單片機(jī)《8位競(jìng)賽搶答器的設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)報(bào)告

摘要

搶答比賽能極大地提高參賽者與觀眾的興趣，而多人搶答器作為一種搶答比賽常用的工具現(xiàn)在已經(jīng)廣泛運(yùn)用于各種搶答競(jìng)賽，多人的搶答器要求要能快速鎖定搶答的信息，并且可以靈活地計(jì)時(shí)，還要能方便主持人設(shè)置搶答時(shí)間。

本設(shè)計(jì)使用 AT89C52單片機(jī)芯片以及MAX7219串行輸入/輸出顯示驅(qū)動(dòng)芯片可以實(shí)現(xiàn)多人搶答系統(tǒng)，利用AT89C52單片機(jī)的中斷、記數(shù)的功能以及其優(yōu)秀的性能，通過(guò)高速掃描選手按鍵I/O口，可以精準(zhǔn)鎖定搶答成功選手編號(hào)，并為系統(tǒng)提供計(jì)時(shí)功能，同時(shí)不斷更新數(shù)碼管輸出信息使其能夠正確地顯示搶答時(shí)間與搶答成功選手編號(hào)。

Answering the competition can greatly increase the interest of the participants and the audience, and the multi-user responder is now widely used in various rush-answering contests as a common tool for answering the match. The multi-user responder needs to be able to quickly lock the answer. Information, and can be flexibly timed, but also to facilitate the host set the answer time.

This design uses the AT89C52 microcontroller chip and the MAX7219 serial I/O display driver chip to implement a multi-user system, using the interrupt and count functions of the AT89C52 microcontroller and its excellent performance, by high-speed scanning of the player's button I/O ports. Accurately lock the successful player number and provide the system with the timekeeping function. At the same time, it constantly updates the digital tube output information so that it can correctly display the answering time and the successful player number.

第1章  需求分析

第2章  系統(tǒng)概要設(shè)計(jì)

2.1 8位競(jìng)賽搶答器的整體設(shè)計(jì)

2.2 8位競(jìng)賽搶答器功能流程

第3章  仿真電路設(shè)計(jì)

3.1 仿真電路總體設(shè)計(jì)

3.2 單元電路設(shè)計(jì)

3.2.1 晶振電路與復(fù)位電路

3.2.2 搶答電路

3.2.3 顯示電路

3.2.4 控制電路

第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1 軟件主程序設(shè)計(jì)

4.2 軟件子程序設(shè)計(jì)

第5章  仿真結(jié)果分析

5.1仿真結(jié)果分析

第6章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)

參考文獻(xiàn)

致  謝

附錄

搶答比賽是一個(gè)參賽者與觀眾都喜愛(ài)的富有激情的比賽，在主持人宣布開(kāi)始答題后，選手要在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，以搶答的方式來(lái)回答問(wèn)題。過(guò)去，人們搶答比賽僅依靠主持人人為的判斷來(lái)判定到底哪個(gè)選手是最快搶答成功的，這種搶答方式不僅精準(zhǔn)性低而且效率也不高，所以搶答比賽就需要有搶答器來(lái)進(jìn)行輔助比賽，精準(zhǔn)選出搶答成功的選手。

本次我們要設(shè)計(jì)的是一個(gè)8位競(jìng)賽搶答器，可以同時(shí)供8名選手或8支隊(duì)伍比賽。搶答器要求能快速地鎖定搶答選手或隊(duì)伍的編號(hào)，搶答的信息要能迅速顯示在數(shù)碼管上，并且要能為主持人提供方便的比賽操作，可以靈活地進(jìn)行比賽時(shí)間調(diào)節(jié)與操作比賽的開(kāi)始與結(jié)束，保證整場(chǎng)比賽的公平性與靈活性。考慮到比賽運(yùn)營(yíng)的費(fèi)用與投入的成本，搶答器整套系統(tǒng)的成本也不能太高，所選用芯片的價(jià)格要求要適中，這樣才能保證搶答器系統(tǒng)的價(jià)格在可以普遍應(yīng)用的范圍內(nèi)。

8位競(jìng)賽搶答器可以同時(shí)提供 8 名選手參加比賽，使用AT89C52單片機(jī)芯片的P1^1 – P1^7口作為搶答按鈕的接口，與8個(gè)按鈕相連接，模擬選手的搶答按鍵。并在P2^0口與P2^1口分別設(shè)置一個(gè)搶答開(kāi)始按鍵與搶答時(shí)間設(shè)置按鍵，提供給主持人進(jìn)行比賽的控制，再利用系統(tǒng)的復(fù)位功能，重置系統(tǒng)模擬進(jìn)入下一題，重新設(shè)置計(jì)時(shí)時(shí)間與計(jì)時(shí)搶答工作的準(zhǔn)備。數(shù)碼管的顯示驅(qū)動(dòng)由MAX7219顯示芯片帶動(dòng)，使用AT89C52單片機(jī)芯片的P3^0（RXD）與P3^1（TXD）口分別與MAX7219芯片的DIN口與LOAD口連接，進(jìn)行串行通信與數(shù)據(jù)裝載，傳送當(dāng)前的搶答時(shí)間與搶答成功選手編號(hào)，CLK時(shí)鐘序列輸入口與AT89C52芯片的INT0口（外部中斷口）進(jìn)行連接，提供控制信息。

