单片机的抢答器控制系统设计
摘 要本课题在当前智能抢答器系统的研究基础上，提出了一种可以通过AT89C51单片机作为主控来实现的一款新型智能抢答器控制系统，在其内部使用了新型液晶屏、按键等作为核心部分，构建了其硬件框架结构，实现了第一抢答者的编号、抢答时间、开始抢答倒计时、选手得分以及犯规选手的编号等数据的统计，并通过液晶屏将这些参数显示出来，经过了系统仿真以及专业仪器测量发现这款系统的实现大大降低了目前相关产品的总体功耗，在硬件上由于大多数使用的都是新型并且价格低廉的芯片模块，大大压缩了总体系统的生产成本。本系统最终经过了多方面的测试和发现问题后的不断改进完善，最终呈现出了很高的实用性，推向市场后将淘汰大量现有相关产品。
目录
一、 引言 1
（一） 智能抢答器控制系统的发展背景 1
（二） 智能抢答器系统的国内外发展近况 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 主控器的选取 3
（二） AT89C51型控制器介绍 4
（三） LCD1602型显示器概述 5
（四） 蜂鸣器简介 5
三、 硬件系统设计 7
（一） 智能抢答器系统的硬件结构框图设计 7
（二） 单片机最小系统设计 8
1. 复位电路的设计 8
2. 时钟电路的设计 8
（三） 显示器外围电路设计 9
（四） 报警电路设计 9
（五） 按键电路 10
四、 软件系统设计 12
（一） 智能抢答器系统的软件工作流程设计 12
（二） 显示器工作流程设计 13
1. 判忙函数 13
2. 写数据流程 13
3. 写指令流程 14
（三） 报警电路工作流程设计 14
五、 Proteus软件仿真 16
总 结 22
参考文献 23
致 谢 24
附录一 原理图 25
附录二 元件列表 26
附录三 程序 27
引言
智能抢答器控制
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
系统的发展背景
智能抢答器控制系统就是指一种内部嵌入单片机等微处理器作为主控芯片，在单片机片外搭配高灵敏度抢答按键、高精度液晶屏、按键、报警器以及某些无线收发模块，这些系统所默示出的特点往往是以单片机作为焦点部门，在软件上以 SPI、 IIC或者串口等一些典型接口举办彼此之间数据收发。本课题将要设计的这种智能抢答器控制系统，抢答器是很多电视节目以及平时的问题活动中常用的一种电子仪器，通过抢答器能够使得强大过程以及抢答结果都变得非常的公平和公正，能够让每一位强大活动参与者都能得到公平的待遇。能够实现这种功能的系统或者机械结构在很早以前就已经出现了，较早期的智能抢答器系统在组成上以机械结构占据主要部分，在功能的实现上也主要是以机械结构来实现的，随着电子技术逐渐发展后，设计者将一些简易的电子功能融入到传统智能抢答器系统中，虽然这些功能在实现难度上非常容易，但是诸如时间显示、抢答题时等功能的加入，使得传统智能抢答器系统更加具有实用性，使用者在用这种传统智能抢答器系统时能够得到更高的使用体验感，因此设计者们意识到这一趋势之后，不断将当时较为先进的电子技术和成熟控制技术嵌入到传统智能抢答器系统内部。在二十世纪后半页半导体技术和单片机技术实现大发展后，传统智能抢答器系统迎来了发展的新契机，单片机丰富的控制方式和成熟的控制性能得到了设计师的一致好评，这一时机的智能抢答器系统设计人员纷纷将单片机控制系统进行嵌入，通过将无线遥控模块、高精度计时等模块的搭配，实现了主持人远程无线遥控等新型智能功能。上世纪七十年代后期集成传感器技术的成熟为新型智能抢答器控制系统的发展注入了新鲜的血液，这些外型小巧、测量灵敏的传感器探头往往能够按照被测对象的变化而按规律输出相应能够被测量到的电压/电流信号，通过单片机等微处理器与集成传感器的搭配，是实现更高性能智能抢答器系统的最佳搭配。
智能抢答器系统的国内外发展现状
智能抢答器控制系统在我国的研究起步期相对较晚，其开始时间大约可以追溯到二十世纪初，当时单片机控制系统在国内飞速普及后，使得国内一些技术从业人员开始将目光对准了将单片机系统嵌入到智能抢答器控制系统内部，国内的相关技术人员不断从国外一些先进的成熟系统中进行学习，在此基础上能够实现一些简单的开环控制系统，但是对于智能抢答器系统的复杂控制，相对于当时国外一些发达国家还有一定的差距。目前国内外对于智能抢答器控制系统的研究仍旧处于一种热情的状态，由于微处理器技术不断发展，这在很大程度上不断促进智能抢答器系统向前发展，得益于微处理器的处理速度、处理性能、生产成本以及稳定性的逐渐提升，使得智能抢答器系统也在不断提高其性价比。
本文主要研究内容
