东北石油大学
课程设计。2012年 7 月 8日。
东北石油大学课程设计任务书。
课程单片机课程设计。
题目基于单片机的电子抢答器。
专业姓名学号。
一、任务。设计一款基于at89c51单片机的电子抢答器，能够应用于竞赛的六路抢答器。
二、设计要求。
1、六位选手可以通过相应的按键执行竞赛抢答。
2、当主持人按下开始键时，各位选手开始抢答。当一位选手抢答成功时，其他选手再次按抢答键，操作无效；选手回答完问题后，主持人按下复位键，抢答操作可以正常执行。
3、显示每位选手的分数。
4、写出详细的设计报告。
5、给出全部电路和源程序。
三、参考资料。
1] 万光毅。单片机实验与实践教程[m]. 北京：北京航空航天大学出版社。2005.1.
2] 张毅刚。单片机原理及应用[m]. 北京：高等教育出版社。2003:160-190.
3] 马忠梅。单片机的c 语言应用程序设计[m]..北京：北京航空航天大学出社。2006
4] 周润景。基于proteus的电路与单片机**系统设计与**[m]. 北京：北京航空航天大学出版社。 2005.
完成期限 2012.6.29 至 2012.7.8
指导教师。专业负责人。
2012年 6月 29 日。
目录。第1章绪论 1
1.1 设计背景及意义 1
1.2 at89c51单片机概述 1
1.3 抢答器的发展状况 1
1.4 本设计任务 2
第2 章方案论证与设计 3
2.1 数码管显示模块 3
2.2 按键调整模块 3
2.3 总体电路设计方案 3
第3章硬件电路设计 5
3.1 单片机最小系统 5
3.2 led驱动电路 5
3.3 矩阵键盘电路 6
3.4 蜂鸣器电路 7
3.5 数码管显示电路 7
第4章系统的软件设计 8
4.1 系统总流程图 8
4.2 数码管显示框图 9
第5章系统调试与测试结果分析 10
5.1 系统调试 10
5.2 测试结果 10
结论 11参考文献 12
附录1 程序 13
附录2 **效果图 18
第1章绪论。
1.1 设计背景及意义。
进入21世纪越来越来多的电子产品出现在人们的日常生活中，例如企业、学校和电视台等单位常举办各种智力竞赛， 抢答记分器是必要设备。过去在举行的各种竞赛中我们经常看到有抢答的环节，举办方多数采用让选手通过举答题板的方法判断选手的答题权，这在某种程度上会因为主持人的主观误断造成比赛的不公平性。人们于是开始寻求一种能不依人的主观意愿来判断的设备来规范比赛。
因此，为了克服这种现象的惯性发生人们利用各种资源和条件设计出很多的抢答器，从最初的简单抢答按钮，到后来的显示选手号的抢答器，再到现在的数显抢答器，其功能在一天的趋于完善不但可以用来倒计时抢答，还兼具报警，计分显示等等功能，有了这些更准确地仪器使得我们的竞赛变得更加精彩纷呈，也使比赛更突显其公平公正的原则。
1.2 at89c51单片机概述。
at89c51是一种带4k字节闪烁可编程可擦除只读存储器（fperom—falsh programmable and erasable read only memory）的低电压，高性能cmos8位微处理器，俗称单片机。at89c2051是一种带2k字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。
该器件采用atmel高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的mcs-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位cpu和闪烁存储器组合在单个芯片中，atmel的at89c51是一种高效微控制器。其主要特征为：
与mcs-51 兼容；4k字节可编程闪烁存储器；数据保留时间：10年；全静态工作：0hz-24hz；**程序存储器锁定；128*8位内部ram；32可编程i/o线；两个16位定时器/计数器；5个中断源；可编程串行通道；低功耗的闲置和掉电模式；片内振荡器和时钟电路[1]。
1.3 抢答器的发展状况。
