基于AT89C51的八路抢答器

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基于AT89C51的八路抢答器

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) j6 k+ _; Q; Z; e& z摘    要
: ]6 x% H; k  Y/ n. `# C& D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。
3 K8 y+ i0 g+ K( D) g/ K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。
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关键词：AT89C51  LED数码管  抢答器  计时

4 ~& p# X# @& t: R  _
+ h8 a0 E/ @* b) ^5 e+ O6 q目    录
1        绪 论        1
1.1        课题研究的相关背景        1
1 Q1 N" ?0 B0 l1.2        选题的目的和意义        1
1.3        课题研究的内容        1
% Z1 `4 }5 m) N' Z0 n4 R6 ?. {1.4        国内外研究现状        2
1.5        抢答器目前存在的主要问题        2
" B" X; Z1 \- Q+ b" {2        抢答器的系统概述        3
2.1        系统的主要功能        3
2.2        系统需求分析        5
3 [4 Y/ h  W- u2 x- r7 s8 k2.3        抢答器的工作流程        5
0 N, w" M9 P+ ?0 x- B* b2 p2.4        抢答器的工作过程        6
# j! h' r* X1 O; ?1 A2.5        器件选型方案及详细清单        7
2.6        AT89C51特殊功能寄存器        7
$ O' T9 k- S0 G3 {' R2.7        AT89C51的功能及简介        8
2.8        抢答器的优点及组成        10
1 b) r6 }2 u( Q; P: l2.9        本章小结        10
3        系统总体方案的设计        11
3.1        硬件电路的设计        11
3.2        总体原理图        12
3.3        时钟频率电路的设计        13
3.4        复位电路的设计        13
3 E$ P- M9 e6 {1 @6 p; @3 d3.5        显示电路的设计        14
; r8 h6 c- a5 b1 T8 \5 s5 _3.6        键盘扫描电路的设计        16
3.7        发声电路        19
3.8        系统复位        20
: D+ e, s0 O3 p# F4 |: d, P& H3.9        本章小结        21
: P; V5 S, ?7 f6 i$ o4        软件设计        21
4.1        主程序系统结构图        21
! ]: D$ y# w8 M* Y$ G; u! K% N1 `4.2        软件任务分析        22
8 o8 {# x5 q; {* e. v* r7 [, D) w1 j4.3        程序流程图        23
! h; U0 }3 G- \; M" n4.4        主要程序分析        24
4.5        本章小结        36
5        Proteus仿真系列组图        36
% I  f- ~( k) a# r5.1        复位图        36
! `& I7 \; R" @, ^- ^9 g* q5.2        设置计时时间        37
7 {: S! R0 D& H/ u7 d* r5.3        非法抢答并显示座号        37
5.4        抢答成功并显示倒计时        37
5 p. F6 N9 O1 b- \% t4 _5.5        本章小结        38
6        总结与展望        38
* K+ x1 `' G0 \" f* y" ^& _: b- \3 J6.1        总结        38
/ j$ O6 D  |  A* I6.2        展望        39
参 考 文 献        40
. Z6 R9 n. s( }" |. s6 X5 iAbstract        41
致    谢        42
( ?2 O! W8 I+ x( Z! w/ \. s仲恺农业工程学院毕业论文(设计)成绩评定表        43


1绪 论
& j1 g$ \$ J( Z7 [4 I( S" b1.1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。
本课题利用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和选手号码。用开关做键盘输出，扬声器发生提示。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是在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，时间完后系统自动复位；按键锁定，在有效状态下，按键无效非法[1]。
1.2选题的目的和意义
) K3 @8 e. M; L) A通过这次设计，掌握51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装配、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。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。
6 B: j& |1 R3 V& f( T1.3课题研究的内容
% t+ A/ o- q4 G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。主持人有开始和结束、复位键。在后台主持人可以修改，抢答时间和选手回答问题的时间设置，原始状态下抢答时间为20s，回答问题时间为30s。通过加键和减键修改上述时间，改完后结束键确定。新时间开始有效，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倒计时和选手号，在最后五秒扬声器发生提示。如果主持人没有按下开始键而选手就抢答视为犯规，数码显示屏显示犯规者的代号，扬声器持续发生。主持人可按键结束，新一轮抢答开始。
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。
4 Q; e9 j9 Q9 @2 @8 r$ \本论文章节的结构和内容如下：
第一章：绪论。简要介绍了抢答器的发展现状，说明了本课题研究的内容。
第二章：抢答器系统概述。说明了抢答器的工作过程和主要功能，并定下了本课题要达到的设计目标。
第三章：抢答器的硬件电路的设计。详细描述了本课题各个组成电路单元的设计。
第四章：抢答器的软件设计，并编程序。
2 n; e7 R3 C* |2 E& R0 |第五章：Proteus仿真，仿真出结果。
第六章：总结。总结课题设计，指出设计中的一些问题，提出改善的意见，并展望抢答器的未来设计。
1.4国内外研究现状
0 @1 ~+ @0 s/ q$ j/ P: I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[2]。
" |# o- D( r$ m5 U1.5抢答器目前存在的主要问题
2 c7 ~: @# \3 _+ `9 J2 |. Z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。
% Y5 T$ L, g" P) I而且目前多数抢答器存在3个不足之处[3]：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。
, U  |& F0 e  u( q$ w5 g2抢答器的系统概述
. E0 P! L. Z5 o& _# `# f9 X* r2.1系统的主要功能
$ ]- {3 K+ b( P" w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、计时显示、提示功能等（根据需要可另设或多设相关功能）、开始与结束控制按钮、时限设定、各种相关显示调控功能等（根据需要也可另设或多设相关功能）。
; Z; g, M6 B0 [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与结束控制，根据活动参赛者的层次，对提前抡答者的行为设定为非法或阻隔，若设有非法抢答控制功能时，在主控处带有公示性显示的非法抡答者的台位号，对抢答限时及回答问题限时设为倒计时，并有显示提示。
系统的主要功能模块方框图如图1所示。
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