基于AT89C51的智能抢答与表决计时器的设计与实现

（题目）：基于AT89C51的智能抢答与表决计时器的设计与实现摘要本设计是以八路抢答为基本思想。按照单片机AT89C51的定时和记数的道理，利用单片机AT89C51的优点，熟练地将硬件与软件结合起来。最终使系统可以实现：由主持人控制抢答开关，选手只有在抢答开始后抢答才被视为有效，在开始前抢答则被认定为违规。抢答时间和回答问题的时间，采用倒记时显示，倒计时为0后系统计时自动复位，禁止选手超时抢答。能够显示有效抢答和违规抢答的选手，正确按键后有声音提示，违规抢答时会报警。关键词：单片机八路抢答器AT89C51毕业设计（论文）外文摘要Title:DesignandimplementationofintelligentansweringandvotingtimerbasedonAT89C51Abstract:Thedesignisbasedoneightviesforbasicideas.Theuseofsingle-chiptimer/countertimingandcountingprinciple,thesoftwareandhardwareorganicallyandmakesthesystemcanberealized:intheanswer,onlyaftertheanswerisvalid,ifatthebeginningofpreansweranswerisinvalid;canshowwho'seffectandansweranswerinvalid,therightbuttonisthevoicepromptanswerintimeandanswerquestions;timecountdowndisplay,fullautomaticresetafterthesystemtimingandcontrolforcedreset;keylockintheeffectivestate,thekeyisinvalid.keywords:SCMEightwayresponderAT89C51目录目录1.绪论………………………41.1背景………………………41.2目的与意义………………………42.总体设计………………………52.1功能介绍………………………52.2抢答器的工作原理………………………63.硬件电路设计………………………73.1原理图的设计………………………73.2抢答器电路………………………83.3时序控制电路设计………………………83.4复位电路的设计………………………83.5晶振电路的设计………………………93.6报警电路设计………………………93.7选手抢答键的设计………………………104.软件设计………………………114.1系统主程序设计………………………114.2显示抢答违规流程图………………………134.3抢答成功流程图………………………144.4程序清单………………………145.仿真调试………………………146表决器的设计………………………166.1设计说明………………………166.2电路原理图设计………………………166.3程序的设计………………………16总结………………………17致谢………………………17参考文献………………………18附录一………………………19附录二………………………191.绪论1.1背景随着科学技术的发展与进步，智能抢答器已经深深地融入到我们的生活之中。在许多比赛以及抢答等活动中，我们都能见到抢答器的身影。一旦有选手按下抢答键，它就可以快速、准确地辨认出那位选手，使比赛能更加公平有效地进行。但我们现在使用的抢答器内部结构一般都比较复杂，不容易制造，价格偏高而性能又不佳，因此完成起来较为艰难；还有的是用其他不常见的集成芯片，购买又很困难。而此次设计的智能抢答器则具备多种优点：结构简单，元器件较为常见，容易获取，更加方便制作与实现。并且更加的智能化与人性化。