畢業(yè)設(shè)計論文—八路智力競賽搶答器

1、課程設(shè)計(論文)說明書題 目：八路智力競賽搶答器院 （系）： 信息與通信學(xué)院 專 業(yè)： 電子信息工程 學(xué)生姓名：學(xué) 號：指導(dǎo)教師： 職 稱： 講 師 2011年12月15日摘 要 本文主要介紹了八路智力競賽搶答器設(shè)計及工作原理，以及它的實際用途。該搶答器以AT89C51單片機(jī)為核心，通過外圍接口實現(xiàn)搶答功能。其電路控制系統(tǒng)分為存儲模塊、顯示模塊、語音模塊和搶答開關(guān)模塊共四個模塊，利用單片機(jī)的定時器/計數(shù)器定時和記數(shù)的功能，用按鍵通過開關(guān)電路輸入各路的搶答信號，經(jīng)單片機(jī)的處理，輸出控制信號，通過軟、硬件的有機(jī)結(jié)合，從而實現(xiàn)單片機(jī)控制的智力搶答器系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：八路搶答；AT89C51單片機(jī)；按鍵A

2、bstractThis paper mainly introduces eight intellectual competition Responder design and working principle, and its practical application. The responder based on AT89C51 single-chip microcomputer as the core, through the peripheral interface to achieve Responder function. The circuit control system i

3、s divided into storage module, display module, the voice module and Qiangda switch module consists of four modules, the use of single-chip timer / counter timing and counting function, with the key through the switch circuit input each responder signal, through the SCM processing, output control sig

4、nal, through the soft, organic combination of hardware, thus the realization of single-chip control intelligence system.Keywords:eight way contest; AT89C51 MCU; key目 錄引言11 八路智力競賽搶答器系統(tǒng)的概述21.1 設(shè)計要求及目的21.2 電路設(shè)計原理及框圖22 八路智力競賽搶答器軟硬件設(shè)計及說明22.1 主要芯片的介紹2硬件電路設(shè)計3時鐘頻率電路的設(shè)計3顯示模塊設(shè)計42.搶答開關(guān)模塊設(shè)計42.語音模塊設(shè)計52.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計5

5、3八路智力競賽搶答器電路的設(shè)計與制作63.1 八路智力競賽搶答器電路簡介63.2 根據(jù)原理圖用Altium Designer 09畫出的SCH圖73.3 八路智力競賽搶答器的PCB圖73.4 制作電路板過程83.5 焊接好的電路83.6 調(diào)試焊接好的電路83.7 調(diào)試實物圖94 結(jié)論105 個人感言10謝 辭11參考文獻(xiàn)12附 錄13引言隨著我國經(jīng)濟(jì)和文化事業(yè)的發(fā)展，在很多公開競爭場合要求有公正的競爭裁決，諸如證券、股票交易及各種智力競賽等,因此出現(xiàn)了搶答器。搶答器一般是由很多電路組成的，線路復(fù)雜，可靠性不高，功能也比較簡單，特別是當(dāng)搶答路數(shù)很多時，實現(xiàn)起來就更為困難。目前很多搶答器基本上采用

6、小規(guī)模數(shù)字集成電路設(shè)計，使用起來不夠理想。因此設(shè)計一更易于使用和區(qū)分度高的搶答器成了非常迫切的任務(wù)?，F(xiàn)在單片機(jī)已進(jìn)入各個領(lǐng)域，以其功耗小、智能化而著稱,所以我們設(shè)計了以AT89C51單片機(jī)為核心的新型智能的搶答器，在保留原始搶答器的基本功能的同時又增加了數(shù)碼管顯示電路，使本搶答器系統(tǒng)具有實用性強(qiáng)、判斷精確、操作簡單、擴(kuò)展功能強(qiáng)等特點。本系統(tǒng)采用單片機(jī)作為整個控制核心?？刂葡到y(tǒng)的四個模塊為：顯示模塊、存儲模塊、語音模塊、搶答開關(guān)模塊。該系統(tǒng)通過開關(guān)電路八個按鍵輸入搶答信號，利用四個數(shù)碼管來完成顯示功能，用按鍵來讓選手進(jìn)行搶答，在數(shù)碼管上顯示哪一位先答題的，從而實現(xiàn)整個搶答過程。本搶答器具有取材簡

