基于51单片机抢答器的课程设计

西安文理学院物理与机械电子工程学院专业课程设计报告

专业班级测控技术与仪器

课程 51单片机技术与设计

题目基于51单片机的抢答器设计

学号

学生姓名

指导教师

2014年 5月

基于51单片机的八位抢答器设计

摘要随着电子技术的飞速发展，基于单片机的控制系统已应用于工业、农业、电力、电子、智能楼宇等行业，微型计算机作为嵌入式控制系统的主体与核心，代替了传统的控制系统的常规电子线路。

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。同时使液晶显示屏能够正确地显示时间，并且给出指令的提示，扬声器发生提示。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，正确按键后有声音的提示；抢答时间和回答问题时间倒记时显示，满时后系统计时有声音提示；抢答倒计时时间和回答问题时间均可通过硬件的按键调整。

关键词:AT89C51；单片机；液晶显示屏；抢答器；智能

目录

1 引言 (1)

2 设计任务与要求概述 (1)

2.1 题目 (1)

2.2 设计任务 (1)

2.3 设计要求 (1)

2.4 设计目的 (1)

3 方案总体设计 (2)

3.1 方案 (2)

3.1.1 控制芯片 (2)

3.1.2 显示方式 (2)

3.1.3 程序语言的选择 (2)

3.2 原理框图 (3)

4 硬件电路设计 (3)

4.1 抢答器的工作原理 (3)

4.2 单元电路设计 (3)

4.2.1 抢答器电路 (3)

4.2.2 发声电路设计 (4)

4.2.3 开始、复位按键输入电路的设计 (4)

4.2.4 时钟震荡电路 (4)

4.2.5 设定时间、加减时间电路设计 (4)

4.2.6 显示电路的设计 (5)

5 软件设计 (6)

5.1 抢答器工作流程 (6)

5.2 流程框图 (6)

6 电路仿真调试 (7)

6.1 上电准备状态 (7)

6.2 开始抢答 (7)

6.3 非法抢答 (8)

6.4 正常抢答 (8)

7 实验仪器及元器件清单 (9)

8 设计总结 (9)

9 致谢 (9)

目录

10 参考文献 (10)

附录一系统电路图 (11)

附录二程序清单 (11)

1 引言

目前各种各样的竞赛越来越多,无论是学校、工厂、军队还是益智性电视节目，其中用到抢答器的概率非常大。目前很多抢答器基本上采用小规模数字集成电路设计,使用起来不够理想。因此设计一款更易于使用和区分度高的抢答器成了非常迫切的任务。现在单片机已进入各个领域,以其功耗小、智能化而著称。所以若利用单片机来设计抢答器,便使以上问题得以解决。针对以上情况,本课程设计出以AT89C51单片机为核心的八路抢答器。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,最后通过液晶显示屏显示相应的路数和答题时间以及各项命令等，使竞赛真正达到公正、公开、公平。

2 设计任务与要求概述

2.1 题目

8路比赛抢答器

2.2 设计任务

利用8051单片机中断系统，制作一个有8个按键的比赛抢答器，可供8名选手比赛的抢答，每组设置一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号对应，主持人设置控制开关，用来控制系统的清零和抢答的开始，在有人按键时进行对应选手显示。

2.3 设计要求

1 完成系统的硬件电路设计与软件设计；

2 采用汇编或C语言编程；

3 采用Proteus、KeilC等软件实现系统的仿真调试；

4 论文要求思路清晰，结构合理，语言流畅，书写格式符合要求。

2.4 设计目的

1 综合运用相关课程中所学的理论知识去完成这一设计课题。

2 通过查阅手册和相关文献资料，培养自己独立分析和解决问题的能力。

3 进一步熟悉单片机和常用接口电路，加深对专业知识和理论知识学习的认识和理解。

4 学会电路的设计与程序的调试。

5 学会撰写课程设计论文。

6 培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。

3 方案总体设计

3.1 方案

3.1.1 控制芯片

我们采用51系列单片机AT89C51作为控制核心，该系统可以完成运算控制、信号识别以及显示功能的实现。单片机技术比较成熟，应用起来方便、简单并且单片机周围的辅助电路也比较少，便于控制和实现。整个系统具有极其灵活的可编程性，能方便地对系统进行功能的扩张和更改。

MCS-51单片机特点如下：a、可靠性好：单片机按照工业控制要求设计，抵抗工业噪声干扰优于一般的CPU，程序指令和数据都可以写在ROM里，许多信号通道都在同一芯片，因此可靠性高，易扩充。b、单片机有一般电脑所必须的器件，如三态双向总线，串并行的输入及输出引脚，可扩充为各种规模的微电脑系统。c、控制功能强：单片机指令除了输入输出指令，逻辑判断指令外还有更丰富的条件分支跳跃指令。

3.1.2 显示方式

在实现基本功能时，我们采用了四位数码管显示，后两位显示倒计时时间，第一位显示抢答组号，第三位置空，在此基础上还在程序里加了更改抢答时间和倒计时时间的模块，也可通过数码管显示，成为一个比较完整的系统。

后来在实现拓展功能时，我们想加入语音显示的模块，发现proteus软件无法仿真，就改为用液晶显示屏1602显示。1602液晶显示屏也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，它可以通过简短的英文提示和数字使人明确看到比赛进行的整个过程。

3.1.3 程序语言的选择

一开始实现基本功能时，使用数码管作为显示，采用了汇编语言，比较高效，条理也清晰；后来做拓展功能时改用液晶显示屏显示，发现液晶显示屏使用c 语言编程更便捷高效，就整体使用了c语言。