接通電源后，主持人可以按搶答時(shí)間設(shè)置按鍵進(jìn)行搶答時(shí)間的設(shè)置，在設(shè)置好搶答時(shí)間后，按開(kāi)始按鍵即可開(kāi)始計(jì)時(shí)搶答，此時(shí)選手可以通過(guò)自己的按鍵進(jìn)行搶答。在一個(gè)選手成功之后，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行選手編號(hào)與搶答時(shí)間的鎖定，數(shù)碼管就會(huì)顯示當(dāng)前搶答選手的編號(hào)與搶答時(shí)間。系統(tǒng)流程圖如下所示：

圖2-1 8位競(jìng)賽器系統(tǒng)流程圖

8位競(jìng)賽搶答器使用了AT89C52芯片和MAX7219芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)，AT89C52是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓，高性能CMOS，8位微處理器，俗稱單片機(jī)，用于搶答邏輯電路的設(shè)計(jì)。MAX7219是一種集成化的串行輸入/輸出共陰極顯示驅(qū)動(dòng)器，它連接微處理器與8位數(shù)字的7段數(shù)字LED顯示，也可以連接條線圖顯示器或者64個(gè)獨(dú)立的LED，擁有10MHz連續(xù)串行口與獨(dú)立的LED段控制，用于顯示搶答成功選手編號(hào)顯示與搶答時(shí)間顯示。

系統(tǒng)的總體電路如下圖所示：

為了更好的設(shè)計(jì)8位競(jìng)賽搶答器，我們根據(jù)各個(gè)部分的功能將總電路劃分成為晶振電路、搶答電路、顯示電路以及主持人控制電路，以下是對(duì)各個(gè)單元電路的詳細(xì)說(shuō)明。

該晶振電路使用的是內(nèi)部時(shí)鐘電路，晶振的頻率為12MHZ ，提供AT89C52芯片的時(shí)鐘脈沖使AT89C52芯片工作。復(fù)位電路使用的是按鍵與上電復(fù)位，復(fù)位電路可以使單片機(jī)重置，使單片機(jī)重新開(kāi)始執(zhí)行程序。當(dāng)復(fù)位開(kāi)關(guān)按下 RST 口由低電平變?yōu)楦唠娖�，觸發(fā)復(fù)位功能，系統(tǒng)重置。晶振電路電路圖如下圖紅圈區(qū)域，復(fù)位電路如下圖藍(lán)圈區(qū)域，如圖：

圖3-2 晶振電路電路圖

搶答電路使用AT89C52的P1^0 - P1^7作為選手的搶答按鍵，選手編號(hào)分別1到8，當(dāng)選手按下按鍵時(shí)，按鍵對(duì)應(yīng)的接口由高電平變?yōu)榈碗娖�，程序不斷掃描P1各個(gè)口電平的變化，在掃描到有接口變?yōu)榈碗娖胶�，迅速鎖定該口的編號(hào)，模擬搶答成功情形。搶答電路電路圖如下圖紅圈區(qū)域所示：

圖3-3 搶答電路電路圖

顯示電路由MAX7219芯片進(jìn)行顯示驅(qū)動(dòng)，兩個(gè)10引腳的LED數(shù)碼管進(jìn)行選手編號(hào)的顯示與搶答時(shí)間顯示，由DIN接口（串行數(shù)據(jù)輸入端口）進(jìn)行串行數(shù)據(jù)的輸入，LOAD口進(jìn)行數(shù)據(jù)的裝載，再通過(guò)DIG0~DIG7口進(jìn)行片選信號(hào)的輸出，對(duì)LED數(shù)碼管進(jìn)行控制。顯示電路電路圖如下圖紅圈區(qū)域所示：

圖3-4 顯示電路電路圖

控制電路由AT89C52芯片的P2^0與P2^1口進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，通過(guò)與兩個(gè)按鍵進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)開(kāi)始計(jì)時(shí)與搶答時(shí)間的設(shè)置�？刂齐娐冯娐穲D如下圖所示：

圖3-5 控制電路電路圖

圖4-1 主程序流程圖

程序Main函數(shù)

