基于單片機(jī)的多路智能搶答器的設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

目錄第一部分、設(shè)計(jì)任務(wù)與調(diào)研………………2第二部分、設(shè)計(jì)說(shuō)明………3第三部分、設(shè)計(jì)成果………11第四部分、結(jié)語(yǔ)……………12第五部分、致謝……………13第六部分、參考文獻(xiàn)………14第一部分、設(shè)計(jì)任務(wù)與調(diào)研1畢業(yè)設(shè)計(jì)及主要任務(wù)給主持人設(shè)置一個(gè)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）和搶答器的開(kāi)始。在主持人允許的情況下，優(yōu)先搶答者發(fā)出搶答信號(hào)，此時(shí)其他參賽者的搶答電路失去控制作用；在主持人解除搶答信號(hào)后，電路才恢復(fù)到各組又均可搶答的狀態(tài)中。2設(shè)計(jì)的思路方法當(dāng)節(jié)目主持人啟動(dòng)“開(kāi)始”鍵后，要求定時(shí)器（如30秒）立即減計(jì)時(shí)，并用顯示器顯示，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)時(shí)間0.5秒左右。參加選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)搶答，搶答有效，定時(shí)器停止工作，顯示器上顯示選手的編號(hào)和搶答器具有定時(shí)搶答的功能，且一次搶答的時(shí)間可以由主持人設(shè)定搶答時(shí)刻的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。如果定時(shí)搶答的時(shí)間已到，卻沒(méi)有選手搶答，本次搶答無(wú)效，系統(tǒng)短暫報(bào)警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時(shí)搶答，時(shí)間顯示器上顯示00。選手如果在主持人按開(kāi)始鍵之前違規(guī)搶答，系統(tǒng)報(bào)警，LED顯示違規(guī)選手號(hào)碼和FF，直到主持人按下停止鍵。3調(diào)研與總結(jié)搶答器廣泛應(yīng)用在學(xué)校和企事業(yè)單位舉行的各種競(jìng)賽、搶答活動(dòng)中,它能通過(guò)指示燈顯示、語(yǔ)音提醒、數(shù)字顯示、警示顯示等手段迅速、準(zhǔn)確、公正、地判斷出最先獲得發(fā)言權(quán)的選手。通過(guò)這次課程的設(shè)計(jì)，了解簡(jiǎn)單多功能數(shù)字電路搶答器的組成原理，初步掌握數(shù)字電路搶答器的調(diào)整及測(cè)試方法，提高思考能力和實(shí)踐能力。同時(shí)通過(guò)本課題的設(shè)計(jì)，鞏固已學(xué)的理論知識(shí)，簡(jiǎn)歷邏輯數(shù)字電路的理論和實(shí)踐的結(jié)合，了解多功能搶答器個(gè)單元之間的關(guān)系及相互影響，從而正確設(shè)計(jì)和計(jì)算定時(shí)計(jì)數(shù)的各個(gè)單元電路。初步掌握多功能搶答器的調(diào)整及測(cè)試方法。

