内容发布更新时间 : 2024/12/25 22:31:46星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
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1 设计任务及要求：
基于单片机的八路抢答器设计与实现，主要研究内容为通过单片机设计实现八路抢答器系统。
1.1 基本要求
（1）设置八个不同按键输入抢答输入信号； （2）通过LED数码管显示相应路数； （3）抢答成功通过发光二极管显示； 1.2 拓展功能：
（1）系统带有三个按钮供主持人控制，它们的功能分别为“复位”、“抢答时间设定”、“抢答开始”。
（2）抢答器有两盏发光二极管指示灯，分别为“红色”和“绿色”。抢答过程中，红色指示灯亮表示抢答无效；绿色指示灯亮，表示抢答有效。
（3）抢答具有声音提示功能，当抢答器执行相应的操作，蜂鸣器会发出相应的响声。 （4）抢答时间为10秒到60秒，由主持人设定；当主持人按下“抢答开始”按钮，蜂鸣器立即发出0.5秒的提示声，同时两个8段数码管进入倒计时显示状态。
（5）如果选手在设定时间内抢答，则数码管会显示第一个抢答选手的对应号数，同时绿色指示灯亮，抢答成功；如果定时抢答时间已到，却无人抢答，则本次抢答无效，红色指示灯亮、数码管时间显示00、蜂鸣器持续报警，直到主持人按键复位。
（6）如果主持人尚未按下“抢答开始”，选手已经提前抢答，则属于犯规。此时，蜂鸣器发出0.5秒警告声、数码管显示犯规选手序号、红色指示灯亮，抢答无效。
2 硬件设计与方案论证：
2.1根据题目设计要求，拟定系统框图如图1所示：
系统控制按钮 八路抢答按钮
图1
2.2单元电路设计和元件选择
不得用于商业用途
LED、数码管显示 单片机最小系统 声音提示 仅供个人参考
单片计算机应该是一个最小应用系统，但这个最小系统仍需要外接一些功能器件，如时钟电路、复位电路、片外ROM/EPROM等。用AT89C52单片机构成最小系统，只需外接时钟电路和复位电路即可。而且AT89C52功耗低、性价比高、内设8K可编程Flash存储器，完全符合本次设计要求，所以选择AT89C52作为本次课程设计的单片机控制器。
时钟电路设计：石英晶体振荡电路结构简单、频率稳定度高，所以选用它作为单片机的时钟电路，电路通过晶振并联两个小电容构成。电容的作用是帮助晶振起振和对晶振频率进行微调，两个电容大小约为30PF，晶振频率选用12MHz。时钟电路如图2所示：
复位电路设计：单片机复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。上电自动复位虽然电路结构简单，但是不受人为控制，复位不灵活。按键复位又分为电平复位和脉冲复位，前者复位端通过电阻与Vcc相接，后者利用RC微分电路产生正脉冲来达到复位目的。从电路的简易性来考虑，前者优于后者，所以选择按钮电平复位方式。12MHz单片机的起振时间和电源上升时间一般约为20mS，所以复位端有效电平保持时间T应大于20mS，取R=1K，C=22uF，则T=R*C=22uS，符合设计要求。复位电路如图3所示：
图2 图3 图4
电源电路设计：单片机需要的是直流工作电压Vcc=5V，但考虑到直流电可能存在交流成分以及纹波太多的情况，会导致单片机工作不稳定，所以在电压输入端并联两个电容，以保证系统的稳定性。电容通交阻直，470uF的电容可以滤除低频交流成分，0.1uF电容用于滤除高频成分。另外，电源端可以并联一个放光二极管，作为上电指示灯。电源电路如图4所示：
考虑到本次电路设计按键较少，对键盘要求不高的情况，用非编码式键盘就能满足设计要求。非编码键盘可选择矩阵式键盘或者独立式键盘。矩阵键盘特点是：按键置于行列交叉处，在使用相同检测线时，可以安排更多按键，节省更多资源。但是，矩阵键盘硬件结构繁复，按键识别程序复杂。而独立式键盘一键一线，很容易识别被按下的键。鉴于本设计对检测线数量要求不多，为了方便编程，选择独立式键盘。
传统的显示器件可以选择8段数码管或者是液晶显示器。液晶显示多用于显示内容较多，对显示内容要求丰富的
场合，但液晶显示字幕小，显示内容不直观！我所设计的作品，只需显示简单的数字，数码管不仅能够显示数字，而且性价比高，亮度足够，完全满足抢答器的显示要求。在此，选择
不得用于商业用途
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两个8段数码管作为显示模块。数码管显示电路如图5所示： 图5
发声装置可以是小功率的扬声器，或者是蜂鸣器。扬声器虽然发声内容丰富，但它功耗较多，多用于对声音有较高要求的情况。而蜂鸣器有电流流过就会发声，外接电路简单，功耗低；况且设计电路对声音要求不严格。蜂鸣器驱动电路如图6所示：
图6
如上图所示：当单片机的P2.5口输出高电平时，三极管导通，电流通过蜂鸣器，蜂鸣器就会发出响声，经过的电流I=Ie=Ic=?Ib，电压V=Vcc=5V，；当P2.5输出低电平时，三极管截止，没有电流通过蜂鸣器，蜂鸣器不响。从而通过控制P2.5的高低电平，就能控制蜂鸣器的发声情况。
2.4 按照以上设计构思，总的电路原理图如下所示：
图7
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