搶答器設計畢業(yè)論文04715

1、數理與信息工程學院 題 目： 八路掃描式搶答器的設計 專 業(yè)： 計算機科學與技術 目 錄第1節(jié) 引 言 1 1.1 搶答器的概述 1 1.2 本設計主要任務 1 1.3 系統(tǒng)主要功能 1第2節(jié) 系統(tǒng)硬件設計 32.1 芯片的選擇 32.2 工作原理 32.3 系統(tǒng)的硬件構成及功能 32.3.1搶答器的電路圖32.3.2單元電路設計 52.3.3定時電路設計 72.3.4報警電路設計 7第3節(jié) 系統(tǒng)軟件設計 93.1 系統(tǒng)主程序設計 93.2 搶答器的源程序 9第4節(jié) 技術指標及故障處理 204.1 主要技術參數 204.2 使用說明 204.3 常見故障 21 結束語22 參考文獻 23 八路

2、掃描式搶答器第1節(jié) 引 言當今的社會競爭日益激烈，選拔人才，評選優(yōu)勝，知識競賽之類的活動愈加頻繁，那么也就必然離不開搶答器。而現(xiàn)在的搶答器有著數字化，智能化的方向發(fā)展，這就必然提高了搶答器的成本。鑒于現(xiàn)在小規(guī)模的知識競賽越來越多，操作簡單，經濟實用的小型搶答器必將大有市場。本搶答器通過十分巧妙的設計僅用兩塊數字芯片便實現(xiàn)了數顯搶答的功能，與其他搶答器電路相比較有分辨時間極短、結構清晰，成本低、制作方便等優(yōu)點，并且還有防作弊功能。因此，我們制作了這款簡易八路搶答器屏棄了成本高，體積大，而且操作復雜。我們采用了數字顯示器直接指示，自動鎖存顯示結果，并自動復位的設計思想，因而本搶答器具有顯示直觀，不

3、需要人干預的特點。而且在顯示時搶答器會發(fā)出叮咚聲使效果更為生動。工廠、學校和電視臺等單位常舉辦各種智力競賽, 搶答記分器是必要設備。1.1八路掃描式搶答器的概述本文介紹的八路數顯搶答器具有電路簡單、成本較低、操作方便、靈敏可靠等優(yōu)點，經使用效果良好, 具有較高的推廣價值。無線遙控搶答器，它由8個發(fā)射器和1個接收器組成，可用于8組或8組以下的智力競賽中。比賽前，將參賽組從0至7編號，每組發(fā)給對應的一個發(fā)射器。將接收器放于各組中央或前方。主持人按一下啟動鍵后，搶答開始。此后，哪一組最先按下發(fā)射器上的搶答鍵，接收器就立即顯示該組的組號并鎖定，同時發(fā)出3次清脆的“叮咚”聲。以后，按下任何一路搶答鍵均不

4、起反映。只有主持人再次按動啟動鍵后，才能進行下一次搶答該電路由直流穩(wěn)壓電源、搶答器、超時報警與電子計分四部分組成。1.2本設計任務及要求任務：設計一個供8名選手參加八路掃描式搶答器。1.3系統(tǒng)主要功能 每名選手有一個搶答按鈕，按鈕的編號與選手的編號相對應，搶答器具有第一個搶答信號的鑒別和數據鎖存、顯示的功能。搶答開始后，若有選手按搶答按鈕，剛該選手指示燈亮，并在數碼管上顯示相應編號，揚聲器發(fā)出音響提示。同時，電路應具備自鎖功能，禁止其他選手再搶答，優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清0 為止。搶答器具有計分、顯示功能。預置分數可由主持人設定，并顯示在每名選手的計分牌上，選手答對加10分，

