基于51单片16路矩阵键盘抢答器

课程设计报告

设计题目: 16路抢答器

专业: 物联网应用技术

班级: 学号: 姓名:

指导教师:

二〇一三年十二月五日

目录

摘要 (1)

第1章方案论证 (2)

1.1 方案选择 (2)

1.1.1 显示模块方案和论证 (2)

1.1.2 按键模块选择方案 (2)

1.1.3 控制器的选择方案论证 (2)

1.2 方案论证 (3)

第2章硬件设计 (3)

2.1 单片机最小系统设计 (3)

2.1.1 时钟电路 (3)

2.1.2 复位电路 (4)

2.1.3 单片机内部结构的描述 (5)

2.2 显示电路设计 (7)

2.2.1 器件简介 (7)

2.2.2 电路设计 (8)

2.3 键盘电路设计 (9)

2.4 发声电路 (10)

第3章软件设计 (10)

3.1 程序流程 (10)

3.1.1 定时中断模块 (10)

3.1.2 报警模块 (11)

3.1.3 控制模块 (12)

3.1.4 主流程图 (13)

第4章制作与调试 (14)

4.1 仿真设计 (14)

4.1.1 抢答器Keil软件的仿真 (14)

4.1.2 抢答器protenus软件的仿真 (14)

4.1.3 调试与运行 (15)

总结 (17)

致谢 (18)

参考文献 (19)

附录1 整机原理图 (20)

附录2 元器件明细表 (21)

附录3 程序清单 (22)

摘要

在各种知识、智力竞赛中，电子抢答器是必不可少的设备之一。目前使用的小型抢答器基本上采用小规模数字集成电路设计，其功能比较单一，使用起来也不够理想。本设计是基于单片机设计的一款更先进、更实用的智能电子抢答器。

经过布线、焊接、调试等工作后数字抢答器成形。单片机体积小价格低，应用方便，稳定可靠。单片机将很多任务交给了软件编程去实现，大大简化了外围硬件电路，使外围电路的实现简单方便。单片机系统的硬件结构给予了抢答系统“身躯”，而单片机的应用程序赋予了其新的“生命”，使其在传统的抢答器面前具有电路简单、成本低、运行可靠等特色。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。

关键词抢答电路；定时电路；报警电路

第1章方案论证

1.1 方案选择

1.1.1 显示模块方案和论证

方案一：

采用点阵式数码管显示，点阵式数码管是由八行八列的发光二极管组成，对于显示文字比较适合，如果对于显示数字显得太浪费，价格比较昂贵。

方案二

采用两个LED数码管显示，价格便宜，方便实用

抢答器要求显示抢答时间，选手号数，答题时间等多样化的显示，所以我们选择了方案二。

1.1.2 按键模块选择方案

方案一

采用独立式键盘，用I/O接口线构成的单个键盘电路，每个I/O接口键盘的工作不会影响其他I/O接口键盘的工作状态，电路配置灵活结构简单，但是每个键盘必须占用一个I/O接口线，按键数量较多时，I/O接口线造成浪费。

方案二

采用矩阵式接口键盘，用I/O接口线组成行、列的结构，按键设置在接口行列的交点上。在按键较多时可以节省I/O接口线。

通过两种方案的比较我们选择了第二种方案

1.1.3 控制器的选择方案论证

方案一

采用模拟电路，它具有成本低，程序简单的特点，但是各器件之间干扰性大，稳定性不好

方案二

采用数字电路成本也低，但是设计数据逻辑单一化，故障高，显示简单，

但是实用性也不高。

方案三

采用AT89C51单片机进行，运算速度快，抗干扰性强。而且成本低，精度高，抗干扰性强，实现的功能也比较多，书写简单的C程序就可以实现各种各样的算术算法和逻辑控制，

综合以上几种方案比较，我们选择了第三种方案

1.2 方案论证

根据以上所述，我们选择了用单片机，矩阵式键盘接口。跟LED数码管显示进行本次的设计

第2章硬件设计

总设计图

2.1 单片机最小系统设计

2.1.1 时钟电路

单片机必须在时钟的驱动下才能工作。在单片机内部有一个时钟振荡电路，只需要外接一个振荡源就能产生一定的时钟信号送到单片机内部的各个单元，决

定单片机的工作速度。时钟电路如图2-1-1所示。

图2-1-1 时钟电路

一般选用石英晶体振荡器。此电路在加电大约延迟10ms后振荡器起振，在XTAL2引脚产生幅度为3V左右的正弦波时钟信号，其振荡频率主要由石英晶振的频率确定。电路中两个电容C1，C2的作用有两个：一是帮助振荡器起振；二是对振荡器的频率进行微调。C1，C2的典型值为30PF。

单片机在工作时，由内部振荡器产生或由外直接输入的送至内部控制逻辑单元的时钟信号的周期称为时钟周期。其大小是时钟信号频率的倒数，常用fosc 表示。图中时钟频率为12MHz，即fosc=12MHz，则时钟周期为1/12µs。

2.1.2 复位电路

单片机的第9脚RST为硬件复位端，只要将该端持续4个机器周期的高电平即可实现复位，复位后单片机的各状态都恢复到初始化状态，其电路图如图2-1-1所示。

图2-1-1 复位电路图

图中由按键RESET1以及电解电容C3、电阻R2构成按键及上电复位电路。由于单片机是高电平复位，所以当按键RESET1按下时候，单片机的9脚RESET 管脚处于高电平，此时单片机处于复位状态。当上电后，由于电容的缓慢充电，单片机的9脚电压逐步由高向低转化，经过一段时间后，单片机的9脚处于稳定的低电平状态，此时单片机上电复位完毕，系统程序从0000H开始执行。