本文从多个角度对智能抢答器控制系统进行了描述和展现，首先将这种系统的起源发展背景以及目前国内外企业、高校的研究成果现状进行了探讨和阐述，并分析研究了目前这种控制系统投入市场后所存在的普遍缺点；论文第二章紧接着对控制系统的总体结构框架进行了设计，选取了相应的元器件及模块，以便下文对软硬件系统进行设计；第三和第四两章着重对本次所设计的控制系统的硬件以及软件系统进行了设计，并对设计过程以及设计原理进行了详细描述；在软硬件系统都设计完毕后，论文第五章选用了Proteus 7.8仿真软件平台对控制系统在电脑上进行了模拟仿真，将实际控制系统所能表现出的功能现象通过电脑显示器显示出来。
本文以基于单片机的智能抢答器作为研究对象，设计了一款采用AT89C51单片机作为主控芯片的抢答器控制系统，实现了如下几个功能指标：
1、本抢答器总共具有四路抢答功能。
2、能够实现第一抢答者的编号、抢答时间、开始抢答倒计时、选手得分以及犯规选手的编号等数据的显示。
3、通过LCD1602液晶屏进行显示。
4、具有报警功能，当选手强大犯规时报警。
方案选择及元器件介绍
主控器的选取
对于主控器的选择主要结合了主控芯片性能、成本以及自身的使用经历等多方面因素，通过这些因素的权衡最终来决定本系统选用的主控器芯片，在进过了预期的筛选和对比后，最终选出了ATMEL公司的AT89C51单片机和德州仪器公司的TMS320F28335型DSP作为最终的考虑对象，由于这两款主控器芯片对于本文所设计的系统来说都具有足够的适合性，因此下面对这两款芯片分别作介绍。
如果选用 ATMEL公司的 AT89 C51单片机来作为本文所设计系统的主控器芯片，那么将为本系统引入三大优势，首先在单片机的性能方面，由于这款单片机推向市场的时间较 TMS320系列 DSP来说要早三十年左右的时间，无论是学校图书馆还是网络上都遍布着大量的关于 AT89 C51单片机的学习资料以及各种开发过程中容易遇到的问题的解决方法，因此如果选用 AT89 C51单片机来作为主控器，那么能为本次毕业设计道路产出很大的障碍，对于毕业设计的顺利完成能够起到保驾护航的重大作用；而第二大优势更加重要，由于目前市面能够很容易买到直插封装的 AT89 C51单片机，这对于实物电路的 PCB电路布局非常方便，不用单芯紧密的贴片形式引脚带来的难于焊接以及电路绘制等难题，而 TMS320 F28335芯片全是贴片封装，紧密排列的贴片引脚在100 Pin以上，这需要耗费巨大的经历以及耐心才能绘制无误，十分倒霉的短暂的结业设计的顺遂完成；第三大优势是 AT89 C51单片机相对于 TMS320 F28335来说在成本上至少是后者的二十分之一，目前市面上 AT89 C51单片机的平均价格在3元每片左右，而 TMS320 F28335每片在60元以上，因此这对于构建高性价比的设计目标来说是非常不利的。
目录
一、 引言 1
（一） 智能抢答器控制系统的发展背景 1
（二） 智能抢答器系统的国内外发展近况 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 主控器的选取 3
（二） AT89C51型控制器介绍 4
（三） LCD1602型显示器概述 5
（四） 蜂鸣器简介 5
三、 硬件系统设计 7
（一） 智能抢答器系统的硬件结构框图设计 7
（二） 单片机最小系统设计 8
1. 复位电路的设计 8
2. 时钟电路的设计 8
（三） 显示器外围电路设计 9
（四） 报警电路设计 9
（五） 按键电路 10
四、 软件系统设计 12
（一） 智能抢答器系统的软件工作流程设计 12
（二） 显示器工作流程设计 13
1. 判忙函数 13
2. 写数据流程 13
3. 写指令流程 14
（三） 报警电路工作流程设计 14
五、 Proteus软件仿真 16
总 结 22
参考文献 23
致 谢 24
附录一 原理图 25
附录二 元件列表 26
附录三 程序 27
引言
智能抢答器控制
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
系统的发展背景
智能抢答器控制系统就是指一种内部嵌入单片机等微处理器作为主控芯片，在单片机片外搭配高灵敏度抢答按键、高精度液晶屏、按键、报警器以及某些无线收发模块，这些系统所默示出的特点往往是以单片机作为焦点部门，在软件上以 SPI、 IIC或者串口等一些典型接口举办彼此之间数据收发。本课题将要设计的这种智能抢答器控制系统，抢答器是很多电视节目以及平时的问题活动中常用的一种电子仪器，通过抢答器能够使得强大过程以及抢答结果都变得非常的公平和公正，能够让每一位强大活动参与者都能得到公平的待遇。