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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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。
4 r5 N. v/ d9 d) `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。
  x: m6 u$ P) d8 c+ C& m
2 y) ?$ w* n" T关键词：AT89C51  LED数码管  抢答器  计时
# C6 G' d$ w6 r, i
" B0 `6 Y3 Q; b2 q
% [; ~' m. T$ ?4 y7 r$ ^/ Y: e) T目    录
$ r/ |4 O; m" ~7 p1        绪 论        1
1.1        课题研究的相关背景        1
9 T5 A& i: Z( g' p: f1 b1.2        选题的目的和意义        1
% _  J/ |1 s& r1.3        课题研究的内容        1
* v. q& U5 D6 d1.4        国内外研究现状        2
1.5        抢答器目前存在的主要问题        2
- {- d: T0 [, Q. [/ F$ f2        抢答器的系统概述        3
  X, A+ Z, H8 ?) @# I) k+ @# D' t2.1        系统的主要功能        3
2.2        系统需求分析        5
2.3        抢答器的工作流程        5
2.4        抢答器的工作过程        6
2.5        器件选型方案及详细清单        7
) i+ X5 I* n+ U9 n6 ^1 N) ?2.6        AT89C51特殊功能寄存器        7
5 l7 s5 V* _$ y9 P- q2 Q5 Y2.7        AT89C51的功能及简介        8
8 G# [+ y# l/ l) ]2.8        抢答器的优点及组成        10
+ i& b1 x# C6 D. P2.9        本章小结        10
  z4 _: l: L- f& ^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
7 t# ?" K( {9 c3 i& Y3 t3.3        时钟频率电路的设计        13
& j% ?4 S  s) }% v/ g3.4        复位电路的设计        13
3.5        显示电路的设计        14
3.6        键盘扫描电路的设计        16
3.7        发声电路        19
3 I7 Y# U. W- b4 h3.8        系统复位        20
3.9        本章小结        21
0 @4 s- y5 P  o* p4 K' v4        软件设计        21
4.1        主程序系统结构图        21
' A- t* l$ F# ~" g' g& U4.2        软件任务分析        22
, S9 U2 o8 l/ n4.3        程序流程图        23
4.4        主要程序分析        24
5 s: P: ]) G* E8 i4.5        本章小结        36
6 }) Y5 b% {8 i1 G& s5        Proteus仿真系列组图        36
5.1        复位图        36
- M5 r! F$ V% I; \9 [  ]5.2        设置计时时间        37
; Z4 [, ]+ T/ |3 e7 x; Z5 P/ B5.3        非法抢答并显示座号        37
5.4        抢答成功并显示倒计时        37
4 ~9 f0 x  R- @! x' h& R( V# x  V5.5        本章小结        38
) W7 U5 N& V+ G& n( C, \6        总结与展望        38
4 m  d5 H6 e0 v- d3 V. d6.1        总结        38
6.2        展望        39
参 考 文 献        40
  o7 y: G9 e: i2 t2 x" b0 ~Abstract        41
致    谢        42
! ]/ t# v/ z- I5 G: n仲恺农业工程学院毕业论文(设计)成绩评定表        43
* n: Y5 L% T/ K& ^# b7 w6 V  f& a
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1绪 论
1.1课题研究的相关背景
6 {5 L& E5 t9 J6 _! |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]。
* Y& ^5 s4 A6 N  H+ K: L1.2选题的目的和意义
1 J" d, J; q( M, g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。
1.3课题研究的内容
4 w0 L8 x' O/ Z, M  D; F6 o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。
本论文章节的结构和内容如下：
5 V5 K0 B- s8 l7 \, U+ Y3 H+ t- B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。
7 H9 |+ _; a8 C% Y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。
$ `8 ?; T* P7 \. j5 i. V$ d第四章：抢答器的软件设计，并编程序。
+ N+ }. l4 [+ D3 z2 [, V4 N第五章：Proteus仿真，仿真出结果。
- g6 `; p0 O* w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。
9 P% @5 n% b  k" w  |$ C1.4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[2]。
8 [5 g1 F$ E5 }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。
5 s% z( q& B2 m3 T' D9 U% D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。
2抢答器的系统概述
& g. q4 m3 c2 P6 t/ [# l2.1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、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）。
4 k0 ^' U4 E& T2 |- Q, V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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