八路智力競(jìng)賽搶答器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告031341123王文通

1、何ib A縣龍dHUBEI UNIVERSITY FOR NATIONALITIES電子線路設(shè)計(jì)報(bào)告題八路智力競(jìng)賽搶答器設(shè)計(jì)目:姓王文通名：專電子信息科學(xué)與技術(shù)業(yè)：班0313411級(jí):學(xué)0號(hào):指導(dǎo)譚建軍教師:2015 年 7 月 5 日湖北民族學(xué)院信息工程學(xué)院10目錄一 課程設(shè)計(jì)題目 2二 任務(wù)和要求 2三 總體方案的選擇 2四 單元電路的功能介紹 4五 電路設(shè)計(jì) 5六 仿真設(shè)計(jì) 8七 分析和總結(jié) 11附錄一 源程序 13八路智力競(jìng)賽搶答器設(shè)計(jì)一 、課程設(shè)計(jì)題目（一）、題目：八路智力競(jìng)賽搶答器設(shè)計(jì)（二）、設(shè)計(jì)目的： 作為一個(gè)八路搶答器實(shí)現(xiàn)的功能， 應(yīng)該是在八位選手進(jìn)行搶答時(shí)能夠準(zhǔn)確的鎖定 第一

2、位搶答選手的號(hào)數(shù)， 并且準(zhǔn)確的顯示出來， 它的顯示結(jié)果不會(huì)因?yàn)閯e的選手的搶 答而影響它的顯示。 只有在主持人按下重新開始的開關(guān)后， 系統(tǒng)重新啟動(dòng)， 原先搶答 上的號(hào)數(shù)也不在顯示，所有系統(tǒng)清零，新的一輪搶答開始。二、任務(wù)和要求（1）搶答器設(shè)計(jì)要求1. 搶答器可以實(shí)現(xiàn)基本搶答；可同時(shí)供 8 名選手或 8 個(gè)代表隊(duì)參加比賽， 他們的編號(hào)分別是 0、1、2、3、 4、 5、 6、 7，各用一個(gè)搶答按鈕。2 給節(jié)目主持人設(shè)置一個(gè)控制開關(guān)，用來控制系統(tǒng)的清零（編號(hào)顯示數(shù)碼 管滅燈）和搶答的開始。3搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能。搶答開始后，若有選手按動(dòng)搶答按鈕， 編號(hào)立即鎖存，并在LED數(shù)碼管上顯示出選手

3、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。 優(yōu)先搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將 系統(tǒng)清零為止。4具有倒計(jì)時(shí)的功能，能實(shí)現(xiàn) 30s 倒計(jì)時(shí)。三、總體方案的選擇（1）總體方案的設(shè)計(jì) 針對(duì)題目設(shè)計(jì)要求，經(jīng)過分析與思考，擬定以下二種方案： 方案一：該方案是將搶答按鈕先直接與鎖存器而不是優(yōu)先編碼器相連， 將最先搶 答的選手的編號(hào)鎖定， 再依次經(jīng)過優(yōu)先編碼器、 譯碼器和七段顯示器， 最后顯示的是 搶答選手的編號(hào)， 經(jīng)過優(yōu)先編碼器后的信號(hào)到單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器， 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器又與報(bào)警 電路直接連接， 所以顯示編號(hào)的同時(shí)可以發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 另外由主持人控制開關(guān)和其 他部分電路通過門

4、電路實(shí)現(xiàn)對(duì)搶答電路、定時(shí)電路和報(bào)警部分電路的控制。主體框圖如下：八路搶1 一八D鎖存器七段鑿碼 顯亦管所有功的0方二二：用51單片機(jī)，通過編程來實(shí)現(xiàn)八優(yōu)點(diǎn)：外部電路簡(jiǎn)單，可以方便的對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行功能擴(kuò)張和更改方案二：主持人按動(dòng)開始搶答的開關(guān)后，最先搶答的選手的電平信號(hào)先經(jīng)過優(yōu)先 編碼器，再依次經(jīng)過數(shù)據(jù)鎖存器，此時(shí)已經(jīng)限制了其他選手的搶答， 信號(hào)再經(jīng)過譯碼 器和七段數(shù)碼顯示器，將最先搶答的該選手的編號(hào)顯示出來，并同時(shí)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)， 到此完成的是搶答功能；如果沒有人搶答，30秒減計(jì)數(shù)器減到00時(shí)，此是完成計(jì)時(shí)功能。主體框圖如下:圖2八路智力搶答器方案二設(shè)計(jì)框圖（2）總體方案的選擇相比之下，第二種方案更

