單片機(jī)應(yīng)用綜合項(xiàng)目智能搶答器教案設(shè)計(jì):主講:單片機(jī)應(yīng)用-------綜合項(xiàng)目智能搶答器

提綱1項(xiàng)目需求分析2項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)3智能搶答器硬件設(shè)計(jì)4智能搶答器軟件設(shè)計(jì)5智能搶答器系統(tǒng)調(diào)試6編制智能搶答器技術(shù)開發(fā)文檔一項(xiàng)目需求分析1、搶答器是為智力競(jìng)賽參賽者答題時(shí)進(jìn)行搶答而設(shè)計(jì)的一種優(yōu)先判決器電路，廣泛應(yīng)用于各種知識(shí)競(jìng)賽、文娛活動(dòng)等場(chǎng)合。2、目前大多數(shù)搶答器均使用單片機(jī)(如MCS-51型)和數(shù)字集成電路，并增加了許多新功能，如選手號(hào)碼顯示、搶按前或搶按后的計(jì)時(shí)、選手得分顯示功能。像這類搶答器，制作過(guò)程簡(jiǎn)單，準(zhǔn)確性與可靠性高，而且安裝維護(hù)簡(jiǎn)單。二項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)（2）主持人可以控制系統(tǒng)清零（編號(hào)顯示數(shù)碼管滅燈）和搶答器的開始；（3）具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能，搶答開始后，若有選手按動(dòng)搶答器按鈕，編號(hào)立即鎖存，并在LED數(shù)碼上顯示選手的編號(hào)，同時(shí)揚(yáng)聲器給出音響提示。此外，要封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。（4）搶答或回答時(shí)間主持人可自行設(shè)置；2.1功能分析本系統(tǒng)具有以下幾個(gè)主要功能：（1）搶答器可同時(shí)供8名選手或八支參賽隊(duì)伍使用；二項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)（5）當(dāng)節(jié)目主持人啟動(dòng)“開始”鍵后，要求定時(shí)器立即減計(jì)時(shí)，并用顯示器顯示，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)時(shí)間0.5秒左右。（6）參加選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)搶答，搶答有效，定時(shí)器停止工作，顯示器上顯示選手的編號(hào)和搶答時(shí)刻的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。（7）如果定時(shí)搶答的時(shí)間已到，卻沒(méi)有選手搶答時(shí)，本次搶答無(wú)效，系統(tǒng)短暫報(bào)警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時(shí)后搶答，時(shí)間顯示器上顯示00。（8）選手如果在主持人按開始鍵之前違規(guī)搶答，系統(tǒng)報(bào)警，LED顯示違規(guī)選手號(hào)碼和FF，直到主持人按下停止鍵。二項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)方案一：搶答器各部分采用中小規(guī)模集成數(shù)字電路，用機(jī)械開關(guān)按鈕作為控制開關(guān)，完成搶答輸入信號(hào)的觸發(fā)，顯示部分采用數(shù)碼管顯示。特點(diǎn)：1.中小規(guī)模集成電路應(yīng)用技術(shù)成熟，性能可靠，能方便地完成選手搶答的基本功能，2.電路連接集成電路相對(duì)較多，而且過(guò)于復(fù)雜，并且制作過(guò)程工序比較煩瑣，使用不太方便。2.2方案論證二項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)方案二：搶答器采用AT89C51單片機(jī)作為控制核心，搶答器可以完成運(yùn)算控制、信號(hào)識(shí)別以及顯示功能的實(shí)現(xiàn)。特點(diǎn)：1.技術(shù)比較成熟，應(yīng)用起來(lái)方便、簡(jiǎn)單；2.單片機(jī)周圍的輔助電路也比較少，便于控制和實(shí)現(xiàn)；3.具有極其靈活的可編程性，能方便地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行功能的擴(kuò)張和更改性。結(jié)論：方案二比方案一簡(jiǎn)單的多，不但從性能上優(yōu)于方案一，而且在使且上及其功能的實(shí)現(xiàn)上都較方案一簡(jiǎn)潔，并且由于單片機(jī)具有優(yōu)越的高集成電路性，使其工作速度更快、效率更高。三智能搶答器硬件設(shè)計(jì)3.1總體設(shè)計(jì)圖7-1智能搶答器硬件電路圖

