基于单片机的电子智能抢答器_毕业设计论文.docx
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1、本科毕业论文(设计)题 目 基于单片机的电子智能抢答器 学 院 电子信息工程学院 专 业 通信工程 年 级 2009级 学 号 222009315220102 姓 名 杨勇 指 导 教 师 刘东卓 成 绩 2013年5月1日基于单片机的电子智能抢答器杨勇西南大学电子信息工程学院,重庆400715摘要:抢答器是一种应用非常广泛的,用于公平裁决的电子设备,它的应用非常广泛,所以逐渐形成了一定的市场。但目前市场上销售的抢答器一般价格较高,而且功能较为单一,显示界面不够友好,不能为使用者带来较好的体验。本设计是采用单片机设计的一款八路多功能的电子抢答器。它除了具有基本的抢答功能外,还包含了由主持人控制
2、的倒计时、为每一位选手计分、加减分数、响铃提示答题时间等功能。它具有结构简单,可靠性好,界面友好的特点。本设计利用STC89C52单片机作为主控制芯片,加外围电路实现抢答和显示功能。利用单片机的定时计数器,使系统能正确计时。用LCD12864液晶作为显示模块,显示时间和选手分数等,用43的键盘阵列做输入,蜂鸣器发声提示。关键词:单片机;抢答器;12864;液晶Electronic Responder on Single Chip MicrocomputerYANG YongSchool of Electronic and Information Engineering, Southwest U
3、niversity, Chongqing 400715 ,ChinaAbstract: Responder is a widely used in enterprises and commercial sectors, electronic equipment for the fair decision, because it has a very wide range of applications, and gradually formed a certain market. But sales of resonder on the market at present price is h
4、igher, and the function is relatively single, the display interface is not friendly enough, cant bring a better experience for users. This design is designed by single chip microcomputer a eight-way multi-function electronic responder. It in addition to the basic vies to answer first function outsid
5、e, still contain a countdown, for each player scoring functions. It has a simple structure, good reliability, user-friendly features. This design using the STC89C52 single-chip microcomputer as the main control chip, With peripheral circuit to achieve responder and display functions. Use of the the
6、microcontroller timer counter, so that the system can correct timing, used LCD12864 liquid crystal as a display module, display time and score, made from 43 keyboard array input, with a buzzer sound prompt.Key word: single chip microcomputer; responder; 12864; LCD西南大学 电子信息工程学院2013届本科毕业论文目 录第1章 引 言11
7、.1单片机的应用与发展11.2抢答器系统的发展分析3第2章 总体方案设计42.1系统主要功能42.2系统工作流程52.3软硬件方案选择52.3.1硬件方案选择62.3.2软件方案选择10第3章 硬件设计123.1总体设计123.2时钟频率电路的设计133.3键盘扫描电路的设计143.4复位电路的设计153.5发声电路的设计163.6 综合PCB板的设计163.6.1 布局的原则173.6.2 布线173.6.3焊盘17第4章 软件设计204.1软件任务分析204.2主要模块的流程图及分析214.2.1按键扫描程序224.2.2计时模块224.2.3显示模块234.2.4 初始化模块254.2.
8、5计分模块264.2.6发声模块26第5章 系统综合调试275.1系统实现的功能275.2系统运行效果27第6章 总结32参考文献34致谢35附录1:主程序源代码MAIN.C36附录2:字模数据和类型定义头文件DATA.H46第1章 引 言近年来,随着电子技术和微机的发展,以及电子产品在人们生活中的广泛应用,对单片机的应用已经进入到了人们生活中的方方面面,单片机在人们日常生活中起到越来越重要的作用。单片机就是在一块硅片上集成了微处理器、存储器及各种输入/输出接口的芯片,这样一块芯片就具有了计算机的属性,因而被称为单片微型计算机,简称单片机 郭天祥. 51单片机C语言教程M. 北京:电子工业出版