7、單，成本低廉，體積小，實用性強(qiáng)，電路簡單易懂等優(yōu)點，并可以通過電路拓展增加數(shù)字鎖存功能搶答器又稱為第一信號鑒別器，因此可廣泛應(yīng)用于各種知識競賽、文藝活動等場合。1 八路智力競賽搶答器系統(tǒng)的概述1.1 設(shè)計要求及目的（1）設(shè)計一個可供8人進(jìn)行的搶答器。（2）系統(tǒng)設(shè)置復(fù)位按鈕，按動后，重新開始搶答。（3）搶答器開始時數(shù)碼管不顯示序號，選手搶答實行優(yōu)先顯示，優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。搶答后顯示優(yōu)先搶答者序號，同時發(fā)出音響，并且不出現(xiàn)其他搶答者的序號。（4）搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間有主持人設(shè)定，本搶答器的時間可有兩種選擇分別為20秒和40秒，當(dāng)主持人啟動“開始”

8、開關(guān)后，定時器開始減計時，同時蜂鳴器有短暫的聲響。（5）設(shè)定的搶答時間內(nèi)，選手可以搶答，這時定時器停止工作，顯示器上顯示選手的號碼和搶答時間，并保持到主持人按復(fù)位鍵。（6）當(dāng)設(shè)定的時間到，而無人搶答時，本次搶答無效，揚聲器報警發(fā)出聲音，并禁止搶答。定時器上顯示00。1.2 電路設(shè)計原理及框圖搶答器的基本工作原理:在搶答競賽或呼叫時，有信號送入主電路中，搶答器內(nèi)部的寄存器工作，并識別、記錄號碼，同時內(nèi)部的定時器開始工作，記錄有關(guān)時間并產(chǎn)生超時信號。在整個搶答器工作過程中，顯示電路、語音電路等還要根據(jù)現(xiàn)場的實際情況向外電路輸出相應(yīng)信號。搶答器的工作流程分為：系統(tǒng)復(fù)位、設(shè)置回答時間、搶答開始、回答開

9、始、計分等幾部分。具體原理框圖如圖下：（4位）電源復(fù)位電路主持人按鍵AT89C51聲音提示數(shù)碼顯示選手按鍵圖1 電路設(shè)計原理框圖2 八路智力競賽搶答器軟硬件設(shè)計及說明2.1 主要芯片的介紹 AT89C51芯片是8位CPU， 有4kbytes 程序存儲器(ROM) (52為8K) ，256bytes的數(shù)據(jù)存儲器(RAM) （52有384bytes的RAM），32條I/O口線，111條指令，大部分為單字節(jié)指令，21個專用寄存器 ，2個可編程定時/計數(shù)器，5個中斷源，2個優(yōu)先級（52有6個），一個全雙工串行通信口 ，外部數(shù)據(jù)存儲器尋址空間為64kB ，外部程序存儲器尋址空間為64kB ，邏輯操作位尋

10、址功能。雙列直插40PinDIP封裝 ，單一+5V電源供電。圖2 AT89C51芯片硬件電路設(shè)計時鐘頻率電路的設(shè)計 外部震蕩電路單片機(jī)必須在AT89C51的驅(qū)動下才能工作，在單片機(jī)內(nèi)部有一個時鐘震蕩電路，只需要外接一個振蕩器就能產(chǎn)生一定的時鐘信號送到單片機(jī)內(nèi)部的各個單元，外部震蕩電路如下圖：圖3 外部震蕩電路一般選用石英晶體振蕩器。此電路在加電大約延遲10ms后振蕩器起振,在XTAL2引腳產(chǎn)生幅度為3V左右的正弦波時鐘信號,其振蕩頻率主要由石英晶振的頻率確定。電路中兩個電容 C1,C2的作用有兩個:一是幫助振蕩器起振;二是對振蕩器的頻率進(jìn)行微調(diào)。C1,C2的典型值為30PF。 單片機(jī)在工作時,

