基于单片机的八路智能抢答器系统设计毕业论文

1贵州航天职业技术学院毕业设计论文题目智能抢答器姓名熊钻专业电子工程系学号A093GZ042020173指导老师董泽芳贵州航天职业技术学院2摘要随着科学技术的发展和普及，各种各样的竞赛越来越多，其中抢答器的作用也越来越重要。本文设计出以AT89S51单片机为核心的八路抢答器，采用了数字显示器直接指示，自动锁存显示结果，并自动复位的设计思想,它能根据不同的抢答输入信号，经过单片机的控制处理并产生不同的与输入信号相对应的输出信号，最后通过LED数码管显示相应的路数，即使两组的抢答时间相差几微秒，也可分辨出是哪组优先按下的按键，充分利用了单片机系统结构简单、功能强大、可靠性好、实用性强的特点。本设计是以抢答为出发点。考虑到依需设定限时回答的功能，利用89S51单片机及外围接口实现的抢答系统，利用单片机的定时器/计数器定时和记数的原理，将软、硬件有机地结合起来，使得系统能够正确地进行计时，同时使数码管能够正确地显示时间。用开关做键盘输出，扬声器发生提示。同时系统能够实现：在抢答中，只有开始后抢答才有效，如果在开始抢答前抢答为无效；满时后系统计时自动复位及主控强制复位；按键锁定，在有效状态下，按键无效非法【关键词】抢答器单片机LED数码显示管定时器/计数器扬声器。贵州航天职业技术学院2目录摘要……………………………………………………………………………………2绪论………………………………………………………………………………………5一、抢答器的概述………………………………………………………………………………61.1系统设计的功能…………………………………………………………………………61.1.2扩展功能…………………………………………………………………………………61.2抢答器需求分析…………………………………………………………………………61.3抢答器的硬件设计………………………………………………………………………71.4抢答器的工作过程………………………………………………………………………7二、单片机的功能简介………………………………………………………………………82.189系列单片机的概述……………………………………………………………………72.2AT89S51的功能…………………………………………………………………………82.2.1AT89S51单片机的内部结构…………………………………………………………8三、硬件电路的设计…………………………………………………………………………103.1总电路原理……………………………………………………………………………103.2时钟频率电路的设计…………………………………………………………………113.3复位电路的设计………………………………………………………………………123.3.1复位电路的可靠性设计………………………………………………………………123.3.2人工复位………………………………………………………………………………133.4显示电路的设计…………………………………………………………………………143.5控制电路的实现…………………………………………………………………………163.6发声………………………………………………………………………………………173.7系统复位…………………………………………………………………………………17四、软件设计………………………………………………………………………………194.1软件任务分析…………………………………………………………………………194.2显示子程序的设计……………………………………………………………………204.3定时器T0、T1中断服务程序的设计…………………………………………………204.4抢答器处理程序的设计………………………………………………………………214.5主程序及分析…………………………………………………………………………23五、设计总结…………………………………………………………………………………31参考文献………………………………………………………………………………………32致谢……………………………………………………………………………………………33绪论2绪论数字技术是当前发展最快的学科之一，数字逻辑器件已从60年代的小规模集成电路（SSI）发展到目前的中、大规模集成电路（MSI、LSI）及超大规模集成电（VLSI）。相应地，数字逻辑电路的设计方法在不断地演变和发展，由原来的单一的硬件逻辑设计发展成三个分支，即硬件逻辑设计（中、小规模集成器件）、软件逻辑设计（软件组装的LSI和VSI，如微处理器、单片机等）及兼有二者优点的专用集成电路（ASIC）设计。目前数字电子技术已经广泛地应用于计算机，自动控制，电子测量仪表，电视，雷达，通信等各个领域。例如在现代测量技术中，数字测量仪表不仅比模拟测量仪表精度高，功能高，而且容易实现测量的自动化和智能化。随着集成技术的发展，尤其是中，大规模和超大规模集成电路的发展，数字电子技术的应用范围将会更广泛地渗透到国民经济的各个部门，并将产生越来越深刻的影响。随着现代社会的电子科技的迅速发展，要求我们要理论联系实际，数字电子逻辑课程设计的进行使我们有了这个非常关键的机会。通过这种综合性训练，我们要达到以下的目的和要求：1.结合课程中所学的理论知识，独立设计方案。达到学有所用的目的.2.学会查阅相关手册与资料，通过查阅手册和文献资料，进一步熟悉常用电子器件类型和特性，并掌握合理选用的原则，培养独立分析与解决问题的能力，对于抢答器我们大家都知道那是用于选手做抢答题时用的，选手进行抢答，抢到题的选手来回答问题。抢答器不仅考验选手的反应速度同时也要求选手具备足够的知识面和一定的勇气。选手们都站在同一个起跑线上，体现了公平公正的原则。航天职业技术学院2第一章抢答器的概述1.1系统设计的功能1.1.1基本功能：（1）同时供8名选手比赛，分别用8个按钮S0~S7表示。（2）设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。