第二部分、設(shè)計(jì)說(shuō)明1設(shè)計(jì)需求及工作原理按照設(shè)計(jì)需求，本系統(tǒng)具有以下幾個(gè)主要功能：（1）搶答器同時(shí)供8名選手或8支參賽隊(duì)伍使用；（2）搶答或回答時(shí)間主持人可自行設(shè)置；（3）能夠顯示搶答或答題時(shí)間的倒計(jì)時(shí)；（4）在有人犯規(guī)時(shí)可以顯示選手號(hào)、閃爍顯示以及蜂鳴器報(bào)警；（5）答題時(shí)間還剩5s時(shí)，蜂鳴器報(bào)警提示。2搶答器系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)采用ＡＴ８９Ｓ５２單片機(jī)為核心控制元件，發(fā)光二極管、數(shù)碼管、蜂鳴器等構(gòu)成８路搶答器，利用了單片機(jī)的延時(shí)電路、按鍵時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、報(bào)警電路、顯示電路、控制電路和搶答電路。設(shè)計(jì)的搶答器具有實(shí)時(shí)顯示搶答選手的號(hào)碼和搶答時(shí)間，重新開(kāi)始新一輪搶答競(jìng)賽的特點(diǎn)，同時(shí)利用Ｃ語(yǔ)言編程，使其實(shí)現(xiàn)一些基本的功能。搶答器系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖１所示。AT89S52單片機(jī)顯示電路時(shí)鐘電路AT89S52單片機(jī)顯示電路時(shí)鐘電路控制電路復(fù)位電路控制電路復(fù)位電路搶答電路報(bào)警電路搶答電路報(bào)警電路圖13系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用單片機(jī)作為整個(gè)控制核心，其四個(gè)模塊分別為：顯示模塊、控制模塊、報(bào)警模塊和搶答模塊［２］。工作時(shí)，該系統(tǒng)通過(guò)矩陣鍵盤(pán)輸入搶答信號(hào)，經(jīng)單片機(jī)的處理，輸出控制信號(hào)，利用一個(gè)４位數(shù)碼管來(lái)完成顯示功能并伴隨蜂鳴器報(bào)警，用按鍵來(lái)讓選手進(jìn)行搶答，在數(shù)碼管上顯示哪一組先答題的，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)搶答過(guò)程。當(dāng)主持人按下開(kāi)始鍵時(shí)，向單片機(jī)Ｐ３．２引腳輸入一個(gè)低電平信號(hào)，表示整個(gè)電路開(kāi)始工作，此時(shí)數(shù)碼管前兩位顯示選手編號(hào)（無(wú)人搶答顯示００），后兩位顯示倒計(jì)時(shí)剩余時(shí)間。若在２５ｓ內(nèi)仍然無(wú)人搶答，蜂鳴器在最后５ｓ發(fā)出連續(xù)報(bào)警，提示搶答時(shí)間即將結(jié)束；若在３０ｓ內(nèi)有人搶答，并且搶答成功，則將選手編號(hào)顯示在數(shù)碼管前兩位上，后兩位顯示搶答剩余時(shí)間，同時(shí)蜂鳴器發(fā)出一聲報(bào)警，提示其他沒(méi)有搶答的選手此題已被人搶答成功。若在搶答過(guò)程中遇到特殊情況，主持人則可以通過(guò)時(shí)間加，時(shí)間減按鍵來(lái)進(jìn)行時(shí)間調(diào)節(jié)。若要開(kāi)始新一輪搶答，主持人按下復(fù)位鍵再按開(kāi)始鍵即可。3.1控制器模塊控制器主要用于各模塊控制對(duì)顯示、搶答等。采用ＡＴＭＥＬ公司的ＡＴ８９Ｓ５２作為系統(tǒng)控制器的ＣＰＵ方案。單片機(jī)算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng)，軟件編程靈活、自由度大，可以用軟件編程實(shí)現(xiàn)各種算法和邏輯控制，并且由于其功耗低、體積小、技術(shù)成熟和成本低等優(yōu)點(diǎn)，使其在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛3.2顯示模塊顯示模塊如圖２所示。它包括顯示和驅(qū)動(dòng)，顯示采用４位７段共陰數(shù)碼管，驅(qū)動(dòng)用Ｐ０的低四位，違規(guī)者編號(hào)、搶答３０ｓ倒計(jì)時(shí)、正常搶答者編號(hào)和回答問(wèn)題時(shí)間６０ｓ倒計(jì)時(shí)，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３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１０ｋΩ的電阻，保證正常壓降。圖23.3報(bào)警模塊通過(guò)控制不同頻率的矩形脈沖來(lái)控制蜂鳴器發(fā)聲［３］。設(shè)計(jì)中只需要簡(jiǎn)單的提示聲音和稍微顯眼的燈控，有搶答違規(guī)，開(kāi)始搶答，搶答時(shí)間結(jié)束和回答時(shí)間到的提示聲和亮燈提醒。報(bào)警電路如圖３所示。圖33.4搶答電路ＡＴ８９Ｓ５２的Ｐ１口作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)，Ｐ１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)。選手搶答電路如圖４所示。圖43.5搶答器硬件電路圖基于單片機(jī)ＡＴ８９Ｓ５２設(shè)計(jì)的搶答器思路簡(jiǎn)單明了，可操作性強(qiáng)，可靠性高，擴(kuò)展功能強(qiáng)，能夠完全實(shí)現(xiàn)普通搶答器的基本功能。搶答器原理圖如５所示圖54軟件設(shè)計(jì)4.1定時(shí)中斷模塊搶答器中需要顯示倒計(jì)時(shí)來(lái)提示選手在規(guī)定時(shí)間內(nèi)作答，需要有定時(shí)中斷模塊。當(dāng)時(shí)間小于６ｓ時(shí)，搶答器需要提供警告，以及當(dāng)搶答時(shí)間結(jié)束時(shí)，要關(guān)閉外部中斷，表示搶答結(jié)束，此時(shí)再有鍵按下?lián)尨鹌饕膊粫?huì)做出反應(yīng)。4.2外部中斷模塊搶答器主要外部中斷來(lái)自于選手的搶答，當(dāng)選手搶答時(shí)，搶答器同時(shí)判斷被按下的鍵號(hào)并顯示在數(shù)碼管之上，然后在數(shù)碼管上顯示剩余時(shí)間，同時(shí)關(guān)閉中斷，表示搶答結(jié)束，此時(shí)再有鍵按下?lián)尨鹌饕膊粫?huì)做出反應(yīng)。4.3控制模塊控制模塊主要作用是對(duì)搶答器的開(kāi)始和復(fù)位功能進(jìn)行控制，主要由主持人來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能［４］。當(dāng)開(kāi)始鍵被按下時(shí)，搶答器開(kāi)始正常工作；當(dāng)搶答器停止工作時(shí)，可以按下復(fù)位鍵使搶答器處于初始化狀態(tài)。4.4報(bào)警模塊報(bào)警模塊主要作用，一是當(dāng)時(shí)間還剩５ｓ時(shí)，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警，提示選手搶答時(shí)間將要結(jié)束；二是當(dāng)有選手第一時(shí)間搶答成功時(shí)發(fā)出報(bào)警聲，提示其他選手不必再搶答。4.5主程序模塊主程序主要完成硬件初始化，子程序調(diào)用和程序間的切換，由于本設(shè)計(jì)要求搶答器具有開(kāi)始、復(fù)位、搶答三種方式切換功能［４］，所以主程序除了要進(jìn)行硬件部分的初始化以外還要進(jìn)行各個(gè)程序之間的調(diào)用和切換。主程序流程圖如圖６所示。