9、社, 2009 :2.。单片机的应用非常广泛,在工业的自动化、智能仪器和仪表、消费类的电子产品、通信领域、武器装备等领域都要用到单片机。而且大多数电器内的主控芯片就是由一块单片机,可以说,凡是与控制或者简单计算有关的电子设备都可以使用单片机来实现。单片机把我们带入了一个智能化的电子世界,许多复杂的系统如果由单片机进行设计,就能使电路变得简单。随着科技的发展和进步单片机与其他硬件设备进行串并行通信的结合使用得到了广泛的应用。本设计就是基于单片机的抢答器,通过并行通信的方式与显示设备LCD12864传输数据。从而使抢答系统的显示界面友好美观。电子智能抢答器是在日常生活中应用非常广泛的一种设备,它快
10、速,公正的判断出最先获得发言权的选手。现在大多数的抢答器都是使用单片机加外围数字电路组成,增加了许多新的功能,如选手编号显示、倒计时、选手得分等功能。本设计的电子抢答器用一片8051单片机控制,用43矩阵键盘来模拟选手和主持人的按键,用一块带字库的12864液晶作为显示模块。显示模块接单片机的P0口。抢答器采用键盘扫描进行抢答,采用并行方式与液晶屏通信显示信息。1.1单片机的应用与发展一般的单片机系统由硬件系统和软件系统构成。硬件系统是指微型计算机机系统的实体和装置,通常包括运算器、控制器、存储器、I/O接口等。运算器和控制器集成在一起称为CPU,是微机核心部件;CPU加上存放程序和数据的存储
11、器、I/O端口以及外围设备构成单片机硬件系统 应届毕业生求职网. 免费电子智能抢答器EB/OL. 2013-4-30. http:/ 在传感器方面。长久以来,传感器的品种和规格繁多,原理上的差别也比较大,使传感器的标准化工作进度较慢,不利于传感器在更广阔的领域中应用。但是随着单片机技术的发展,对传感器和测试仪器的发展带来积极的影响。传感器的的标准化工作也会更好的促进智能仪器和仪表的规范化,使其可以针对不同的对象,不同功能功能,设计成模块化的结构,并根据需要进行组合,这样可以在很大程度上提高可靠性并且降低成本。(2) 在自动控制系统方面。单片机控制的自动控制系统不仅具有控制简单、方便、灵活性大的
12、特点,还能提高技术指标,并且在单片机控制系统中,智能化的控制技术正被广泛使用。(3) 在自动化生产方面。由单片机系统控制的自动化设备提高了工作效率,并且使人的劳动强度降低很多。在改善了人工操作的工作方式同时,安全性大大提高。单片机的发展趋势:(1) 微型化。现今,单片机生产厂商将各种各样功能额的电路包含在单片机里面,是单片机的功能越来越强大,有些厂商还可以根据用户要求量身定做。在单片机的功能越来越多的同时也要求它的体积更小、重量更轻,这就要求单片机除了有更强的功能外,体积也要尽量小。现在的单片机都有多种封装形式,其中SMD(表面封装)越来越受欢迎,使单片机系统的产品也朝着微型化发展。(2) 低
13、功耗化。随着对单片机功率消耗的要求越来越低,现在各个单片机制造商基本都采用了CMOS(互补金属氧化物半导体工艺)。80C51就采用了HMOS和CHMOS。CMOS虽然功率较低,但是其工作速率不够高,二CHOMS则具备高速和低功耗的特点。随意这种工艺将是今后一段时期单片机发展的主要方向。(3) 大容量、高性能。以往的单片机内部ROM一般为几K字节,RAM为数百字节。这在一些比较复杂的控制场合,这样的容量显然是不够的,必须进行外接存储器对ROM进行扩充。目前,单片机内的ROM和RAM容量已经得到了很大提升,ROM最大可达64K,RAM最大可达2K。并且进一步提高了CPU的运算性能,采用精简指令集和
14、流水线技术,大幅提高了运行速率,并加强了中断和定时器功能。(4) 主流与多品种共存。现今的单片机种类众多,各有各的特点,但依旧是以8051为核心的单片机占据主流地位,兼容8051结构和指令系统的单片机占据了单片机市场的半壁江山。然而其他的PCI、AVR等单片机也有很强劲的发展势头。台湾的HOLTEK公司近年单片机产量与日俱增,也占据不小的市场份额。在一定时期内,这种情形将得到延续。(5) 串行扩展技术。很长时间里,单片机通过三总线结构扩展外围器件成为单片机使用的主流。随着低价位OTP和各种特殊的片内存储器的发展,外围接口不断进入片内,推动了单片机“单片”结构的发展。特别是I2C、SPI等串行总
15、线的应用,使单片机的引脚更少,系统结构更加简化更加规范。1.2抢答器系统的发展分析在2007年以前,抢答器作为一种竞赛设备,一直没有得到多大的提高,在使用过程中只起到抢答作用,而且在设计上基本是采用模拟电路的方式,抢答的精确度不够高,而且要受到线路和距离的限制。随着电脑的普及率在大幅提高,在新的信息化时代中,各类竞赛活动也发生了一些大的变化,不再是现场主持人念题,选手回答,这种固定的、单调且死板的方式。现场要求有更多互动和更多娱乐的效果。活动的策划者们在不断的思考和在活动环节上进行设计。电脑抢答器的出现解决了策划者们面对的难题,电脑抢答器是以电脑做为操作平台,控制器方面采用了数字电路和单片机的
16、方式和电脑进行通信,这样设计使知识竞赛长期以来固定的模式被打破 郑州卓豫公司. 抢答器系统的发展分析EB/OL. 2013-4-30. http:/ 何伶俐. 基于STC89C52的四路抢答器设计J. 科技致富向导, 2012(9):106.。随着单片机的应用不断深入,以单片机为核心的抢答器不断出现。利用单片机的优点,使抢答器具有结构简单、功能强大、性能可靠等特点。第2章 总体方案设计2.1系统主要功能本系统是以单片机为主控芯片的八路抢答器,它包括了8路抢答按钮、计时显示、倒计时提示、开始与复位控制按钮、加分减分控制按钮。系统的主要功能模块框图如图2-1所示。图2-1 抢答器的总体框图Fig.
