竞赛抢答器课程设计

郑州科技学院《微机原理与接口技术》课程设计题目竞赛抢答器课程设计学生姓名学郑州科技学院微机原理与接口技术课程设计任务书专业计算机科学与技术班级计科一班学号姓名201215005一、设计题目竞赛抢答器课程设计二、设计任务与要求比赛开始，在主持人按下开始键，绿灯亮后，选手才可开始抢答，否则违规。若选手抢答成功，LED显示器显示选手号码，扬声器鸣叫。若选手抢答违规（主持人未按开妈键），LED显示器显示违规选手号码，红灯亮，扬声器报警，并根据比赛规则进行对该选手进行扣分。。设计一个具有8路抢答的抢答器，利用并行接口和开关键。逻辑开关K0---K7代表抢答按钮，当某个逻辑开关闭合时，相当于抢答按钮按下，此时在七段数码管上将其号码显示出来，并使喇叭响一声（或者以发光二极管代替）三、参考文献[1]吴亦峰、陈德为.单片机原理与接口技术.北京:电子工业出版[2]周润景、张丽娜.基于PROTEUS的电路及单片机仿真.[3]胡耀辉、朱朝华等.单片机系统开发实例经典.北京：冶金工业出版.[4]张迎新.单片机初级教程.北京:航空航天大学出版社,2007.[5]刘红玲、邵晓根·《微机原理与接口技术》[M]·北京中国电力出版社四、设计时间2015年1月5日至2015年1月11日指导教师签名：目录引言.................................................11课程设计的目的.....................................22课程设计的任务与要求...............................23设计方案与论证.....................................33.1方案一........................................33.2方案二........................................44设计原理及功能说明.................................64.1设计原理......................................64.2功能说明......................................85单元电路的设计.....................................95.1总体设计......................................95.2抢答器电路设计...............................105.3定时电路设计.................................115.4时序控制电路.................................125.5报警电路设计.................................135.6选手抢答键...................................136硬件的制作与调试..................................147总结..............................................17附录1：总体电路原理图..............................21附录2：元器件清单..................................22附录3：程序源代码..................................221引言在现代科技的迅速发展的前提下，生活和生产中都要求尽可能的实现自动化控制，自动化控制不仅为我们的生活和生产过程带来了许多的方便，同时也显示了一个国家的科技发展水平。在我们日常生产生活以及学习中，对一些娱乐竞赛的活动需求日趋增加，而在绝大部分的娱乐比赛当中，如果在抢答中，靠视觉是很难判断出哪组先答题。因此比赛中如何判断出第一个举手或抢答的人成为许多学者研究的课题。为了保证比赛的准确性、公正性、直观性，通常比赛会设置竞赛抢答器。本此微机原理课程设计课题是利用微机原理及接口技术，设计出一个竞赛抢答器系统，该抢答系统具有8个人的抢答控制按钮（本课题中使用开关作为按钮），选手通过按钮来进行抢答。本设计主要是以8086为核心，通过加上必要的支持芯片，比如时钟电路、地址锁存器、收发器、8255,8253等，构成一台完整微机系统。通过8255A与外部键盘相连，工作方式为定时扫描，利用定时器产生中断、CPU响应中断后对键盘进行扫描，或软件定时扫描，并在有键按下时转入键功能处理程序。中断优先级管理器8259A在本系统中用来管理选手按键中断信息。可编程定时器／计数器8253用来设定扬声器的发声频率和发声时间。LED显示器用来连接到8255A的B口，用来显示选手号。抢答器对采样获得的各路抢答信号进行分柝,能够识别超前违规信号、有效抢答信号,并对它们进行处理。使每一次抢答过程都有效。并且能够清楚的判断抢答后的回答时间是否超时，操作方便，功能齐全。整个课程设计不仅让学生在课堂上学到的纯理论知识学以致用，而且还充分锻炼了学生的分析问题解决问题的能力，开拓创新的精神，严谨了学生的思维，提高了学生的综合素质，为以后的更加独立自主的学2习打下了一个良好的基础。1课程设计的目的课程设计是学生综合运用所学知识，全面掌握单片微型计算机及其接口的工作原理、编程和使用方法的重要实践环节。通过独立或协作提出并论证设计方案，进行软、硬件调试，最后获得正确的运行结果，可以加深和巩固对理论教学和实验教学内容的掌握，进一步建立计算机应用系统整体概念，初步掌握单片机软、硬件开发方法。通过课程设计培养同学们的系统设计能力，使同学们达到以下能力训练：（1）调查研究、分析问题的能力；（2）使用设计手册、技术规范的能力；（3）查阅中外文献的能力；（4）制定设计方案的能力；（5）计算机应用的能力；（6）设计计算和绘图的能力；（7）技术经济指标的分析能力；（8）语言文字表达的能力2课程设计的任务与要求主要进行两个方面的设计，即单片机最小系统和存储器扩展设计、接口技术应用设计。