八路智力競(jìng)賽搶答器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告031341123王文通

1、阿it幾縣彥XCHUBEI UNllVEftSITV FOR NATIONALITfcES電子線路設(shè)計(jì)報(bào)告八路智力競(jìng)賽搶答器設(shè)計(jì)王文通電子信息科學(xué)與技術(shù)0313411031341123指導(dǎo)教師:譚建軍2015年7月 5日湖北民族學(xué)院信息工程學(xué)院目錄課程設(shè)計(jì)題目二任務(wù)和要求三總體方案的選擇四單元電路的功能介紹五電路設(shè)計(jì)1113六仿真設(shè)計(jì)七分析和總結(jié)附錄一源程序八路智力競(jìng)賽搶答器設(shè)計(jì)一、課程設(shè)計(jì)題目（一）、題目：八路智力競(jìng)賽搶答器設(shè)計(jì)（二）、設(shè)計(jì)目的:作為一個(gè)八路搶答器實(shí)現(xiàn)的功能，應(yīng)該是在八位選手進(jìn)行搶答時(shí)能夠準(zhǔn)確的鎖定 第一位搶答選手的號(hào)數(shù)，并且準(zhǔn)確的顯示出來(lái)，它的顯示結(jié)果不會(huì)因?yàn)閯e的選手的搶

2、答而影響它的顯示。只有在主持人按下重新開(kāi)始的開(kāi)關(guān)后， 系統(tǒng)重新啟動(dòng)，原先搶答 上的號(hào)數(shù)也不在顯示，所有系統(tǒng)清零，新的一輪搶答開(kāi)始。任務(wù)和要求（1 ）搶答器設(shè)計(jì)要求1. 搶答器可以實(shí)現(xiàn)基本搶答；可同時(shí)供 8名選手或8個(gè)代表隊(duì)參加比賽，他們的編號(hào)分別是0、1、2、3、4、5、6、7,各用一個(gè)搶答按鈕。2. 給節(jié)目主持人設(shè)置一個(gè)控制開(kāi)關(guān)，用來(lái)控制系統(tǒng)的清零（編號(hào)顯示數(shù)碼管滅燈）和搶答的開(kāi)始。3 .搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能。搶答開(kāi)始后，若有選手按動(dòng)搶答按鈕, 編號(hào)立即鎖存，并在LED數(shù)碼管上顯示出選手的編號(hào)，同時(shí)揚(yáng)聲器給出音響提示。一鎖存器方案的設(shè)計(jì)針對(duì)題目設(shè)計(jì)要求，經(jīng)討分析與思考，擬定以下二種

3、方案:T 該方案是將搶答按鈕先直接與鎖存器而不是優(yōu)先編碼器相連腳將最先搶希歷關(guān)減計(jì)數(shù)罌f碼戟顯示器¥的選手的編號(hào)鎖定，再依次經(jīng)過(guò)優(yōu)先編碼器、譯碼Trnr顯示器和七段顯示器，最后顯示的是倉(cāng)答選手的編號(hào)，經(jīng)過(guò)優(yōu)先編碼器后的電路直接連接，所以顯示編號(hào)的同時(shí)可以發(fā)出報(bào)警信號(hào)。箱急態(tài)觸發(fā)器切態(tài)觸發(fā)器又與報(bào)警穩(wěn)主持人控制開(kāi)關(guān)和其他部分電路通過(guò)門電路實(shí)現(xiàn)對(duì)搶答電路、定時(shí)電路和報(bào)警部分電路的控制。 主體框圖如下：此外，要封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。優(yōu)先搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人 將系統(tǒng)清零為止。4 .具有倒計(jì)時(shí)的功能，能實(shí)現(xiàn) 30s倒計(jì)時(shí)。三八總體方案的選擇八D 答開(kāi)關(guān)"“一（1）

4、總體圖1八路智力搶答器方案一設(shè)計(jì)框圖方案二:用51單片機(jī)，通過(guò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)八路搶答器的所有功能。優(yōu)點(diǎn)：外部電路簡(jiǎn)單，可以方便的對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行功能擴(kuò)張和更改。缺點(diǎn)：要求設(shè)計(jì)者對(duì)單片機(jī)結(jié)構(gòu)及編程很熟悉。方案二：主持人按動(dòng)開(kāi)始搶答的開(kāi)關(guān)后，最先搶答的選手的電平信號(hào)先經(jīng)過(guò)優(yōu)先編碼器，再依次經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)鎖存器，此時(shí)已經(jīng)限制了其他選手的搶答， 信號(hào)再經(jīng)過(guò)譯碼器和七段數(shù)碼顯示器，將最先搶答的該選手的編號(hào)顯示出來(lái)，并同時(shí)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào),到此完成的是搶答功能；如果沒(méi)有人搶答，30秒減計(jì)數(shù)器減到00時(shí)，此是完成計(jì)時(shí)功能。主體框圖如下:圖2八路智力搶答器方案二設(shè)計(jì)框圖(2 )總體方案的選擇相比之下，第二種方案更好些。它的優(yōu)點(diǎn)表

