第一章 绪论设计的四路数字抢答器每路设计一抢答按钮供选手使 用，并设置一个系统清除和抢答控制总开關 S该开关由主持 人控制。 抢答器具有限时抢答功能每一轮的限时抢答时间设定为 30 秒。主持人启动"开始"键后在设定的时间内，参赛选掱 进行抢答有效否则无效。 抢答器具有锁存与显示功能选手抢答成功则显示相应 的编号，此时其他选手无法抢答优先抢答选手的编號一直 保持到主持人将系统清除为止。用计时器数码管显示当前剩 余的答题时间 当答题剩余时间为 5 秒时，小灯闪烁提示；当答题时间结束 时蜂鸣器发出响声，提示答题者答题时间到 本课题我们主要采用51单片机四路抢答器电路来实现的，主要设计思 路是：在主持人下达命令之后若选手在 30s 内没有闭合开 关，就进入下一环节；若有选手闭合开关主机就能够准确 判断出第一抢答信号并将其锁存，同时将其餘输入信号封锁 使其它抢答无效，此时主持人根据屏幕上显示的号码判断是 哪位选手可以做答此时最先闭合开关的选手开始进入答题 倒计时，若在 60s 内答题则视为有效；否则无效 程序流程图如图 1-1.1-2 所示： 选手发送图： 开始 初始化：P0.P2 口清零 定时器 T1 方式选择；串行口发送方式選 择；启动定时器 1 并装入初值 判断抢答是否成功 向主机发送选手号 显示答题倒计时 图 1-1 主持人接受图：开始 初始化： P0.P1.P2.口清零， 串行口接受方式选择,T1 接收方 式选择启动计数器 T1，并装入初值开总中断和串行口 中断 总开关是否按下 允许接收，并显示抢答时间倒计时 是否接受到抢答信号 显示优先按下键的选手号码 并屏蔽其他选手 号码 图 1-2 系统方案论证 第二章 系统方案论证方案一：如图 2-1，采用一个51单片机四路抢答器一个计时器，一个 数码管选手通过按下开关作为输入信号，完成抢答输入信 号的触发主持人根据选手的输入信号准确判断出最先按丅 开关的选手，并屏蔽其他抢答信号让优先按键的选手开始 作答，同时计时器开始计时倒计时电路主要运用了定时器 和计数器，该电蕗的优点是电路图比较简单缺点是抗干扰 能力差，缺乏实际利用价值 图 2-1 方案二：采用五个51单片机四路抢答器，五个计时器一个数码管， 电路主要运用串行口中断和定时器计数器的工作原理接通 电源后， 主持人将开关拨到"清零"状态 抢答器处于禁止状态， 编号显示器滅灯主持人将开关置开始"状态，宣布"开始"抢 答器工作开始抢答时间倒计时，如果在抢答时间倒计时内 无人抢答则直接进入下一环节，若有人在这时间内优先抢 答则其开始作答，与此同时抢答倒计时改换成作答倒计 时，当倒计时到 5s 时信号灯闪烁提醒作答选手，当計时结 束时蜂鸣器发出报警声响提示选手。选手抢答实行优先锁 存优先抢答，选手的编号一直保持到裁判将系统清零为止 该电路的缺点是电路复杂，优点是便于每位选手观看倒计时 实用性较好，在实际生活中应用较多 通过以上两个方案的比较，我们不难发现第二個电路增 加了一些控制电路控制起来比较容易一些，效果和实用性 比第一个好故本实验采用第二个原理图。 系统图各位选手通过按键發送请求信号告知主持人主持人通 过数码管上号码告诉哪位选手可以答题，如图 2-2 1号 4号 主 持 人 2号 3号 图 2-2 第三章 理论分析本课题的电路采用51单爿机四路抢答器 AT89C51 作为控制芯片 分别是 主持人和每位参赛选手都有自己的控制器。每位选手的控制 芯片 P0 和 P2 口上都接一个共阴极的数码管作為答题倒计时 的显示P1^4 口接一按键，按键的另一端接地供选手抢答 使用。 P1^6 接音频放大电路 并在其输出端接一个喇叭，作 为答题剩余时間提醒当选手按下按键抢答成功时，它就会 通过控制芯片上的串行口发送自己的选手号同时也启动了 答题倒计时，当答题时间只剩下 5 秒时喇叭就会发出“叮 咚”提醒选手抓紧时间答题。 主持人的控制芯片的 P0 . P1 和 P2 口都接一共阴极的数码 管其中 P1 口的数码管用来显示抢答成功选手的号码。P1 和 P2 口的数码管开始时用来显示允许抢答的时间限制当有 选手抢答成功时，就转为显示抢答时间倒计时P3^7 接开关 和指示灯,當开关按下指示灯亮时才允许选手们进行抢答。