单片机八路抢答器毕业设计

毕业设计报告（论文）
声光显示智力竞赛抢答器
所 在 院 系 信息与通信工程学院
专业名称
通信技术
设计（论文）作者
杨锦兰
班
级
通信 111
学
号
XX
指导教师
刘世安
完 成 时 间 2014 年 4 月 8 日
广州航海学院毕业设计（论文）
II
广州航海学院毕业设计（论文）
摘要
抢答器作为一种工具，已广泛应用于各种智力和知识竞赛场合。但抢答器的使用频 率较低，且有的要么制作复杂，要么可靠性低。作为一个单位，如果专门购一台抢答器 虽然在经济上可以承受，但每年使用的次数极少，往往因长期存放使（电子器件的）抢 答器损坏，再购置的麻烦和及时性就会影响活动的开展，因此设计了本抢答器。
抢答器可供同时多名选手抢答。它有声、光同提示的功能，能发声，又能显示抢答 者的号数。另外，抢答者必须在规定时间抢答，否则抢答器自动报警，以示本题抢答时 间已过。
本课题利用89C51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 定时和计数的原理，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和选手号码。用开关做键盘输出，扬声器发声提示。系统 达到要求：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；抢答限 定时间和回答问题的时间可设定；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；
而且目前多数抢答器存在 3 个不足之处[2]：第一，现场线路连接复杂。因为每个选手 位于抢答现场的不同位置，每个选手与控制台之间要有长长的连接线。选手越多，连接 线就越多、越乱，这些连接线不仅影响了现场的美观，而且降低了抢答器的可靠性，增 加了安装的难度，甚至影响了现场人员的走动。第二，电路复杂。因为单片机只完成号 码处理、计时、数据运算等功能，其它功能如选手号码的识别、译码、计分显示等仍只 能通过数字集成电路完成。采用单片机扫描技术识别选手抢按号码时，电路的延迟时间 较大。第三，选手抢按成功，但出现没有抢答被记录的问题。
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第二章 抢答器的系统概述
2.1 系统的主要功能
本系统是借用单片机采用模块化设计的八路抢答器，包括 8 路抢答按纽、选手显示、 提示功能等、开始控制按钮、各种相关显示调控功能等。
参赛者系统，除享有抢答按纽的权利功能外，还有人性化的提示功能和时间提示功 能，也可设定由主控控制在参赛者终端表现的趣味性功能等；主控系统的控制按钮做开 始控制，根据活动参赛者的层次，对提前抢答者的行为设定为非法或阻隔，抢答限时设 为倒计时，并有声音提示。
1.2 选题的目的和意义
通过这次设计，掌握 89C51 单片机的原理，了解简单多功能抢答器组成原理，初步 掌握多功能抢答器的调整及测试方法，提高动手能力和排除故障的能力。同时通过本课 题设计与仿真进行调试，提高自己的动手能力，巩固已学的理论知识，建立单片机理论 和实践的结合，了解多功能抢答器各单元电路之间的关系及相互影响，从而能正确设计、 计算定时计数的各个单元电路。
本设计中，有一个数码管。显示抢答号码。主持人依次按下复位键（RESET），开始 键后开始抢答。数码管显示选手号为“0”，蜂鸣器并响一下。这时可以抢按，当抢按超 过规定时间后数码管显示“-”。若有选手在规定时间内抢按成功，则数码管显示选手号 码并停止计时。若在按开始键前抢答表示违规，数码管显示“0”，判断为无效。
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第四章
软件设计
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4.1 软件任务分析
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4.2 主要程序分析
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第五章
总结与展望
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5.1 总结
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5.2 展望
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参考文献
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致谢
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第一章 绪 论
1.1 课题研究的相关背景
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、客观地 分辨出最先获得发言权的选手。早期的抢答器只由几个三极管、可控硅、发光管等组成， 能通过发光管的指示辩认出选手号码。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、抢按前或抢按后的计时、选手 得分显示等功能。
主持人有开始键。原始状态下抢答时间为 10s。主持人按键开始后，选手开始抢答为 有效，数码显示屏显示抢答时间选手号，在最后三秒扬声器发声提示。如果主持人没有 按下开始键而选手就抢答视为无效。
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单片机是整个抢答器的核心，内部电路设计用 C 语言编写。它完成了时间参数的设 定，抢按号码的译码，保存；显示；输出，抢按及答题倒计时功能等。
1.3 课题研究的内容
本系统采用模块化设计智能抢答器，在抢答比赛中广泛应用，各组分别有一个抢答 按钮。主持人按复位键开始后，选手开始抢答为有效，数码显示屏显示抢答的选手号， 在最后三秒蜂鸣器发声提示。如果主持人没有按下开始键而选手就抢答视为无效。
通过研究并在设计验证后发现，采用单片机技术设计的抢答器与目前常用的抢答器
89C51 是 一 种 带 4K 字 节 闪 烁 可 编 程 可 擦 除 只 读 存 储 器 （ FPEROM — Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能 CMOS8 位微处理器， 俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 100 次。该器件采用 ATMEL 高 密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。由 于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的 89C51 是一种高效微 控制器，89C2051 是它的一种精简版本。89C 单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种 灵活性高且价廉的方案。