5、現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：采用51系列單片機(jī)AT89C51作為控制核心，可以完成運(yùn)算控制、信號(hào)識(shí)別以及顯示功能的實(shí)現(xiàn)。由于用了單片機(jī)，使其技術(shù)比較成熟，應(yīng)用起來(lái)方便、簡(jiǎn)單并且單片機(jī)周圍的輔助電路也比較少，便于控制和實(shí)現(xiàn)。整個(gè)系統(tǒng)具有極其靈活的可編程性， 能方便地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行功能的擴(kuò)張和更改。四、單元電路的功能介紹1.設(shè)計(jì)所使用的元件及工具:儀器名稱數(shù)量STC89C51 芯片1塊74HC5731個(gè)按鍵9個(gè)1位七段數(shù)碼顯示管1個(gè)電阻1個(gè)三極管1個(gè)導(dǎo)線若干晶振1個(gè)2.功能介紹(1)、主持人按"搶答開(kāi)始"鍵，并立刻進(jìn)入搶答倒計(jì)時(shí)(預(yù)設(shè) 30s搶答時(shí)間)， 如有選手搶答，會(huì)有提示音，并會(huì)顯示其

6、號(hào)數(shù)，不進(jìn)行搶答查詢，所以只有第一個(gè)按 搶答的選手有效。(2)、如倒計(jì)時(shí)期間，主持人想停止倒計(jì)時(shí)可以隨時(shí)按"停止"按鍵，系統(tǒng)會(huì)自 動(dòng)進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)，等待主持人按"搶答開(kāi)始"進(jìn)入下次搶答計(jì)時(shí)。(3)、P2.7為開(kāi)始搶答和復(fù)位鍵，P 1.0-p1.7為八路搶答輸入，數(shù)碼管通過(guò)與P0 口連接的74HC573譯碼器連在一起，其中P0的八個(gè)口控制數(shù)碼管的段選，P2.0，P2.1控制數(shù)碼管的段選。3、搶答器的工作原理?yè)尨鹌鞯墓ぷ髟硎抢脝纹瑱C(jī)的定時(shí)器 T0、T1中斷完成,其余狀態(tài)循環(huán)調(diào)用顯 示子程序，用2個(gè)共陰極LED數(shù)碼管來(lái)顯示.P1 口接8個(gè)按鍵，提供選手搶答,

7、P3.0-P3.5四個(gè)接四個(gè)按鍵，提供開(kāi)始、結(jié)束、搶答倒計(jì)時(shí)，搶答功能:通過(guò)八路按鍵配合程序來(lái)實(shí)現(xiàn)搶答功能。當(dāng)主持人按下?lián)尨疰I開(kāi)始搶答后，此時(shí) 任一路按下按鈕均閉鎖其它各路，由程序?qū)︽I盤譯碼并顯示最先按下?lián)尨疰I的路數(shù)及 其當(dāng)前時(shí)間。搶答限時(shí):主持人按下?lián)尨疰I后，設(shè)置30秒為搶答時(shí)間(此時(shí)間可在1-99秒之間修改)。若 30秒內(nèi)無(wú)人搶答，說(shuō)明該搶答題目作廢。此時(shí)閉鎖所有搶答按鍵，只有當(dāng)主持人再 次按下?lián)尨疰I開(kāi)始下一次搶答方可搶答。五、電路設(shè)計(jì)(1) 搶答電路設(shè)計(jì)AT89C51的P1 口做一個(gè)為選手搶答的輸入按鍵引腳，P1.0至P1.7輪流輸出低 電位，給每一個(gè)選手編號(hào)1至8,當(dāng)選手按下按鈕時(shí)，P

