目錄TOC\o"1-1"\h\u28349第一部分設(shè)計(jì)任務(wù)與調(diào)研 110610第二部分設(shè)計(jì)說(shuō)明 326950第三部分設(shè)計(jì)成果 1226082第四部分結(jié)束語(yǔ) 2822516致謝 2913695參考文獻(xiàn) 30 第一部分設(shè)計(jì)任務(wù)與調(diào)研1.主要任務(wù)設(shè)計(jì)一款操作容易、簡(jiǎn)單實(shí)用基于51單片機(jī)的搶答器，能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能:（1）可供8人進(jìn)行的搶答器。（2）系統(tǒng)設(shè)置復(fù)位按鈕，按動(dòng)后，重新開(kāi)始搶答。（3）搶答開(kāi)始時(shí)數(shù)碼管顯示優(yōu)先搶答者的序號(hào)，同時(shí)發(fā)出聲響。（4）搶答功能開(kāi)始時(shí)，定時(shí)器開(kāi)始減時(shí)，同時(shí)蜂鳴器發(fā)出聲響。（5）若倒計(jì)時(shí)結(jié)束無(wú)人搶答，揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警且禁止搶答，定時(shí)器顯示00。2.調(diào)研的目的與總結(jié)調(diào)研目的：通過(guò)對(duì)搶答器的調(diào)研我們知道搶答器是在知識(shí)競(jìng)賽、文體娛樂(lè)活動(dòng)中，能準(zhǔn)確、公正、直觀地判斷出搶答者的座位號(hào)的一種工具。但因?yàn)榉N類(lèi)多，功能與價(jià)格也許多差異，傳統(tǒng)搶答器只是大概判斷出搶答成功或犯規(guī)選手臺(tái)號(hào)，無(wú)法顯示出每個(gè)選手的搶答時(shí)間。而今搶答器可以通過(guò)數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)明裁決結(jié)果的準(zhǔn)確性、公平性。使比賽大大增加了娛樂(lè)性的同時(shí)，也更加公平、公正。知識(shí)競(jìng)賽搶答器可以分為三類(lèi)：電子搶答器、電腦搶答器、手機(jī)搶答器。所謂的電子搶答器，就是其主控器是電子控制器；它的中心構(gòu)造一般都是由單片機(jī)以及外圍電路組成，電子搶答器功能相對(duì)簡(jiǎn)單，能夠完成簡(jiǎn)單的搶答和計(jì)分。其優(yōu)點(diǎn)是相對(duì)使用費(fèi)用不高，適用于對(duì)知識(shí)競(jìng)賽要求不高的學(xué)校以及小型企事業(yè)單位。所謂的電腦搶答器，就是其主控器使用的是電腦，靠電腦來(lái)識(shí)別搶答成功者和搶答違規(guī)者的方式就叫電腦搶答器。高端電腦搶答器可以完成一體化顯示題目、搶答、計(jì)分、計(jì)時(shí)以及與選手、主持人、評(píng)委、觀眾互動(dòng)，所有的操作只需要一人完成。手機(jī)搶答器就是用手機(jī)作為搶答按鈕的搶答器，嚴(yán)格說(shuō)來(lái)手機(jī)搶答器是電腦搶答器里面最高端的搶答器，是手機(jī)和電腦結(jié)合的搶答器。手機(jī)搶答器的成功問(wèn)世，大大的降低了知識(shí)競(jìng)賽的成本，因?yàn)槭謾C(jī)幾乎人人都有，只需要下載祥光程序就可以完成一場(chǎng)別開(kāi)生面的高質(zhì)量的知識(shí)競(jìng)賽。調(diào)研總結(jié)：為了搶答活動(dòng)能夠公平公正的進(jìn)行，搶答器已經(jīng)作為一種必不可少的工具，但一般的搶答器可靠性低，使用壽命短，介于這些不方便因素，此次設(shè)計(jì)提出了用AT89C51單片機(jī)為核心控制元件，設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易的八路搶答器。本設(shè)計(jì)以AT89C51單片機(jī)作為主控核心，與晶振、數(shù)碼管、蜂鳴器等通過(guò)外圍接口實(shí)現(xiàn)的八路搶答器，利用了單片機(jī)的延時(shí)電路、按鍵復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等，設(shè)計(jì)的八路搶答器不僅具有實(shí)時(shí)顯示搶答選手的號(hào)碼和搶答時(shí)間的功能，同時(shí)還利用匯編語(yǔ)言編程，使其實(shí)現(xiàn)復(fù)位、定時(shí)和報(bào)警的功能。3.思路與方法按照經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、壽命長(zhǎng)、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的原理選擇AT89C51作為主控芯片采用模塊化設(shè)計(jì)智能搶答器，設(shè)計(jì)八個(gè)搶答按鈕和一個(gè)開(kāi)始、結(jié)束、復(fù)位按鈕。利用單片機(jī)的各種功能，將軟、硬件有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，使得系統(tǒng)能夠正確地進(jìn)行計(jì)時(shí)，同時(shí)使數(shù)碼管能夠正確地顯示時(shí)間和選手號(hào)碼利用Keil4軟件編程并與Protues軟件能夠聯(lián)調(diào)，使搶答器能夠模擬仿真運(yùn)轉(zhuǎn)。

