智能抢答器的设计与实现

武汉理工大学《数字电子技术基础》课程设计说明书课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：信息工程学院题目:智能抢答器的设计与实现初始条件：本设计既可以选用集成电路：74LSl48，74LS279，74LS48，74LSl92，NE555，74LS00，74LSl21和其它器件等，实现八路定时抢答功能；又可以使用单片机系统构建多路数字定时抢答器。要求用蜂鸣器和光电二极管作声光报警器件，工作电源Vcc为+5V。要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、课程设计工作量：1周。2、技术要求：1）可同时供8名选手（或代表队）参赛，其编号分别是0到7，各用一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相对应；给节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零(编号显示数码管灭灯)和抢答的开始。2）抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，编号立即锁存，并在LED数码管上显示出选手的编号，同时扬声器给出音响提示。此外，要封锁输入电路，禁止其它选手抢答。优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。3）抢答器具有定时抢答的功能，且一次抢答的时间可以由主持人设定(如30秒)。当节目主持人启动“开始”键后，要求定时器立即进行减计时，并用显示器进行显示，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续时间0.5秒左右。4）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，显示器上显示选手的编号和抢答时刻的时间，并保持到主持人将系统清零为止。5）如果定时抢答的时间已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效，系统进行短暂的报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答，定时显示器上显示00。3、查阅至少5篇参考文献。按《武汉理工大学课程设计工作规范》要求撰写设计报告书。全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规范。时间安排：1、2014年6月20日，布置课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求说明。2、2014年6月21日至2013年6月23日，方案选择和电路设计。3、2014年6月24日至2014年6月26日，电路调试和设计说明书撰写。4、2014年6月27日，上交课程设计成果及报告，同时进行答辩。指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日武汉理工大学《数字电子技术基础》课程设计说明书目录摘要………………………………………………………………………………………………IAbstract…………………………………………………………………………………………II1原理电路的设计………………………………………………………………………………12单元电路设计及元件选择……………………………………………………………………32.1单片机最小系统……………………………………………………………………………32.1.1时钟振荡电路…………………………………………………………………………42.1.2复位电路…………………………………………………………………………………………42.1.3STC89C52芯片…………………………………………………………………………………52.2声光报警电路…………………………………………………………………………………………72.3数码管显示电路………………………………………………………………………………………72.4矩阵键盘………………………………………………………………………………………………83整体电路及工作原理………………………………………………………………………103.1整体电路图…………………………………………………………………………………………103.2工作原理……………………………………………………………………………………………104程序设计……………………………………………………………………………………114.1KeilC51软件介绍……………………………………………………………………………………114.2程序设计……………………………………………………………………………………………125仿真分析……………………………………………………………………………………135.1proteus仿真软件介绍………………………………………………………………………………135.2仿真结果分析………………………………………………………………………………………146系统调试……………………………………………………………………………………176.1系统调试的意义……………………………………………………………………………………176.2调试结果与分析……………………………………………………………………………………176.3实物焊接……………………………………………………………………………………………187总结与体会…………………………………………………………………………………198参考文献……………………………………………………………………………………20附录一…………………………………………………………………………………………21附录二…………………………………………………………………………………………22武汉理工大学《数字电子技术基础》课程设计说明书I摘要本文设计了一种基于STC89C52单片机技术的八路数字抢答器。主体电路由抢答电路，优先编码电路和锁存电路以及控制电路组成，扩展电路由报警电路和显示电路组成。文章对抢答器的背景与现状、硬件设计、软件设计及其仿真都做了详细的介绍。