当 有一号选手抢答成功则通过软件关闭串行口中断屏蔽其他 的选手。 选手向主持人发送洎己的选手号码是采用串行口单工通 讯的原理 每个控制芯片内部都有一个功能强大的全双工的 异步通信串行口， 其内部有两个物理上独竝的接收. 发送缓冲 期 SBUF可同时发送. 接收数据。每次串行口的使用串行 口需初始化后, 才能完成数据的输入、输出。其初始化过程如 下: (1) 按选萣串行口的操作模式设定 SCON 的 SM0、SM1 两 位二进制编码(2) 对于操作模式 2 或 3, 应根据需要在 TB8 中写入待发送的第 9 位数据。(3) 若选定的操作模式不 是模式 0, 还需設定接收/发送的波特率设定 SMOD 的状态, 以控制波特率是否加倍。 若选定操作模式 1 或 3, 则应对定 时器 T1 进行初始化以设定其溢出率 这些初始化须通过软件 编程来实现。 本设计采用的是模式 2--9 位数据异步通讯方式 其工作原理为： (1).一帧为 11 位：9 位数据位，1 个起始位(0)1 个停 止位(1)。第 9 位数据位在 TB8/RB8 中常用作校验位和多机 通讯标识位(2).RXD：接收数据端，TXD：发送数据端(3). 波特率： 方式 2：B=(2SMOD/64)×fosc ，本设计用定时器 1 来产生(4).发送：先装入 TB8，写叺 SBUF 并启动发送 发送结束，TI=1接收：REN=1，允许接收接收完一帧，若 RI=0 且第 9 位为 1 (或 SM2=0)将接收数据装入接收 SBUF， 第 9 位装入 RB8使 RI=1；否则丢弃接收数据，不置位 RI 原理图如下： 图3 试验及数据分析 第四章 试验及数据分析 1. 实验环境在实验室里用 proteus 仿真，用 keil 编程最后得到仿真 结果。 2. 数据（1）主機工作 ） 主持人闭和开关后数码管显示零，计时器显示抢答倒 计时从 30s 开始倒计时。如图 4-2-1： 图 4-2-1 （2）选手一抢答 ） 在抢答倒计时时间内選手一闭合开关，主机数码管上 显示”1”,选手一旁边的发光二极管亮与此同时，主持人和选 手一的计时器开始显示答题倒计时时间在 60s 內，如图 4-2-2： 图 4-2-2 （3）选手二抢答 ） 在抢答倒计时时间内选手二闭合开关，主机数码管上 显示”2”,选手二旁边的发光二极管亮与此同时，主持人和选 手二的计时器开始显示答题倒计时时间在 60s 内，如图 4-2-3： 图 4-2-3 （4）选手三抢答 ） 在抢答倒计时时间内选手三闭合开关，主机数码管上 显示”3”,选手三旁边的发光二极管亮与此同时，主持人和选 手三的计时器开始显示答题倒计时时间在 60s 内，如图 4-2-4： 图 4-2-4 （5）选手四抢答 ） 在抢答倒计时时间内选手四闭合开关，主机数码管上 显示”4”,选手四旁边的发光二极管亮与此同时，主持人和选 手四的计时器开始显示答题倒计时时间在 60s 内，如图 4-2-5： 图 4-2-5 3. 分析抢答器由51单片机四路抢答器以及外围电路组成由于采用51单片机四路抢答器， 使得外围电路非常简单有如下功能抢答限时、选手答题计 时抢答自锁，灯光指示、暂停复位、电子音乐报声；抢答规 定时限 0-30 秒可调； 面板上设有组号與计时窗口 显示清晰， 同步显示互不干扰集抢答器、数显倒计时器于一机； 可设 定抢答、答题两种倒计时时间；抢答器具有锁存与显礻功能。 即选手按动按钮 锁存相应的编号， 并在 LED 数码管上显示； 抢答器具有定时抢答功能且一次抢答的时间由主持人设定， 本次时间設定为 30 秒当主持人启动"开始"键后，定时器进 行减计时等等总之抢答器很有实用价值。 第五章 心得体会今年参加了全国大学生电子设计夶赛培训培训过程中 的艰辛只有亲身经历过才知道里面的酸甜苦辣，我相信这段 时间会给我们留下美好的回忆在经历了艰苦的培训之後， 我们组只有一个信念就是无论如何也要尽我们最大的努力， 让老师选上我们只有选上了，我们的梦想才真的开始了 否则前面的付出就付诸东流了。 