课程设计任务书
学生姓名：________________ 专业班级：______________________
指导教师：______________ 工作单位：信息工程学院
题目：_______________ 智能抢答器的设计与实现_________________
初始条件：
本设计既可以选用集成电路：74LSI48，74LS279，74LS48，74LSI92，NE555，74LS00, 74LSI21
和其它器件等，实现八路定时抢答功能；又可以使用单片机系统构建多路数字定时抢答器。要求用蜂鸣器和光电二极管作声光报警器件，工作电源Vcc为+5V。
要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及技术要求，以及说明书撰写等具体要求）
1、课程设计工作量：1周。
2、技术要求：
1 ）可同时供8名选手（或代表队）参赛，其编号分别是0到7,各用一个抢答按钮，按钮的编号
与选手的编号相对应；给节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零（编号显示数码管灭灯）和抢答的开始。
2）抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，编号立即锁存，并
在LED数码管上显示出选手的编号，同时扬声器给出音响提示。此外，要封锁输入电路，禁止其
它选手抢答。优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。
3）抢答器具有定时抢答的功能，且一次抢答的时间可以由主持人设定（如30秒）。当节目主持人启动“开始”键后，要求定时器立即进行减计时，并用显示器进行显示，同时扬声器发出短暂的声响，
声响持续时间0.5秒左右。
4）参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和
抢答时刻的时间，并保持到主持人将系统清零为止。
5）如果定时抢答的时间已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效，系统进行短暂的报警，并封锁
输入电路，禁止选手超时后抢答，定时显示器上显示00。
3、查阅至少5篇参考文献。按《武汉理工大学课程设计工作规范》要求撰写设计报告书。全文用
A4纸打印，图纸应符合绘图规范。
时间安排：
1、2014年_6-月_20-日，布置课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求说明。
2、2014年_6-月_24日至2013年_6_月_23-日，方案选择和电路设计。
3、2014年_6-月_24日至2014年_6-月_26-日，电路调试和设计说明书撰写。
4、2014年月_2乙日，上交课程设计成果及报告，同时进行答辩。
指导教师签名：年月日
系主任（或责任教师）签名：年月日
目录
摘要.............................................................................................. I
A bstract ................................................................................................................ II
1原理电路的设计 (1)
2单元电路设计及元件选择 (3)
2. 1单片机最小系统 (3)
2. 1. 1 时钟振荡电路 (4)
2.1.2复位电路 (4)
2.1.3 STC89C52 芯片 (5)
2.2声光报警电路 (7)
2.3数码管显示电路 (7)
2.4矩阵键盘 (8)
3整体电路及工作原理 (10)
3.1整体电路图 (10)
3.2工作原理 (10)
4程序设计...................................................................................... 1 1
4.1Keil C51 软件介绍 (11)
4.2程序设计 (12)
5仿真分析...................................................................................... 1 3
5.1proteus 仿真软件介绍 (13)
5.2仿真结果分析 (14)
6系统调试...................................................................................... 1 7
6.1系统调试的意义 (17)
6.2调试结果与分析 (17)
6.3实物焊接....................................................................... 1 8
7总结与体会.................................................................................... 1 9
8参考文献 (20)
附录一 (21)
附录二 (22)
摘要
本文设计了一种基于STC89C52单片机技术的八路数字抢答器。主体电路由抢答电路, 优先编码电路和锁存电路以及控制电路组成，扩展电路由报警电路和显示电路组成。文章对抢答器的背景与现状、硬件设计、软件设计及其仿真都做了详细的介绍。
本设计主要采用单片机控制，采用手动抢答的方式，有人抢答后，系统自动封锁其他人的抢答按钮，使其不能再抢答，从而实现抢答功能。若有人在主持人按下开始按钮之前或抢答时间结束之后按下抢答按钮，系统自动视其无效，抢答开始和抢答结束后蜂鸣器自动报警，使抢答达到公平、公开的效果。
关键词：单片机、STC89C52、抢答器、LED显示
Abstract
This paper describes the desig n of a eight digital resp on der based on STC89C52 sin gle chip. The main circuit is composed of answer circuit, priority coding circuit and a latch circuit and control circuit: expansion of the circuit is mainly composed of an alarm circuit and display circuit.Article on the Resp on der's backgro und and prese nt, hardware desig n, software desig n and simulation have made a detailed introduction.