5、答錯扣10分。搶答器具有定時搶答的功能。一次搶答的時間由主持人設定，在主持人發(fā)出搶答指令后，定時器立即進行減計時，并在顯示器上顯示，同時揚聲器發(fā)出短暫聲響，聲響時間持續(xù)0.5s左右。選手在設定的時間內進行搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器顯示選手編號和搶答時刻的時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清0為止。第2節(jié) 系統(tǒng)硬件設計2.1芯片的選擇本設計使用到的元器件包括：8051芯片、數碼led顯示器、七段led數碼管的譯碼。2.2工作原理基于這個設計的上述要求，根據功能要求，須設計有搶答電路、譯碼顯示電路、主持人控制電路、定時電路、報警電路，各個電路都有其自己的功能。通過復位按鍵fw，電路進入就緒狀態(tài)

6、，等待搶答。首先由主持人根據題目的難易程度，可以用“jia shi”和“jian sha”兩個按鍵，設定時間在（0s-99s）之間，然后再由主持人發(fā)布搶答命令（按下ks按鍵）同時發(fā)光二極管隨即變亮，當看到二極管亮，進入倒計時狀態(tài)和搶答狀態(tài)。在電路中“s1-s8”為8路搶答器的8個按鍵，如果有人按下按鍵，程序就會判斷是誰先按下的，然后從p2口輸出搶答者號碼的七段碼值，經gal16v8驅動，送到碼管顯示，并封鎖鍵盤，保持剛才按鍵按下時刻的時間，禁止其他人按鍵的輸入，從而實現(xiàn)了搶答的功能。如果在設定的時間中沒有一個人按下按鍵，一到時間，則產生報警信號已經超時，不可以搶答。當要進行下一次的搶答時，由主

7、持人先按一下復位按鍵fw，電路復位，進入下一次搶答的就緒狀態(tài)。2.3系統(tǒng)的硬件構成及功能2.3.1 搶答器的電路框圖 如圖11、1所示為電路框圖。其工作原理為：接通電源后，主持人將開關撥到“清除”狀態(tài)，搶答器處于禁止狀態(tài)，編號顯示器滅燈，定時器顯示設定時間；主持人將開關置，“開始”狀態(tài)，宣布“開始”搶答器工作。定時器倒計時，揚聲器給出聲響提示。選手在定時時間內搶答時，搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號鎖存、編號顯示、揚聲器提示。當一輪搶答之后，定時器停止、禁止二次搶答、定時器顯示剩余時間。如果再次搶答必須由主持人再次操作清除和開始狀態(tài)開關。圖11.1搶答器框圖圖11.2搶答電路的接口電路2.3.2 單

8、元電路設計(1)搶答器電路參考電路如圖11.2所示。該電路完成兩個功能：一是分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號，同時譯碼顯示電路顯示編號；二是禁止其他選手按鍵操作無效。工作過程：開關s置于“清除”端時，rs觸發(fā)器的 端均為0,4個觸發(fā)器輸出置0，使74ls148的 0，使之處于工作狀態(tài)。當開關s置于開始時，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當有選手將鍵按下時（如按下s5），74ls148的輸出 經rs鎖存后，1q=1, =1,74ls48處于工作狀態(tài)，4q3q2q=101,經譯碼顯示為5。此外，1q1，使74ls148 =1，處于禁止狀態(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當按鍵松開即按下時，74ls148

9、的 此時由于仍為1q1，使=1，所以74ls148仍處于禁止狀態(tài)，確保不會出二次按鍵時輸入信號，保證了搶答者的優(yōu)先性。如有再次搶答需由主持人將s開關重新置,“清除”然后再進行下一輪搶答。74ls148為8線3線優(yōu)先編碼器，表11、1為其功能表。圖11.2搶答器電路表10.174ls148的功能真值表(2)時序控制電路設計時序控制電路是搶答器設計的關鍵，它要完成以下功能：a.主持人將控制開關撥到開始位置時，揚聲器發(fā)聲，搶答電路和定時電路進人正常搶答工作狀態(tài)。 b.當參賽選手按動搶答鍵時，揚聲器發(fā)聲，搶答電路和定時電路停止工作。(3)復位電路的設計當mcs-5l系列單片機的復位引腳rst(全稱re