该设计就是根据AT89C51单片机的基本原理设计出来的八路智能抢答器。1.2目的与意义在本次的毕业设计过程中，熟悉并运用AT89C51单片机的工作原理。掌握并能熟练使用仿真软件、编程软件。设计完整的硬件电路原理图，并进行仿真与调试。八路智能抢答器设计最终由Proteus仿真软件检验是否正确，了解并掌握智能抢答器的基本结构与使用方法。通过本次的设计与调试，了解元器件的特性，以及各电路间的关系。将软件与硬件相结合，理论与实践相结合，提高自己的动手实践以及排除问题的能力。2.总体设计单片机AT89C51作为该设计的控制中枢，用来实现计算数据、控制电路、信号接收、还有显示的功能。由于该系统的可编程性较为良好，因此，我们能方便地对系统的功能进行延伸和修改。如图所示为电路框图。它的工作原理是：连接电源后，主持人将开关设为“清除”状态，此时，抢答器关机，定时器上显示着主持人设定的时间（0s-90s）；当主持人按下“开始”键，此时抢答器开始工作。定时器开始倒计时，同时喇叭出声音。选手开始抢答，抢答器会进行：1.抢答顺序分辨、2.锁定选手号码、3.LED显示选手号码、4.喇叭发声。在有选手按下抢答键时，系统禁止再次抢答，同时，定时器终止计时。等主持人重新按下“开始”键，下一轮抢答方可开始。2.1功能介绍1、主持人可以通过按键来改变抢答时间或答题时间,如要减少一秒可以通过按一下减1s键来实现，若要加1S则按一下加1s键，必须在0s-99s内进行调节。2、按下开始键后，扬声器发出声音，此时开始抢答倒计时（设为三十秒），当有人按下抢答键时，扬声器发声，Led显示选手号码，同时，计时器开始倒计时（设为六十秒）。禁止再次抢答，当倒计时小于五秒时，扬声器发出提示。3、若是选手在主持人按开始键之前按了抢答键，则被判为为无效，数码管显示选手编号，同时扬声器报警。等到主持人按下停止键后才会停下。4、P3.1为“停止抢答”输入，P3.0是“开始抢答”输入，p1.0-p1.7是8个抢答按键输入。P0口做段选码口输出，位选P2口低3位，P3.2修改抢答时间，P3.3修改回答时间。P3.4用作增加时间，P3.5用作减少时间，P3.6为蜂鸣器输出。2.2抢答器的工作原理抢答器的抢答功能是通过AT89C51的定时器中断T0和T1来完成的。显示是采用四个LED数码管，其中，数码管是共阴极的。把P0口设成LED的8个段选，P2.0、ｐ2.1、P2.2设成四个数码管中的三个位选，P1端连八个选手抢答按键，P3.0-P3.5接的按键，功能是：控制抢答开始与结束、答题时间修改、抢答时间修改，加一秒与减一秒。抢答功能：由软件程序控制8个抢答按键，完成抢答过程。抢答开始后，有选手无论按下哪个按键，系统都会阻断另外的七路。LED显示第一位按键的选手号码还有此时的时间。抢答限时：抢答时间设成三十秒。LED倒计时显示时间，倒计时为五秒时发出声音提示，倒计时结束后，抢答结束。等待主持人第二次按下“开始”键后，开始下一轮抢答答题限时：在选手按下抢答键时，计时器开始答题倒计时。倒计时为五秒时，喇叭发出声音提示，倒计时为零时，答题时间结束。3.硬件电路设计本设计需要由硬件与软件相互配合来实现所有的功能，硬件电路则是本设计的基础。在设计过程中，一般都是先设计硬件，后期可能还要做一些修改。在后期要完成软件的编写设计。因此，应该先进行硬件电路原理图的设计与绘制。集成电路技术的发展日新月异，电路的集成度越来越高。这对我们的硬件设计水平提出了很高的要求。随着科技的发展与人们的需求愈加多样。我们在设计电路原理图时，要同时注重电路的性能与外观，应遵循以下几点：1）尽量采购及使用集成度高且性能较强的芯片，这样既可以让电路简单明了，也能同时保证抢答器的性能稳定与强劲。2)设计的电路要整洁明了，易于辨识，设计的要合理。3)要尽量选择ROM空间较大的单片机，本设计使用的是AT89C51单片机，性价比较高，且功耗不高。