基于單片機(jī)的智能搶答器開題報(bào)告

1、安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告題目：基于單片機(jī)的智能搶答器設(shè)計(jì)課 題 類 型：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)研究論文學(xué) 生 姓 名：張立群學(xué)號(hào)： 3112116216 專 業(yè) 班 級：電氣工程及其自動(dòng)化 2112 教 學(xué) 單 位： 安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院指 導(dǎo) 教 師：朱衛(wèi)東開 題 時(shí) 間： 2 0 1 5 . 3 . 1 2015年 3 月 8 日一、本課題的研究意義通過本次設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)，更透徹的明確單片機(jī)的原理及應(yīng)用，了解多功能智能搶答器的組成原理，初步掌握多功能智能搶答器的調(diào)整及測試方法，在實(shí)踐中提高動(dòng)手能力和排除故障的能力。同時(shí)通過本課題的設(shè)計(jì)與裝配、調(diào)試，鞏固本科期間學(xué)習(xí)到的理論知識(shí)，建立單片

2、機(jī)技術(shù)理論與實(shí)踐的結(jié)合，了解多功能搶答器各單元電路之間的關(guān)系及相互影響，從而能正確設(shè)計(jì)、計(jì)算定時(shí)計(jì)數(shù)的各個(gè)單元電路，掌握多功能搶答器的調(diào)整及測試方法，提高動(dòng)手能力和排除故障的能力。二、研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢搶答器目前廣泛使用在學(xué)校，電臺(tái)和企業(yè)單位等組織的簡單文體娛樂活動(dòng)中，但是在市場上，存在少量的設(shè)備可以給我們選擇，有的產(chǎn)品過于復(fù)雜，不符合比賽的要求，同時(shí)價(jià)格也很昂貴，從而就浪費(fèi)了；有的設(shè)備又過于簡單，不能達(dá)到大型比賽的需求。為了達(dá)到操作簡單而且經(jīng)濟(jì)實(shí)用的，我們考察了國內(nèi)的眾多成熟的產(chǎn)品的研發(fā)方向，工藝設(shè)備，技術(shù)應(yīng)用和趨勢對于提升產(chǎn)品技術(shù)的規(guī)格，提高市場競爭都是十分重要的。目前市場上搶答器種類繁多

3、，功能也各異，價(jià)格差異那更別說有多大。目前市場上的搶答器大都是可以判斷出搶答成功和選手的號(hào)碼，無法顯示出每一個(gè)搶答選手所用的時(shí)間，這樣，每次都會(huì)自己感覺自己搶的比別人快，但是主持人卻把成功給了別人，這樣就存在很多不公平性，自從市面上推出了一種可以將每個(gè)搶答器的搶答時(shí)間都自動(dòng)排列出來，精度可以高達(dá)到0.0000001 秒的搶答器后，讓整個(gè)搶答游戲充滿了更多的公平與娛樂性。而且現(xiàn)在這種搶答器是采用單線連接的方式。我們知道， 搶答器每組都需要一條線，12 組就需要 12 根線，但是如果使用單線連接的方式，那么就可以解決布線復(fù)雜的問題，而且可以使整個(gè)布線都看起來相當(dāng)?shù)拿烙^。單片微型計(jì)算機(jī) , 簡稱單片

4、機(jī) , 是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)分支。它是在一塊芯片上嵌入了cpu 、ram 和 rom 存儲(chǔ)器、 i/o 接口等構(gòu)成的一種微型計(jì)算機(jī)。因?yàn)樗饕糜诠I(yè)測控領(lǐng)域, 所以又被稱為微控制器或嵌入式控制器。單片機(jī)的核心是中央處理器 cpu 。用超大規(guī)模集成技術(shù)把cpu 集成在一塊芯片上, 這樣我們把它稱為微處理器。微處理器、微控制器和微型計(jì)算機(jī)三者的關(guān)系十分密切。單片機(jī)與微處理器存在很多的不同。微處理器運(yùn)算速度快、數(shù)據(jù)分析與處理能力強(qiáng)、容量存儲(chǔ)大，它的接口界面也是為了滿足外設(shè)和網(wǎng)絡(luò)接口而設(shè)計(jì)的。然而單片機(jī)則是從工業(yè)測控對象、環(huán)境、接口特點(diǎn)出發(fā) , 向著增強(qiáng)控制功能、提高工業(yè)環(huán)境下的可靠性、靈活方便的構(gòu)成