開(kāi)始開(kāi)始初始化部分初始化部分K9=0?NK9=0?啟動(dòng)中斷，數(shù)碼管開(kāi)始倒計(jì)時(shí)Y啟動(dòng)中斷，數(shù)碼管開(kāi)始倒計(jì)時(shí)Y若有選手搶答N若有選手搶答結(jié)束中斷停止，數(shù)碼管顯示選手編號(hào)及所剩時(shí)間結(jié)束中斷停止，數(shù)碼管顯示選手編號(hào)及所剩時(shí)間Y圖6程序：ｖｏｉｄｍａｉｎ（）｛ｈｕａｎｇ＝０；ｒｅｄ＝０；ＥＡ＝１；ＴＭＯＤ＝０ｘ１１；Ｔ２ＣＯＮ＝０ｘ０１；ＴＨ０＝（６５５３６－５００００）／２５６；ＴＬ０＝（６５５３６－５００００）％２５６；ＴＨ１＝（６５５３６－５０００）／２５６；ＴＬ１＝（６５５３６－５０００）％２５６；ＴＨ２＝（６５５３６－５００００）／２５６；ＴＬ２＝（６５５３６－５００００）％２５６；ＥＴ０＝１；ＴＲ０＝０；ＥＴ１＝１；ＴＲ１＝１；ＥＴ２＝１；ＴＲ２＝０；ＩＴ０＝１；ＥＸ０＝１；ＩＴ１＝１；ＥＸ１＝１；ａａ＝０；ｂｂ＝０；ｓｈｉｊｉａｎ＝３０；ｗｈｉｌｅ（１）｛ｋｅｙｓｃａｎ（）；