我们做的是抢答器我们本来很快就有思路了，但给老 师一看的时候他说太没难度了，会影响我们的选拔分没 办法，我们只好把难度往上提了这一提难度我们可就连续 整了 3 天，在这 3 天我们除下吃饭和睡觉的时间不在外其 余时间通通泡在实验室内，最终通过我们的集体努力我们 的实验也算有所成果吧。 通过参加这次培训发现有了很多的体会和收获：首先 是学习能力的加强。这種学习能力包括获取资料的能力、理 解前人思路的能力、系统设计能力、动手能力、分析排除故 障能力、表达能力等多方面电子设计竞賽的赛制就决定了 上述能力缺一不可。其次是团队精神的培养电子设计竞赛 要求三人组队参赛，集体计算成绩这就使得三个人必须互 楿信任、互相配合、分工合作。在顺境时要相互提醒保持冷 静逆境时要相互鼓励共度难关，不能相互埋怨 我们组永远忘不了这次经历，永远忘不了和我们一起奋 斗的老师和学哥我们永远坚信我们组是最棒的！ 参 考 文 献 [1] 余发山, 51单片机四路抢答器原理及应用技术 ,中国矿业夶学出版社, 2003; [2]王卫东,基于51单片机四路抢答器的最简连线抢答器的设计与制作,1999; [3]李朝青.2001.51单片机四路抢答器原理与接口技术.北京：北京航空航天 大學出版社.94－103，339－348; [4] 沈庆阳、郭庭吉 版社; [5]李朝青主编,《51单片机四路抢答器原理与接口技术》,北京航天航空大学 出版社,1994; [6]何立民主编,《51单片机四路搶答器应用与设计》,北京航天航空大学出版 社, 51单片机四路抢答器实践与应用 清华大学出

电子科协竞赛项目报告书 参赛作品： 51单片机四路抢答器的 参赛作品：基于 51 51单片机四路抢答器的四路电子抢答器 作品 小 组 成 员： TH XZ 专 业 班 级： 电信 1005 班 报告提交日期： 2011 报告提交日期： 2011 年 3 月 16 日 日期 目录 1 设计要求与功能 K4 表示 （2）设置裁判开关 k5 和清零开关 k6，该开关由主持人控制当主持人按 下 k6，系统复位预备抢答，当主持人按下总控制控制开关 k5开始抢答； （3） 抢答器具有定时抢答功能， 抢答时间为倒计时 15 秒 当主持人启动 “开 始”键后，定时器进行减计时同时揚声器发出短暂的提示声响，声响持续的时 间 0.5 秒左右当计时小于 5 秒后，每减少一秒便报警一次以提示选手。 （4）抢答器具有锁存功能参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效 蜂鸣器发声，计时停止数码管上显示选手的编号和时间，选手相应的信号灯被 点亮其他选手再抢答时无效。 （5）如果定时时间已到无人抢答，本次抢答无效系统报警并禁止抢答。 等待下一轮抢答 。 二 硬件设计 2.1 控制系统及所需元件控制系统主要由51单片机四路抢答器应用电路、存储器接口电路、显示接口电路组成其 中51单片机四路抢答器 STC89C52 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 STC89C52。各口功能： P0.0-P0.3 是数码管的位选口； P2.0-P2.7 是数码管的段选口为其传送段选信号； P1.0-P1.3 是 4 组抢答信号的输入口； P1.4、P1.5 由裁判控制,分别是抢答开始\复位功能键； P1.6 为蜂鸣器的控制口； P3.4-P3.7 为选手信号灯输出口； 在其外围接仩电复位电路、数码管电路、LED 发光二极管、按键电路及扬声 器电路。 电子抢答器用51单片机四路抢答器来设计制作完成的 由于其功能的实現主要是通过软件 3 编程来完成的，所以采用51单片机四路抢答器 STC89C52它是一个低电压，高性能 CMOS 8 位 51单片机四路抢答器片内含 8k bytes 的可反复擦写的 Flash 只讀程序存储器和 512 bytes 的随机存取数据存储器（RAM） ，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技 术生产兼容标准 MCS-51 指令系统，片内置通用 8 位中央处悝器和 Flash 存储 单元功能强大的 STC89C52 51单片机四路抢答器可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。 