功能鍵接在單片機(jī)的P3口，其中P3.0接“開始”功能鍵，P3.1接“停止”功能鍵，P3.2接時(shí)間“加1”功能鍵，P3.3接時(shí)間“減1”功能鍵，P3.4接“確定”功能鍵，P3.6接蜂鳴器。P1.0-P1.7接八路搶答輸入按鍵，數(shù)碼管段選接P0口，位選P2口低3位。三智能搶答器硬件設(shè)計(jì)3.2外部振蕩電路在MSC-51芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，其輸入端為芯片引腳XTAL1，其輸出端為引腳XTAL2。而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，從而構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。

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。圖7-2外部振蕩電路三智能搶答器硬件設(shè)計(jì)3.3復(fù)位電路的設(shè)計(jì)

單片機(jī)復(fù)位的條件是：必須使RST/VPD或RST引腳（9）加上持續(xù)二個(gè)機(jī)器周期（即24個(gè)振蕩周期）的高電平。例如：若時(shí)鐘頻率為12MHZ，每機(jī)器周期為1μs，則只需2μs以上時(shí)間的高電平。在RST引腳出現(xiàn)高電平后的第二個(gè)機(jī)器周期執(zhí)行復(fù)位。圖7-3復(fù)位電路三智能搶答器硬件設(shè)計(jì)3.4顯示電路的設(shè)計(jì)

根據(jù)功能分析，需要顯示搶答時(shí)間和選手編號(hào)，因此只需要用三個(gè)數(shù)碼管就能夠?qū)崿F(xiàn)，這里選用七段數(shù)碼管7SEG-MPX4-CC，它是共陰極的，由高電平點(diǎn)亮。如圖7-4所示，由于單片機(jī)I/O口驅(qū)動(dòng)能力有限，為了提高數(shù)碼管顯示亮度，通常需要在單片機(jī)I/O口與數(shù)碼管之間接驅(qū)動(dòng)電路，這里選用由三極管9012構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)，如圖7-5所示。圖7-4共陰極七段數(shù)碼管圖7-5數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路三智能搶答器硬件設(shè)計(jì)3.5按鈕輸入電路的設(shè)計(jì)

搶答器的輸入按鈕使用常開開關(guān)，這些常開開關(guān)組成了搶答按鍵和功能按鍵，硬件電路簡(jiǎn)單，如圖7-6，圖7-7所示。在程序設(shè)計(jì)上也不復(fù)雜，只要在程序中消除在按鍵過(guò)程中產(chǎn)生的“毛刺”

現(xiàn)象就可以了。圖7-6功能按鍵圖7-7搶答按鍵三智能搶答器硬件設(shè)計(jì)3.6蜂鳴器

蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。

蜂鳴器又分為有源蜂鳴器和無(wú)源蜂鳴器兩各種。它們的區(qū)別在于有源蜂鳴器直接加上額定電壓就能持續(xù)發(fā)聲（當(dāng)然要滿足電流要求），而無(wú)源蜂鳴器需要加上脈沖電壓才能持續(xù)發(fā)聲。在電子設(shè)計(jì)中，常用有源蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警提示，而用蜂鳴器來(lái)產(chǎn)生各種各樣的聲調(diào)，如用來(lái)發(fā)生音樂(lè)。圖7-8蜂鳴器電路三智能搶答器硬件設(shè)計(jì)3.7實(shí)際硬件電路