第二部分設(shè)計(jì)說(shuō)明1.總設(shè)計(jì)框圖本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主要由AT89C51單片機(jī)模塊、時(shí)鐘頻率電路模塊、復(fù)位電路模塊、顯示電路模塊、鍵盤(pán)掃描電路模塊以及發(fā)聲電路模塊構(gòu)成。以下是本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總設(shè)計(jì)框圖：圖2.1總設(shè)計(jì)框圖2.系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)2.1單片機(jī)模塊AT89C51單片機(jī)主要提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個(gè)I/O口線，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。圖2.2單片機(jī)引腳圖圖2.3AT89C51實(shí)物圖2.2時(shí)鐘頻率電路單片機(jī)必須在時(shí)鐘的驅(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,決定單片機(jī)的工作速度。圖2.4外部振蕩源電路圖一般選用石英晶體振蕩器。此電路在加電大約延遲10ms后振蕩器起振,在XTAL2引腳產(chǎn)生幅度為3V左右的正弦波時(shí)鐘信號(hào),其振蕩頻率主要由石英晶振的頻率確定。電路中兩個(gè)電容C1,C2的作用有兩個(gè):一是幫助振蕩器起振;二是對(duì)振蕩器的頻率進(jìn)行微調(diào)。C1,C2的典型值為30PF。單片機(jī)在工作時(shí),由內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生或由外直接輸入的送至內(nèi)部控制邏輯單元的時(shí)鐘信號(hào)的周期稱(chēng)為時(shí)鐘周期。其大小是時(shí)鐘信號(hào)頻率的倒數(shù),常用fosc表示。如時(shí)鐘頻率為12MHz,即fosc=12MHz,則時(shí)鐘周期為1/12μs。2.3復(fù)位電路單片機(jī)的第9腳RST為硬件復(fù)位端,只要將該端持續(xù)4個(gè)機(jī)器周期的高電平即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位,復(fù)位后單片機(jī)的各狀態(tài)都恢復(fù)到初始化狀態(tài)，其電路圖如圖所示:圖2.5復(fù)位電路圖值得注意的是,在設(shè)計(jì)當(dāng)中使用到了硬件復(fù)位和軟件復(fù)位兩種功能,由上面的硬件復(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,而前面的功能介紹中提到了倒計(jì)時(shí)時(shí)間的記憶功能,該功能的實(shí)現(xiàn)的前提條件就是不能對(duì)單片機(jī)進(jìn)行硬件復(fù)位,所以設(shè)定了軟復(fù)位功能。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)到程序執(zhí)行的起始地址。2.4顯示電路顯示功能與硬件關(guān)系極大，當(dāng)硬件固定后，如何在不引起操作者誤解的前提下提供盡可能豐富的信息，全靠軟件來(lái)解決。圖2.6顯示電路圖2.5鍵盤(pán)掃描電路的設(shè)計(jì)鍵盤(pán)是人與微機(jī)系統(tǒng)打交道的主要設(shè)備。關(guān)于鍵盤(pán)硬件電路的設(shè)計(jì)方法也可以在文獻(xiàn)和書(shū)籍中找到，配合各種不同的硬件電路，這些書(shū)籍中一般也提供了相應(yīng)的鍵盤(pán)掃描程序。站在系統(tǒng)監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)的立場(chǎng)上來(lái)看，僅僅完成鍵盤(pán)掃描，讀取當(dāng)前時(shí)刻的鍵盤(pán)狀態(tài)是不夠的，還有不少問(wèn)題需要妥善解決，否則，人們?cè)诓僮麈I盤(pán)就容易引起誤操作和操作失控現(xiàn)象。在單片機(jī)應(yīng)用中鍵盤(pán)用得最多的形式是獨(dú)立鍵盤(pán)及矩陣鍵盤(pán)。圖2.7按鍵原理圖在鍵盤(pán)中按鍵數(shù)量較多時(shí)，為了減少I(mǎi)/O口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式。在矩陣式鍵盤(pán)中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過(guò)一個(gè)按鍵加以連接。