5、應(yīng)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的界面接口的方向發(fā)展。所以單片機(jī)有他自己的特點(diǎn)。 張立科 . 單片機(jī)典型模塊設(shè)計(jì)實(shí)例導(dǎo)航. 北京 ,人民郵電出版社 2004. 這本書以單片機(jī)的功能為模塊，以外圍器件、相關(guān)電路設(shè)計(jì)的實(shí)際應(yīng)用為內(nèi)容，以實(shí)例問答的方式向讀者介紹了如何將單片機(jī)硬件、程序和外圍器件的選擇合理地實(shí)施在項(xiàng)目開發(fā)中去。主要內(nèi)容是單片機(jī)中斷和定時(shí)器的使用、單片機(jī)的輸入/ 輸出、單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集功能以及單片機(jī)的算法和信號(hào)處理等知識(shí)。何立民. 單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)大全 . 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1994. 文中講到“自從 1971 年出現(xiàn)了微處理器后不久，就出現(xiàn)了單片機(jī)，但只是一位的單片機(jī)。1976 年 inte

6、r公司推出了8 位的 mcs-48系列的單片機(jī)，為單片機(jī)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。到80年代末， 世界各地已相繼研制出大約50 個(gè)系列 3000 多個(gè)品種的單片機(jī)產(chǎn)品。繼8 位單片機(jī)之后，又出現(xiàn)了16 位的單片機(jī)，隨著intel i960系列特別是后來的arm系列的廣泛應(yīng)用， 32 位單片機(jī)迅速取代16 位單片機(jī)的高端地位，并且進(jìn)入主流市場。 而傳統(tǒng)的 8 位單片機(jī)的性能也得到了飛速提高，處理能力比起80 年代提高了數(shù)百倍。目前，高端的32位單片機(jī)主頻已經(jīng)超過300mhz ，性能直追90 年代中期的專用處理器，而普通的型號(hào)出廠價(jià)格跌落至1 美元，最高端的型號(hào)也只有10 美元。當(dāng)代單片機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)不

7、再只在裸機(jī)環(huán)境下開發(fā)和使用，大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在全系列的單片機(jī)上。而在作為掌上電腦和手機(jī)核心處理的高端單片機(jī)甚至可以直接使用專用 windows 和 linux操作系統(tǒng)。 ” 鄒壽彬 . 電子技術(shù)基礎(chǔ) . 高等教育出版社2005. 本書在應(yīng)用方面，圍繞著信號(hào)的放大、運(yùn)算、處理、轉(zhuǎn)換和產(chǎn)生來編排。主要內(nèi)容包括常用的半導(dǎo)體器材、放大電路基礎(chǔ)、多級放大電路、集成運(yùn)算放大電路、放大電路的頻率效應(yīng)還有就是信號(hào)產(chǎn)生和變換、直流電源盒系統(tǒng)應(yīng)用的舉例等等。因?yàn)檫@本書在編排時(shí)沒有采用很多邏輯電路和邏輯分析設(shè)計(jì)分開的方式，反倒是采用將電路在系統(tǒng)組成和邏輯功能分析、邏輯設(shè)計(jì)相互交叉的方式，這樣提高了

8、學(xué)生在實(shí)際組成數(shù)字系統(tǒng)的能力。董曉紅 . 單片機(jī)原理及接口技術(shù). 西安電子科技大學(xué)出版社 2004. 這本書以 at89c51為主線介紹了單片機(jī)的原理與應(yīng)用、at89c51匯編語言及程序設(shè)計(jì)，并列舉了大量應(yīng)用實(shí)例。主要內(nèi)容包括單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)、at89c51的內(nèi)容結(jié)構(gòu)和原理、 指令系統(tǒng)、 匯編語言程序設(shè)計(jì)、系統(tǒng)擴(kuò)展、串行通信、a/d 轉(zhuǎn)換以及d/a 轉(zhuǎn)換及接口技術(shù)等。瞿貴榮 .15通道紅外遙控電路j.實(shí)用電子制作, 2005.這本書介紹了一種利用模擬電子開關(guān)進(jìn)行編碼和譯碼的紅外遙控電路，15個(gè)編碼控制鍵與譯碼輸出一一對應(yīng)，操作非常簡單，相應(yīng)速度快，可以廣泛運(yùn)用于電風(fēng)扇，電動(dòng)窗簾，裝飾彩燈，視聽設(shè)

9、備及家用電器等遙控操作，編碼發(fā)射電路由時(shí)鐘振蕩器，模擬電子開關(guān)，編碼控制鍵，雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，紅外載波頻振蕩器，與非門調(diào)制器， 輸出驅(qū)動(dòng)器及紅外發(fā)射管等。蔣敏 . 從proteus仿真設(shè)計(jì)到實(shí)際產(chǎn)品制作j. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào), 2009. proteus是由英國labcenter electronics公司開發(fā)的 eda工具軟件。它從1989 年出現(xiàn)到現(xiàn)在已經(jīng)有十多年的歷史，在全球已經(jīng)廣泛的使用。proteus跟其他的單片機(jī)仿真軟件不同的地方在于它不僅僅能仿真單片機(jī)cpu 的工作情況，也能仿真單片機(jī)外圍電路或沒有單片機(jī)參與的其他電路的工作情況，所以在仿真和調(diào)試的時(shí)候，關(guān)心的不再是某些語句執(zhí)行時(shí)單片機(jī)寄