第三部分、設(shè)計(jì)成果系統(tǒng)的仿真采用Ｐｒｏｔｅｕｓ軟件進(jìn)行仿真，仿真如圖７所示：圖7

第四部分結(jié)束語(yǔ)本次研究與設(shè)計(jì)的八路多功能搶答器采用了通用的電子元器件，利用AT89S51單片機(jī)及外圍接口實(shí)現(xiàn)搶答系統(tǒng)，利用單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器定時(shí)和記數(shù)的原理，將軟、硬件有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，使得系統(tǒng)能夠正確地進(jìn)行計(jì)時(shí)，同時(shí)使數(shù)碼管能夠正確地顯示時(shí)間。計(jì)分接收的單片機(jī)部分利用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)。設(shè)計(jì)時(shí)，首先通過(guò)在線編程，然后具體安裝，仿真，完全實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)功能。本設(shè)計(jì)中，利用常規(guī)的單片機(jī)掃描識(shí)別的方法，通過(guò)系統(tǒng)的仿真研究得出。由于采用匯編語(yǔ)言設(shè)計(jì)電路，所以本設(shè)計(jì)在編程成功后，硬件電路基本上不需要調(diào)試就可正常使用。在這一次搶答器的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我覺(jué)得自己學(xué)到了很多知識(shí)，對(duì)于大學(xué)這三年學(xué)習(xí)知識(shí)也溫習(xí)了一遍，并充分發(fā)揮對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解和對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)的思考及書(shū)面表達(dá)能力，最終完成了設(shè)計(jì)。這為自己今后進(jìn)一步深化學(xué)習(xí)，積累了一定的寶貴的經(jīng)驗(yàn)。撰寫(xiě)報(bào)告書(shū)的過(guò)程也是專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)過(guò)程，它使我運(yùn)用已有的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)，分析和解決一個(gè)個(gè)理論問(wèn)題或?qū)嶋H問(wèn)題，把知識(shí)轉(zhuǎn)化為能力的實(shí)際訓(xùn)練，培養(yǎng)了我運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力但是，通過(guò)這次設(shè)計(jì)我也發(fā)現(xiàn)自己的很多不足之處。在設(shè)計(jì)過(guò)程中我發(fā)現(xiàn)自己考慮問(wèn)題很不全面，自己的專業(yè)知識(shí)掌握的很不牢固，所掌握的計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件還不夠多，我希望自己的這些不足之處能在今后的工作和學(xué)習(xí)中得到改進(jìn)。而且，通過(guò)這次設(shè)計(jì)，我懂得了學(xué)習(xí)的重要性，學(xué)會(huì)了堅(jiān)持和努力，我將會(huì)在以后的學(xué)習(xí)中繼續(xù)學(xué)習(xí)。

第五部分、致謝本設(shè)計(jì)是在老師的細(xì)心指導(dǎo)下完成的，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，自始至終凝聚著導(dǎo)師的心血。老師那治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，淵博的學(xué)識(shí)感染著我。她那誨人不倦、寬厚樸實(shí)的作風(fēng)給我們留下了不可磨滅的印象，是我學(xué)習(xí)的榜樣，使我終生受益無(wú)窮。在此設(shè)計(jì)完成之際，特向老師表達(dá)誠(chéng)摯的謝意，同時(shí)致以最崇高的敬意。我還要感謝我的一些同學(xué)，他們?cè)谖易钚枰獛椭臅r(shí)候無(wú)私的伸出了援助之手，在此，對(duì)于他們無(wú)私的幫助我表示深深的感謝?？梢哉f(shuō)如果沒(méi)有他們的幫助，我就不可能順利的按時(shí)完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。真誠(chéng)的感謝所有的幫助過(guò)我的老師們，同學(xué)們，家人和朋友們，感謝對(duì)本設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)審的老師們，感謝他們給我提出的寶貴意見(jiàn)和建議。

第六