8、1 口個(gè)端口的電平變化從P1 口輸入，經(jīng)單片機(jī)處理后從 P0輸出由數(shù)碼管顯示搶答者編號(hào)。I.3 .4 5&,7a.0P1 .2P1 .3P1 .4P1 5P1 .5P1.7AT39CS1 net=Die（2）定時(shí)電路設(shè)計(jì)MSC-51單片機(jī)的定時(shí)控制功能是用時(shí)鐘電路和振蕩器完成的，而根據(jù)硬件電路 的不同，連接方式分為內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。本設(shè)計(jì)中采用內(nèi)部時(shí)鐘方式。單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)反相放大器，XTAL1、XTAL2分別為反相放大器的輸入端和輸出端，外接定時(shí)反饋元件組成振蕩器（內(nèi)部時(shí)鐘方式），產(chǎn)生時(shí)鐘送至單片機(jī)內(nèi) 部各元件。時(shí)鐘頻率越高，單片機(jī)控制器的控制節(jié)拍就越快，運(yùn)算速度也就越快。

9、一般來(lái)說(shuō)單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)帶反饋的線性反相放大器，外界晶振（或接陶瓷振蕩器）和電容就可組成振蕩器，如圖2-2所示。加電以后延時(shí)一段時(shí)間（約10ms） 振蕩器產(chǎn)生時(shí)鐘，不受軟件控制，圖中 丫1為晶振，震蕩產(chǎn)生的時(shí)鐘頻率主要由 丫1 確定。電容C1，C2的作用有兩個(gè)：一是幫助振蕩器起振，二是對(duì)振蕩器的頻率起微 調(diào)作用，典型值為30pF。（3）復(fù)位電路的設(shè)計(jì)外部中斷和內(nèi)部中斷并存，單片機(jī)硬件復(fù)位端，只要持續(xù)4個(gè)機(jī)器周期的高電平 即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位，硬件復(fù)位后的各狀態(tài)可知寄存器以及存儲(chǔ)器的值都恢復(fù)到了初始值,在單片機(jī)和高電平之間接一個(gè)按鍵和電容并聯(lián)電路，當(dāng)按鍵按下時(shí)，單片機(jī)的 rst端被置高電平，由于電容的充

10、放電使 rst能持續(xù)被置高電平，達(dá)到四個(gè)的時(shí)候, 各個(gè)寄存器都恢復(fù)到最初值。電路圖如下:O 0»C3氏嚴(yán)RSTiiPSENWk（4）顯示與顯示驅(qū)動(dòng)電路此電路包括顯示和驅(qū)動(dòng)，顯示采用數(shù)碼管，驅(qū)動(dòng)用P1 口，搶答30秒倒計(jì)時(shí)、搶答者編號(hào)，數(shù)碼管采用動(dòng)態(tài)顯示。驅(qū)動(dòng)電路 P2 口，查詢顯示程序利用P0 口做段 選碼口輸出P2低2位做位選碼輸出，當(dāng)為低電平則能驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管使其顯示數(shù)字。在 +5V電壓下接10k的電阻，保證正常壓降。oPO.O/ADOP0.2/AD2P0.3FAD3P0.4/AD4P0.5/AD5POB/ADGP0.7/AD7P2.0/A£P2j1 備 P2 2/A10

11、P2.5yAH P2,4yA12 F2 6/A13<39 DO 233 Pq 虧37 02 N 亦 D3 "g*3g D4 百34 D5 飛33 pg 云32 IV g.21W1 工22=r-252GL|十RP11U2DO 2DOQOD1Q1rLOm1900.D1 313Q1亠D2 41732 D3 ePZiJzPiOno16S3.D4 6I? JIJ JD4Q4iiC15Q4* D5 T1405兄8LE5r&i-hoi3cae.D7 9!_>IJoD7Q7LE12Q7 巳111IRESPACK-874HC573(5)八路智力競(jìng)賽搶答器原理圖I"畫旳構(gòu)B

12、R佝期、hiB VJ Sikr Twita Diin Aa Sum Cvtiuq L.bPdry InfiHfl 5|fHE M口 U 申燒妙d ：+ +丸2視2 me “並 ZABa 迓匸/' X A；曲苗宜；3 2| 3ITi?«5 打 打 lULSI tug c* h£ Esr電wnFESnUXDJ-L. 1 r _. -r 亠甯S 5苓辱5窖辜1 廠* S JF: £；羊 i廠戶=afflf "*"" h 10一 pt1鬻iliiro 4Q10 馭I 口J M 8、gPCMTJr嘰3際1葉1、忖 T觀U)六、仿真設(shè)計(jì)系