（3）抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，扬声器发出声响提示，并在七段数码管上显示选手号码。选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。1.1.2扩展功能：（1）抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如30秒）。当主持人启动开始键后，定时器进行减计时。（2）参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。在这段（3）如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示00。1.2抢答器的需求分析1、在抢答中，只有开始后抢答才有效，如果在开始抢答前抢答为无效。2、抢答限定时间和回答问题的时间可是在1～99s设定。3、可以显示是哪位选手有效抢答和无效抢答，正确按键后有音乐提示。4、抢答时间和回答问题时间倒记时显示，时间完后系统自动复位。5、按键锁定，在有效状态下，按键无效非法。航天职业技术学院2第二章单片机的功能简介2.189系列单片机的概况MCS-51单片机是美国INTE公司于1980年推出的产品，典型产品有8031、8051和8751等通用产品，一直到现在，MCS-51内核系列兼容的单片机仍是应用的主流产品，各高校及专业学校的培训教材仍与MCS-51单片机作为代表进行理论基础学习。我们常说的已经停产的89C51指的是ATMEL公司的AT89C51单片机，同时是在原基础上增强了许多特性，如时钟，更优秀的是由Flash（程序存储器的内容至少可以改写1000次）存储器取带了原来的ROM（一次性写入），AT89C51的性能相对于8051已经算是非常优越的了。89C51的缺陷在于不支持ISP（在线更新程序）功能，必须加上ISP功能等新功能才能更好延续MCS-51的传奇。89S51就是在这样的背景下取代89C51的，现在，89S51目前已经成为了实际应用市场上新的宠儿，作为市场占有率第一的Atmel目前公司已经停产AT89C51，将用AT89S51代替。89S51在工艺上进行了改进，89S51采用0.35新工艺，成本降低,而且将功能提升,增加了竞争力。89SXX可以像下兼容89CXX等51系列芯片。市场上见到的89C51实际都是Atmel前期生产的巨量库存而以。如果市场需要，Atmel当然也可以再恢复生产AT89C51。AT89S51/LS51单片机是低功耗的、具有4KB在线课编程Flash存储器的单片机。它与通用80C51系列单片机的指令系统和引脚兼容。片内的Flash可允许在线重新编程，也可使用非易失性存储器编程。他将通用CPU和在线可编程Flash集成在一个芯片上，形成了功能强大、使用灵活和具有较高性能性价比的微控制器。航天职业技术学院2外部定时元件复位中断电源系统时钟ROMCPU定时/计数器串行I/O口并行I/O口RAM2.2AT89S51单片机的内部结构AT89S51单片机内部由CPU、4KB的FPEROM，128B的RAM，两个16位的定时/计数器T0和T1，4个8位的I/O端P0、P1、P2、P3等组成。单片微机内部最核心的部分是CPU。CPU主要功能是产生各种控制信号，控制存储器、输入/输出端口的数据传输、数据的算术运算、逻辑运算以及位操作处理等，CPU按其功能可分为运算器和控制器两部分。控制器由程序计数器PC、指令储存器、指令译码器、实时控制与条件转移逻辑电路等组成。它的功能是对来自存储器中的指令进行译码，通过实时控制电路，在规定的时刻发出各种操作所需的内部和外部的控制信号，使各部分协调工作，完成指令所规定的操作。运算器由算术逻辑器部件ALU、累加器ACC、暂存器、程序状态字寄存器PSW，BCD码运算调整电路等组成。单片机的内部结构图为了提高数据处理和位操作功能，片内增加了一个通用寄存器B和一些专用寄存器，还增加了位处理逻辑电路的功能[3]。其内部结构如图2-3所示。航天职业技术学院2第三章硬件电路的设计3.1设计原理本系统采用AT89S52单片机作为核心，控制系统的四个模块分别为：单片机最小系统、显示模块、显示驱动模块、抢答开关模块。抢答器原理框图如图3.1所示。图3.1抢答器原理框图总体设计之后，然后进行单元电路设计。单元电路设计分为电源电路设计、时钟和复位电路、键盘电路、显示报警电路等。3.1总电路原理为使硬件电路设计尽可能合理，应注意以下几方面：(1)尽可能采用功能强的芯片，以简化电路，功能强的芯片可以代替若干普通芯片，随着生产工艺的提高，新型芯片的的价格不断下降，并不一定比若干普通芯片价格的总和高。(2)留有设计余地。在设计硬件电路时，要考虑到将来修改扩展的方便。因为很少有一锤定音的电路设计，如果现在不留余地，将来可能要为一点小小的修改或扩展而被迫进行全面返工。(3)程序空间，选用片内程序空间足够大的单片机，本设计采用AT89C51单片机。时钟电路单片机复位电路驱动限流显示键盘航天职业技术学院2(4)RAM空间，AT89S51内部RAM不多，当要增强软件数据处理功能时，往往觉得不足。如果系统配置了外部RAM，则建议多留一些空间。如选用8155作I/O接口，就可以增强256字节RAM.如果有大批数据需要处理，则应配置足够的RAM，如6264，62256等。随着软件设计水平的提高，往往只要改变或增加软件中的数据处理算法，就可以使系统功能提高很多，而系统的硬件不必做任何更换就使系统升级换代。只要在硬件电路设计初期考虑到这一点，就应该为系统将来升级留足够的RAM空间，哪怕多设计一个RAM的插座，暂不插芯片也好。(5)I/O端口：在样机研制出来后进行现场试用时，往往会发现一些被忽视的问题，而这些问题不是靠单纯的软件措施来解决的。如有些新的信号需要采集，就必须增加输入检测端；有些物理量需要控制，就必须增加输出端。如果在硬件电路设计就预留出一些I/O端口，虽然当时空着没用，那么用的时候