11、由內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生或由外直接輸入的送至內(nèi)部控制邏輯單元的時鐘信號的周期稱為時鐘周期。其大小是時鐘信號頻率的倒數(shù),常用fosc表示。如時鐘頻率為12MHz,即fosc=12MHz,則時鐘周期為1/12µs。顯示模塊設(shè)計 顯示功能與硬件關(guān)系極大，當(dāng)硬件固定后，如何在不引起操作者誤解的前提下提供盡可能豐富的信息，全靠軟件來解決。圖4 數(shù)碼管顯示電路2.搶答開關(guān)模塊設(shè)計鍵盤是人與微機(jī)系統(tǒng)打交道的主要設(shè)備。關(guān)于鍵盤硬件電路的設(shè)計方法也可以在文獻(xiàn)和書籍中找到，配合各種不同的硬件電路，這些書籍中一般也提供了相應(yīng)的鍵盤掃描程序。站在系統(tǒng)監(jiān)控軟件設(shè)計的立場上來看，僅僅完成鍵盤掃描，讀取當(dāng)前時刻的鍵盤狀態(tài)

12、是不夠的，還有不少問題需要妥善解決，否則，人們在操作鍵盤就容易引起誤操作和操作失控現(xiàn)象。在單片機(jī)應(yīng)用中鍵盤用得最多的形式是獨立鍵盤及矩陣鍵盤。圖5 搶答按鍵電路2.語音模塊設(shè)計我們知道，聲音的頻譜范圍約在幾十到幾千赫茲，若能利用程序來控制單片機(jī)某個口線的“高”電平或低電平，則在該口線上就能產(chǎn)生一定頻率的矩形波，接上喇叭就能發(fā)出一定頻率的聲音，若再利用延時程序控制“高”、“低”電平的持續(xù)時間，就能改變輸出頻率，從而改變音調(diào)，使喇叭發(fā)出不同的聲音。圖6 發(fā)聲電路2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計流程圖是使用圖形表示算法的思路是一種極好的方法，不論采用何種程序設(shè)計方法，程序總體結(jié)構(gòu)確定后，一般以程序流程圖的形式對

13、其進(jìn)行描述。總體框圖中的各個子模塊或各個子任務(wù)也應(yīng)該結(jié)合具體的教學(xué)模型和算法畫出較詳細(xì)的程序流程圖，供后面編寫具體程序和閱讀程序使用。流程圖是由一些圖框和流程線組成的，其中圖框表示各種操作的類型，圖框中的文字和符號表示操作的內(nèi)容，流程線表示操作的先后次序。流程圖的基本結(jié)構(gòu)為順序結(jié)構(gòu)，分支結(jié)構(gòu)（又稱選擇結(jié)構(gòu)），循環(huán)結(jié)構(gòu)。為便于識別，繪制流程圖的習(xí)慣做法是：方框表示：要執(zhí)行的處理（Process）平行四邊型表示：代表資料輸入（Input）不規(guī)則圖形代表資料輸出（Output）或報表輸出（Print）菱形表示：決策或判斷（例如：If.Then.Else）在本設(shè)計中包括了以下八個主要的程序：主程序；非