本设计主要采用单片机控制，采用手动抢答的方式，有人抢答后，系统自动封锁其他人的抢答按钮，使其不能再抢答，从而实现抢答功能。若有人在主持人按下开始按钮之前或抢答时间结束之后按下抢答按钮，系统自动视其无效，抢答开始和抢答结束后蜂鸣器自动报警，使抢答达到公平、公开的效果。关键词：单片机、STC89C52、抢答器、LED显示武汉理工大学《数字电子技术基础》课程设计说明书IIAbstractThispaperdescribesthedesignofaeightdigitalresponderbasedonSTC89C52singlechip.Themaincircuitiscomposedofanswercircuit,prioritycodingcircuitandalatchcircuitandcontrolcircuit:expansionofthecircuitismainlycomposedofanalarmcircuitanddisplaycircuit.ArticleontheResponder'sbackgroundandpresent,hardwaredesign,softwaredesignandsimulationhavemadeadetailedintroduction.ThisdesignmainlyusestheMCUcontrol,withmanualanswerintheway,somepeopleanswerin,thesystemautomaticallyblockotherpeople'sanswerinthebutton,sothatitcannotanswerinordertoachieveResponderfeature.Ifonehostpressthestartbuttonbeforepressingtheanswerinthebuttonoraftertheanswertime,thesystemautomaticallyviewthemasinvalidtoanswerinafair,openeffect.Atthebeginningandendingoftheanswerthealarmbellrespondedautomatic.Keywords:single-chipMicrocomputer、STC89C52、theAnsweringRacer、LEDdisplay武汉理工大学《数字电子技术基础》课程设计说明书11原理电路的设计根据任务要求将电路分为来两部分，一部分电路完成基本的抢答功能，即开始抢答后，当选手按动抢答器按钮时，能显示选手的编号，同时能封锁输入电路，禁止其他选手抢答。另一部分电路完成定时抢答及报警功能。比赛开始时，接通电源，抢答器处于禁止工作状态，编号显示器灭灯，定时显示器上显示设定时间，主持人可改变设定时间。当节目主持人宣布“抢答开始”，同时将控制开关拨到“开始”位置，抢答器处于工作状态，定时器开始倒计时。若定时时间到，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。若选手在定时时间内按动抢答按钮时，抢答器要完成以下四项工作：1.优先编码器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；2.扬声器发出短暂声响，提醒节目主持人注意；3.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；4.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清零为止。当选手将问题回答完毕时，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。根据以上思路，我设计了如下两种方案。方案一：图1-1方案一系统框图方案一所示抢答器的工作过程：主持人按动开始抢答的开关后，最先抢答的选手的电平信号先经过优先编码器，再依次经过数据锁存器，此时已经限制了其他选手的抢答，信武汉理工大学《数字电子技术基础》课程设计说明书2号再经过译码器和七段数码显示器，将最先抢答的该选手的编号显示出来，并同时产生报警信号，到此完成的是抢答功能；如果没有人抢答，30秒减计数器减到00时也会发出报警信号，这是完成计时功能。方案二：图1-2方案二系统框图主控制器选择由AT89C52芯片构成的单片机最小系统，用矩阵键盘作为八位选手的抢答按键以及主持人的控制按键，抢答显示选用四位共阳数码管，前两位作为剩余时间显示，第三位为抢答选手编号，整个过程用C语言程序来控制。方案一用译码器，加减计数器以及门电路等等实现多人抢答，原理清晰，但电路比较复杂，所要使用的芯片较多，在进行实物制作时需要连接的线路非常多，容易出现错误；而方案二只需要一个单片机系统，一个四位数码显示管和矩阵键盘，整体电路看起来非常清晰，而且精确度高，故本次设计选用方案二。主控制器单片机最小系统抢答器显示抢答器以及主持人按键武汉理工大学《数字电子技术基础》课程设计说明书32单元电路设计及元件选择2.1单片机最小系统图2-1STC89C52单片机最小系统原理图由上图可以看出，单片机的最小系统电路由3部分组成：单片机、时钟震荡电路和复位电路，其中单片机的重要作用不言而喻，而时钟震荡电路和复位电路也均是必不可少的部分，下面分别介绍这三个部分。武汉理工大学《数字电子技术基础》课程设计说明书42.1.1时钟振荡电路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。时钟电路如下图所示。图2-2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。单片机在工作时，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。图中时钟频率为12MHz。2.1.2复位电路单片机的第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，其电路图如下所示：图2-3复位电路复位电路的作用就是，当给单片机一个复位信号（一个一定时间的低电平）时程序便从头开始执行。一般有两种复位方式：上电复位，在系统一上电时利用电容两端电压不能突变的原理给系统一个短时的低电平；手动复位，同过按钮接通低电平给