10、存器和存儲(chǔ)器內(nèi)容的改變，而是從工程的角度直接看程序運(yùn)行和電路工作的過程和結(jié)果。潭浩強(qiáng) .c程序設(shè)計(jì) . 清華大學(xué)出版社 2003.從 20 世紀(jì) 70 年代末、80 年代初開始， 中國的高等院校開始面向8 個(gè)專業(yè)的全體大學(xué)生展開計(jì)算機(jī)教育。面向非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育，對于這門基礎(chǔ)學(xué)科，可以看出普及計(jì)算機(jī)知識(shí)是多么意義重大而且任務(wù)艱巨的工程。這本書分為四個(gè)部分，第一部分是書的習(xí)題和參考答案。這里包含很多的題庫。第二部分是深入學(xué)習(xí)c程序設(shè)計(jì)，包括預(yù)處理指令、位運(yùn)算和c程序案例，第三部分是上機(jī)指南，詳細(xì)的介紹了visual c+6.0 集成環(huán)境下編輯、編譯、 調(diào)試和運(yùn)行程序的方法，第四部

11、分是上機(jī)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，包括程序的調(diào)試與測試、實(shí)驗(yàn)的目的語要求，并且提供了12 個(gè)實(shí)驗(yàn)。徐熙文 . 電路基礎(chǔ) . 高等教育出版社2003. 這本書里介紹到了電路這門課程是一門非常重要的專業(yè)課，從1827 年歐姆定律發(fā)現(xiàn)至今的一個(gè)多世紀(jì)中， 電路理論由電磁學(xué)的一個(gè)分支發(fā)展成為一門體系完整、邏輯嚴(yán)密、不斷發(fā)展的獨(dú)立學(xué)科，而且也漸漸的影響著我們?nèi)粘Ｉ睢?這里坐著主要介紹電路的基本概念和基本物理量，產(chǎn)生基爾霍夫定律。以及還有正弦交了電路等簡單的電路知識(shí)。因?yàn)橛?jì)算機(jī)的普及現(xiàn)象，我們對智能搶答器也有了更高的要求，如何有效的保證比賽中的公平公正，單片機(jī)智能搶答器可以提供很好的條件和發(fā)展空間。設(shè)計(jì)一個(gè)價(jià)格適中，智

12、能化的搶答器具有重要意義。三、主要設(shè)計(jì)內(nèi)容本系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)智能搶答器，在搶答比賽中廣泛應(yīng)用，各組分別有一個(gè)搶答按鈕。主持人有開始和結(jié)束、復(fù)位鍵。在后臺(tái)主持人可以修改，搶答時(shí)間和選手回答問題的時(shí)間設(shè)置，原始狀態(tài)下?lián)尨饡r(shí)間為20s，回答問題時(shí)間為30s。通過加鍵和減鍵修改上述時(shí)間，改完后結(jié)束鍵確定。新時(shí)間開始有效，主持人按鍵開始后，選手開始搶答為有效，數(shù)碼顯示屏顯示搶答時(shí)間倒計(jì)時(shí)和選手號(hào)，在最后五秒揚(yáng)聲器發(fā)生提示。如果主持人沒有按下開始鍵而選手就搶答視為犯規(guī)，數(shù)碼顯示屏顯示犯規(guī)者的代號(hào)，揚(yáng)聲器持續(xù)發(fā)生。 主持人可按鍵結(jié)束，新一輪搶答開始。采用單片機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)的搶答器與目前常用的搶答器相比，首先，

13、電路連接簡單，因?yàn)榇蠖鄶?shù)功能單元都通過程序設(shè)計(jì)在單片機(jī)內(nèi)部，第二，工作性能可靠，抗干擾能力優(yōu)于目前搶答器。所以本研究是一個(gè)實(shí)用的工程設(shè)計(jì)，具有創(chuàng)新性。四、研究方案及工作計(jì)劃本課題研究方案 1 、 方案論證我們通過網(wǎng)上搜索，對搶答器有的一定的了解，基于單片機(jī)的搶答器具備以下三個(gè)特點(diǎn)：第一：性能好；第二：在功能的實(shí)現(xiàn)和使用上非常簡潔；第三：利用優(yōu)越的高度集成電路性， 使其工作速度快， 效率高， 反應(yīng)靈敏。所以針對以上提出的內(nèi)容，我對于此次搶答器的設(shè)計(jì)都是基于單片機(jī)上來完成的。 2 、 難點(diǎn)設(shè)計(jì) 2.1、按鍵設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的無線搶答器，我們需要使用到mcs-51單片機(jī)，但是由于單片機(jī)每組的接口只

