基于单片机的八路智能抢答器的毕业设计(3)

单片机特点如下：

（1）高集成度，体积小，高可靠性。

单片机将各功能部件集成在一块晶体芯片上，集成度很高，体积自然也是最小的。芯片本身是按工业测控环境要求设计的，内部布线很短，其抗工业噪音性能优于一般通用的CPU。单片机程序指令，常数及表格等固化在ROM中不易破坏，许多信号通道均在

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八路智能抢答器的设计

一个芯片内，故可靠性高。

（2）控制功能强：

为了满足对对象的控制要求，单片机的指令系统均有极丰富的条件:分支转移能力，I/O口的逻辑操作及位处理能力，非常适用于专门的控制功能。

（3）低电压，低功耗，便于生产便携式产品：

为了满足广泛使用于便携式系统，许多单片机内的工作电压仅为1.8V～3.6V，而工作电流仅为数百微安。

（4）易扩展：

片内具有计算机正常运行所必需的部件。芯片外部有许多供扩展用的三总线及并行、串行输入/输出管脚，很容易构成各种规模的计算机应用系统。

（5）优异的性能价格比：

单片机的性能极高。为了提高速度和运行效率，单片机已开始使用RISC流水线和DSP等技术。单片机的寻址能力也已突破64KB的限制，有的已可达到1MB和16MB，片内的ROM容量可达62MB，RAM容量则可达2MB。由于单片机的广泛使用，因而销量极大，各大公司的商业竞争更使其价格十分低廉，其性能价格比极高。

方案比较分析：从第一个方案我们可以看出，这个抢答器是由抢答电路，定时电路，报警电路，时序控制电路四个关键电路部分组成。扩展电路是由秒钟脉冲信号产生电路，译码电路，显示电路等，它的功能很齐全，设计的电路也很稳定。但是它的造价却很高，仅仅是集成电路他就用了八个，这个跟我们当初的设计理念是相冲突的。我们要的是功能齐全，但是造价比较低的设计。所以我们放弃这个方案。

而方案二采用可编程PLC设计实现的抢答器，但该系统的投入成本过于高昂，软件编程过于繁琐，对编程的语言掌握程度要求很高，而且其PLC在该领域的应用很少，普通人对PLC的理解及掌握都不是很深入，鉴于通用性和节省的原则，我们依然不采用该方案。

方案三采用单片机为核心器件，外围电路采用集成芯片，其可靠性好，结构简单，不但从性能上优于方案一和方案二，而且在使用上及其功能的实现上都较其他方案简洁，并且由于单片机具有优越的高集成电路性，使其工作速度更快、效率更高。另外单片机采用12MHz的晶振，提高了信号的测量精度，并且使该系统可以通过软件改进来扩张功能。该模式充分体现了原有系统性能的改进，功能的扩展及其他同类系统的不同之处，它包括硬件逻辑图与软件流程图，比较经济实用，所以我们选用单片机的方案。

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华北科技学院毕业设计（论文）

2.2 智能抢答器模块化设计

该抢答器系统的硬件设计是以单片机为中心控制模块，采用模块化设计的八路抢答器，具有六个模块，分别为：按键输入模块、显示模块、时钟与复位模块、报警模块、电源模块、核心控制模块。

系统的主要功能模块原理框图如图2-1所示。

图2-1 主要功能模块原理框图

按键输入模块共有14个按键，分为抢答按键和控制按键。抢答按键共有八个，分别为S1―S8，供抢答选手进行抢答使用，P1口为八个按键抢答信号的输入口，低电平有效。控制按键有六个，分别为S9―S14， 其中S9和S10分别为“抢答时间调整键”和“回答时间调整键”， 其对应的I∕O接口分别为P3.2和P3.3；S11和S12分别为时间“加1”和“减1”按键，其对应的I∕O接口分别为P3.4和P3.5；S13和S14分别为“抢答开始按键”和“抢答停止按键”，其对应的I∕O接口分别为P3.0和P3.1；

显示模块本系统采用四个共阳极LED数码管显示，一个数码管用来显示抢答到问题的选手的号码，两个用来显示倒计时时间，一个未使用的数码管作为以后的扩展使用。数码管采用74LS244来驱动，74LS244是TTL8输入3态缓冲器∕线驱动器，它的输出电流可以达到24mA。

时钟与复位模块包括时钟电路和复位电路，单片机的最小系统就是由时钟电路、复位电路、电源电路及单片机构成。单片机的时钟信号用来提供单片机片内各种操作的时间基准，单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到：内部振荡方式和外部振荡方式。复位操作则使单片机的片内电路初始化，使单片机从一种确定的初态开始运行。根据应用的要求，复位操作通常有两种基本形式：上电复位或开关复位。当5l系列单片机的复位引脚RST(全称RESET)出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作。

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八路智能抢答器的设计

如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。

报警模块在本系统中为附加模块，它的主要用途就是起到提示并引起人们的注意。它只有在两种情况下才发出报警，一是“开始抢答”按键没有按下时，选手就按下了“抢答键”，报警电路发出报警，提示有选手发生抢答；二是每道题的抢答时间和问题的回答时间在倒计时5秒时，报警电路发出报警，提示选手倒计时的时间即将耗尽。

电源模块是为了增强本系统应用的广泛性而设计的模块，在我们常用的单片机或其他外围芯片的电源供给电压一般为直流+5V、+3V和+12V，现实中的使用电压为交流220V，为了增加其现实意义，故设计了电源模块，它的主要任务是将交流220V电压转换为本系统中可以直接使用的直流+5V。

核心控制模块就是人们所谓的CPU，它是整个系统的总控制部分，本系统的核心控制模块为51系列的单片机，只有我们通过软件程序的编写，并将程序写入单片机，该系统才会正确的工作。

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3 硬件设计

本设计分为硬件设计和软件设计，这两者相互结合，不可分离。从时间上看，硬件设计的绝大部分工作量是在最初阶段，到后期往往还要做一些修改。只要技术准备充分，硬件设计的大返工是比较少的，软件设计的任务贯彻始终，到中后期基本上都是软件设计任务，随着集成电路技术的飞速发展，各种功能很强的芯片不断出现，使硬件电路的集成度越来越高，硬件设计的工作量在整个项目中的所占的比重逐渐下降。为使硬件电路设计尽可能合理，应注意以下几方面：

(1) 工业上尽可能采用功能强的芯片，以简化电路，功能强的芯片可以代替若干普通芯片，随着生产工艺的提高，新型芯片的的价格不断下降，并不一定比若干普通芯片价格的总和高。

(2) 留有设计余地。在设计硬件电路时，要考虑到将来修改扩展的方便。因为很少有一锤定音的电路设计，如果现在不留余地，将来可能要为一点小小的修改或扩展而被迫进行全面返工。

(3) 程序空间，选用片内程序空间足够大的单片机，否则因为程序空间不够使不得不进行空间扩展。

(4) RAM空间，大部分51系列单片机的内部RAM不多，当要增强软件数据处理功能时，往往觉得不足。如果系统配置了外部RAM，则建议多留一些空间。如选用8155作I/O接口，就可以增强256字节RAM。如果有大批数据需要处理，则应配置足够的RAM，如6264，62256等。随着软件设计水平的提高，往往只要改变或增加软件中的数据处理算法，就可以使系统功能提高很多，而系统的硬件不必做任何更换就使系统升级换代。只要在硬件电路设计初期考虑到这一点，就应该为系统将来升级留足够的RAM空间，哪怕多设计一个RAM的插座，暂不插芯片也好。

(5) I/O端口，在样机研制出来后进行现场试用时，往往会发现一 …… 此处隐藏：2728字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……