系統(tǒng)仿真時(shí)首先要在使用KeilC編譯器，把所寫(xiě)的程序進(jìn)行編譯，同時(shí)在仿真器里設(shè)置生成 hex 文件，編譯無(wú)錯(cuò)誤時(shí)使用 Proteus軟件仿真。電路啟動(dòng)仿真結(jié)果如下所示：

圖5-1 電路啟動(dòng)仿真圖

點(diǎn)擊任意選手按鈕，倒計(jì)時(shí)暫停，顯示選手編號(hào)，仿真結(jié)果如下所示：

圖5-3 選手搶答仿真圖

若該選手打錯(cuò)，繼續(xù)倒計(jì)時(shí)，選手編號(hào)清零，仿真結(jié)果如下所示：

圖5-4 繼續(xù)搶答仿真圖

一輪答題結(jié)束后，點(diǎn)擊復(fù)位按鈕，倒計(jì)時(shí)復(fù)位，選手編號(hào)清零，仿真結(jié)果如下所示：

圖5-5 復(fù)位仿真圖

在這次課程設(shè)計(jì)中，通過(guò)完成8位競(jìng)賽搶答器的設(shè)計(jì)，我們對(duì)書(shū)本上的知識(shí)有了進(jìn)一步的了解。將以前學(xué)習(xí)過(guò)的模電知識(shí)與proteus軟件的操作結(jié)合起來(lái)。本次課程設(shè)計(jì)我們選擇8位競(jìng)賽搶答器設(shè)計(jì)的原因是這看起來(lái)是個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單一點(diǎn)的課題，但當(dāng)我們真正開(kāi)始設(shè)計(jì)的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)這個(gè)課題并沒(méi)有我們想象中的那么簡(jiǎn)單，在設(shè)計(jì)電路的過(guò)程中遇到了不少的問(wèn)題。雖然我們通過(guò)查閱書(shū)本和網(wǎng)上的資料在proteus上成功畫(huà)出本次設(shè)計(jì)所需要的電路圖，但我們?cè)陔娐贩抡娴臅r(shí)候發(fā)現(xiàn)電路中的電阻及電容參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤，導(dǎo)致仿真過(guò)程中電路無(wú)法正常運(yùn)行，當(dāng)我們改正后再次仿真的時(shí)候又發(fā)現(xiàn)了定時(shí)器的初值設(shè)置有誤以及其他元器件的參數(shù)都有點(diǎn)小問(wèn)題，經(jīng)過(guò)幾次修改，電路成功仿真并達(dá)到了我們預(yù)期設(shè)想的結(jié)果。

本次的課程設(shè)計(jì)使我們受益匪淺。加深了我們對(duì)單片機(jī)和數(shù)字電路的認(rèn)識(shí)，相信這在以后的學(xué)習(xí)和工作中碰到這些基礎(chǔ)元器件我們會(huì)更加得心易手。我們還學(xué)習(xí)到了一些課堂上學(xué)不到的東西，這些知識(shí)可能對(duì)于我們將來(lái)的畢設(shè)、學(xué)習(xí)或者工作來(lái)說(shuō)，都是很有幫助的。希望以后我們還能更多這樣的機(jī)會(huì)來(lái)學(xué)習(xí)更多的知識(shí)。

經(jīng)過(guò)一周的努力，我們成功完成本次課程設(shè)計(jì)的課題，以單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)出一個(gè)8位競(jìng)賽搶答器。雖然還存在一些小問(wèn)題，但基本達(dá)到本次課程設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)要求。

在這一周的課程設(shè)計(jì)中，我們?cè)谠O(shè)計(jì)過(guò)程中遇到一些曲折。在編寫(xiě)程序和完成電路仿真時(shí)，幾次因無(wú)法實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)所要求的結(jié)果或錯(cuò)漏百出，我們只好重新設(shè)計(jì)一個(gè)新的方案。好在得到老師和周圍同學(xué)及好友的幫助，我們才能堅(jiān)持下去并成功完成本次課程設(shè)計(jì)。在此我們要感謝羅澤鵬老師對(duì)我們的指導(dǎo)，老師知識(shí)淵博，做事嚴(yán)謹(jǐn)，平近易人。向老師請(qǐng)教問(wèn)題時(shí)，老師細(xì)心地解答我們的問(wèn)題，還經(jīng)常幫忙指出我們沒(méi)有發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤并提出改善的建議。我們還要感謝周圍的同學(xué)，在完成本次課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中得到他們不少的幫助和支持。不過(guò)我們最想感謝的還是我們自己，正是因?yàn)槲覀兘M員互幫互助、團(tuán)結(jié)友愛(ài)、堅(jiān)持不懈的精神，我們才能在本次課程設(shè)計(jì)畫(huà)下一個(gè)完美的句號(hào)。

總電路圖

電路元器件圖表

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2018-6-25 09:56 上傳

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