14、有八位，對于我們要設(shè)計(jì)的16路達(dá)不到要求，為了克服這一問題，我們就要使用矩陣式鍵盤。矩陣式鍵盤是適用于按鍵數(shù)目較多的場合，它由行線和列線組成，按鍵是位于每行跟每列的交叉點(diǎn)上，行線跟列線分別連接到按鍵開關(guān)的兩端。1 個(gè) 4*4 的行、列結(jié)構(gòu)可以形成一個(gè)具有16 個(gè)按鍵的鍵盤。所以我們可以看出，矩陣式鍵盤跟普通獨(dú)立的鍵盤相比，在按鍵數(shù)目較多的場合，矩陣式鍵盤可以節(jié)省很多的i/o 接口的。 這也正是我們要采用矩陣式鍵盤的原因了。 2.2、電源在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，我們首先要考慮的就是電源的設(shè)計(jì)。一直以來，單片機(jī)系統(tǒng)中使用的集成電路器件電源基本上都是5v， 隨著電路制造的技術(shù)的發(fā)展和數(shù)字電子器件的微小型變

15、化，集成電路器件制造商要實(shí)現(xiàn)在減少集成芯片尺寸的同時(shí)能夠降低工作電壓，所以我們在考慮電源方面上，就要著手思考到底是采用單電源還是多電源方案。 2.3、定時(shí)器、復(fù)位和清零定時(shí)器是通過計(jì)數(shù)器的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的，每經(jīng)過一個(gè)機(jī)器周期的時(shí)間，計(jì)數(shù)器就會(huì)加1，因?yàn)樵诖舜蔚脑O(shè)計(jì)中，我們采用的是mcs-51 ，然后這種單片機(jī)采用的是12mhz晶振，素以，它的計(jì)數(shù)頻率是1mhz ，也就是說， 每過 1 微妙的時(shí)間， 計(jì)數(shù)器就會(huì)加 1，這樣我們就可以通過計(jì)數(shù)器上的數(shù)值計(jì)算出定時(shí)時(shí)間了。如果一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)中沒有正確的復(fù)位信號(hào)，那么這個(gè)單片機(jī)也不會(huì)正常工作。復(fù)位電路具有兩種方式，分別是上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位。我們在設(shè)

16、計(jì)中就需要考慮到底使用哪種復(fù)位方式了，上電自動(dòng)復(fù)位，它是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的，然而按鍵手動(dòng)它又分為兩種方式，電平方式和脈沖方式，電平復(fù)位是通過rst端經(jīng)電阻和電源 vcc 接通來實(shí)現(xiàn)的，然而脈沖方式是利用rc微分電路產(chǎn)生的正脈沖。在每一輪比賽結(jié)束后，我們都需要對上場比賽結(jié)果的一個(gè)清零。所以這一步驟是萬萬不能少的。2.4 、報(bào)警器在整個(gè)設(shè)計(jì)中，報(bào)警器的作用是當(dāng)有選手按下按鈕時(shí)，報(bào)警器就會(huì)發(fā)生聲音，這是為了防止其他選手再次無效的搶答。工作計(jì)劃：第14 周 資料搜集和開題報(bào)告第 67 周 硬件電路設(shè)計(jì)第 810 周 軟件設(shè)計(jì)及仿真第 1113 周 撰寫畢業(yè)論文第 1416 周 畢業(yè)論文

17、答辯五、閱讀的主要參考文獻(xiàn)1 沈紅衛(wèi) . 基于單片機(jī)的智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)m. 北京：電子工業(yè)出版社,2005.1 2 徐建軍 .mcs-51 系列單片機(jī)應(yīng)用及接口技術(shù)m. 北京：人民郵電出版社,2003.6 3 何立民 . 單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)大全. 北京 : 北京航空航天大學(xué)出版社 ,1994 4 何立民 .mcs-51 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)配置與接口技術(shù) m. 北京：航空航天大學(xué)5 樓然苗，李光飛51 系列單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2004：24-35 6 張培仁基于c 語言編程mcs-51單片機(jī)原理與應(yīng)用北京：清華大學(xué)出版社，2003：159-163 7 analog device corp.data-acquisition databook,1991 8 joseph d.greenfield:practical digital design using ics 9