14、法搶答序；搶答時間調(diào)整程序；回答時間調(diào)整程序；倒計時程序；正常搶答處理程序；犯規(guī)處理程序；顯示及發(fā)聲程序。主流程圖如圖所示：圖7 程序流程圖3八路智力競賽搶答器電路的設(shè)計與制作3.1 八路智力競賽搶答器電路簡介八路智力競賽搶答器電路，控制8個知識競賽的搶答按鈕，控制用數(shù)字顯示搶到的號碼，手動復(fù)位，通過將AT89C51單片機(jī)做為主控CPU，外接四個7段共陰極數(shù)碼管來顯示搶到的臺，S1-S8是選手控制按鈕用來搶答，其余按鈕式主持人控制系統(tǒng)，用單片機(jī)的復(fù)位腳來直接控制復(fù)位。3.2 根據(jù)原理圖用Altium Designer 09畫出的SCH圖 用軟件Altium Designer畫出相應(yīng)SCH圖如下

15、：圖8 用Altium Designer 09畫的八路智力競賽搶答器SCH圖3.3 八路智力競賽搶答器的PCB圖 根據(jù)原理圖，導(dǎo)出相應(yīng)的PCB圖，并排版，接線后得到。故通過軟件Altium Designer畫出相應(yīng)的PCB圖如下：圖9 用Altium Designer 09畫的八路智力競賽搶答器PCB圖3.4 制作電路板過程（1）根據(jù)設(shè)計出來的原理圖利用Altium Designer 09畫sch圖和pcb圖；（2）打印pcb印制電路板；（3）根據(jù)原理圖焊接元件元件；（4）檢查焊接電路有無虛焊、短路等。3.5 焊接好的電路 根據(jù)原理圖，如圖即為焊好后的電路。圖10 焊接好后的電路板3.6 調(diào)試

16、焊接好的電路操作說明：主持人按下復(fù)位鍵SET,如果題目比較容易調(diào)節(jié)搶答時間為20s,再按EN鍵確定，然后按下ON開始搶答，同時揚聲器響，顯示如圖11所示；3號選手按下鍵搶答成功，立即進(jìn)入倒計時答題狀態(tài)如圖12所示；如果在所設(shè)時間內(nèi)選手未能按時答題，則發(fā)出報警。（1）具有清零裝置和搶答控制，可由主持人操縱避免有人在主持人說“開始”前提前搶答違反規(guī)則。（2）具有定時功能，在設(shè)定時間內(nèi)無人搶答表示所有參賽選手獲參賽隊對本題棄權(quán)。設(shè)定時間內(nèi)仍無人搶答其報警電路工作表示搶答時間耗盡并禁止搶答。 （3）主持人按"搶答開始"鍵，會有提示音，并立刻進(jìn)入搶答倒計時，如有選手搶答，會有提示音，

17、并會顯示其號數(shù)，只有第一個按搶答的選手有效。 （4）如倒計時期間，主持人想停止倒計時可以隨時按"停止"按鍵，系統(tǒng)會自動進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)，等待主持人按"搶答開始"進(jìn)入下次搶答計時。3.7 調(diào)試實物圖（1） 開始計時圖11 開始計時電路圖（2） 選手搶答 圖12 選手搶答電路圖4 結(jié)論通過本次課設(shè)，我從中知道了許多無法從課本上知道的實際工作經(jīng)驗，也鞏固了自己所學(xué)的文化知識，更主要是讓我學(xué)會了如何自學(xué)并發(fā)現(xiàn)問題和解決問題。本次設(shè)計雖受到一定條件的限制，調(diào)試過程中也出現(xiàn)了一些問題，但在同學(xué)的幫助，老師的指導(dǎo)下，基本達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計要求和目標(biāo)。在設(shè)計過程中，涉及到很多

18、專業(yè)知識，如：模擬電子電路，電路理論，高頻電子電路，Altium Designer軟件，等等，真正地把理論和實踐結(jié)合起來，及鞏固了理論知識，也提高了自身的動手能力，讓我覺得本次課設(shè)期間的收獲遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于在學(xué)校期間的理論知識的學(xué)習(xí)。 5 個人感言課程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識 ,發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對我們的實際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程?；仡櫰鸫舜握n程設(shè)計，我感慨頗多，的確，自從拿到題目到完成整個制作，從理論到實踐，在整整一月的日子里，可以學(xué)到很多很多的東西，比如學(xué)會怎么用Altium Designer繪制原理圖和圖，同時不僅鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)