5、好些。它的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：采用51系列單片機(jī)AT89C51作為控制核心，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)。由 于用了單片機(jī)，使其技術(shù)比較成熟，應(yīng)用起來方便、簡(jiǎn)單并且單片機(jī)周圍的輔助電路 也比較少，便于控制和實(shí)現(xiàn)。整個(gè)系統(tǒng)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。四、單元電路的功能介紹1.設(shè)計(jì)所使用的元件及工具:儀器名稱數(shù)量STC89C51芯片1塊74HC5731個(gè)按鍵9個(gè)1位七段數(shù)碼顯示管1個(gè)電阻1個(gè)三極管1個(gè)導(dǎo)線若干晶振1個(gè)2.功能介紹（1）、主持人按"搶答開始"鍵，并立刻進(jìn)入搶答倒計(jì)時(shí)（預(yù)設(shè) 30s搶答時(shí)間）， 如有選手搶答，會(huì)

6、有提示音，并會(huì)顯示其號(hào)數(shù)，不進(jìn)行搶答查詢，所以只有第一個(gè)按 搶答的選手有效。（2） 、如倒計(jì)時(shí)期間，主持人想停止倒計(jì)時(shí)可以隨時(shí)按 "停止"按鍵，系統(tǒng)會(huì)自 動(dòng)進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)，等待主持人按"搶答開始"進(jìn)入下次搶答計(jì)時(shí)。（3）、為開始搶答和復(fù)位鍵，為八路搶答輸入，數(shù)碼管通過與P0 口連接的74HC573譯碼器連在一起，其中 P0的八個(gè)口控制數(shù)碼管的段選，控制數(shù)碼管的段 選。3、搶答器的工作原理?yè)尨鹌鞯墓ぷ髟硎抢脝纹瑱C(jī)的定時(shí)器 T0、T1中斷完成，其余狀態(tài)循環(huán)調(diào)用顯 示子程序，用2個(gè)共陰極LED數(shù)碼管來顯示.P1 口接8個(gè)按鍵，提供選手搶答，四個(gè) 接四個(gè)按鍵，

7、提供開始、結(jié)束、搶答倒計(jì)時(shí)，搶答功能：通過八路按鍵配合程序來實(shí)現(xiàn)搶答功能。當(dāng)主持人按下?lián)尨疰I開始搶答后，此時(shí) 任一路按下按鈕均閉鎖其它各路，由程序?qū)︽I盤譯碼并顯示最先按下?lián)尨疰I的路數(shù)及 其當(dāng)前時(shí)間。搶答限時(shí)：主持人按下?lián)尨疰I后，設(shè)置30秒為搶答時(shí)間(此時(shí)間可在1-99秒之間修改)。若 30秒內(nèi)無人搶答，說明該搶答題目作廢。此時(shí)閉鎖所有搶答按鍵，只有當(dāng)主持人再 次按下?lián)尨疰I開始下一次搶答方可搶答。五、電路設(shè)計(jì)(1)搶答電路設(shè)計(jì)AT89C51的P1 口做一個(gè)為選手搶答的輸入按鍵引腳，至輪流輸出低電位，給每 一個(gè)選手編號(hào)1至8,當(dāng)選手按下按鈕時(shí)，P1 口個(gè)端口的電平變化從P1 口輸入，經(jīng) 單片機(jī)處理

