计分析，是在系统设计中完成系统总框图和各模块的功能设计，选择合适的设计方案；然后进行具体设计，包括各模块的流程图，选择合适的编程语言和工具，进行代码设计等；最后是对仿真器件进行调试、4测试，达到所需功能要求。仿真包括电路原理图、合理选择元器件、绘制线路图，然后对仿真器件进行调试、测试，以达到设计要求。仿真电路的设计最重要的选择用于控制的单片机，并确定与符合的外围芯片电路，使所设计的系统能够正确运行。硬件电路设计还包括输入输出接口设计，画出详细电路图，标出芯片的型号、器件参数值，根据电路图在Proteus上进行调试，检查设计电路。软件设计的方法与开发环境的选取有着直接的关系，本系统由于是采用80C51单片机，本系统软件设计采用模块化系统设计方法，先编写各个功能模块子程序，然后进行组合与调整，经过调试后，达到设计功能要求。设计总框图如图1—1所示。图1—1设计总框图1.2.1抢答系统抢答器同时供8抢答选手比赛，分别用8个按钮表示。设置一个系统清除和抢答控制按扭，该按扭由主持人控制。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。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。抢答组数可以在八组以内任意使用，其流程如图1—2。5图1—2控制流程图1.3方案分析比较控制系统的三个模块分别为：控制器模块、抢答显示模块、抢答键盘模块。1.3.1控制器模块控制器主要用于各模块控制对显示、抢答等。控制器的选择有以下两钟方案。方案一：采用FPGA（现场可编程门列阵）控制器。FPGA主要由7部分完成，分别为：可编程输入输出单元、基本可编程逻辑单元、完整的时钟管理、嵌入块式RAM、丰富的布线资源、内嵌的底层功能单元和内嵌专用硬件模块。由于电子抢答系统相对比较简单，对数据处理的速度要求不高，并且FPGA集成度高，成本偏高，通常使用于对数据的高速处理系统，同时由于FPGA芯片的引脚较多，仿真以及实物连接起来比较复杂，不易检查电路的稳定性。方案二：采用80C51作为系统控制器的方案。单片机处理功能强，速度快系统结构简单，使用方便，实现模块化，，可以用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且由于其功耗低、体积小、技术成熟和本低控制功能强、扩展灵活、微型化等点，广泛应用于各个领域。初始化显示组号显示倒计时选手1选手2选手3选手8否是是否否是是开始6通过上面两种方案的分析比较，选择方案二，单片机控制器。电子抢答系统结构简单，若使用单片机不但简化了系统设计，也节约人力、时间，经济效益较高。1.3.2控制显示模块在单片机控制过程中，具有显示功能。我们考虑有以下两种显示方案。方案一：数码管显示，它采用低电压扫描驱动，具有：耗电少、使用寿命长、成本低、亮度高、故障少、视角大、可视距离远等特点。在使用传统的。数码管具有：低能耗、、低压、、耐老化、防晒、防潮、防火、防高（低）温，对外界环境要求低，易于维护，同时其精度高，称量快，精确可靠，操作简单。数码显示是采用BCD编码显示数字，程序编译容易，资源占用较少。方案二：液晶屏显示，虽然液晶显示能耗低，画面清晰。但由于只需要显示时间和转向、相数这样的数字，信息量比较少，且由于液晶是以点阵的模式显示各种符号，需要利用控制芯片创建字符库，编程工作量大，控制器的资源占用较多，其成本也偏高，环境要求较高。根据以上的两个论述比较，并且抢答结果只显示选手编号以及计时，显示结构简单，选择方案一。1.3.3抢答键盘模块键盘是十分重要的人机对话的组成部分，是人向机器发出指令、输入信息的必需设备。键盘按结构形式可以分为非编码键盘和编码键盘，前者用软件方法产生键码，而后者则用硬件方法来产生键码。在单片机中使用的都是非编码键盘，因为非编码键盘结构简单，成本低廉，非编码键盘的类型很多，常用的有独立式键盘，行列式键盘等。方案一：独立式键盘独立式键盘的按键和I/O线连接，键盘接口使用了8根I/O口线，该键盘就有8个按键，这种类型的键盘，其按键比较少，且键盘中各按键的工作互不干扰。因此可以根据实际需要对键盘中的按键灵活的编码。最简单的编码方式就是根据I/O输入口所直接反映的相应按键，按下的状态进行编码，称按键直接状态码，对于这样编码的独立式键盘，CPU可以通过直接读取I/O口的状态来获取按键的直接状态编码值，图1—37根据这个值直接进行按键识别，这样形式的键盘结构简单，按键识别容易。方案二：行列式键盘行列式键盘适用于按键输入多的情况，在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式，如图1所示。在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。行列式键盘是用N条I/O线作为水平线，M条I/O线作为垂直线组成的键盘，在行线和列线的每个交叉点上，设置一个按键中按键的个数是M*N个。这种形式的键盘结构，能够有效的提高单片机系统中I/O的利用率，垂直线接P1.0~P1.3行线接P1.4~P1.7。1.4总体方案选择1控制器模块：采用80C51单片机最小控制系统2控制显示模块：LED数码管显示3抢答键盘模块：独立式键盘第二章单元电路设计与分析2.1器件选择分析本次课程设计主要的器件是74HC595和80C512.2单元电路分析仿真电路主要有倒计时显示部单元，抢答结果数码单元，指示灯显示单元，键盘输入单元，单片机最小系统单元等组成。第三章系统综述、总体电路图3.1系统综述本系统为基于MCU51的八路抢答器实现系统。3.2总体电路图图1—48图3—1总体电路第四章结束语我们小组三个人进过长时间的奋斗努力，查阅大量书籍，并且团结合作，相互帮助，终于换来了现在丰硕的成果。我们首先制定了几个方案，然后按照课题要求，以及指导老师的帮助，我们选定了简单易行的方案。然后确定了设计思路，根据设计思路我们把课题设计分成两个部分，即直流稳压电源部分和数字显示部分。再根据每部分的工作原理，再划分为几个不同的小部分；然后各个击破，再把各个部分综合起来，组成总电路图，然后再在Proteus仿真系统仿真，在不断的进行器件选择，参数修改，克服仿真出现的错误。精益求精，最终设计出理想完美的课题设计。其次，这次课程设计使我有了一次通过理论联系实际，来解决实际问题的经历，它培养了自己分析问题，解决问题的能力，以及上网检索信息的能力。其实学到的知识其实是次要的，重要的是我们探索知识的过程，这个过程便是一个人自主学习能力的体现，它将影响着我今后的发展。9最后，这次的课程设计也激发了我对电子设计的兴趣。曾经我对我们专业是一片迷茫，但是通过这次课程设计，通过亲自制作电子小作品以及写总结报告时在网上看到的各种各样有关电子方面的小文章，我似乎隐约了解了一些电子专业的未来的发展方向。这种感悟，这种兴趣的来源只靠平时上课老师的说