19、到了很多在書本上所沒有的知識。通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設(shè)計的過程中難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對一些前面學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，比如說不懂一些元器件的使用方法。 在本次課設(shè)中，雖然題目很簡單，元器件及其原理都簡單，但實際與理論的差距讓我吃了不少虧，比如在畫好PCB圖后安裝元器件的時候，我照著圖把BJT的管腳安反了，沒有按原理去安裝器件，讓我的第一次調(diào)試很失敗，通過檢查，終于在同學(xué)的

20、幫助下發(fā)現(xiàn)了錯誤并重新焊接。我還學(xué)會了Altium Designer軟件的使用，以及如何用外接法來探索芯片各個管腳功能！ 總之，這次課設(shè)讓我受益匪淺！謝 辭在本次課程設(shè)計中，得到很多同學(xué)老師的幫助，使我獲益良多。無論這次課程設(shè)計的結(jié)果如何，我都要感謝給過我?guī)椭娜?。對于電子設(shè)計的初學(xué)者來說，經(jīng)驗的欠缺常常會讓我們在學(xué)習(xí)的過程中吃盡苦頭，我非常慶幸能得到同學(xué)老師的幫助，他們用自身做設(shè)計的經(jīng)驗指導(dǎo)我，傾力傳授我設(shè)計的技巧，使我受益匪淺。當(dāng)我初出茅廬，還不知如何正確畫出電路圖時，是耐心的同學(xué)教我如何使用Altium Designer軟件；當(dāng)我對芯片不夠了解，無法正確接線時，是老師同學(xué)指導(dǎo)我、鼓勵我；

21、當(dāng)電路調(diào)試失敗時，是同學(xué)幫我細(xì)心檢查、一次次調(diào)試電路。最終，在老師同學(xué)的指導(dǎo)啟發(fā)下，我終于更好地掌握了芯片的管腳接線。如果沒有大家的幫助，我是不可能有現(xiàn)在的這些成果的，故在此真誠感謝所有幫助過我的老師同學(xué)！參考文獻(xiàn)1 孫梅生，李美鳶，徐振英. 電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計M.北京：高等教育出版社，1995:12.2 康華光. 電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分)M.北京：高等教育出版社，1995:438440.3 高澤涵. 電子電路故障診斷技術(shù)(高)M.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2001:827.M.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2003:126-1285 閆勝利, 袁芳革 , 冷小冰.M.北京：電子工業(yè)出版

22、社，2007-6-1.6 石磊,張國強(qiáng). Altium Designer 8.0中文版電路設(shè)計 標(biāo)準(zhǔn)教程M.北京：清華大學(xué)出版 社,2009-9-21.8 楊素行主編清華大學(xué)電子學(xué)教研電子組編 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程 北京：高等教育 出版社， 20069 潘永雄， 沙河編著 電子線路CAD使用教程 西安： 西安電子科技出版社，200710 黃冠斌，孫敏，楊傳譜，孫親錫編著 電路基礎(chǔ) 武漢：華中科技大學(xué)出版社， 200011 王宏文主編 自動化專業(yè)英語北京： 機(jī)械工業(yè)出版社，200712 李朝青主編. 單片機(jī)原理及接口技術(shù). 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1994附 錄#include<

23、reg51.h>#include<intrins.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned char#define DataPort P0 /定義數(shù)據(jù)端口 程序中遇到DataPort 則用P0 替換#define KeyPort P3 /定義鍵盤掃描端口sbit beep=P25;sbit led=P15;sbit ON=P16;sbit OFF=P17;sbit wei1=P20;sbit wei2=P21;sbit wei3=P22;sbit wei4=P23;uchar qiang_flag=0,js_flag=