仿真電路中，單片機(jī)I/O口與數(shù)碼管直接連接，沒(méi)有加驅(qū)動(dòng)電路，由于單片機(jī)I/O口負(fù)載能力有限，這會(huì)導(dǎo)致數(shù)碼管亮度不夠。為了增加數(shù)碼管顯示的亮度，在制作硬件電路時(shí)需要在P1口每個(gè)管腳接由三極管9012構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)電路。實(shí)際硬件電路如圖7-9所示。圖7-9智能搶答器硬件電路圖四智能搶答器軟件設(shè)計(jì)1.主程序流程圖圖7-10主程序流程圖四智能搶答器軟件設(shè)計(jì)2.中斷子程序流程圖圖7-11定時(shí)器中斷子程序流程圖四智能搶答器軟件設(shè)計(jì)3.參考程序代碼#include<reg51.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitSOUND=P3^6;uchardispcode[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xff,0xa1,0x86,0x8e};uchardisplay_data[3]={0,0,0};ucharm,Time=30,number=0;//搶答時(shí)間為30sucharn=0,sec=0,Key_Value=0;uchara,Flag=0,Error=0;四智能搶答器軟件設(shè)計(jì)voiddelay_ms(uintx) //延時(shí)1ms{ uchari; uintj; for(j=x;j>0;j--) for(i=0;i<120;i++);}voiddisplay_test() //數(shù)碼管顯示{ ucharm,k; if(Time<100) { display_data[0]=Time/10; display_data[1]=Time%10; }四智能搶答器軟件設(shè)計(jì)else { display_data[0]=15; display_data[1]=15; } display_data[2]=number; k=0x01; for(m=0;m<3;m++)//利用眼睛的暫停效應(yīng)依次顯示定時(shí)和選手編號(hào)

{ P2=0; P0=dispcode[display_data[m]]; P2=~P2; P2=k; k=k<<1; delay_ms(5); }四智能搶答器軟件設(shè)計(jì)P2=0;}voidKeyScan() //按鍵掃描{ if(~P3&0x01) { delay_ms(5);//按鍵消除抖動(dòng)

if(~P3&0x01) {Key_Value=1;Time=a;TR0=1;Flag=1;}//按'開始' }if(~P3&0x02) { delay_ms(5); if(~P3&0x02) Key_Value=2;//按'結(jié)束' }四智能搶答器軟件設(shè)計(jì)if(~P3&0x04) { delay_ms(300); if(~P3&0x04) {a+=1;Key_Value=3;}//按'加' while(~P3&0x04); } if(~P3&0x08) { delay_ms(300); if(~P3&0x08) {a-=1;Key_Value=4;}//按'減' while(~P3&0x08);四智能搶答器軟件設(shè)計(jì)if(~P3&0x10) { delay_ms(5); if(~P3&0x10) Key_Value=5;//按'設(shè)定'P3.4 } if(~P1&0x01) { delay_ms(5); if(~P1&0x01) Key_Value=6;//第一人

}四智能搶答器軟件設(shè)計(jì)if(~P1&0x02) { delay_ms(5); if(~P1&0x02) Key_Value=7;//第二人

} if(~P1&0x04) { delay_ms(5); if(~P1&0x04) Key_Value=8;//第三人

}四智能搶答器軟件設(shè)計(jì)if(~P1&0x08) { delay_ms(5); if(~P1&0x08) Key_Value=9;//第四人

} if(~P1&0x10) { delay_ms(5); if(~P1&0x10) Key_Value=10;//第五人

}四智能搶答器軟件設(shè)計(jì)if(~P1&0x20) { delay_ms(5); if(~P1&0x20) Key_Value=11;//第六人

} if(~P1&0x40) { delay_ms(5); if(~P1&0x40) Key_Value=12;//第七人

}四智能搶答器軟件設(shè)計(jì)if(~P1&0x80) { delay_ms(5); if(~P1&0x80) Key_Value=13;//第八人

}} voidtimer0_init()//定時(shí)器0初始化{ TMOD=0x01;//定時(shí)器0，16位工作方式

TH0=(65535-15535)/256;//寫入定時(shí)器0初始值,定時(shí)時(shí)間為10ms TL0=(65535-15535)%256;ET0=1;//打開定時(shí)器0中斷允許

