抢答器系统设计

单片机原理及应用课程设计题目：抢答器系统设计院（系、部）：机电工程学院指导老师：马继伟张丽红学生姓名：杨曼2018年10月19日专业:电气工程及其自动化学号：0413160222HebeiNormalUniversityofScience&Technology目录摘要..................................................................................................................................11引言..........................................................................................................................22数字抢答器设计要求及方案..................................................................................22.1设计任务与要求............................................................................................22.1.1基本要求.................................................................................................22.1.2发挥部分.................................................................................................22.2设计方案........................................................................................................22.2.1方案一.....................................................................................................22.2.2方案二.....................................................................................................23单片机芯片选取......................................................................................................34硬件系统设计..........................................................................................................34.1外部振荡电路的设计....................................................................................34.2复位电路的设计............................................................................................44.3显示电路的设计............................................................................................44.4按钮输入电路的设计....................................................................................54.5声音提示电路的设计....................................................................................64.6LED显示灯的设计...........................................................................................65软件系统设计及仿真电路......................................................................................65.1抢答器主程序................................................................................................65.2仿真电路........................................................................................................7总结....................................................................................................................................8参考文献............................................................................................................................8附录1电路原理图...........................................................................................................9附录2源程序.................................................................................................................101摘要该抢答器由外部振荡电路、复位电路、显示电路、按键输入电路、声音提示电路、LED显示灯电路以及软件编程组成。软件程序编写倒计时时间20秒，按下启停建，系统开始倒计时。若有人抢答，则倒计时停止，蜂鸣器响，对应LED灯亮，主持人按下RESET即可恢复开机状态；若无人抢答，则此轮抢答作废，倒计时到0后自动恢复开机状态[1]。关键字：抢答电路倒计时电路显示电路21引言学校、电视节目等举办的各种各样的智力竞赛都会用到抢答器。目前市场上已有很多类型的竞赛抢答器，但其中绝大多数是早期设计的，采用模拟电路、数字电路或者模数混合电路的产品。这抢答器已相当成熟，但是随着功能增多，电路也越复杂，并且成本偏高，故障率高，显示方式简单或者没有，无法准确判断抢按按钮的行为，也不便于参数调节及功能的升级换代。近年来随着科技的飞速发展，单片机、CPLD、PLC的应用正在不断地走向深入，同时带动传统的控制检测技术的不断更新。本设计就是利用单片机作为核心部件进行逻辑控制及信号的产生。2数字抢答器设计要求及方案2.1设计任务与要求2.1.1基本要求（1）给主持人设置一个开关，用来控制系统的重启（编号显示数码管重置初始时间）和抢答器的倒计时开始。（2）抢答器显示和倒计时的功能。抢答开始后，若有选手按动抢答器按钮，编号立即锁存，并在LED数码上显示选手的编号，同时扬声器给出音响提示。此外，要封锁输入电路，禁止其他选手抢答。2.1.2发挥部分（1）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20秒）。当节目主持人启动“开始”键后，要求定时器立即减计时，并用显示器显示。（2）参加选手在设定的时间内抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号，并保持到主持人将系统清零为止。（3）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，系统自动回复到初始倒计时时间，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答。2.2设计方案2.2.1方案一通过纯电子器件搭建电路实现，如优先编码器、锁存器、555定时器、译码器等。纯电子器件实现，没有软件参与，调试简单，但是不利于扩展和修改，而且电路结构复杂，调试困难，电子期间管教很多，搭建起来费时费力，焊接容易出错。2.2.2方案二单片机实现。单片机体积小价格低，应用方便，稳定可靠。它将很多任务交给了软件编程去实现，大大简化了外围硬件电路，使外围电路的实现简单方便。由于单片机本身不具有软件编译测试的功能，需要借助其他软件编译，将编译好的程序加入单片机内。33单片机芯片选取单片机选用的是STC89C51，它是一种低功效、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。在单芯片上拥有灵巧的8位CPU和在线系统可编程Flash，使得STC89C51具有以下标准功能：8K字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器串口、中断继续工作。掉电保护方式下RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。它还具有一个看门狗（WDT）定时/计数器。如果程序没有正常工作，就会强制整个系统复位，还可以在程序陷入死循环的时候，让单片机复位而不用整个系统断电，从而保护你的硬件电路。STC89S51有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中端口，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。(1)单片机管脚说明：(2)引脚功能P2.4：RXD（串行口输入），蜂鸣器报警P2.5：TXD（串行口输出），警示灯报警P2.6：INT0（外部中断0输入），用于倒计时P2.7：软件复位P0.0~P0.7：数码管段选P2.0~P2.3：数码管位选P1.0~P1.7：按钮抢答功能键RST：系统复位端XTAL1，XTAL2：振荡电路[2]4硬件系统设计4.1外部振荡电路的设计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，其振荡频率为11.0592Hz。电路中两个电容C1，C2的作用有两图1STC89C51管脚图图2外部振荡电路4个：一是帮助振荡器起振；二是对振荡器的频率进行微调。4.2复位电路的设计在方案中使用到了硬件复位和软件复位两种功能，由上面的硬件复位可使寄存器及存储器的值都恢复到初始值。倒计时需要有记忆功能，该功能实现的前提条件是不能对单片机进行硬件复位，所以设定软复位功能。软复位实际上就是当程序执行完毕之后，将程序指针通过一条跳转指令让它跳转到程序执行的起始地址。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系统复位，系统复位后单片机的各状态都恢复到初始化状态。4.3显示电路的设计译码器的逻辑功能是将每一个输入的二进制代码译成对应的输出高、低电平信号，是编码器的反操作。数码管可以用TTL或CMOS集成电路直接驱动，所以使用译码器将BCD编码译成数码管所需要的驱动信号，以便使数