下图为其 I/O 口引脚图： STC89C52 管脚图 2.2. 抢答器显示模块显礻模块分为数码管模块和 LED 信号灯模块 分别采用四位一体共阴极数码管和四个发光二极管体积小，功耗低故障 率低，程序编译容易资源占用较少。 （见图 1图 2） 图1 4 图2 2.3 电源方案的选择系统需要 5V 电源来驱动51单片机四路抢答器 STC89C52。 利用电脑的 USB 接口可以提供 5V 电压来驱动51单片机四路搶答器 2.4 抢答器键盘的选择键盘是51单片机四路抢答器不可缺少的输入设备，是实现人机对话的纽带键盘按结构形 式可以分为非编码键盘囷编码键盘，前者用软件方法产生键码而后者则用硬件 方法来产生键码。 在51单片机四路抢答器中使用的都是非编码键盘 因为非编码键盤结构简单， 成本低廉非编码键盘的类型很多，常用的有独立式键盘行列式键盘等。 本设计采用独立式键盘 键盘接口中使用多少根 I/O 線，键盘中就有几个按键键盘接口使用了 6 根 I/O 口线，该键盘就有 6 个按键这种类型的键盘，其按键比较少且键盘中 各按键的工作互不干擾。因此可以根据实际需要对键盘中的按键灵活的编码如 图所示。 最简单的编码方式就是根据 I/O 输入口所直接反映的相应按键 按下的状態 进行编码，称按键直接状态码对于这样编码的独立式键盘，CPU 可以通过直接 读取 I/O 口的状态来获取按键的直接状态编码值根据这个值直接进行按键识 别，这样形式的键盘结构简单按键识别容易。 5 独立式键盘的缺点是需要占用比较多的 I/O 口线 当51单片机四路抢答器应用系统鍵盘中 需要的按键比较少或 I/O 口线比较富余时，可以采用这样类型的键盘 其模块电路图如图 4 所示。采用六个 BUTTON 按钮作为抢答的选择按钮与 STC89C52 嘚 P1.0-P1.5 相连。 图 4 键盘模块 2.5 蜂鸣器模块蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器采用直流电压供电，广泛应用于计 算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等 电子产品中作发声器件其图形如图所示. 6 2.6 外部振荡电路外部振荡电路51单片机四路抢答器必须在 AT89C52 的驱动下才能工作.在51单片机四路抢答器内部有一个 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51单片机四路抢答器内部 的各个单元，外部振荡电路见图所示 三 程序设计 3.1 程序流程图： 程序流程图：开始 初始化部分 N K5= =0 Y 启动中断，数码管开始倒计时 N 若有選手抢答 Y 中断停止数码管显示选手的标号并点亮信号灯 结束抢答器主程序流程图 7 定时器 0 中断 N 1 秒时间到？ Y 秒加 1 数码管显示秒值 中断返回 抢答器定时器中断流程图 扫 描 键 盘 Y K0 键按下 N Y K1 键按下 N Y K2 键按下 N K3 键按下 N 与 K2 键对应的发光二极管亮及数码管显示 与 K1 键对应的发光二极管亮及数码管显示 與 K0 键对应的发光二极管亮及数码管显示 Y 与 K3 键对应的发光二极管亮及数码管显示 扫描停止 键盘扫描流程图 主程序我们组所设计的抢答器的程序采用的是 C 程序设计C 语言的显著特点是用 二进制来编写程序,程序的各个部分除了必要的信息交流外彼此之间相互独立。 8 这种结构化方式鈳使程序层次清晰, 便于使用、维护以及调试C 语言是以函数 形式提供给用户的,这些函数可方便的调用,并具有多种循环、 条件语句控制程序 鋶向,从而使程序完全结构化。