This desig n mai nly uses the MCU con trol, with manual an swer i n the way, some people an swer in, the system automatically block other people's an swer in the butt on, so that it can not an swer in order to achieve Resp on der feature. If one host press the start butt on before press ing the an swer
in the butt on or after the an swer time, the system automatically view them as in valid to an swer in a fair, ope n effect. At the beg inning and ending of the an swer the alarm bell resp on ded automatic. Keywords: single-chip Microcomputer、STC89C52、the Answering Race、LED display
1原理电路的设计
根据任务要求将电路分为来两部分，一部分电路完成基本的抢答功能，即开始抢答后，当选手按动抢答器按钮时，能显示选手的编号，同时能封锁输入电路，禁止其他选手抢答。另一部分电路完成定时抢答及报警功能。
比赛开始时，接通电源，抢答器处于禁止工作状态，编号显示器灭灯，定时显示器上显示设定时间，主持人可改变设定时间。当节目主持人宣布“抢答开始”，同时将控制开
关拨到“开始”位置，抢答器处于工作状态，定时器开始倒计时。若定时时间到，却没有选手抢答时，系统报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答。若选手在定时时间内按动抢答按钮时，抢答器要完成以下四项工作：1.优先编码器电路立即分辨出抢答者的编号，并由锁存器进行锁存，然后由译码显示电路显示编号； 2.扬声器发出短暂声响，提醒节
目主持人注意；3.控制电路要对输入编码电路进行封锁，避免其他选手再次进行抢答；4. 控制电路要使定时器停止工作，时间显示器上显示剩余的抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止。当选手将问题回答完毕时，主持人操作控制开关，使系统回复到禁止工作状态，以便进行下一轮抢答。
根据以上思路，我设计了如下两种方案。
方案一:
图1-1方案一系统框图
方案一所示抢答器的工作过程：主持人按动开始抢答的开关后，最先抢答的选手的电平信号先经过优先编码器，再依次经过数据锁存器，此时已经限制了其他选手的抢答，信
号再经过译码器和七段数码显示器，将最先抢答的该选手的编号显示出来，并同时产生报
警信号，到此完成的是抢答功能；如果没有人抢答，30秒减计数器减到00时也会发出报
警信号，这是完成计时功能。
图1-2方案二系统框图
主控制器选择由AT89C52芯片构成的单片机最小系统，用矩阵键盘作为八位选手的抢答按键以及主持人的控制按键，抢答显示选用四位共阳数码管，前两位作为剩余时间显示, 第三位为抢答选手编号，整个过程用C语言程序来控制。
方案一用译码器，加减计数器以及门电路等等实现多人抢答，原理清晰，但电路比较复杂，所要使用的芯片较多，在进行实物制作时需要连接的线路非常多，容易出现错误；而方案二只需要一个单片机系统，一个四位数码显示管和矩阵键盘，整体电路看起来非常清晰，而且精确度高，故本次设计选用方案二。
2单元电路设计及元件选择
2.1单片机最小系统
由上图可以看出，单片机的最小系统电路由 3部分组成：单片机、时钟震荡电路和复
位电路，其中单片机的重要作用不言而喻，而时钟震荡电路和复位电路也均是必不可少的 部分，下面分别介绍这三个部分。
2.1.1时钟振荡电路
单片机必须在时钟的驱动下才能工作。 在单片机内部有一个时钟振荡电路， 只需要外 接一个振荡源就能产生一定的时钟信号送到单片机内部的各个单兀，决定单片机的工作速 度。时钟电路如下图所示。
C ；ND
图2-2震荡电路
图2-1 STC89C52单片机最小系统原理图
一般选用石英晶体振荡器。此电路在加电大约延迟10ms后振荡器起振，在XTAL2引脚产生幅度为3V 左右的正弦波时钟信号，其振荡频率主要由石英晶振的频率确定。电路中两个电容C1, C2的作用有两个：一是帮助振荡器起振；二是对振荡器的频率进行微调。单片机在工作时，由内部振荡器产生或由外直接输入的送至内部控制逻辑单元的时钟信号的周期称为时钟周期。其大小是时钟信号频率的倒数。图中时钟频率为12MHz。
2.1.2复位电路
单片机的第9脚RST为硬件复位端，只要将该端持续4个机器周期的高电平即可实现
复位，复位后单片机的各状态都恢复到初始化状态，其电路图如下所示：