17、 2-1 the overall block diagram of the responder在抢答比赛中八路抢答按钮分别对应一组选手。计时显示以及其他的各种显示功能都由LCD12864液晶实现。倒计时即将结束时蜂鸣器会响铃提示。开始、复位、加分、减分按钮都由主持人控制。在主持人按下开始键后才能开始抢答,在抢答时选手的抢答犯规、抢答成功都会显示在液晶屏幕上。抢答成功后的选手答对题目可以加分,打错可以减分或者不减分,可以由主持进行加减分的操作,一轮抢答结束之后由主持人按下复位键复位。在本设计中我们设定开始之后有5秒中的预备时间,在预备时间结束前抢答为犯规蜂鸣器持续响,预备时间结束之后可以开始抢答
18、,有15秒抢答时间,15秒内无人抢答则本轮抢答结束,由主持人复位,复位后显示所有选手的得分。在倒计时最后5秒时,每一秒蜂鸣器都会响铃提示。总结其系统的需求分析如下:1、在抢答时只有主持人按下开始后才能抢答。在预备时间结束前抢答视为犯规。2、可以显示抢答成功的选手和抢答犯规的选手。抢答成功的选手显示他当前得分。3、显示倒计时,倒计时将要结束时有响铃提示。4、抢答成功后锁定按键,使其他选手的按键无效。5、选手答题后主持人进行加分或减分。并显示为当前得分。6、主持人复位后进入下一轮抢答,并显示所有选手的分数。2.2系统工作流程系统的工作流程图如图2-2所示。图2-2抢答器系统工作流程图Fig. 2-
19、2 responder system workflow chart根据图1-2所示的流程,一次具体的抢答过程如下:上电后屏幕显示所有选手的得分,初始状态下得分都为10。主持人按下开始键,进入5秒预备抢答的倒计时阶段,每一秒会响铃提示。在5秒结束前有选手抢答判定为犯规,屏幕显示犯规选手编号,主持人按下复位键进入下一轮抢答。预备时间结束后进入15秒倒计时的抢答阶段,有选手率先抢答时倒计时停止,屏幕显示抢答成功的选手编号,并锁定键盘,使其他选手的抢答无效。此时抢答成功的选手进行答题,答题结束后主持人可以为该选手加分或减分(也可以既不加分也不减分),之后由主持人按复位键进行下一轮抢答,此时屏幕显示所有
20、选手的得分。如一直无人抢答,在最后5秒倒计时的每一秒会响铃提示,直到倒计时结束还无人抢答,则屏幕显示无人抢答,主持人复位进入下一轮抢答。2.3软硬件方案选择2.3.1硬件方案选择(1)主控芯片选择方案根据以上我们提出的需求,抢答器系统的主控芯片可以有多种选择方案。嵌入式微处理器一般可分为四类,嵌入式微处理器(MPU)、嵌入式微控制器(MCU)、嵌入式DSP(DSP)、嵌入式片上系统(SoC) 王晓春. 嵌入式系统技术-基于ARM的嵌入式系统M. 高等教育出版社, 2010 :3-4.。这些处理器都可以用于本设计。除此之外,可编程逻辑器件(FPGA/CPLD)也可以用来作为主控芯片。在本设计中,
21、我们用MCU(又称单片机)中较为常见的8051系列单片机作为主控芯片。该芯片相较于DSP、FPGA、ARM等芯片简单易用、价格便宜,而且完全能够满足本设计的要求。能够加快我们设计的进程、节约设计成本。本设计中使用的主控制器是宏晶科技生产的STC89C51RC。该产品标准易用,价格便宜,是新一代超强抗干扰、高速、低功耗的单片机,指令代码完全兼容传统8051单片机。该型号单片机有LQFP44、PDIP、PLCC、PQFP四种封装,在本次设计中我们采用PDIP-40这种封装,其外部结构图如图2-3所示 宏晶科技. STC89C52RC使用手册EB/OL. 2007: 5.。图2-3 STC89C52
22、RC外部结构图Fig. 2-3 STC89C52RC external structure主要功能特性:l 8K的Flash程序存储器可擦写100000次以上l 512字节的RAM数据存储器l EEPROM功能l 工作频率范围:0-40MHzl 通用I/O口(32个),复位后为:P1/P2/P3是准双向口(普通8051传统I/O口)P0是开漏输出,作为总线扩展用时,不加上拉电阻,做I/O口时需要加上拉电阻。l ISP/IAP,无需专用编程器/仿真器可通过串口(P3.0/P3.1)直接下载用户程序。l 看门狗l 共3个16位定时器/计数器,其中定时器0还可当成2个8位定时器使用。l 外部中断4路
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