這樣，一個(gè)端口（如P1口）就可以構(gòu)成1乘8的8個(gè)按鍵，比之直接將端口線用于鍵盤(pán)多出了一倍，而且線數(shù)越多，區(qū)別越明顯，比如再多加一條線就可以構(gòu)成20鍵的鍵盤(pán)，而直接用端口線則只能多出一鍵（9鍵）。由此可見(jiàn)，在需要的鍵數(shù)比較多時(shí)，采用矩陣法來(lái)做鍵盤(pán)是合理的。2.6發(fā)聲電路設(shè)計(jì)我們知道，聲音的頻譜范圍約在幾十到幾千赫茲，若能利用程序來(lái)控制單片機(jī)某個(gè)口線的“高”電平或低電平，則在該口線上就能產(chǎn)生一定頻率的矩形波，接上喇叭就能發(fā)出一定頻率的聲音，若再利用延時(shí)程序控制“高“”低”電平的持續(xù)時(shí)間，就能改變輸出頻率，從而改變音調(diào)，使喇叭發(fā)出不同的聲音。設(shè)計(jì)如圖2.8所示。圖中單片機(jī)通過(guò)內(nèi)部定時(shí)器的操作實(shí)現(xiàn)交替變換的波形輸出驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲。圖2.8發(fā)聲電路圖3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)軟件任務(wù)分析和硬件電路設(shè)計(jì)結(jié)合進(jìn)行，哪些功能由硬件完成，哪些任務(wù)由軟件完成，在硬件電路設(shè)計(jì)基本定型后，也就基本上決定下來(lái)了。圖2.9系統(tǒng)方框圖流程圖是顯示系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)極好的方法，不論采用何種程序設(shè)計(jì)方法，程序總體結(jié)構(gòu)確定后，一般以程序流程圖的形式對(duì)其進(jìn)行描述。在本設(shè)計(jì)中包括了以下八個(gè)主要的程序：主程序；非法搶答序；搶答時(shí)間調(diào)整程序；倒計(jì)時(shí)程序；正常搶答處理程序；犯規(guī)處理程序；顯示及發(fā)聲程序。主流程圖如圖所示：圖2.10程序設(shè)計(jì)流程圖圖2.11程序設(shè)計(jì)流程圖圖2.12程序設(shè)計(jì)流程圖4.設(shè)計(jì)特點(diǎn)本設(shè)計(jì)的基于51單片的八路搶答器使其在傳統(tǒng)的搶答器面前具有電路簡(jiǎn)單、成本低、運(yùn)行可靠等特色。采用AT89C51單片機(jī)作為芯片實(shí)現(xiàn)了八位選手同時(shí)搶答的功能。在搶答中，只有開(kāi)始后搶答才有效，如果在開(kāi)始搶答前搶答為無(wú)效，也能實(shí)現(xiàn)主持人的后臺(tái)控制。對(duì)于搶答器我們大家都知道那是用于選手做搶答題時(shí)用的，選手進(jìn)行搶答，搶到題的選手來(lái)回答問(wèn)題。搶答器不僅考驗(yàn)選手的反應(yīng)速度同時(shí)也要求選手具備足夠的知識(shí)面和一定的勇氣。選手們都站在同一個(gè)起跑線上，體現(xiàn)了公平公正的原則。

第三部分設(shè)計(jì)成果1.設(shè)計(jì)成果圖3.1搶答器電路圖圖3.2Protues仿真圖圖3.3模擬仿真五號(hào)選手提前搶答犯規(guī)圖3.4模擬仿真4號(hào)選手搶答成功倒計(jì)時(shí)暫停2.程序代碼#include<reg52.h> //調(diào)用單片機(jī)頭文件#defineucharunsignedchar//無(wú)符號(hào)字符型宏定義 變量范圍0~255#defineuintunsignedint //無(wú)符號(hào)整型宏定義 變量范圍0~65535#include"eeprom52.h"http://數(shù)碼管段選定義0123 4 5 6 7 8 9 ucharcodesmg_du[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,// A B C D EF 不顯示 0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e,0xff}; //斷碼 sbitsmg_we1=P3^3; //數(shù)碼管位選定義8sbitsmg_we2=P3^4;sbitsmg_we3=P3^5;sbitsmg_we4=P3^6;sbitbeep=P3^7;//蜂鳴器IO口定義ucharflag_start;//開(kāi)始搶答標(biāo)志位ucharflag_weigui;//搶答違規(guī)標(biāo)志位uchardis_smg[4]={0xc0,0xbf,0xa4,0xb0}; //數(shù)碼管顯示緩沖區(qū)ucharsmg_i=4;//顯示數(shù)碼管的個(gè)位數(shù)ucharmiao,s_time;//時(shí)間ucharflag_num;//號(hào)碼ucharmenu_1;//菜單設(shè)置變量bitflag_200ms=1;//200ms的標(biāo)志位ucharflag_qd_en;//搶答uchari;/******************把數(shù)據(jù)從單片機(jī)內(nèi)部eeprom中讀出來(lái)*****************/voidread_eeprom() //讀出保存數(shù)據(jù){ s_time=byte_read(0x2000); a_a=byte_read(0x2058);}/******************把數(shù)據(jù)保存到單片機(jī)內(nèi)部eeprom中******************/voidwrite_eeprom() //保存數(shù)據(jù){ SectorErase(0x2000); byte_write(0x2000,s_time); byte_write(0x2058,a_a); }/**************開(kāi)機(jī)自檢eeprom初始化*****************/voidinit_eeprom() //開(kāi)始初始化保存的數(shù)據(jù){ read_eeprom(); //讀出保存數(shù)據(jù) if(a_a!=20) { a_a=20; s_time=30; write_eeprom(); //保存數(shù)據(jù) }}/***************************數(shù)碼管位選函數(shù)****************************/voidsmg_we_switch(uchari){ switch(i) { case0:smg_we1=0;smg_we2=1;smg_we3=1;smg_we4=1;break; case1:smg_we1=1;smg_we2=0;smg_we3=1;smg_we4=1;break; case2:smg_we1=1;smg_we2=1;smg_we3=0;smg_we4=1;break; case3:smg_we1=1;smg_we2=1;smg_we3=1;smg_we4=0;break; } }/*********************************************************************名稱(chēng):delay_1ms()*功能:延時(shí)1ms函數(shù)*輸入:q*輸出:無(wú)***********************************************************************/voiddelay_1ms(uintq) //延時(shí)1ms函數(shù){ uinti,j; for(i=0;i<q;i++) for(j=0;j<120;j++);}/********************獨(dú)立按鍵程序*****************/ucharkey_can; //按鍵值voidkey() //獨(dú)立按鍵程序{ staticucharkey_new; key_can=20; P2|=0xff; if((P2&0xff)!=0xff) //按鍵按下 { delay_1ms(1); //按鍵消抖動(dòng) if(((P2&0xff)!=0xff)&&(key_new==1)) { //確認(rèn)是按鍵按下 key_new=0; switch(P2&0xff) { case0xfe:key_can=1;break; //得到按鍵值 case0xfd:key_can=2;break; //得到按鍵值 case0xfb:key_can=3;break; //得到按鍵值 case0xf7:key_can=4;break; //得到按鍵值 case0xef:key_can=5;break; //得到按鍵值 case0xdf:key_can=6;break; //得到按鍵值 case0xbf:key_can=7;break; //得到按鍵值 case0x7f:key_can=8;break; //得到按鍵值 }// dis_smg[0]=smg_du[key_can]; //顯示按鍵值 } } else key_new=1; }/********************獨(dú)立按鍵程序*****************/ucharkey_can1; //按鍵值voidkey_1() //主持人獨(dú)立按鍵程序{ staticucharkey_new; key_can1=20; P3|=0x03; if((P3&0x03)!=0x03) //按鍵按下 { delay_1ms(1); //按鍵消抖動(dòng) if(((P3&0x03)!=0x03)&&(key_new==1)) { //確認(rèn)是按鍵按下 key_new=0; switch(P3&0x03) { case0x01:key_can1=9;break; //得到按鍵值 case0x02:key_can1=10;break; //得到按鍵值 }// dis_smg[0]=smg_du[key_can1]; //顯示按鍵值 } } else key_new=1; }/******************按鍵處理函數(shù)*****************/voidkey_with() //按鍵處理函數(shù){ if(key_can1==10)//設(shè)置按鍵 { menu_1++; 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