随着电子技术的进步，出现了以二极管编码方式作为主要电路的最基本电子抢答器和用继电器做转换的电子抢答器（哪组选手抢答到了他们面前的灯就亮起）当然这种抢答器现在看来是很简单且低级，但当时做出一套这样的抢答器**都很高的。后来随着改革开放不断深入，各方面要求需要更公平，这时基本型电子抢答器问世了。基本型电子抢答器基本功能：
带优先抢答功能、自动发出开始指令、且抢答完成后可以显示对应台号及“叮咚”提示。计分方式采用手翻记分牌。再后来带语音提示的智能抢答器问世。
语音抢答器基本功能：带抢答功能和电子计分功能，可以发出“3 2 1开始”指令，自动判断抢答成功及抢答犯规的台号。并能语音报出“xx号台抢答成功” 或“xx号台犯规”。
选手得分可以自动加减并电子屏显示。
1.4 本设计任务。
设计一款基于at89c51单片机的电子抢答器，能够应用于竞赛的六路抢答器。主要包括：单片机最小系统，led显示电路，矩阵键盘电路，继电器电路，蜂鸣器电路和数码管显示电路。
第2 章方案论证与设计。
2.1 数码管显示模块。
方案一：采用静态锁存方式。
将每一个led发光管的一端接至单片机的一个i/o口，另一端通过电阻接电源。这种方法可以直接驱动led，原理简单，驱动能力强，led的亮度也可以通过限流电阻调节，非常方便，但此种方法太浪费单片机的i/o口，只适合于较小的系统。
方案二：采用动态扫描方式。
通过三极管驱动并联在一起的led发光管的一端(共阴或共阳端)，led发光管的另一脚接通用i/o口，控制其亮灭。该方法能驱动较多的led，控制方式较灵活，而且节省单片机的资源。
比较以上两种方案，系统设计中采用方案二。
2.2 按键调整模块。
方案一：采用矩阵键盘方式。
将所有的按键组成矩阵键盘形式。此方法主要应用于按键数目较多的场合，它由行线和列线组成，按键位于行、列的交叉点上。此方法可以大大的减少i/o口线，但编程复杂。
方案二：采用独立键盘方式。
独立键盘就是各按键相互独立，每个按键各接一根输入线，可以检测输入线的电平状态来判断那个按键被按下。独立键盘编程简单，但电路复杂，输出线较多。
比较以上二种方案，方案一有明显的优点，因此选者方案一。
2.3 总体电路设计方案。
本设计主要包括：单片机最小系统，led显示电路，矩阵键盘电路，继电器电路，蜂鸣器电路和数码管显示电路。
基本要求：1) 六位选手可以通过相应的按键执行竞赛抢答。
2) 当主持人按下开始键时，各位选手开始抢答。当一位选手抢答成功时，其他选手再次按抢答键，操作无效；选手回答完问题后，主持人按下复位键，抢答操作可以正常执行。
总体硬件框图如图2-3所示：
图2-3总体硬件框图。
第3章硬件电路设计。
3.1单片机最小系统。
单片机最小系统如图3-1所示，其基本组成为：晶振电路，复位电路。该控制系统的核心芯片采用的是stc89c51。
at89c51是一种带4k字节闪烁可编程可擦除的低电压，高性能cmos8位微处理器，俗称单片机。at89c2051是一种带2k字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。
该器件采用atmel高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的mcs-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位cpu和闪烁存储器组合在单个芯片中，atmel的at89c51是一种高效微控制器[2]。
本设计的最小系统由stc单片机，电容和晶振组成。上电瞬间，电源经复位电容向单片机发送一个高电平信号，使单片机复位。同时晶振起振，使单片机工作。
晶振的大小可根据实际需要进行选择，常用的晶振有11.0592m,12m等。本设计使用12m晶振。
图3-1单片机最小系统。
3.2 led驱动电路。
led驱动电路如图3-2所示，主要由锁存器74ls573，继电器（5v驱动），led灯（12v驱动），三极管组成。锁存器用于锁存来自i/o口的高低电平；继电器用于控制led灯的打开与关闭；三极管用于驱动继电器。当选手抢答成功时，锁存器存放i/o口高低电平，来控制三极管的导通与截止，从而控制成功抢答的选手相对应的led灯亮。
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