八路搶答器的仿真設(shè)計(jì)牡丹江師范學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文八路搶答器的仿真設(shè)計(jì)姓 名：尚懷徽指導(dǎo)教師：曹望成系 別：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系年 級(jí)：2006級(jí)專 業(yè)：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)22目　　錄摘　　要 II英文摘要 III1　系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11.1　搶答器的硬件設(shè)計(jì)要求 11.1.1　硬件控制系統(tǒng)及所需元件 11.1.2　實(shí)驗(yàn)原理 21.2　人機(jī)交互程序設(shè)計(jì) 51.2.1　搶答器系統(tǒng)軟件的流程圖 51.2.2　搶答數(shù)碼顯示軟件設(shè)計(jì) 61.2.3　系統(tǒng)源程序設(shè)計(jì) 72　各模塊方案選擇和論證 82.1　搶答器顯示模塊 82.2　控制模塊 92.3　電源方案的選擇 102.4　搶答器電盤的選擇 113　搶答器的電路設(shè)計(jì) 133.1　搶答電路模塊 133.2　搶答按鍵模塊的設(shè)計(jì) 144　單片機(jī) 154.1　單片機(jī)的應(yīng)用技術(shù) 154.2　單片機(jī)干擾防護(hù) 164.3　采用隔離技術(shù) 164.4　正確的接地措施 165　總結(jié) 17致　　謝 18參考文獻(xiàn) 19附錄 20摘要：電子智能搶答積分器在搶答過(guò)程中，為了知道哪一組或哪一位選手先答題，必須要設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)來(lái)完成這個(gè)任務(wù)如果在搶答中，靠視覺(jué)是很難判斷出哪組先答題。

利用單片機(jī)系統(tǒng)來(lái)設(shè)計(jì)搶答器，使以上問(wèn)題得以解決，即使兩組的搶答時(shí)間相差幾微妙，也可以分辨出哪組優(yōu)先答題本設(shè)計(jì)使用AT89C51單片機(jī)來(lái)設(shè)計(jì)只能搶答器，組數(shù)可以在八組以內(nèi)任意使用并用具有倒計(jì)時(shí)和時(shí)間設(shè)置及報(bào)警功能利用AT89C51單片機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行鎖存、顯示等功能分別從硬件和軟件兩方面闡述了該控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，并經(jīng)過(guò)調(diào)試和運(yùn)行使該系統(tǒng)達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，具有反應(yīng)快、功能齊全、實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn)關(guān)鍵詞：AT89C51；搶答；設(shè)計(jì)；優(yōu)先Eight-way Responder Simulation and DesignAbstract：E-Smart Responder Responder points in the process, in order to know which group or which one’s first Responder, it is necessary to design a system to accomplish this task. If the Responder, by relying on the visual is very difficult to determine which group to responder. The use of signle-chip microcomputer system designed to Responder, and for bringing the above to resolve this problem, even if the time difference between the two groups of Responder a few microseconds, but also tell which set of priority questions. The single-chip design AT89C51 Responder intelligent design, and group number can be less than the arbitrary use of six groups. And has a countdown and time settings and alarm function. The use of single-chip AT89C51 latch signals, indicating functions. Hardware and software from both side of the control system design method, and after commissioning and operation of the system to achieve the desired goal, with a quick, functional and practical features.Keywords：AT89C51；Responder；Design；Priority1　系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括硬件和軟件兩大部分，依據(jù)控制系統(tǒng)的工作原理和技術(shù)性能，將硬件和軟件分開設(shè)計(jì)。

硬件設(shè)計(jì)部分包括電路原理圖、合理選擇元器件、繪制線路圖，然后對(duì)硬件進(jìn)行調(diào)試、測(cè)試，以達(dá)到設(shè)計(jì)要求軟件設(shè)計(jì)部分，首先在總體設(shè)計(jì)中完成系統(tǒng)總框圖和各模塊的功能設(shè)計(jì)，擬定詳細(xì)的工作計(jì)劃；然后進(jìn)行具體設(shè)計(jì)，包括各模塊的流程圖，選擇合適的編程語(yǔ)言和工具，進(jìn)行代碼設(shè)計(jì)等；最后是對(duì)軟件進(jìn)行調(diào)試、測(cè)試，達(dá)到所需功能要求在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)方法的選用是系統(tǒng)設(shè)計(jì)能否成功的關(guān)鍵硬件電路是采用結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，該方法保證設(shè)計(jì)電路的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化硬件電路的設(shè)計(jì)最重要的選擇用于控制的單片機(jī)，并確定與之配套的外圍芯片，使所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)既經(jīng)濟(jì)又高性能硬件電路設(shè)計(jì)還包括輸入輸出接口設(shè)計(jì)，畫出詳細(xì)電路圖，標(biāo)出芯片的型號(hào)、器件參數(shù)值，根據(jù)電路圖在仿真機(jī)上進(jìn)行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)不當(dāng)及時(shí)修改，最終達(dá)到設(shè)計(jì)目的軟件設(shè)計(jì)的方法與開發(fā)環(huán)境的選取有著直接的關(guān)系，本系統(tǒng)由于是采用51系列單片機(jī)，因此使用Keil C語(yǔ)言進(jìn)行開發(fā)此編程工具相比匯編語(yǔ)言具有結(jié)構(gòu)化、適用范圍大、可移植性好等特點(diǎn)本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，先編寫各個(gè)功能模塊子程序，然后進(jìn)行組合與調(diào)整，經(jīng)過(guò)調(diào)試后，達(dá)到設(shè)計(jì)功能要求1.1　搶答器的硬件設(shè)計(jì)要求搶答器同時(shí)供8名選手或8個(gè)代表隊(duì)比賽，分別用8個(gè)按鈕S1~S8表示。

