八路抢答器的仿真设计牡丹江师范学院学士学位论文八路抢答器的仿真设计姓 名：尚怀徽指导教师：曹望成系 别：计算机科学与技术系年 级：2006级专 业：计算机科学与技术22目录摘要II英文摘要III1系统设计11.1抢答器的硬件设计要求11.1.1硬件控制系统及所需元件11.1.2实验原理21.2人机交互程序设计51.2.1抢答器系统软件的流程图51.2.2抢答数码显示软件设计61.2.3系统源程序设计72各模块方案选择和论证82.1抢答器显示模块82.2控制模块92.3电源方案的选择102.4抢答器电盘的选择113抢答器的电路设计133.1抢答电路模块133.2抢答按键模块的设计144单片机154.1单片机的应用技术154.2单片机干扰防护164.3采用隔离技术164.4正确的接地措施165总结17致谢18参考文献19附录20摘要：电子智能抢答积分器在抢答过程中，为了知道哪一组或哪一位选手先答题，必须要设计一个系统来完成这个任务。如果在抢答中，靠视觉是很难判断出哪组先答题。利用单片机系统来设计抢答器，使以上问题得以解决，即使两组的抢答时间相差几微妙，也可以分辨出哪组优先答题。本设计使用AT89C51单片机来设计只能抢答器，组数可以在八组以内任意使用。并用具有倒计时和时间设置及报警功能。利用AT89C51单片机对信号进行锁存、显示等功能。分别从硬件和软件两方面阐述了该控制系统的设计方法，并经过调试和运行使该系统达到预期目标，具有反应快、功能齐全、实用性强的特点。关键词：AT89C51；抢答；设计；优先Eight-way Responder Simulation and DesignAbstract：E-Smart Responder Responder points in the process, in order to know which group or which ones 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系统设计系统设计主要包括硬件和软件两大部分，依据控制系统的工作原理和技术性能，将硬件和软件分开设计。硬件设计部分包括电路原理图、合理选择元器件、绘制线路图，然后对硬件进行调试、测试，以达到设计要求。软件设计部分，首先在总体设计中完成系统总框图和各模块的功能设计，拟定详细的工作计划；然后进行具体设计，包括各模块的流程图，选择合适的编程语言和工具，进行代码设计等；最后是对软件进行调试、测试，达到所需功能要求。在系统设计中设计方法的选用是系统设计能否成功的关键。硬件电路是采用结构化系统设计方法，该方法保证设计电路的标准化、模块化。硬件电路的设计最重要的选择用于控制的单片机，并确定与之配套的外围芯片，使所设计的系统既经济又高性能。硬件电路设计还包括输入输出接口设计，画出详细电路图，标出芯片的型号、器件参数值，根据电路图在仿真机上进行调试，发现设计不当及时修改，最终达到设计目的。软件设计的方法与开发环境的选取有着直接的关系，本系统由于是采用51系列单片机，因此使用Keil C语言进行开发。此编程工具相比汇编语言具有结构化、适用范围大、可移植性好等特点。本系统软件设计采用模块化系统设计方法，先编写各个功能模块子程序，然后进行组合与调整，经过调试后，达到设计功能要求。1.1抢答器的硬件设计要求抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮S1S8表示。设置一个系统清除和抢答控制按扭，该按扭由主持人控制。抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在LED数码管上显示，同时扬声器发出报警声响提示1。选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。1.1.1硬件控制系统及所需元件 控制系统主要由单片机应用电路、存储器接口电路、显示接口电路组成。其中单片机AT89C51是系统工作的核心，它主要负责控制各个部分协调工作.所需元件：该系统的核心器件是AT89C51。在其外围接上复位电路、上拉电阻、数码管、按钮及扬声器。元件为：晶振X1、电容C1、C2、C3、电阻RP1、P3.0和P3.1由裁判控制,分别是抢答停止和开始键。P1.0-P1.7是8组抢答的输入口,P2.0-P2.3口为数码管的段选口,位选口用的是P0.0-P0.6口输出,外部中断0、1和P3.3，P3.4为抢答记时调整口,实现的对个队进行计时，并且加减调整,外部中断0，1实现了答题时间调整P3.4和P3.5分别实现了时间的加一和减一P3.6为蜂鸣器的控制口2。