本设计是以八路抢答为基本理念。考虑到依需设定限时回答的功能，利用 89C51 单 片机及外围接口实现的抢答系统，利用单片机的定时器/计数器定时和计数的原理，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，扬声器发声提示。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；抢答限定时间可在程序设定；可以显 示是哪位选手有效抢答，抢答后有声音提示，并锁定按键，使其他按键无效。 关键词：89C51，LED 数码管，抢答器，计时
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2.5 8951 的功能及简介
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2.6 抢答器的优点及组成
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2.7 本章小结
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第三章
系统总体方案的设计
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3.1 硬件电路的设计
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3.2 总体原理图
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3.3 时钟频率电路的设计
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3.4 复位电路的设计
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3.5 显示电路的设计14ຫໍສະໝຸດ 3.6 键盘扫描电路的设计
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3.7 发声电路
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3.8 本章小结
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目录
第一章 绪 论
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1.1 课题研究的相关背景
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1.2 选题的目的和意义
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1.3 课题研究的内容
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1.4 国内外研究现状
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1.5 抢答器目前存在的主要问题
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第二章
抢答器的系统概述
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2.1 系统的主要功能
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2.2 系统需求分析
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2.3 抢答器的工作流程
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2.4 抢答器的工作过程
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相比，首先，电路连接简单，因为大多数功能单元都通过程序设计在单片机内部，第二， 工作性能可靠，抗干扰能力优于目前抢答器。所以本研究是一个实用的工程设计，具有 创新性。
1.4 国内外研究现状
抢答器作为一种电子产品，早已广泛应用于各种智力和知识竞赛场合，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；有的则用一些专 用的集成块，而专用集成块的购买又很困难。为适应高校等多代表队单位活动的需要而 设计一个多功能抢答器，这种抢答器具有电路简单，元件普通，易于购买等优点，很好 地解决了制作者制作困难和难于购买的问题。在国内外已经开始了普遍的应用。
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图2 抢答器工作流程
2.4 抢答器的工作过程
1、主持人按"抢答开始"键，会有提示音，并立刻进入抢答倒计时（预设 10s 抢答时 间），如有选手抢答，会有提示音，并会显示其号数并立刻锁定按键，所以只有第一个按 抢答的选手有效。倒数时间到小于 3s 会每秒响一下提示音。
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主要特性
CS-51 兼容 节可编程闪烁存储器寿命：1000 写/擦循环 保留时间：10 年 全静态工作：0Hz-24MHz 三级程序存储器锁定 128*8 位内部 RAM 32 可编程 I/O 线·两个 16 位定时器/计数器 5 个中断源 可编程串行通道·低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路
系统的主要功能模块方框图如图 1 所示。
复位电路
开始按 键输入
= 89C51
时钟
单 片 机
8 路抢答 按键输入
七段 数码 管显 示
声 音 电 路
图 1 系统主要功能模块
本系统采用模块化设计的八路抢答器，在抢答比赛中广泛应用，各组分别有一个抢 答按钮。一共有 8 个按键输入，分别对应 8 路选手的抢答按键。
1.5 抢答器目前存在的主要问题
随着改革开放事业的不断深入，促使人们学科学、学技术、学知识的手段多种多样， 抢答器作为一种工具，已广泛应用于各种智力和知识竞赛场合。但抢答器的使用频率校 低，且有的要么制作复杂，要么可靠性低，减少兴致。作为一个单位若专购一台抢答器 虽然在经济上可以承受，但每年使用的次数极少，往往因长期存放使（电子器件的）抢 答器损坏，再购置的麻烦和及时性就会影响活动的开展。