10、set)出現(xiàn)2個機器周期以上的高電平時，單片機就執(zhí)行復位*作。如果rst持續(xù)為高電平，單片機就處于循環(huán)復位狀態(tài)。根據應用的要求，復位*作通常有兩種基本形式：上電復位和上電或開關復位。8051的復位方式可以是自動復位，也可以是手動復位，見下圖。此外，reset/vpd還是一復用腳，vcc掉電期間，此腳可接上備用電源，以保證單片機內部ram的數據不丟失。2.3.3 定時電路設計為了達到搶答的合理性、完整性、可控性，需根據題目的難易程度的不同設定相應的搶答時間。所以本設計設置了搶答定時電路。它包括兩個按鍵，一個是加（jia shi）、另一個是減（jian shi），該兩個按鍵由主持人用于在發(fā)布開始命

11、令之前設定時間（可以設定在00s-99s），每按一下“jia shi”按鍵就會在原來的數字的基礎上加上一，如果是按的“jian shi”按鍵就會在原來的數值上減去一。圖11.3可預置時間的定時電路 由節(jié)目主持人根據搶答題的難易程度，設定一次搶答的時間，通過預置時間電路對計數器進行預置，計數器的時鐘脈沖由秒脈沖電路提供。可預置時間的電路選用十進制同步加減計數器74ls192進行設計，具體電路如圖11、3所示。2.3.4 報警電路設計報警電路用于報警，當遇到報警信號時，發(fā)出警報。一般喇叭是一種電感性圖11.4報警電路圖。8051驅動喇叭的信號為各種頻率的脈沖。因此，最簡單的喇叭驅動方式就是利用達林

12、頓晶體管，或者以兩個常用的小晶體管連接成達林頓架勢。在右圖中電阻r為限流電阻，在此利用晶體管的高電流增益，以達到電路快速飽和的目的。不過，如果要由p0輸出到此電路，還需要連接一個10k的上拉電阻。選手在設定的時間內搶答時，實現(xiàn)：優(yōu)先判斷、編號鎖存、編號顯示、揚聲器提示。當一輪搶答之后，定時器停止、禁止二次搶答、定時器顯示剩余時間。如果再次搶答必須由主持人再次*作清除和開始狀態(tài)開關。圖面是數字搶答器的報警電路圖。其中555構成多諧振蕩器，振蕩頻率fo143（ri2r2）c，其輸出信號經三極管推動揚聲器。pr為控制信號，當pr為高電平時，多諧振蕩器工作，反之，電路停振。圖11.4報警電路第3節(jié) 系

13、統(tǒng)軟件設計3.1系統(tǒng)主程序設計為了能夠達到搶答的公平、公正、合理，應該在主持人發(fā)布搶答命令之前必須先設定搶答的時間，所以應該得根據題目的難易程度事先設定時間，因而在編開始搶答前的程序得先編寫設定時間的程序，在硬件電路中可以看到有兩個按鍵（jian shi 和 jian shi）所以按下硬件的這兩個按鍵相應的在軟件進行對數據的加減。當時間設好了之后，主持人發(fā)布搶答命令按下ks按鍵同時二極管變亮，程序開始打開定時中斷開始倒計時，然后調用鍵盤掃描子程序，編寫鍵盤掃描程序。當在掃描到有人按下了鍵，馬上關閉t0、調用顯示程序、封鎖鍵盤。3.2搶答器的源程序一、八路掃描式搶答器參考程序清單p1.0-p1.