8、后從P0輸出由數(shù)碼管顯示搶答者編號(hào)。（2）定時(shí)電路設(shè)計(jì)MSC-51單片機(jī)的定時(shí)控制功能是用時(shí)鐘電路和振蕩器完成的，而根據(jù)硬件電路 的不同，連接方式分為內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。本設(shè)計(jì)中采用內(nèi)部時(shí)鐘方式。單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)反相放大器，XTAL1 XTAL2分別為反相放大器的輸入端和 輸出端，外接定時(shí)反饋元件組成振蕩器（內(nèi)部時(shí)鐘方式），產(chǎn)生時(shí)鐘送至單片機(jī)內(nèi)部 各元件。時(shí)鐘頻率越高，單片機(jī)控制器的控制節(jié)拍就越快，運(yùn)算速度也就越快。一般來說單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)帶反饋的線性反相放大器，外界晶振（或接陶瓷 振蕩器）和電容就可組成振蕩器，如圖 2-2所示。加電以后延時(shí)一段時(shí)間（約10mS 振蕩器產(chǎn)生時(shí)鐘，不受軟

9、件控制，圖中 丫1為晶振，震蕩產(chǎn)生的時(shí)鐘頻率主要由丫1確定。電容C1, C2的作用有兩個(gè)：一是幫助振蕩器起振，二是對(duì)振蕩器的頻率起微 調(diào)作用，典型值為30pF。（3）復(fù)位電路的設(shè)計(jì)外部中斷和內(nèi)部中斷并存，單片機(jī)硬件復(fù)位端，只要持續(xù)4個(gè)機(jī)器周期的高電平 即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位，硬件復(fù)位后的各狀態(tài)可知寄存器以及存儲(chǔ)器的值都恢復(fù)到了初始值，在單片機(jī)和高電平之間接一個(gè)按鍵和電容并聯(lián)電路，當(dāng)按鍵按下時(shí)，單片機(jī)的 rst端被置高電平，由于電容的充放電使 rst能持續(xù)被置高電平，達(dá)到四個(gè)的時(shí)候， 各個(gè)寄存器都恢復(fù)到最初值。電路圖如下：11附L O O-:C3：闿卜29'3CT31RSTPSENALEEA10k

10、(4) 顯示與顯示驅(qū)動(dòng)電路此電路包括顯示和驅(qū)動(dòng)，顯示采用數(shù)碼管，驅(qū)動(dòng)用 P1 口，搶答30秒倒計(jì)時(shí)、搶 答者編號(hào)，數(shù)碼管采用動(dòng)態(tài)顯示。驅(qū)動(dòng)電路P2 口，查詢顯示程序利用P0 口做段選碼 口輸出P2低2位做位選碼輸出，當(dāng)為低電平則能驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管使其顯示數(shù)字。在+5V電壓下接10k的電阻，保證正常壓降。0RP1U2P0.2/AD2PO .3/AD3PD.5XAD5PO .6/AD6P0.7/AD7P2J0/MF2 2>A10P2.a/AHP2.4/A12F2 5/A1338 01337 D2衛(wèi)36 D3535 D4634 D5733 D5832 079DO 222咤2526DO2D13D2衛(wèi)苗

11、6D46&573D7111D4 D5 DGD7LE 0E02Q203Q345BQ7Q口14-05120774HC-573(5) 八路智力競(jìng)賽搶答器原理圖六、仿真設(shè)計(jì)系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)為了能夠達(dá)到搶答的公平、公正、合理，應(yīng)該在主持人發(fā)布搶答命令之前必須先 設(shè)定搶答的時(shí)間，因而在編開始搶答前的程序得先編寫設(shè)定時(shí)間的程序，當(dāng)時(shí)間設(shè)好了之后，主持人發(fā)布搶答命令按下按鍵，程序開始打開定時(shí)中斷開始倒計(jì)時(shí)，然后調(diào)用鍵盤掃描子程序，編寫鍵盤掃描程序。當(dāng)在掃描到有人按下了答題鍵，馬上關(guān)閉 TO、調(diào)用顯示程序、封鎖鍵盤。通過Proteus進(jìn)行仿真，如仿真結(jié)果所示，按下開始后，數(shù)碼管開始倒計(jì)時(shí)14 - i ih