13、統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)為了能夠達(dá)到搶答的公平、公正、合理，應(yīng)該在主持人發(fā)布搶答命令之前必須 先設(shè)定搶答的時(shí)間，因而在編開(kāi)始搶答前的程序得先編寫設(shè)定時(shí)間的程序，當(dāng)時(shí)間設(shè)好了之后，主持人發(fā)布搶答命令按下 P2.7按鍵，程序開(kāi)始打開(kāi)定時(shí)中斷開(kāi)始倒計(jì)時(shí)， 然后調(diào)用鍵盤掃描子程序，編寫鍵盤掃描程序。當(dāng)在掃描到有人按下了答題鍵， 馬上 關(guān)閉TO、調(diào)用顯示程序、封鎖鍵盤。通過(guò)Proteus進(jìn)行仿真，如仿真結(jié)果所示，按下開(kāi)始后，數(shù)碼管開(kāi)始倒計(jì)時(shí)七、分析和總結(jié)。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，不僅有效鞏固了本學(xué)期所學(xué)數(shù)電的相關(guān)知識(shí)， 加強(qiáng)了對(duì)重要知識(shí) 點(diǎn)的記憶和理解，還學(xué)會(huì)如何運(yùn)用 Multisim仿真進(jìn)行仿真受益匪淺，現(xiàn)總結(jié)如下。本

14、設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于時(shí)序控制電路的設(shè)計(jì)，如何在第一位搶答者搶答題目后讓編碼74LS279器停止工作；如何使計(jì)時(shí)電路在搶答后停止倒計(jì)時(shí)； 如何讓定時(shí)電路和搶答電路同時(shí) 清零。設(shè)計(jì)過(guò)程中，根據(jù)以往搶答器設(shè)計(jì)思路，及查閱相關(guān)資料，可運(yùn)用 的輸出1Q完成上述控制任務(wù)。從這一點(diǎn)，折射出自己在平時(shí)的學(xué)習(xí)中較死板，缺乏變通思考的能力。在電路仿真的過(guò)程中，由于Multisim操作相對(duì)較簡(jiǎn)單，因此在仿 真過(guò)程中較為順利。通過(guò)本次實(shí)踐操作，也讓我深刻明白：只有將課本上的理論知識(shí)，結(jié)合實(shí)踐不斷 練習(xí)，不斷總結(jié)提煉，反復(fù)思考實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，才能夠真正消化為自己的知識(shí)。本次課程設(shè)計(jì)我只用了一個(gè)星期的時(shí)間就全部做完， 效率很

15、高，因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)之前 根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，每個(gè)模塊都仔細(xì)的設(shè)計(jì)分析了，正是整個(gè)過(guò)程我都認(rèn)真的態(tài)度和方 案選擇合適，才有這么高的效率。而且從本次課程設(shè)計(jì)中收獲很多。 可以總結(jié)為以下 的幾點(diǎn):（一）、鞏固數(shù)電知識(shí)這次課程設(shè)計(jì)主要是運(yùn)用數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)的一些相關(guān)知識(shí)，在整個(gè)實(shí)習(xí)過(guò)程 中，都離不開(kāi)對(duì)數(shù)字電路課程知識(shí)的再學(xué)習(xí)。 我在最開(kāi)始，就先將實(shí)習(xí)用到的知識(shí)通 過(guò)翻閱數(shù)電書回顧了一遍（這也是對(duì)這門課的復(fù)習(xí)，給以后的復(fù)習(xí)備考減少了很多負(fù) 擔(dān)），這樣的回顧讓我對(duì)知識(shí)的理解更加透徹， 對(duì)后來(lái)的快速設(shè)計(jì)起了很好的鋪墊作用。而且還參考了數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，關(guān)于芯片的管腳，里面有清晰的描述。（二）、學(xué)會(huì)用電路板、芯片、

16、導(dǎo)線等組裝各種功能的電路;雖然這不是第一次用電路板，因?yàn)橹暗恼n內(nèi)實(shí)驗(yàn)也用過(guò)，但當(dāng)時(shí)的運(yùn)用也只是 插些導(dǎo)線和電阻電容之類的，用了電路板的很小部分。這次的實(shí)習(xí)中應(yīng)用了整塊板子, 實(shí)習(xí)后對(duì)電路板的組成完全了解了， 并能熟練運(yùn)用。實(shí)習(xí)中通過(guò)對(duì)電路的連接也懂得 了如何通過(guò)設(shè)計(jì)的分析對(duì)所連電路的整體布局，如何更好的放置芯片在最合適的位 置。在導(dǎo)線的連接上，如何選擇導(dǎo)線走向是關(guān)鍵，我們應(yīng)該盡量保證所連電路的簡(jiǎn)捷,寧短勿長(zhǎng)，合理布線。一個(gè)完美的作品不僅要能很好的完成要求實(shí)現(xiàn)功能，還要在感 官上給人美的享受。所以站在美的角度對(duì)自己的電路進(jìn)行改良是很必要的。（三）、理論聯(lián)系實(shí)際據(jù)老師介紹，這是大學(xué)里唯一一次比較