14、7為八路搶答輸入 數碼管段選p0口，位選p2口，蜂鳴器輸出為p3.6口。p3.0為開始搶答，p3.7為停止。k equ 20h;搶答開始標志位;將p1口與p2口互換，p3.0-p1.0,p3.1-p1.7 ring equ 22h;響鈴標志位 org 0000h ajmp main org 0003h ajmp int0sub org 000bh ajmp t0int org 0013h ajmp int1sub org 001bh ajmp t1int org 0040hmain:mov r1,#0fh;初設搶答時間為15s mov r2,#0ah;初設答題時間為10s mov tmod,#

15、11h;設置未定時器/模式1 mov th0,#0f0h mov tl0,#0ffh;越高發(fā)聲頻率越高,越尖 mov th1,#3ch mov tl1,#0b0h;50ms為一次溢出中斷 setb ea setb et0 setb et1 setb ex0 setb ex1;允許四個中斷,t0/t1/int0/int1 clr ok clr ring setb tr1 setb tr0;一開始就運行定時器,以開始顯示fff.如果想重新計數,重置 th1/tl1就可以了；*查詢程序*start:mov r5,#0bhmov r4,#0bhmov r3,#0bh acall display;未開始

16、搶答時候顯示fffjb p3.0,next acall delayjb p3.0,next;去抖動,如果開始鍵按下就向下執(zhí)行,否者跳到非法搶答查詢acall bark;按鍵發(fā)聲mov a,r1 mov r6,a;送r1-r6,因為r1中保存了搶答時間 setb ok;搶答標志位,用于count只程序中判斷是否查詢搶答 mov r3,0ah;搶答只顯示計時,滅號數ajmp count;進入倒計時程序,查詢有效搶答的程序在count里面next:jnb p1.0,false0jnb p1.1,false1 jnb p1.2,false2 jnb p1.3,false3 jnb p1.4,false

17、4 jnb p1.5,false5 jnb p1.6,false6jnb p1.7,false7 ajmp start；*非法搶答處理程序*false0: acall bark;按鍵發(fā)聲 mov r3,#00h ajmp errorfalse1: acall bark;按鍵發(fā)聲 mov r3,#01h ajmp errorfalse2: acall bark mov r3,#02h ajmp errorfalse3: acall bark mov r3,#03h ajmp errorfalse4: acall bark mov r3,#04h ajmp errorfalse5: acall b

18、ark mov r3,#05h ajmp errorfalse6: acall bark mov r3,#06h ajmp error；*int0(搶答時間r1調整程序) *int0sub: mov a,r1 mov b,#0ah div ab mov r5,a mov r4,b mov r3,#0ah acall display;先在兩個時間led上顯示r1 jnb p3.4,inc0;p3.4為+1s鍵,如按下跳到inco jnb p3.5,dec0;p3.5為-1s鍵,如按下跳到deco jnb p3.7,back0;p3.7為確定鍵,如按下跳到backo ajmp int0sub in

19、c0: mov a,r1 cjne a,#63h,add0;如果不是99,r2加1,如果加到99了,r1就置0，重新 加起。 mov r1,#00h acall delay1 ajmp int0sub add0: inc r1 acall delay1 ajmp int0sub dec0: mov a,r1 jz setr1;如果r1為0, r1就置99， dec r1 acall delay1 ajmp int0subsetr1: mov r1,#63h acall delay1 ajmp int0subback0: reti ；*int1(回答時間r2調整程序)* int1sub:mov

20、a,r2 mov b,#0ah div ab mov r5,a mov r4,b mov r3,#0ah acall display jnb p3.4,inc1 jnb p3.5,dec1 jnb p1.7,back1 ajmp int1sub inc1: mov a,r2 cjne a,#63h,add1 mov r2,#00h acall delay1 ajmp int1sub add1: inc r2 acall delay1 ajmp int1sub dec1:mov a,r2 jz setr2 dec r2 acall delay1 ajmp int1sub setr2: mov r