12、 -rf r zw! 吒:戴 7心+ 譽(yù) ci丄 I JGQ * V 匸/圧州v欝N-4=sg=lr*-<藥七、分析和總結(jié)通過本次課程設(shè)計(jì)， 不僅有效鞏固了本學(xué)期所學(xué)數(shù)電的相關(guān)知識(shí)， 加強(qiáng)了對(duì)重要 知識(shí)點(diǎn)的記憶和理解，還學(xué)會(huì)如何運(yùn)用 Multisim 仿真進(jìn)行仿真受益匪淺， 現(xiàn)總結(jié)如下。本設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于時(shí)序控制電路的設(shè)計(jì)， 如何在第一位搶答者搶答題目后讓編碼 器停止工作； 如何使計(jì)時(shí)電路在搶答后停止倒計(jì)時(shí)； 如何讓定時(shí)電路和搶答電路同時(shí) 清零。設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)以往搶答器設(shè)計(jì)思路，及查閱相關(guān)資料，可運(yùn)用74LS279勺輸出1C完成上述控制任務(wù)。從這一點(diǎn)，折射出自己在平時(shí)的學(xué)習(xí)中較死板， 缺

13、乏變通 思考的能力。在電路仿真的過程中，由于Multisim操作相對(duì)較簡(jiǎn)單，因此在仿真過程 中較為順利。通過本次實(shí)踐操作， 也讓我深刻明白： 只有將課本上的理論知識(shí)， 結(jié)合實(shí)踐 不斷練習(xí)， 不斷總結(jié)提煉， 反復(fù)思考實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)， 才能夠真正消化為自己的知 識(shí)。本次課程設(shè)計(jì)我只用了一個(gè)星期的時(shí)間就全部做完， 效率很高， 因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)之前 根據(jù)設(shè)計(jì)的要求， 每個(gè)模塊都仔細(xì)的設(shè)計(jì)分析了， 正是整個(gè)過程我都認(rèn)真的態(tài)度和方 案選擇合適， 才有這么高的效率。 而且從本次課程設(shè)計(jì)中收獲很多。 可以總結(jié)為以下 的幾點(diǎn)：（一）、鞏固數(shù)電知識(shí) 這次課程設(shè)計(jì)主要是運(yùn)用數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)的一些相關(guān)知識(shí)，在整個(gè)實(shí)習(xí)過程

14、中，都離不開對(duì)數(shù)字電路課程知識(shí)的再學(xué)習(xí)。 我在最開始， 就先將實(shí)習(xí)用到的知識(shí)通 過翻閱數(shù)電書回顧了一遍 （這也是對(duì)這門課的復(fù)習(xí)， 給以后的復(fù)習(xí)備考減少了很多負(fù) 擔(dān)），這樣的回顧讓我對(duì)知識(shí)的理解更加透徹， 對(duì)后來的快速設(shè)計(jì)起了很好的鋪墊作 用。而且還參考了數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書， 關(guān)于芯片的管腳，里面有清晰的描述。（二）、學(xué)會(huì)用電路板、芯片、導(dǎo)線等組裝各種功能的電路； 雖然這不是第一次用電路板， 因?yàn)橹暗恼n內(nèi)實(shí)驗(yàn)也用過， 但當(dāng)時(shí)的運(yùn)用也只是插些導(dǎo)線和電阻電容之類的， 用了電路板的很小部分。 這次的實(shí)習(xí)中應(yīng)用了整塊板子， 實(shí)習(xí)后對(duì)電路板的組成完全了解了， 并能熟練運(yùn)用。 實(shí)習(xí)中通過對(duì)電路的連接也懂得

15、 了如何通過設(shè)計(jì)的分析對(duì)所連電路的整體布局，如何更好的放置芯片在最合適的位 置。在導(dǎo)線的連接上， 如何選擇導(dǎo)線走向是關(guān)鍵， 我們應(yīng)該盡量保證所連電路的簡(jiǎn)捷， 寧短勿長(zhǎng)， 合理布線。 一個(gè)完美的作品不僅要能很好的完成要求實(shí)現(xiàn)功能， 還要在感 官上給人美的享受。所以站在美的角度對(duì)自己的電路進(jìn)行改良是很必要的。（三）、理論聯(lián)系實(shí)際 據(jù)老師介紹，這是大學(xué)里唯一一次比較大型的動(dòng)手實(shí)踐機(jī)會(huì)。我當(dāng)然不會(huì)錯(cuò)過。課程設(shè)計(jì)，通過選擇的題目，根據(jù)要求，運(yùn)用所學(xué)知識(shí)將其付諸實(shí)踐來完成。這并不 是在課堂上的單純聽懂， 或者課后看書過程中的深入理解， 這需要的是一種理論聯(lián)系 實(shí)踐的能力。 理論知識(shí)往往都是在一些理想狀態(tài)下