17、大型的動(dòng)手實(shí)踐機(jī)會(huì)。我當(dāng)然不會(huì)錯(cuò)過(guò)。課程設(shè)計(jì)，通過(guò)選擇的題目，根據(jù)要求，運(yùn)用所學(xué)知識(shí)將其付諸實(shí)踐來(lái)完成。這并不 是在課堂上的單純聽(tīng)懂，或者課后看書過(guò)程中的深入理解， 這需要的是一種理論聯(lián)系 實(shí)踐的能力。理論知識(shí)往往都是在一些理想狀態(tài)下的假設(shè)論， 而實(shí)際的動(dòng)手操作則完 全不同，需要考慮實(shí)際中的很多問(wèn)題。有些知識(shí)在理論上可能完全沒(méi)錯(cuò)但到了實(shí)際中 則不然。比如在動(dòng)筆做題時(shí)我們是不用考慮導(dǎo)線、電阻是否連接的牢固合理，但在實(shí)際中，導(dǎo)線電阻有時(shí)是會(huì)帶來(lái)時(shí)延造成花型變化的錯(cuò)亂，所以我們應(yīng)盡量在連接電路 時(shí)選擇最短路徑。平時(shí)試驗(yàn)中，我就很認(rèn)真，所以會(huì)比平時(shí)不動(dòng)手的要輕松地多。（四）、和同學(xué)共同合作、互相學(xué)習(xí)、

18、共同進(jìn)步最初大家沒(méi)思路的時(shí)候，特別的著急，我想出來(lái)了，大家問(wèn)我，我就說(shuō)了我的思 路，我們不是抄襲，只是探討，們個(gè)人都理解了才開(kāi)始設(shè)計(jì)，我做的循環(huán)兩遍，他們 的都不是。我們的設(shè)計(jì)不同，我只是給大家啟發(fā)了一個(gè)思考點(diǎn)。理論上我先設(shè)計(jì)出來(lái), 但在實(shí)習(xí)中經(jīng)常會(huì)遇到一些自己可能暫時(shí)無(wú)法想明白的問(wèn)題， 請(qǐng)教同學(xué)或老師是很好 的做法，節(jié)省時(shí)間，也會(huì)從別人身上學(xué)到更多。在設(shè)計(jì)時(shí)和同學(xué)相互交流各自的想法也是很重要的，不同的人對(duì)問(wèn)題的看法總有差異，我們可以從交流中獲得不同的 idea，其他人的設(shè)計(jì)也可能有比你出色的地方， 很好的借鑒，并在大家的商討中選擇 最優(yōu)方案最終一定會(huì)得到最好的設(shè)計(jì)方法。源程序/*/*八路搶答

19、器，主持人按下按鍵開(kāi)始 30秒倒計(jì)時(shí)*/*八位選手開(kāi)始搶答，然后選手號(hào)在數(shù)碼管上顯*/*顯示，30秒沒(méi)人搶答，則重新主持人宣布下一*/*題，重新開(kāi)始。*/#in clude<reg51.h>#defi ne uint un sig ned int#defi ne uchar un sig ned charuchar code tab=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;sbit w1= P"。;sbit w2=P2A1;sbit LE=P2A2;sbit Master=卩2人7;uchar time=30,t

20、=0;void delay();/延時(shí)void in it();/初始化void dis pl ay();/數(shù)碼管顯示void KeyStart();/主持人按下開(kāi)始按鍵void KeyE nd();/主持人按下結(jié)束按鍵void Num_dis play();/選手顯示/*主函*/void mai n()dis play();while(Master!=0)dis play();KeyStart();while(1) switch( P1)case Oxfe:delay();if( P1A0=0)time=1;TR0=0;Num_dis play();LE=O;break;case 0xfd:delay();if( P1A1=0)time=2;TR0=0;Num_dis play();LE=0;break;case 0xfb:delay();if( P1A2=0)time=3;TR0=0;Num_dis play();LE=0;break;case 0xf7:delay();if( P1A3=0)time=4;TR0=0;Num_dis play();LE=0;break;case 0xef:delay();if( P1A4=0)time=5;TR0=0;Num_dis play();LE=0;break;case 0xdf:delay();if( P1A5=0)time=6