图2-3复位电路
复位电路的作用就是，当给单片机一个复位信号（一个一定时间的低电平）时程序便从头开始执行。一般有两种复位方式：上电复位，在系统一上电时利用电容两端电压不能突变的原理给系统一个短时的低电平；手动复位，同过按钮接通低电平给系统复位，如果手按着一直不放，系统将一直复位，不能正常工作，因此手动复位容易产生一些错误。
2.1.3 STC89C52 芯片
各引脚功能情况为：
（1） VCC :供电电压
（2） VSS :接地。
（3） P0 口： P0 口为一个8位漏级开路双向I/O 口，每脚可吸收8TTL 门电流。当P1 口的 管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。
（4） P1 口： P1 口是一个内部提供的上拉电阻的 8位双向I/O 口，P1 口缓冲器能接收输出 4TTL 门电流。P1 口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉为低 电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
（5） P2 口： P2 口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O 口，P2 口缓冲器可接收输出4TTL 门电流，当P2 口被写“ 1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输 入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。在给出地址
“T 时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，
P2 口输出其特殊功
能寄存器的内容。
（6） P3 口： P3 口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O 口，可接收输出4个TTL 门电 流。当P3 口写入“ 1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部 下拉为低电平，P3 口本设计采用Atmel 公司生产的单片机STC89C52实现主要功能,AT89C51的引脚图如
2-4所示： P1J
P1P 2
PI 3
P14
P1.5
Pl,6
P1J RE ：SE ：T P3.0 P3,l P3.2
P33
P3.4
Pi?
P3.6
P3.7
PI.0 VCC PIH J'O.O PL2 PU 」 P1.3 P0.2 PI.4 P0.3 PL5 PU.4 PI.6 P0.5
P1J P0.6
RESET POJ
pio LA
P3.I ALE Pl 2 PSEN P33 P2.7 P3A P2.6 P3.5 P2.5 P2.4 P5.7 P2J XTAL2 P2.2 XTALl
理」 VSS P2.0 TO TT ro.i P0.2 POJ Pt) J 1X).6 M 二
P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2,3 P2.2 卩2」 P2.U STCK9C52 图2-4 STC89C52引脚图
将输出电流（ILL ）这是由于上拉的缘故。
P3 口功能引脚简介：
P3.0:RXD （串行口输入）
P3.1:TXD （串行口输出）
P32INT0 （外部中断0）
P3.3:INT1 （外部中断1）
P34T0 （定时器0外部脉冲输入）
P3.5:T1 （定时器1外部脉冲输入）P3.6:WR （外部数据存储器写选通）
P3.7:RD （外部数据存储器读选通）
P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
（7）RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。（8）ALE/RPOG :当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平由于锁存地址的地位字节。（9）/PSEN:外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期
两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
（10）/EA/VPP :当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH）,不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。
（11）XTAL1 :反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
（⑵XTAL2 :来自反向振荡器的输出。