八路抢答器的设计原理课程毕业设计

物理与电子工程学院

《单片机原理与接口技术》课程设计报告书

设计题目：八路抢答器的设计

专业：自动化

物理与电子工程学院课程设计任务书

专业：自动化班级： 2班

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。

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，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；抢答限定时间和回答问题的时间可在1-99s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；抢答时间和回答问题时间倒记时显示，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。

关键字：抢答器;竞赛;单片机

目录

1 设计任务与要求 (5)

1.1设计目的 (5)

1.2设计要求 (5)

2 总体设计思路 (5)

3 硬件电路设计 (5)

3.1原理图的确定 (5)

3.2抢答器接口电路 (6)

3.3时序控制电路设计 (6)

3.4复位电路的设计 (6)

3.5晶振电路的设计 (7)

3.6报警电路设计 (8)

3.7 选手抢答键（矩阵式键盘） (8)

3.8显示与显示驱动电路 (9)

4 软件设计 (10)

4.1系统主程序设计 (10)

4.2 程序清单 (11)

5 仿真调试 (19)

6 总结 (20)

参考文献 (20)

1 设计任务与要求

1.1设计目的

巩固单片机原理与接口技术课程中所学的知识，提高学生的动手能力和创新能力，培养学生查阅资料和阅读文献的能力，培养学生初步的科研能力，为毕业设计奠定基础。

主要内容：本课程设计主要是利用单片机原理与接口技术课程中所学的知识，完成一个知识竞赛中用到的8路抢答器的设计。设计内容包括硬件电路原理图、显示程序设计、硬件和软件的综合调试。

1.2设计要求

(1)以80C51系列单片机为核心器件，组成一个8路抢答器，能够供8个参赛队进行抢答。

(2)在现有的单片机实验系统上完成硬件电路接线。

(3)完成该课题的程序设计、提交程序设计框图及程序设计清单。

(4)完成硬件与软件的综合调试，实现预定功能。

(5)通过老师审核，提交课程设计报告。

2 总体设计思路

接通电源后，主持人将开关拨到“清除”状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定时间；主持人将开关置，“开始”状态，宣布“开始”抢答器工作。定时器倒计时，扬声器给出声响提示。选手在定时时间内抢答时，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。如果再次抢答必须由主持人再次操作“开始、停止”状态开关。

3 硬件电路设计

3.1原理图的确定

单片机实现抢答的原理图同抢答电路的接口电路

如图3-1-1

3.2抢答器接口电路

参考电路如图3-1-1所示。该电路完成两个功能：一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号；二是禁止其他选手按键操作无效。如有再次抢答需由主持人将S开关重新置,“清除”然后再进行下一次抢答。

3.3时序控制电路设计

时序控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下功能：

a.主持人将控制开关拨到"开始"位置时，扬声器发声，抢答电路和定时电路进人正常抢答工作状态。

b.当参赛选手按动抢答键时，扬声器发声，抢答电路和定时电路停止工作

3.4复位电路的设计

外部中断和内部中断并存，单片机硬件复位端，只要持续4个机器周期的高电平即可实现复位，硬件复位后的各状态可知寄存器以及存储器的值都恢复到了初始值，因为本设计中功能中有倒计时时间的记忆功能，所以不能对单片机进行硬件复位，只能用软件复位，软件复位实际上就是当程序执行完之后，将程序通

过一条跳转指令让它完成复位。复位电路如图3-4-1,3-4-2所示：复位电路原理图

图3-4-2复位电路图3-4-1复位电路

该复位电路采用上电自动复位和手动复位两种复位方式，图中网络标号所指9连接到单片机的复位引脚。要实现复位只需在，51系列单片机的RESET引脚上加上5ms的高电平就可以了。上电复位是利用电容的充电来实现的，即上电瞬间RESET端的电位与Vcc相同，随着电容上储能增加，电容电压也逐渐增大，充电电流减小，RESET端的电位。这样就会建立一个脉冲电压，调节电容与电阻的大小可对脉冲的持续时间进行调节。通常若采用12MHz的晶振时，复位元件参数为22μF的电解电容和10kΩ的电阻。按钮复位电路是通过按下复位按钮时，电源对RESET端维持两个机器周期的高电平实现复位的。

3.5晶振电路的设计

MSC-51单片机的定时控制功能是用时钟电路和振荡器完成的，而根据硬件电路的不同，连接方式分为内部时钟方式和外部时钟方式。本设计中采用内部时钟方式。如图3-5-1所示

图3-5-1晶振电路原理图

3.6报警电路设计

报警电路用于报警，当遇到报警信号时，发出警报。一般喇叭是一种电感性图5报警电路图。8951驱动喇叭的信号为各种频率的脉冲。因此，最简单的喇叭驱动方式就是利用达林顿晶体管，或者以两个常用的小晶体管连接成达林顿架势。如图3-6-1中电阻R为限流电阻，在此利用晶体管的高电流增益，以达到电路快速饱和的目的。不过，如果要由P0输出到此电路，还需要连接一个10K的上拉电阻。

选手在设定的时间内抢答时，实现：优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。如果再次抢答必须由主持人再次作"清除"和"开始"状态开关。

图3-6-1报警电路图

3.7 选手抢答键（矩阵式键盘）

AT89C51的P1口做一个为选手抢答的输入按键引脚，如图3-7-1，P1.0至P1.7轮流输出低电位，给每一个选手编号1至8，当选手按下按钮时，P1口个端口的电平变化从P1口输入，经单片机处理后从P0输出由数码管显示抢答者编号。