EA=1;//打開總中斷}四智能搶答器軟件設(shè)計(jì)voidmain(void){ uchari=0,j=0,count=0; SOUND=1; a=30; timer0_init(); while(1) { KeyScan(); switch(Key_Value) { //搶答開始，倒計(jì)時(shí)開始四智能搶答器軟件設(shè)計(jì)case1: number=0;//編號(hào)清0 TR0=1; count=1;//啟動(dòng)按鍵按動(dòng)標(biāo)志

display_test(); if(i==0) {SOUND=0;delay_ms(500);SOUND=1;i=1;}break;case2: TR0=0;Flag=0;Time=0; number=0;i=0;count=0; SOUND=1;display_test(); break;//停止，清零四智能搶答器軟件設(shè)計(jì)case3:Time=a;break;case4:Time=a;break;case5:Time=a;number=0;break;case6: if(Flag==1) {TR0=0;number=1;Flag=0;}if(count==0) {Time=255;number=1;SOUND=0;} break;case7:if(Flag==1) {TR0=0;number=2;Flag=0;} if(count==0) {Time=255;number=2;SOUND=0;} break;四智能搶答器軟件設(shè)計(jì)case8: if(Flag==1) {TR0=0;number=3;Flag=0;} if(count==0) {Time=255;number=3;SOUND=0;} break;case9: if(Flag==1) {TR0=0;number=4;Flag=0;} if(count==0) {Time=255;number=4;SOUND=0;} break;四智能搶答器軟件設(shè)計(jì)case10: if(Flag==1) {TR0=0;number=5;Flag=0;} if(count==0) {Time=255;number=5;SOUND=0;} break;case11: if(Flag==1) {TR0=0;number=6;Flag=0;} if(count==0) {Time=255;number=6;SOUND=0;} break;四智能搶答器軟件設(shè)計(jì)case12: if(Flag==1) {TR0=0;number=7;Flag=0;} if(count==0) {Time=255;number=7;SOUND=0;} break;四智能搶答器軟件設(shè)計(jì)case13: if(Flag==1) {TR0=0;number=8;Flag=0;} if(count==0) {Time=255;number=8;SOUND=0;} break; default:Time=0;break; } display_test(); }}四智能搶答器軟件設(shè)計(jì)//定時(shí)器0中斷voidtimer0_IRQ(void)interrupt1//定時(shí)器0中斷{TH0=(65535-15535)/256;//寫入定時(shí)器0初始值TL0=(65535-15535)%256;n++;//每50ms，n加1if(n==20)//定時(shí)夠1秒{n=0;Time--;if(Time==0)//30秒搶答時(shí)間到，禁止超時(shí)搶答{TR0=0;Flag=0;SOUND=0;delay_ms(500);SOUND=1;}}}五智能搶答器系統(tǒng)調(diào)試5.1硬件調(diào)試硬件調(diào)試的主要任務(wù)是排除硬件故障，其中包括設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和工藝性故障。第一步：目測(cè)