24、0,start_flag=0,time_flag=1;uchar k1,k2,k3,k4,k5,k6,k7,k8;uint count=0;uchar js=30,temp;uchar code dofly_DuanMa=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71;/ 顯示段碼值0Fuchar code dofly_WeiMa=0x01,0x02,0x04,0x08;/分別對應(yīng)相應(yīng)的數(shù)碼管點亮,即位碼void xianshi();/延時子程序void DelayUs2x(unsi

25、gned char t) while(-t);void DelayMs(unsigned char t) while(t-) /大致延時1mS DelayUs2x(245); DelayUs2x(245); void ring() uchar n;for(n=0;n<200;n+)beep=1; DelayMs(3); beep=0;/*-按鍵掃描函數(shù)，返回掃描鍵值-*/unsigned char KeyScan(void) /鍵盤掃描函數(shù)，使用行列反轉(zhuǎn)掃描法 unsigned char cord;/行列值中間變量 if(KeyPort!=0xff) /先檢測有無按鍵按下 DelayMs

26、(5); /去抖 if(KeyPort!=0xff) DelayMs(5); cord=KeyPort&0xff; return(cord);/鍵盤最后組合碼值 return(0xff); /返回該值/*-按鍵值處理函數(shù)，返回掃鍵值-*/unsigned char KeyPro(void) switch(KeyScan() case 0x7f:return 1;break;/ case 0xbf:return 2;break;/ case 0xdf:return 3;break;/ case 0xef:return 4;break;/ case 0xf7:return 5;break;

27、/ case 0xfb:return 6;break;/ case 0xfd:return 7;break;/ case 0xfe:return 8;break;/ default:return 0xff;break; /*/數(shù)碼管顯示函數(shù)void Display() if(start_flag=1)wei2=0;wei1=0;wei3=1;P0=dofly_DuanMajs/10; DelayMs(10);wei3=0;wei4=1;P0=dofly_DuanMajs%10; DelayMs(10);wei4=0; if(qiang_flag=1) wei4=0;wei1=1;DataPor

28、t=dofly_DuanMa1;DelayMs(10);led=1;else if(qiang_flag=2) wei4=0;wei1=1;DataPort=dofly_DuanMa2;DelayMs(10);led=1;else if(qiang_flag=3) wei4=0;wei1=1;DataPort=dofly_DuanMa3;DelayMs(10);led=1; else if(qiang_flag=4) wei4=0;wei1=1;DataPort=dofly_DuanMa4;DelayMs(10);led=1; else if(qiang_flag=5) wei4=0;wei1

29、=1;DataPort=dofly_DuanMa5;DelayMs(10);led=1; else if(qiang_flag=6) wei4=0;wei1=1;DataPort=dofly_DuanMa6;DelayMs(10);led=1; else if(qiang_flag=7) wei4=0;wei1=1;DataPort=dofly_DuanMa7;DelayMs(10);led=1; else if(qiang_flag=8) wei4=0;wei1=1;DataPort=dofly_DuanMa8;DelayMs(10);led=1; else if(qiang_flag=9)

30、 wei4=0;wei1=1;DataPort=dofly_DuanMa15;DelayMs(10);led=1; else xianshi();wei2=0;wei1=0;wei3=1;P0=dofly_DuanMajs/10; DelayMs(10);wei3=0;wei4=1;P0=dofly_DuanMajs%10; DelayMs(10); wei4=0;/*/*顯示倒計時時間*/void xianshi() if(time_flag=-1) js=20;else if(time_flag=1) js=40;else if(time_flag=1) js=40;void main() uchar KeyNum; k1=k2=k3=k4=k5=k6=k7=k8=0; EA=1; /總中斷打開 TMOD=0x01; TH0=0xb8; TL0=0x00