其中，单片机最小系统主要要求学生熟悉单片机的内部结构和引脚功能、引脚的使用、复位电路、时钟电路、4个并行接口和一个串行接口的实际应用，从而可构成最小应用系统，并编程进行简单使用。存储器扩展设计要求学生掌握常用半导体芯片与单片机的接口，如EPROM存储器用作外部程序存储器时与单片机的连接关系，SRAM存储器用作外部数据存储器时与单片机的连接关系，E2PROM存储器用作外部程序/数据存储器时与单片机的连接关系。能合理分配和使用单片机的内部和外3部存储器，编程实现正常的读写功能。在进行智力竞赛时，为了具有一种反应准确显示方便的抢答装置，下面设计了一种带有定时功能的多路抢答器1、八路抢答，各用一个抢答按钮；2、设置一个控制开关，该开关由主持人控制；3、具有数据锁存和显示功能，抢答开始后若有选手按动抢答按钮，编号立即锁存，此外，要封锁输入电路，禁止其他选手抢答。优先抢答选手的编号一直保持到系统清零为止；4、当主持人按下“开始”按钮，抢答开始。5、当某一路抢答成功时，在数码管上显示成功信息和该路的号数；6、当某一路抢答违规时，能在数码管上显示违规信息和号数；可扩展以下功能：7、具有定时抢答的功能，选手在设定的时间内抢答有效，且一次抢答的时间设定为30秒，超时扬声器报警；8、定时抢答的时间到，却没有选手抢答时，本次抢答无效，系统短暂报警，并封锁输入电路，禁止选手超时抢答，时间显示器上显示00。9、开始开关未动作，在数码管上显示出选手的编号和抢答时刻，同时扬声器给出音响提示，选手抢答无效，并报警，系统复位，重新开始3设计方案与论证3.1方案一(1)本方案定时抢答器的总体框图如下图所示，它由主体电路和扩展电路两部分组成。主体电路完成基本的抢答功能，即开始抢答后，当选手按动抢答键时，能显示选手的编号，同时能封锁输入电路，禁止其他选4手抢答，扩展电路完成定时抢答的功能。(2)定时抢答器的工作过程是：接通电源时，节目主持人将开关置于“消除”位置，抢答器处于禁止工作状态，编号显示器灭灯，定时器倒计时，当定时时间到，却没有选手抢答时，系统报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答。当选手在定时时间内按动抢答键时，抢答器要完成以下四项工作：优先编码电路立即分辨出抢答者的编号，并由锁存器进行锁存，然后由译码显示电路显示编号；扬声器发出短暂的声响，提醒节目主持人注意；控制电路要对输入编码电路进行封锁，避免其他选手再次进行抢答；控制电路要使定时器停止工作，时间显示器上显示剩余的抢答时间，并保持到主持人将系统消零为止，当选手将问题回答完毕，主持人操作控制开关，使系统回复到禁止工作状态，以便进行下一轮抢答。3.2方案二本方案完成的功能如图所示，当主持人宣布抢答开始的时候，按5下开始按钮，此时电路进入抢答状态，选手的输入采用了扫描式的输入，之后把相应的信息送往单片机，再由单片机输出到显示输出电路中。此时有人第一按下相应的抢答按钮，经过单片机的控制选择，在八段显示器上显示相应的号码，并锁存，同时禁止其他按钮的输入。基于以上两种方案做以简要分析，第一种方案电路较为复杂，但无需进行软件设计，直接进行线路的连接就可以运行。第二种方案电路较为简单，需要进行复杂的软件设计，并需要进行很长时间调试，费工费时。说以决定选择第一种方案.64设计原理及功能说明4.1设计原理系统选择8086CPU，8255A片选地址为04A＊H，如下图所示8255A的A口只作输出使用，驱动数码管。8255的B口只作输入使用，作为8个抢答信号的输入。8255的C口作位操作，驱动发光管。A口地址为04A0H。B口地址为04A2H，C口地址为04A4H，控制字地址04A6H。A口工作方式选方式0，B口工作方式选方式1。8255A工作方式控制字为86H（1000，0110）B。C口的最高两位PC6，PC7作位操作，驱动发光管二极管。7抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮S0~S7表示。设置一个系统清除和抢答控制开关S,该开关由主持人控制。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，扬声器发出声响提示，并在七段数码管上显示选手号码。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。抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如30秒）。当主持人启动“开始”键后，定时器进行减计时。参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手8的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示00。4.2功能说明本次实验是要求设计一个竞赛抢答器。在做本实验之前，我们先熟悉了中断优先级管理器8259A、可编程并行接口接口芯片8255A、可编程定时器／计数器8253和数码管的用法，掌握了汇编程序的设计。通过本次实验掌握了微机系统的开发步骤，锻炼了我们的对硬件和软件的的综合操作。本次设计需要熟练掌握汇编语言，熟悉中断优先级管理器8259A、可编程并行接口接口芯片8255A、可编程定时器／计数器8253的内部结构、外部引脚和功能，熟悉LED显示器的结构及译码方式。中断优先级管理器8259A在本系统中用来管理选手按键中断信息。可编程并行接口接口芯片8255A在本系统中用来连接选手的按键，逻辑开关K0—K7代表竞赛抢答按钮0—7号，当某个逻辑开关置1时，相应某组抢答按钮按下。在七段数码管上将其组号（0—7）显示出来，并使微机扬声器响1、设计思路首先初始化8255，然后判断是启动还是复位操作，若是复位操作，则控制8255输出的数据使绿色和红色指示灯、LED数码管全灭；否则启动下一次抢答，使绿色发光二极管亮，当8255的输入口A有不为0的数据时，则使红色发光二极管点亮、并判断先拨动开关的组号，在LED上显示出其组号。2、使