能够实现这种功能的系统或者机械结构在很早以前就已经出现了，较早期的智能抢答器系统在组成上以机械结构占据主要部分，在功能的实现上也主要是以机械结构来实现的，随着电子技术逐渐发展后，设计者将一些简易的电子功能融入到传统智能抢答器系统中，虽然这些功能在实现难度上非常容易，但是诸如时间显示、抢答题时等功能的加入，使得传统智能抢答器系统更加具有实用性，使用者在用这种传统智能抢答器系统时能够得到更高的使用体验感，因此设计者们意识到这一趋势之后，不断将当时较为先进的电子技术和成熟控制技术嵌入到传统智能抢答器系统内部。在二十世纪后半页半导体技术和单片机技术实现大发展后，传统智能抢答器系统迎来了发展的新契机，单片机丰富的控制方式和成熟的控制性能得到了设计师的一致好评，这一时机的智能抢答器系统设计人员纷纷将单片机控制系统进行嵌入，通过将无线遥控模块、高精度计时等模块的搭配，实现了主持人远程无线遥控等新型智能功能。上世纪七十年代后期集成传感器技术的成熟为新型智能抢答器控制系统的发展注入了新鲜的血液，这些外型小巧、测量灵敏的传感器探头往往能够按照被测对象的变化而按规律输出相应能够被测量到的电压/电流信号，通过单片机等微处理器与集成传感器的搭配，是实现更高性能智能抢答器系统的最佳搭配。
智能抢答器系统的国内外发展现状
智能抢答器控制系统在我国的研究起步期相对较晚，其开始时间大约可以追溯到二十世纪初，当时单片机控制系统在国内飞速普及后，使得国内一些技术从业人员开始将目光对准了将单片机系统嵌入到智能抢答器控制系统内部，国内的相关技术人员不断从国外一些先进的成熟系统中进行学习，在此基础上能够实现一些简单的开环控制系统，但是对于智能抢答器系统的复杂控制，相对于当时国外一些发达国家还有一定的差距。目前国内外对于智能抢答器控制系统的研究仍旧处于一种热情的状态，由于微处理器技术不断发展，这在很大程度上不断促进智能抢答器系统向前发展，得益于微处理器的处理速度、处理性能、生产成本以及稳定性的逐渐提升，使得智能抢答器系统也在不断提高其性价比。
本文主要研究内容
本文从多个角度对智能抢答器控制系统进行了描述和展现，首先将这种系统的起源发展背景以及目前国内外企业、高校的研究成果现状进行了探讨和阐述，并分析研究了目前这种控制系统投入市场后所存在的普遍缺点；论文第二章紧接着对控制系统的总体结构框架进行了设计，选取了相应的元器件及模块，以便下文对软硬件系统进行设计；第三和第四两章着重对本次所设计的控制系统的硬件以及软件系统进行了设计，并对设计过程以及设计原理进行了详细描述；在软硬件系统都设计完毕后，论文第五章选用了Proteus 7.8仿真软件平台对控制系统在电脑上进行了模拟仿真，将实际控制系统所能表现出的功能现象通过电脑显示器显示出来。
本文以基于单片机的智能抢答器作为研究对象，设计了一款采用AT89C51单片机作为主控芯片的抢答器控制系统，实现了如下几个功能指标：
1、本抢答器总共具有四路抢答功能。
2、能够实现第一抢答者的编号、抢答时间、开始抢答倒计时、选手得分以及犯规选手的编号等数据的显示。
3、通过LCD1602液晶屏进行显示。
4、具有报警功能，当选手强大犯规时报警。
方案选择及元器件介绍
主控器的选取
对于主控器的选择主要结合了主控芯片性能、成本以及自身的使用经历等多方面因素，通过这些因素的权衡最终来决定本系统选用的主控器芯片，在进过了预期的筛选和对比后，最终选出了ATMEL公司的AT89C51单片机和德州仪器公司的TMS320F28335型DSP作为最终的考虑对象，由于这两款主控器芯片对于本文所设计的系统来说都具有足够的适合性，因此下面对这两款芯片分别作介绍。
如果选用 ATMEL公司的 AT89 C51单片机来作为本文所设计系统的主控器芯片，那么将为本系统引入三大优势，首先在单片机的性能方面，由于这款单片机推向市场的时间较 TMS320系列 DSP来说要早三十年左右的时间，无论是学校图书馆还是网络上都遍布着大量的关于 AT89 C51单片机的学习资料以及各种开发过程中容易遇到的问题的解决方法，因此如果选用 AT89 C51单片机来作为主控器，那么能为本次毕业设计道路产出很大的障碍，对于毕业设计的顺利完成能够起到保驾护航的重大作用；而第二大优势更加重要，由于目前市面能够很容易买到直插封装的 AT89 C51单片机，这对于实物电路的 PCB电路布局非常方便，不用单芯紧密的贴片形式引脚带来的难于焊接以及电路绘制等难题，而 TMS320 F28335芯片全是贴片封装，紧密排列的贴片引脚在100 Pin以上，这需要耗费巨大的经历以及耐心才能绘制无误，十分倒霉的短暂的结业设计的顺遂完成；第三大优势是 AT89 C51单片机相对于 TMS320 F28335来说在成本上至少是后者的二十分之一，目前市面上 AT89 C51单片机的平均价格在3元每片左右，而 TMS320 F28335每片在60元以上，因此这对于构建高性价比的设计目标来说是非常不利的。
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