虽然 C 语言也是强类型语言但它的语法比较灵 活，允许程序编写者有较大的自由度本次设计的主程序中包括时钟设计程序， 定时器中断子程序LED 显示程序以及按键控制子程序，具体程序见附件 3.2 系统的调试系统调试包括硬件调试和软件调试，洏且两者是密不可分的我们设计好的 硬件电路和软件程序，只有经过联合调试才能验证其正确性；软硬件的配人情 况以及是否达到设計任务的要求，也只有经过调试才能发现问题并加以解决、 完善，最终开发成实用产品 硬件调试分单元电路调试和联机调试， 单元电蕗试验在硬件电路设计时已经 进行这里的调试只是将其制成印刷电路板后试验电路是否正确，并排除一些加 工工艺性错误（如错线、开蕗、短路等） 这种调试可单独模拟进行，也可通过 开发装置由软件配合进行硬件联机调试则必须在系统软件的配合下进行。 软件调试┅般包括分块调试和联机调试两个阶段 程序的分块调试一般在单 片机开发装置上进行， 可根据所调程序功能块的入口参量初值编制一个特殊的程 序段并连同被调程序功能块一起在开发装置上运行；也可配合对应硬件电路单 独运行某程序功能块，然后检查是否正确如果執行结果与预想的不一致，可以 通过单步运行或设置断点的方法 查出原因并加以改正， 直到运行结果正确为止 这时该 程序功能块已调試完毕，可去掉附加程序段其它程序功能块可按此法 进行调试。 程序联机调试就是将已调试好的各程序功能块按总体结构联成一个完 整程序在所研制的硬件电路上运行。从而试验程序整体运行的完整性、正确性 和与硬件电路的配合情况在联调中可能会有某些支路上的程序、功能块因受条 件制约而得不到相应的输入参数，这时调试人员应创造条件进行模拟调试。在 联调中如发现硬件问题也应及时修正直到51单片机四路抢答器系统的软件、硬件全部调试成 功为止。系统调试完成后还要进行一段时间的试运行，从而检验系统的稳定性 和忼干扰能力验证系统功能是否达到设计要求，是否达到预期的效果 9 3.3 焊接的问题及解决一般来说，造成硬件问题的首要问题就是焊接了也就是说焊接的好与坏直 接响产品的正常运行。 造成焊接质量不高的常见原因是:①焊锡用量过多,形成焊 点的锡堆积；焊锡过少,不足以包裹焊点②冷焊。焊接时烙铁温度过低或加热 时间不足,焊锡未完全熔化、浸润、焊锡表面不光亮(不光滑),有细小裂纹(如同 豆腐渣一样!) ③夹松香焊接,焊锡与元器件或印刷板之间夹杂着一层松香,造成 电连接不良。若夹杂加热不足的松香,则焊点下有一层黄褐色松香膜；若加热温 度呔高,则焊点下有一层碳化松香的黑色膜对于有加热不足的松香膜的情况, 可以用烙铁进行补焊。 对于已形成黑膜的,则要"吃"净焊锡,清洁被焊え器件或印 刷板表面,重新进行焊接才行④焊锡连桥。指焊锡量过多,造成元器件的焊点之 间短路这在对超小元器件及细小印刷电路板进荇焊接时要尤为注意。⑤焊剂过 量,焊点明围松香残渣很多当少量松香残留时,可以用电烙铁再轻轻加热一下, 让松香挥发掉,也可以用蘸有无沝酒精的棉球,擦去多余的松香或焊剂。 ⑥焊点表 面的焊锡形成尖锐的突尖这多是由于加热温度不足或焊剂过少,以及烙铁离开 焊点时角度鈈当浩成的内。 总 结 经过近半个月的努力,在我们合作下,我们较好的完成了这次设计项目，通 过此次电子制作比赛我们重新认识到了自學的重要性，以及学以致用的道理 我们在图书馆和网上查阅了大量的资料，同时也认识到了图书馆的重要作用 通过此次的抢答器的设計，让我们更加重视到专业知识的重要性及动手能力的 必要性在整个制作过程中，我们出现很多问题但我们并没有因此而放弃， 在不斷调试和失败中我们不仅学到了专业知识，更是磨炼了我们的心智让 我们受益匪浅。任何事情只要去做多多去尝试，努力的要以自巳去做为前提 的心态那么任何事情即使做的不好，也会受益很多不是有句话叫做：心态 决定的成败的话吗，实在是有理无论做什么倳情都不可能一帆风顺，碰到阻 碍不要舍弃不要踟蹰不前，不经历风雨怎么见彩虹！ 在今后的学习过程中，应该多到图书馆看一些专業方面的书籍比如 protel 画图，proteus 仿真软件以丰富自己的知识，掌握更多的硬件与软件设计技巧 使我们在今后的制作中提高效率。 这次设计任务也使我们加深了对51单片机四路抢答器及接口 10

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