基于单片机的抢答器设计

西安科技大学单片机课程设计基于单片机的八路智能抢答器电控学院电气1304班130606040113060604061306060424基于单片机的八路智能抢答器1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AT89C51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AT89C51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，发光二极管和蜂鸣器发出提示。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。关键词：抢答器；AT89C51；LED数码管显示；定时/计数器。SummaryWiththedevelopmentandpopularizationofscienceandtechnology,moreandmorevarietyofcompetitions,whichResponderrolehasbecomeincreasinglyimportant.ThispaperdesignedtoAT89C51microcontrollerasthecoreofeightResponder,usethedirectdigitaldisplayindicator,automaticlatchingdisplaytheresults,andautomaticresetofdesignideas,itcananswerdependingontheinputsignal,aftercontrolofthemicrocontrollerandgeneratesdifferentandtheinputsignalcorrespondingtotheoutputsignal,thefinaldisplaythecorrespondingnumberofchannelsthroughtheLEDdigitaltube,evenifthedifferenceintimebetweenthetwogroupstoanswerinafewmicroseconds,canalsotellwhichgroupisthepriorityofthebuttonispressed,fulluseoftheSCMsystemSimple,powerful,goodreliability,practicalfeatures.Thedesignisbasedanswerasastartingpoint.TakingintoaccountthelimittobesetaccordingtothefunctionofanswerusingAT89C51microcontrollerandperipheralinterfaceRespondersystem,usingsingle-chiptimer/countertimingandcountingofprinciple,thesoftwareandhardwaretogetherorganically,sothatthesystemcan基于单片机的八路智能抢答器2correctlyforatime,whilethedigitaltimecanbedisplayedcorrectly.Dokeyboardswitchingoutput,light-emittingdiodesandbuzzeralert.Atthesametimethesystemcanachieve:theanswer,theonlyanswerisonlyvalidafterthestart,iftheanswerisinvalidanswerbeforethestart;aftertheexpirationofthetimingwhenthesystemisautomaticallyresetandmasterforcedreset;keylock.Keywords:Responder;AT89C51;LEDdigitaldisplay;timer/counter.基于单片机的八路智能抢答器31.绪论抢答器是一种应用非常广泛的设备，在各种竞赛、抢答场合中，它能迅速、客观的分辨出最先获得发言权的选手。早期的抢答器只有几个三极管、可控硅、发光管等组成，能通过发光管的指示辨认出选手号码。现在大多数抢答器均使用单片机（如MCS-51型）和数字集成电路，并增加了许多新功能，如选手号码显示、抢答前或抢答后的计时、选手得分显示等功能。能够实现抢答器功能的方式有多种，可以采用前期的模拟电路、数字电路或模拟与数字电路相结合的方式。近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入。抢答器作为一种电子产品，早已广泛应用于各种智力知识竞赛场合，但目前所使用的抢答器有的电路较复杂不便于制作，可靠性低，实现起来很困难。为适应目前的状况，需要一种电路简单，元件普通，易于购买等优点，并且能够很好的解决各种问题。而目前的多数抢答器存在几个不足之处：第一，现场线路连接复杂，降低了抢答器的可能性，增加了安装难度；第二，电路设计复杂。因为单片机只能完成号码处理、计时、数据运算等动能，其他功能仍只能靠数字集成电路完成，电路延迟时间较大。本设计利用AT89C51单片机及外围借口实现抢答系统，利用单片机的定时/计数器和计数原理，将软硬件有机的结合起来，使系统能够正确地进行计时，同时使数码管能够正确的显示时间和选手号码。