3.1AT89C51单片机的介绍单片机在工业控制领域有着广泛应用，它是一种集成电路芯片，也被称为微控制器，指的是在一片半导体芯片上包含了中央处理单元（CPU），只读存储器（ROM），随机存取存储器（RAM），输入输出的接口（I/O口）、计时器（Timer/Counter）、中断系统（InterruptSystem），构成一个完整的计算机系统。英文名称Mircocontroller，它集成度高，性能稳定，价格不高且功耗低。AT89C51单片机的只读存储器可以反复擦除1000次，数据保存时间达十年。3.1原理图的设计抢答器的原理图：3.2抢答器电路此电路具有两个任务：a.判断出第一个按抢答键的人，锁存他的号码，并在LED上显示选手的号码；b.令其他选手按键操作无效。直到主持人重置S“清除”，此时进入又一次抢答中。3.3时序控制电路设计时序控制电路有两点功能：第一是主持人按下抢答“开始”键时，喇叭发出声音提示，抢答电路和定时电路进入运行状态。第二是在有人按下抢答键时，喇叭放出声音提示；抢答电路和定时电路关闭运行状态3.4复位电路的设计复位电路原理图1143000554817700本系统是利用上电自动复位、手动复位两种方式来实现复位。上电复位是通过电容器来完成的，接通电源后，利用电容器的充电特性，单片机可自动复位。手动复位是按下复位键的时候，RESET引脚接收到持续、稳定的高电平，单片机系统完成复位。3.5晶振电路的设计时钟电路和振荡器实现了单片机的定时控制功能。AT89C51单片机的时钟产生方式分为内部时钟方式和外部时钟方式。本设计使用内部时钟方式。如图所示。通电后不久振荡器产生时钟，时钟频率主要由X1决定。电容C1，C2的作用有两个：a.促进振荡器快速起振。b.能对振荡器的频率做出改变，有利于震荡频率的稳定，一般为30pF。晶振电路原理图3.6报警电路设计本设计采用鸣音报警的方法，易于引起人们的注意。当报警电路收到报警信号时，扬声器发声。报警电路图3.7选手抢答键的设计AT89C51的P1.0-P1.7端口接入8个抢答按键，选手编号为1至8。当选手按下抢答按键时，8个端口的电平变化由P1口输入AT89C51，经过读取并判断后从P0输出，并在LED显示选手号码。3.8显示与显示驱动电路此电路包括显示和驱动，使用数码管动态显示，用于显示抢答问题倒计时、回答问题倒计时、无效抢答者号码、有效抢答者号码。驱动电路P2口，查询显示程序利用P0口做段选码口输出，P2低3位做位选码输出，当为低电平时能驱动数码管显示数字。4.软件设计4.1系统主程序设计为了使抢答能够合理、有序地进行，应该在抢答开始前先设好抢答时间，所以要先编写抢答时间的程序。完成抢答时间设置后，主持人按下“开始”按键，宣布抢答开始，定时中断打开并开始倒计时。然后编写键盘扫描程序。在识别到某选手按下了抢答键时，立刻关闭T0口，调用显示子程序，在数码管显示选手编号，锁闭抢答按键，禁止再有人抢答。系统主程序流程图4.2显示抢答违规流程图若在抢答比赛途中有人违规抢答，系统会立即调出违规抢答子程序。扬声器发出警报，同时在LED数码管上显示违规强答者的编号。4.3抢答成功流程图在宣布抢答开始前，主持人先设置好抢答时间，然后按下抢答“开始”按键，宣布开始抢答。此时定时中断打开并开始倒计时，扫描程序扫描到有选手按下抢答按键时，立即锁存其编号，并在LED上显示。计时器开始60S答题倒计时。5.仿真调试软件调试主要是对程序的检测和各个分电路的检测，软件程序主要通过KeiluVision4软件来检测，保证编写的程序正确无误。将程序导入Proteus软件，运行结果如下所示。按开始键后，LED进入倒计时。Proteus仿真的结果有选手按下抢答键时，LED显示选手编号，并进入答题倒计时。Proteus仿真的结果经由仿真后验证，该设计可以实现。该设计由AT89C51单片机的P0口作为段选输出，P2口作为位选输出，LED数码管显示时间。并由P3.0-P3.6口的按键控制“开始”、“结束”、扬声器声音提示等功能。P1口接选手抢答按键。该设计基本上可以完成八路智能抢答器的各种功能