16、的假設(shè)論， 而實(shí)際的動(dòng)手操作則完 全不同，需要考慮實(shí)際中的很多問題。 有些知識(shí)在理論上可能完全沒錯(cuò)但到了實(shí)際中 則不然。 比如在動(dòng)筆做題時(shí)我們是不用考慮導(dǎo)線、 電阻是否連接的牢固合理， 但在實(shí) 際中，導(dǎo)線電阻有時(shí)是會(huì)帶來時(shí)延造成花型變化的錯(cuò)亂， 所以我們應(yīng)盡量在連接電路 時(shí)選擇最短路徑。平時(shí)試驗(yàn)中，我就很認(rèn)真，所以會(huì)比平時(shí)不動(dòng)手的要輕松地多。（四）、和同學(xué)共同合作、互相學(xué)習(xí)、共同進(jìn)步 最初大家沒思路的時(shí)候，特別的著急，我想出來了，大家問我，我就說了我的思 路，我們不是抄襲，只是探討，們個(gè)人都理解了才開始設(shè)計(jì)，我做的循環(huán)兩遍，他們 的都不是。我們的設(shè)計(jì)不同， 我只是給大家啟發(fā)了一個(gè)思考點(diǎn)。 理論

17、上我先設(shè)計(jì)出來， 但在實(shí)習(xí)中經(jīng)常會(huì)遇到一些自己可能暫時(shí)無法想明白的問題， 請(qǐng)教同學(xué)或老師是很好 的做法，節(jié)省時(shí)間， 也會(huì)從別人身上學(xué)到更多。 在設(shè)計(jì)時(shí)和同學(xué)相互交流各自的想法 也是很重要的，不同的人對(duì)問題的看法總有差異，我們可以從交流中獲得不同的 idea ，其他人的設(shè)計(jì)也可能有比你出色的地方， 很好的借鑒， 并在大家的商討中選擇 最優(yōu)方案最終一定會(huì)得到最好的設(shè)計(jì)方法。18源程序/*/*八路搶答器 ,主持人按下按鍵開始 30 秒倒計(jì)時(shí)*/*八位選手開始搶答，然后選手號(hào)在數(shù)碼管上顯*/*顯示， 30 秒沒人搶答，則重新主持人宣布下*/*題，重新開始。*/#include<> #def

18、ine uint unsigned int#define uchar unsigned charuchar code tab=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;sbit w仁 P2A0;sbit w2=P2A1；sbit LE=P2A2; sbit Master=P2A7； uchar time=30,t=0； void delay()；void init()； void display()； void KeyStart()； void KeyEnd()； void Num_display()； /* void main() d

19、isplay()； while(Master!=0) display()； KeyStart()； while(1)switch(P1)/主函數(shù) */延時(shí) 初始化 數(shù)碼管顯示 主持人按下開始按鍵 主持人按下結(jié)束按鍵 選手顯示case 0xfe:delay()；if(P1A0=0)time=1；TR0=0；Num_display()；LE=0；break；case 0xfd:delay()；if(P1A1=0)time=2；TR0=0；Num_display()；LE=0；break；case 0xfb:delay()；if(P1A2=0)time=3；TR0=0；Num_display()；LE=0；break；case 0xf7:delay()；if(P1A3=0)time=4；TR0=0；Num_display()；LE=0；break； case 0xef:delay()；if(P1A4=0)time=5；TR0=0；Num_display()；LE=0；break；case 0xdf:delay()；if(P1A5=0)time=6；TR0=0；Num_display()；LE=0；bre