1.1.2实验原理智力竞赛抢答器用单片机来设计制作完成，由于其功能的实现主要通过软件编程来完成，采用单片机AT89C51，它是低功耗、高性能的CMOS型8位单片机。片内带有4KB的Flash存储器，且允许在系统内改写或用编程器编程。该智力竞赛抢答器的准确度很高，其误差主要由晶振自身的误差所造成。AT89C51单片机由微处理器，存储器，I/O口以及特殊功能寄存器SFR等部分构成。其存储器在物理上设计成程序存储器和数据存储器两个独立的空间，片内程序存储器的容量为4KB，片内数据存储器为128个字节。89C51单片机有4个8位的并行I/O口：P0口，P1口，P2口和P3口。各个接口均由接口锁存器，输出驱动器，和输入缓冲器组成。P1口是唯一的单功能口，仅能用作通用的数据输入/输出口。P3口是双功能口除了具有数据输入/输出功能外，每条接口还具有不同的第二功能，如P3.0是串行输入口线，P3.1口是串行输出口线。在需要外部程序存储器和数据存储器扩展时，P0可作为分时复用的低8位地址/数据总线，P2口可作为高8位的地址总线。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。AT89C51的管脚如图1-1：图1-1 AT89C51的管脚图外部振荡电路单片机必须在AT89C51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。外部振荡电路见图1-2：图1-2 外部振荡电路外部中断和内部中断并存，单片机有硬件复位端,只要输入持续4个机器周期的高电平即可实现复位。硬件复位后的各状态可知寄存器及存储器的值都恢复到了初始值。应为本设计功能中有倒计时时间的记忆功能，所以不能对单片机进行硬件复位。只能用软复位。软复位实际上就是当程序执行完毕之后，将程序指针通过一条跳转指令让它跳转到程。复位电路采用图1-3所示：图1-3 复位电路采用外部还接有蜂鸣器（由于缺少驱动器，发生器不响，所以，用绿灯换了）用来发出报警音，其图形如图1-4：图1-4（1） 外部还接有蜂鸣器图1-4（2） 外部还接有蜂鸣器采用七段码7SEG-MPX4-CC显示，它是共阴极的由高电平点亮。图形如图1-5：图1-5 七段码7SEG-MPX4-CC显示采用八个BUTTON按钮作为抢答的选择按键如图1-6所示：图1-6 八个BUTTON按钮作为抢答的选择按键1.2人机交互程序设计系统的人机交互程序设计，主要是解决按键的扫描与信息的显示，让操作者能够灵活地控制系统工作。键盘用来输入指令，发光数码管用来显示单片机的状态，这是一个比较简单的人机交互形式。1.2.1抢答器系统软件的流程图抢答组数可以在八组以内任意使用，其流程如图1-7：图1-7 抢答组数使用流程1.2.2抢答数码显示软件设计采用静态显示，显示器由9个共阳极数码管组成。输入只有两个信号，它们是串行数据线DIN和移位信号CLK3。9个串/并移位寄存器芯片74LS164首尾相连，了九位共阳极七段数码管，共阳极数码管的8个发光二极管的阳极（二极管正端）连接在一起，通常，公共阳极接高电平（一般接电源），其它管脚接段驱动电路输出端。当某段驱动电路的输出端为低电平时，则该端所连接的字段导通并点亮，根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。此时，要求段驱动电路能吸收额定的段导通电流，还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻，这里的限流电阻选为100。数码显示程序流程如图1-8：图1-8 数码显示程序流程1.2.3系统源程序设计智力竞赛抢答器要求有计时记忆功能，一次时间设置完，复位后不需重新进行时间设定，通过键盘扫描输出按键信息，再通过单片机将它转换成能在七段数码管上显示字型码。当抢答完毕时，会在数码管上显示抢答者数字号码提示以表示抢答成功。同时显示其分数，分数的加减可由裁判手动进行。采用独立式键盘，可实现8路抢答。在显示时使用的是七段数码管显示在本设计中根据实际情况采用的是动态显示方法。并通过查表法将其在数码管上显示出来，其中P1口为字型码输入端，P2口低6位为字选段输入端。通过查表将字型码送给7段数码管显示的数字。软件去抖动，如果“开始键”按下就向下执行,否者跳到开始。采用倒计时程序，使其具有倒计时功能。回答倒计时30秒。抢答时间5秒。采用发声警报（由于发生器不响，所以，用绿灯换了），起到报警作用。1、如果想调节抢答时间或答题时间