設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清除和搶答控制按扭，該按扭由主持人控制搶答器具有鎖存與顯示功能即選手按動(dòng)按鈕，鎖存相應(yīng)的編號(hào)，并在LED數(shù)碼管上顯示，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲響提示[1]選手搶答實(shí)行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止1.1.1　硬件控制系統(tǒng)及所需元件 控制系統(tǒng)主要由單片機(jī)應(yīng)用電路、存儲(chǔ)器接口電路、顯示接口電路組成其中單片機(jī)AT89C51是系統(tǒng)工作的核心，它主要負(fù)責(zé)控制各個(gè)部分協(xié)調(diào)工作.所需元件：該系統(tǒng)的核心器件是AT89C51在其外圍接上復(fù)位電路、上拉電阻、數(shù)碼管、按鈕及揚(yáng)聲器元件為：晶振X1、電容C1、C2、C3、電阻RP1、P3.0和P3.1由裁判控制,分別是搶答停止和開始鍵P1.0-P1.7是8組搶答的輸入口, P2.0--P2.3口為數(shù)碼管的段選口,位選口用的是P0.0--P0.6口輸出,外部中斷0、1和P3.3，P3.4為搶答記時(shí)調(diào)整口,實(shí)現(xiàn)的對(duì)個(gè)隊(duì)進(jìn)行計(jì)時(shí)，并且加減調(diào)整,外部中斷0，1實(shí)現(xiàn)了答題時(shí)間調(diào)整P3.4和P3.5分別實(shí)現(xiàn)了時(shí)間的加一和減一P3.6為蜂鳴器的控制口[2]1.1.2　實(shí)驗(yàn)原理智力競(jìng)賽搶答器用單片機(jī)來(lái)設(shè)計(jì)制作完成，由于其功能的實(shí)現(xiàn)主要通過(guò)軟件編程來(lái)完成，采用單片機(jī)AT89C51，它是低功耗、高性能的CMOS型8位單片機(jī)。

片內(nèi)帶有4KB的Flash存儲(chǔ)器，且允許在系統(tǒng)內(nèi)改寫或用編程器編程該智力競(jìng)賽搶答器的準(zhǔn)確度很高，其誤差主要由晶振自身的誤差所造成AT89C51單片機(jī)由微處理器，存儲(chǔ)器，I/O口以及特殊功能寄存器SFR等部分構(gòu)成其存儲(chǔ)器在物理上設(shè)計(jì)成程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器兩個(gè)獨(dú)立的空間，片內(nèi)程序存儲(chǔ)器的容量為4KB，片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器為128個(gè)字節(jié)89C51單片機(jī)有4個(gè)8位的并行I/O口：P0口，P1口，P2口和P3口各個(gè)接口均由接口鎖存器，輸出驅(qū)動(dòng)器，和輸入緩沖器組成P1口是唯一的單功能口，僅能用作通用的數(shù)據(jù)輸入/輸出口P3口是雙功能口除了具有數(shù)據(jù)輸入/輸出功能外，每條接口還具有不同的第二功能，如P3.0是串行輸入口線，P3.1口是串行輸出口線在需要外部程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展時(shí)，P0可作為分時(shí)復(fù)用的低8位地址/數(shù)據(jù)總線，P2口可作為高8位的地址總線P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)AT89C51的管腳如圖1-1：圖1-1 AT89C51的管腳圖外部振蕩電路單片機(jī)必須在AT89C51的驅(qū)動(dòng)下才能工作在單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)時(shí)鐘振蕩電路，只需要外接一個(gè)振蕩源就能產(chǎn)生一定的時(shí)鐘信號(hào)送到單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)單元。