21、2,#63h acall delay1 ajmp int1sub back1: reti ；*倒計時程序(搶答倒計時和回答倒計時都跳到改程序)* count: mov r0,#00h;重置定時器中斷次數 mov th1,#3ch mov tl1,#0b0h;重置定時器recount:mov a,r6;r6保存了倒計時的時間,之前先將搶答時間或回答時間給r6 mov b,#0ah div ab;除十分出個位/十位 mov 30h,a;十位存于(30h) mov 31h,b;個位存于(31h) mov r5,30h;取十位 mov r4,31h;取個位 mov a,r6 subb a,#07h j

22、nc larger;大于5s跳到larger,小于等于5s會提醒 mov a,r0 cjne a,#0ah,full;1s中0.5s向下運行 clr ring ajmp checkfull: cjne a,#14h,check;下面系1s的情況,響并顯示號數并清r0,重新計 setb ring mov a,r6 jz quit;計時完畢 mov r0,#00h dec r6;一秒標志減1 ajmp checklarger: mov a,r0 cjne a,#14h,check;如果1s向下運行,否者跳到查停/顯示 dec r6;計時一秒r6自動減1 mov r0,#00hcheck: jnb

23、p1.7,quit;如按下停止鍵退出 acall display jb ok,accout;如果是搶答倒計時,如是則查詢搶答,否者跳過查詢繼續(xù)倒數(這里起到鎖搶答作用) ajmp recountaccout: jnb p1.0,true0jnb p1.1,true1 jnb p1.2,true2 jnb p1.3,true3 jnb p1.4,true4 jnb p1.5,true5 jnb p1.6,true6jnb p1.7,true7 ajmp recountquit: clr ok;如果按下了停止鍵執(zhí)行的程序 clr ring ajmp start；*正常搶答處理程序*true0: a

24、call bark; 按鍵發(fā)聲 mov a,r2;搶答時間r2送r6 mov r6,a mov r3,#00h clr ok;因為答題的計時不再查詢搶答,所以就鎖了搶答 ajmp counttrue1: acall bark;按鍵發(fā)聲 mov a,r2 mov r6,a;搶答時間r2送r6 mov r3,#01h clr ok;因為答題的計時不再查詢搶答,所以就鎖了搶答 ajmp counttrue2: acall bark; mov a,r2 mov r6,a mov r3,#02h clr ok ajmp counttrue3: acall bark; mov a,r2 mov r6,a

25、mov r3,#03h clr ok ajmp counttrue4: acall bark; mov a,r2 mov r6,a mov r3,#04h clr ok ajmp counttrue5:acall bark;mov a,r2 mov r6,a mov r3,#05h clr ok ajmp counttrue6:acall bark;mov a,r2 mov r6,a mov r3,#06h clr ok ajmp counttrue7:acall bark;mov a,r2 mov r6,a mov r3,#07h clr ok ajmp count；*犯規(guī)搶答程序*erro

26、r: mov r0,#00hmov th1,#3chmov tl1,#0b0hmov 34h,r3;犯規(guī)號數暫存與(34h)here:mov a,r0cjne a,#0ah,flash;0.5s向下運行-滅并停響 clr ring mov r3,#0ah mov r4,#0ahmov r5,#0ah;三燈全滅 ajmp check1flash:cjne a,#14h,check1;下面系1s的情況,響并顯示號數并清r0,重新計setb ring mov r0,#00h mov r3,34h;取回號數 mov r5,#0bh mov r4,#0bh;顯示ff和號數 ajmp check1chec

27、k1: jnb p3.7,quit1 acall display ajmp herequit1: clr ring clr ok ajmp start；*顯示程序*display:mov dptr,#dat1;查表顯示程序,利用p0口做段選碼口輸出/p2低三位做位選碼輸出, mov a,r5 movc a,a+dptr mov p2,#01h mov p0,a acall delay mov dptr,#dat2 mov a,r4 movc a,a+dptr mov p2,#02h mov p0,a acall delay mov a,r3 movc a,a+dptr mov p2,#04h