主要觀察電路是否和原理圖連接相符合（例如：存在電源和地反接，三極管反接等。第二步：斷電調(diào)試1.短路檢測(cè)2.原理正確性確認(rèn)第三步：通電調(diào)試1.系統(tǒng)時(shí)鐘是否起振2.復(fù)位是否正常3.關(guān)鍵點(diǎn)電壓參數(shù)是否正常五智能搶答器系統(tǒng)調(diào)試5.2軟件調(diào)試結(jié)構(gòu)化軟件的調(diào)度一般可以將重點(diǎn)放在分模塊調(diào)試上，統(tǒng)調(diào)是最后一環(huán)。軟件調(diào)試可以采取離線調(diào)試和在線調(diào)試兩種方式。前者不需要硬件仿真器，借助于軟件仿真即可；后者一般需要仿真系統(tǒng)的支持。程序調(diào)試中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決的方法：1.有時(shí)出現(xiàn)程序一點(diǎn)錯(cuò)誤也沒(méi)有，但就是不能正常運(yùn)行的現(xiàn)象，最后發(fā)現(xiàn)是因?yàn)槌绦蛑杏械闹噶顣鴮懙牟灰?guī)范或延時(shí)時(shí)間設(shè)置不合理導(dǎo)致的。2.編程過(guò)程中要注意加注釋或分割線，否則，在程序過(guò)長(zhǎng)時(shí)容易變得很亂，不便于查找或更改。3.程序的結(jié)構(gòu)要設(shè)計(jì)得合理，避免上下亂調(diào)用的現(xiàn)象，這樣會(huì)使程序更加清晰化。4.編程前要加流程圖，這樣會(huì)使思路清晰。五智能搶答器系統(tǒng)調(diào)試5.3軟硬件聯(lián)調(diào)把生成的.HEX文件下載到單片機(jī)中進(jìn)行軟硬件聯(lián)調(diào)，既然軟、硬件都已調(diào)試成功，那么脫機(jī)運(yùn)行似乎肯定成功，然而事實(shí)往往并非如此，仍有可能出現(xiàn)以下故障：1.系統(tǒng)不工作。其原因主要有晶振不起振（晶振損壞、晶振電路不正常導(dǎo)致晶振信號(hào)太弱等），或腳沒(méi)有接高電平（接地或懸空）等。2.系統(tǒng)工作時(shí)好時(shí)壞。這主要是由干擾引起的。由于本系統(tǒng)沒(méi)有傳感輸入通道和控制輸出通道，干擾源相對(duì)較少且簡(jiǎn)單，因此，在電源、總線處對(duì)地接濾波電容一般可以解決問(wèn)題。六編制智能搶答器技術(shù)開發(fā)文檔6.1設(shè)計(jì)文件設(shè)計(jì)文件包括：系統(tǒng)原理框圖、系統(tǒng)電路圖、模塊及電路參數(shù)說(shuō)明、程序流程圖、生產(chǎn)工藝流程圖、元器件清單、程序代碼等。6.1.1系統(tǒng)總體框圖圖7-12系統(tǒng)原理框圖六編制智能搶答器技術(shù)開發(fā)文檔6.1.2系統(tǒng)實(shí)際硬件電路圖圖7-13智能搶答器硬件電路圖六編制智能搶答器技術(shù)開發(fā)文檔6.1.3各模塊和電路參數(shù)說(shuō)明：（1）單片機(jī)模塊：?jiǎn)纹瑱C(jī)選用ATMEL公司生產(chǎn)的STC89C52，時(shí)鐘電路晶振選用12MHZ。復(fù)位電路采用上電和手動(dòng)按鍵復(fù)位。（2）功能控制按鍵模塊由五個(gè)按鍵組成，接在單片機(jī)的P3口，其中P3.0接“開始”功能鍵，P3.1接“停止”功能鍵，P3.2接時(shí)間“加1”功能鍵，P3.3接時(shí)間“減1”功能鍵，P3.4接“確定”功能鍵。（3）選手搶答按鍵模塊由八個(gè)按鍵組成，按在單片機(jī)的P1口，按鍵沒(méi)按下，單片機(jī)檢測(cè)到高電平，一旦有鍵按下，單片機(jī)檢測(cè)到相應(yīng)的管腳為低電平。（4）蜂鳴器報(bào)警模塊由一個(gè)蜂鳴器和一個(gè)三極管2N3906構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)電路組成，由P3.6控制。當(dāng)P3.6輸出低電平，三極管導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲，當(dāng)P3.6輸出高電平，三極管截至，蜂鳴器不發(fā)聲。（5）顯示模塊由四個(gè)共阻極數(shù)碼管組成，段代碼由P0口輸出，位選由P2.0,P2.1,P2.2分別控制。這里只有其中三個(gè)數(shù)碼管，前面兩個(gè)數(shù)碼管用于顯示時(shí)間，由位選P2.0,P2.1,控制，第三個(gè)數(shù)碼管不用，公共端接高電平，第四個(gè)數(shù)碼管用于顯示選手編號(hào)，由位選P2.2控制。為了提高單片機(jī)的驅(qū)動(dòng)能力，在這三個(gè)位選控制端接了由7405構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)芯片。六編制智能搶答器技術(shù)開發(fā)文檔6.1.4程序流程圖（略）6.1.5生產(chǎn)工藝流程圖圖7-16PCB焊接流程圖六編制智能搶答器技術(shù)開發(fā)文檔6.1.6元器件清單六編制智能搶答器技術(shù)開發(fā)文檔6.1.7程序代碼

（略）6.2產(chǎn)品說(shuō)明書6.2.1產(chǎn)品說(shuō)明

本產(chǎn)品是8路智能搶答器，可供8名選手或8支參賽隊(duì)使用；搶答時(shí)間和選手編號(hào)由數(shù)碼管顯示；主持人可以控制系統(tǒng)清零和搶答器的開始，以及設(shè)置搶答時(shí)間