用按键作为键盘输出，二极管、扬声器发出提示。系统可达到的要求：在抢答中，只有按下开始键抢答才有效，若在之前抢答则记为违规。抢答限定时间及回答限定时间均可调节；可以显示哪位选手抢答，抢答剩余时间及无效抢答，正确按键有声音提示；抢答时间及回答时间倒计时显示，时间计完后可自动复位；剩余时间少于5s时声光报警；具有按键锁定功能。本设计采用模块化设计智能抢答器，在各种场合下均可应用。各组分别有一抢答按键，主持人有开始键、回答问题开始键、复位键、抢答时间调节键和答题时间调节键。通过设计验证，采用单片机设计，电路连接简单工作可靠，抗干扰性能力强。通过这次设计，可以掌握单片机的原理，了解多功能抢答器的组成原理，提高动手能力，巩固理论知识，建立一套完整的理论实践体系2.系统方案论证2.1总体方案论证基于单片机的八路智能抢答器4方案一：采用数字电路实现设计采用CD4511实现设计方案，CD4511为常用的四—七段BCD译码器，当某按键按下时，通过按键传送给CD4511，通过译码，数码管显示。与此同时，这一高电平也送到三极管的基极，三极管导通，继电器吸和，当前状态锁定，再按其他键不起作用，而且断开了其他按键与电路的选择，杜绝了误操作。也可以采用74LS148优先编码器，当有按键按下时，经编码后，送到RS锁存器，然后经74LS48译码送到显示器显示。采用数字电路的好处就是设计简单。共设8个用户输入键，当抢答的时候，其中只有1个是有效按键，其它的都是干扰按键，若按下干扰键。电路通常由两大部分组成：显示器电路和主电源电源(UPS)。方案二：采用AT89C51实现设计采用以AT89C51为核心的单片机控制方案。利用单片机灵活的编程设计和丰富的IO端口，及其控制的准确性，不但能实现基本的抢答器功能，还能添加调节功能等等。虽然电路较复杂但功能更加丰富以及人性化。通过比较以上两种方案，方案二有较大的活动空间，不但能实现所要求的功能而且能在很大的程度上扩展功能，故本次设计采用方案二。2.2显示模块方案论证方案一：采用数码管显示系统采用四位一体八段数码管LED显示。LED应用可分为两大类：一是LED单管应用，包括背光源LED，红外线LED等；另外就是LED显示屏，目前，中国在LED基础材料制造方面与国际还存在着一定的差距，但就LED显示屏而言，中国的设计和生产技术水平基本与国际同步。LED显示屏是由发光二极管排列组成的显示器件。它采用低电压扫描驱动，具有：耗电少、使用寿命长、成本低、亮度高、故障少、视角大、可视距离远等特点。采用LED数码管动态扫描，价格上比较经济实惠且较为节约资源。方案二：采用LCD显示采用液晶（LCD）显示。液晶显示器具有低压微功耗、外观小巧、被动显示型、显示信息量大、易于彩色化、无电磁辐射和寿命长等特点。但经济性较LED差。通过比较以上两种方案，方案一能更好的节约资源以及有更好的经济性，故本次设计采用方案一。2.3键盘模块方案论证方案一：采用独立键盘独立式键盘每个按键占用一条I/O口线，当按键数量较多时，I/O口利用率基于单片机的八路智能抢答器5不高，但程序编制简单。适用于所需按键较少的场合。方案二：采用矩阵键盘矩阵式键盘电路连接复杂，但提高了I/O口利用率，软件编程较复杂。适用于需大量按键的场合。通过比较以上两种方案，由于本次设计所需按键数不多，故本次设计采用方案一。2.4电路设计最终方案确定最终选择单片机AT89C51作为主控制器；选择LED作为显示模块，此模块可以显示字母、数字，采用独立按键输入，并且采用发光二极管及蜂鸣器作为报警模块。3.硬件设计按照系统设计功能的要求，初步确定设计系统由主控模块、显示模块、键盘模块、蜂鸣器模块和灯光模块5个模块组成，电路系统构成框图如图3-1所示。主控芯片使用AT89C51，显示模块采用LED，键盘模块选用独立按键，其软硬件设计简单，可广泛应用于长时间连续运行的系统中。AT89C51最小系统键盘输入数码管显示报警电路图3-1系统总体框图3.1各单元模块分析及电路分析3.1.1AT89C51最小系统AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片基于单片机的八路智能抢答器6内含4kbytes的可反复擦写的只读程序存储器和128bytes的随机存取数据存储器，期间采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C51单片机可灵活应用于各种控制领域。AT89C51提供以下标准功能：4k字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。本系统中央控制器采用的单片机AT89C51，复位电路采用上电复位电路。外接的晶振为11.0592MHz晶振。系统的最小系统电路图如图3-2所示。P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.5/MOSI6P1.6/MISO7P1.7/SCK8RST9P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.5/T115p3.6/WR16P3.7/RD17XTAL218XTAL119GND20P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627P2.728RSEN29ALE/PROG30EA/VPP31P0.732P0.633P0.534P0.435P0.336P0.237P0.138P0.039VCC40U1AT89C51C130pFC230pFX