单片机课程设计 ---多人比赛智力抢答器系统设计.doc

1引言 电子计算机的发展经历了从电子管、晶体管、集成电路到大规模集成电路共四个阶段，即通常所说的第一代、第二代、第三代和第四代计算机。现在广泛使用的微型计算机是大规模集成电路技术发展的产物，因此它属于第四代计算机，而单片机则是微型计算机的一个分支。从1971年微型计算机问世以来，由于实际应用的需要，微型计算机向着两个不同的方向发展：一个是向着高速度、大容量、高性能的高档微机方向发展；而另一个则是向稳定可靠、体积小和价格廉的单片机方向发展。但两者在原理和技术上是紧密联系的。单片机因将其主要组成部分集成在一个芯片上而得名，具体说就是把中央处理器、随机存储器、只读存储器、中断系统、定时器/计数器以及I/O口电路等主要微型机部件，集成在一块芯片上。虽然单片机只是一块芯片，但从功能和组成上，它已具有了计算机的属性，为此它称为单片微型机。 单片机有很多的特点，主要表现在：体积小、功耗低、价格廉、控制功能强、应用现场环境恶劣等。 本设计的核心采用了AT89C51单片机。80C51单片机系列是在MCS—51系列的基础上发展起来的，早期的80C51只是系列众多芯片中的一类，但是随着后来的发展，80C51已经形成独立的系列，并且成为当前8位单片机的典型代表。 80C51芯片为40引脚双列直插封装，单一的+5V电源，它具有3个可编程I/O口，其中2个口（A和B）为8位口，1个口(C)为6位口。此外还有128单元的RAM和1个14位计数结构的定时器/计数器。本设计是采用单片机设计的多人比赛智力抢答器系统。它具有电路简单、功能齐全、制作成本低、性价比高等特点，是一种经济、实用的比赛用抢答器。硬件部分主要由单片机、LED显示器、LED驱动器、声音报警器、主持人操作键盘和其它基本外围电子电路组成。软件部分采用51系列单片机通用汇编语言与C语言设计编写。该抢答器不仅能实现显示各位抢答选手号，而且具有抢答30秒倒计时（可调）、答题60秒倒计时（可调）、违例抢答报警等功能。并且功能增减方便，只需对软件做相应修改即可。方案一：采用数字电路实现 定时抢答器的总体框图如图2-1所示，它由主体电路和扩展电路两部分组成。主体电路完成基本的抢答功能，即开始抢答后，当选手按动抢答按钮时，能显示选手的编号，同时能封锁输入电路，禁止其他选手抢答。扩展电路完成定时抢答功能。主要是对秒脉冲产生电路计算从而达到定时功能。 图2-1　数字抢答器组成框图 定时抢答器的工作过程是：主持人将开关置于“清除”位置，抢答器处于禁止工作状态，定时显示器上显示设定的时间，当节目主持人宣布抢答题目后，按下“开始”键，扬声器发出响声提示，定时器倒计时。当定时时间到，却没有选手抢答，系统报警，并禁止选手超时后抢答。当选手在定时时间内抢答时，电路立即分辨出抢答者的编号，由锁存器进行锁存，然后译码显示电路显示编号，同时扬声器发声报警，同时对输入编码电路进行封锁，避免其他选手再次抢答，显示剩余抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止。当选手将问题回答完毕时，主持人操作控制开关，使系统恢复到禁止工作状态，以便进行下一轮抢答。 方案二：采用单片机实现 相比第一方案而言此方案，采单片机为控制核心大大简化了系统电路结构，把各种处理的功能整合在了单片机内部。此设计方案把软件的设计作为设计重点，在原始的单一功能上添加了倒计时抢答、答题倒计时、显示选手号等新颖的附属功能，并保留了传统的报警部分，电路还较简单，具体方框图如2-2所示。 图2-2　方案二框图 这是一种单片机控制的智能化抢答器，该抢答器可以克服普通抢答器存在的各种缺陷。本系统的功能是通过按下抢答键的按钮使单片机相应的端口线读入信号，经过处理后输出显示所按下的键号。本系统还具备筛选第一有效抢答信号、显示超前违规抢答信号、以及可变的抢答倒计时信号和答题倒计时信号等功能。 单片机使用51系列的AT89C51单片机，该单片机应用广泛，技术成熟。AT89C51单片机是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128bytes的随机存取数据存储器（RAM）。 AT89C51有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，AT89C51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。AT89C51单片机引脚见图3-1所示： 图3-1　AT89C51引脚图AT89C51单片机中有一个用于构成内部振荡器的高增益反向放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出，这个放大器作为反馈元件的片外石英晶体振荡或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器。外接石英晶体及电容、接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。对于外接电容、虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小