外部振蕩電路見圖1-2：圖1-2 外部振蕩電路外部中斷和內(nèi)部中斷并存，單片機(jī)有硬件復(fù)位端,只要輸入持續(xù)4個(gè)機(jī)器周期的高電平即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位硬件復(fù)位后的各狀態(tài)可知寄存器及存儲(chǔ)器的值都恢復(fù)到了初始值應(yīng)為本設(shè)計(jì)功能中有倒計(jì)時(shí)時(shí)間的記憶功能，所以不能對(duì)單片機(jī)進(jìn)行硬件復(fù)位只能用軟復(fù)位軟復(fù)位實(shí)際上就是當(dāng)程序執(zhí)行完畢之后，將程序指針通過(guò)一條跳轉(zhuǎn)指令讓它跳轉(zhuǎn)到程復(fù)位電路采用圖1-3所示：圖1-3 復(fù)位電路采用外部還接有蜂鳴器（由于缺少驅(qū)動(dòng)器，發(fā)生器不響，所以，用綠燈換了）用來(lái)發(fā)出報(bào)警音，其圖形如圖1-4：圖1-4（1） 外部還接有蜂鳴器圖1-4（2） 外部還接有蜂鳴器采用七段碼7SEG-MPX4-CC顯示，它是共陰極的由高電平點(diǎn)亮圖形如圖1-5： 圖1-5 七段碼7SEG-MPX4-CC顯示采用八個(gè)BUTTON按鈕作為搶答的選擇按鍵如圖1-6所示：圖1-6 八個(gè)BUTTON按鈕作為搶答的選擇按鍵1.2　人機(jī)交互程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)的人機(jī)交互程序設(shè)計(jì)，主要是解決按鍵的掃描與信息的顯示，讓操作者能夠靈活地控制系統(tǒng)工作鍵盤用來(lái)輸入指令，發(fā)光數(shù)碼管用來(lái)顯示單片機(jī)的狀態(tài)，這是一個(gè)比較簡(jiǎn)單的人機(jī)交互形式1.2.1　搶答器系統(tǒng)軟件的流程圖搶答組數(shù)可以在八組以內(nèi)任意使用，其流程如圖1-7：圖1-7 搶答組數(shù)使用流程1.2.2　搶答數(shù)碼顯示軟件設(shè)計(jì)采用靜態(tài)顯示，顯示器由9個(gè)共陽(yáng)極數(shù)碼管組成。

輸入只有兩個(gè)信號(hào)，它們是串行數(shù)據(jù)線DIN和移位信號(hào)CLK[3]9個(gè)串/并移位寄存器芯片74LS164首尾相連，了九位共陽(yáng)極七段數(shù)碼管，共陽(yáng)極數(shù)碼管的8個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極（二極管正端）連接在一起，通常，公共陽(yáng)極接高電平（一般接電源），其它管腳接段驅(qū)動(dòng)電路輸出端當(dāng)某段驅(qū)動(dòng)電路的輸出端為低電平時(shí)，則該端所連接的字段導(dǎo)通并點(diǎn)亮，根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符此時(shí)，要求段驅(qū)動(dòng)電路能吸收額定的段導(dǎo)通電流，還需根據(jù)外接電源及額定段導(dǎo)通電流來(lái)確定相應(yīng)的限流電阻，這里的限流電阻選為100Ω數(shù)碼顯示程序流程如圖1-8：圖1-8 數(shù)碼顯示程序流程1.2.3　系統(tǒng)源程序設(shè)計(jì)智力競(jìng)賽搶答器要求有計(jì)時(shí)記憶功能，一次時(shí)間設(shè)置完，復(fù)位后不需重新進(jìn)行時(shí)間設(shè)定，通過(guò)鍵盤掃描輸出按鍵信息，再通過(guò)單片機(jī)將它轉(zhuǎn)換成能在七段數(shù)碼管上顯示字型碼當(dāng)搶答完畢時(shí)，會(huì)在數(shù)碼管上顯示搶答者數(shù)字號(hào)碼提示以表示搶答成功同時(shí)顯示其分?jǐn)?shù)，分?jǐn)?shù)的加減可由裁判手動(dòng)進(jìn)行采用獨(dú)立式鍵盤，可實(shí)現(xiàn)8路搶答在顯示時(shí)使用的是七段數(shù)碼管顯示在本設(shè)計(jì)中根據(jù)實(shí)際情況采用的是動(dòng)態(tài)顯示方法并通過(guò)查表法將其在數(shù)碼管上顯示出來(lái)，其中P1口為字型碼輸入端，P2口低6位為字選段輸入端。

通過(guò)查表將字型碼送給7段數(shù)碼管顯示的數(shù)字軟件去抖動(dòng)，如果“開始鍵”按下就向下執(zhí)行,否者跳到開始采用倒計(jì)時(shí)程序，使其具有倒計(jì)時(shí)功能回答倒計(jì)時(shí)30秒搶答時(shí)間5秒采用發(fā)聲警報(bào)（由于發(fā)生器不響，所以，用綠燈換了），起到報(bào)警作用1、如果想調(diào)節(jié)搶答時(shí)間或答題時(shí)間。