28、mov p0,a acall delay retdat1:db 00h,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00h,71h；滅,1,2,3,4,5,6,7,8,9,滅,fdat2:db 3fh,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00h,71h；第一個為零,其他與上相同,因為十位如果為零顯示熄滅；*加減時間延時(起到不會按下就加n個數)*delay1: mov 35h,#08hloop0: acall display djnz 35h,loop0 ret；延時(顯示和去抖動用到) delay: mov 32h,#12hlo

29、op: mov 33h,#0afhloop1: djnz 33h,loop1 djnz 32h,loop ret；*發(fā)聲程序*bark: setb ring acall delay1 acall delay1 clr ring;按鍵發(fā)聲 ret；*to溢出中斷(響鈴程序)* t0int: mov th0,#0ech mov tl0,#0ffh jnb ring,out; cpl p3.6;ring標志位為1時候p3.6口不短取反使喇叭發(fā)出一定頻率的聲音out: reti；*t1溢出中斷(計時程序) *t1int: mov th1,#3ch mov tl1,#0b0h inc r0 reti e

30、nd第4節(jié) 技術指標及故障處理4.1主要技術參數電源電壓：交流220v10% 工作功耗：交流5w倒計時范圍：1-99秒可設4.2搶答器使用說明開展競賽活動時，請先布置好場地，將搶答按鈕裝于參賽桌上，每組按鈕的二條線根據實際場地大小，連上合適長度，分別接到3.5mm的組別插頭上，然后再將插頭插入機后插座中8個組中。(1) 開機按電源開關，顯示屏左邊的搶答指示燈亮，數碼管顯示。(2) 設定搶答倒計時時間在顯示屏左邊的搶答指示燈亮，數碼顯示時，按+、-鍵可以設定搶答倒計時時間，在1-99秒之間設定，按住+或-鍵不放，可以快速累加或累減。設定好以后按一下?lián)尨鹩嫊r鍵。(3) 設定答題倒計時時間按一下答題

31、計時鍵。顯示屏顯示0閃爍，進入等待狀態(tài)。(4) 測試各組搶答按鍵試按一下各組的搶答按鈕，應立即顯示該組的組別數字，同時機內喇叭發(fā)出叮咚的提示音，按取消鍵，返回0閃爍狀態(tài)。(5) 啟動搶答倒計時，開始搶答0閃爍狀態(tài)下，當主持人宣布搶答開始時，馬上按一下?lián)尨鹩嫊r鍵，屏幕顯示所設定的搶答倒計時時間并開始倒計時，提示倒計時時間馬上臨近結束。倒計時到0以后，儀器發(fā)出叮咚的結束提示音，同時顯示屏返回0閃爍待命狀態(tài)。在搶答倒計時中，如果有參賽組搶答，儀器屏幕立即顯示該組的組別號，同時發(fā)出叮咚的搶答成功提示音。需要返回0待命狀態(tài)，按取消鍵即可。(6) 啟動答題倒計時0閃爍狀態(tài)下，或有參賽組搶答成功后,需要開始

32、答題的計時時,按答題計時鍵，屏幕顯示所設定的答題倒計時時間并開始倒計時，提示倒計時時間馬上臨近結束。倒計時到0以后，儀器發(fā)出丁冬的結束提示音，同時顯示屏返回0閃爍待命狀態(tài)。(7) 提前取消倒計時無論是搶答還是答題的倒計時時間，需要提前退出，只要按一下取消鍵，即可返回到0閃爍待命狀態(tài)。(8) 重設倒計時時間需要重新設置倒計時時間,可按倒計時重設鍵，屏幕顯示。左邊搶答計時指示燈點亮，即可重新設定倒計時時間,設定方法與前面相同。 (9) 主機控制加/減分答題完畢后，可給搶答組酌情評分,加分直接按對應搶答組再按預設的分數進行加減即可(預設有1分和10分),每按一次得分或扣分鍵,給加或減5分, 如主持人評定搶答有誤,應于扣分,則可按上述方法 按扣分鍵,本屏