毕业论文设计8路竞赛抢答系统

8路竞赛抢答系统

引言

为完成竞赛抢答任务，该系统分为两大部分：选手电路、主持人控制电路，选手电路和主持人控制电路部分Z间的联系，采用无线通信。主持人控制电路采用交流供电，选手电路采用蓄电池供电，基本做到由移动无线通行。各部分都采用单片机作为控制核心；采用无线收发模块，作为无线通信器件，具有电路简洁可靠的优点。数据的传输，采用帧结构对要传输的数据进行打包。帧结构的起始位采用特殊实用的结构，既可包含发送对象的地址信息，又具有很强的抗干扰能力，使已传送的数据显示十分稳定可靠。抢答显示部分的倒计时，可根据情况从0——99秒任

第一章系统方案与论证

1.1基本要求

（1）系统容量：为满足竞赛抢答的要求，系统容量定位8路。

（2）系统能完成：倒计时指令发送与接收；抢答对别信息发送与接收;（3）抢答倒计时可在0-99秒内根据需要任意调整。

（4）所有信息交换都采用无线通信。

（5）抢答指令发出和抢答成功要有提示音。

1.2系统方案选择

1.2.1系统基本结构框

主持人电路

图1-1基本系统结构框图
系统工作流程：主持人电路通电后，2位数码管不断加1,以示电路可以正常
工作。主持人按下控制开关后，电路进入倒计吋预设状态，设置好后再按一下控制开关，则完成预设，数码管显示预设数。当主持人按下开始按钮后，选手可以抢答,同吋数码管显示倒计时读秒，如有选手按下抢答键，数码管显示该选手的序号，同

时封锁其他的抢答信号，蜂鸣器鸣叫10s,以示有人抢答成功。如读秒归零吋还无人抢答，则蜂鸣器鸣叫10s,数码管显示为不断闪亮的“00”，以示抢答吋间到。当抢答的选手回答完毕或读秒归零后，主持人按一下开始按钮，电路即可恢复到开始抢答，倒计时读秒状态

1.2.2通信方案论证与选择

要实现无线通信，可选用频分复用和时分复用两种形式。频分复用各信道,不考虑信号在吋间上的重叠。但是在整个系统最少也需要8个信道，电路复杂，制作成本高，故不取。

对实际问题进行分析，发现系统通信屮，除抢答信号外，其他信号的传送都具有明显的分时性（即各信号的传送都不可能同吋出现）。

再对抢答信号进行深入研究，发现：
（1）人对抢答信号的反应在毫秒级是很不灵敏的，人的反应速度是在0.2s-0. 8s 内随即岀现。

（2）在比赛现场，抢答题H—般在几十秒内。能做出回答决定的人也只在40%左右，坚决做出回答决定的占20%左右。根据系统满容量算20x20%二4,只有4个左

右的人数进入0. 2—0.8s反应比赛屮。 （3）按键反应速度也是有差界的，大概在20ms左右。

根据以上三点分析，可以定性的得出抢答信号在一定的吋间区间内具有随机分时的特性。另一方面，抢答信号信息量不大（只有对别信息），可以做到在极短的时间内传完,因此,若保证每一个抢答信号传送时间＜2.1ms,那么在0・2s-0・8s的时间内任意两个对别信号在传送吋间上重叠的概率就很小，因此可以实现抢答信号吋分传送。又因时分复用只用一个信道，电路简单可靠性高，制作成本低，综合考虑

第二章系统硬件设计

为了满足系统功能和系统的灵活性，本系统各部分均采用单片机作为核心器件。为了使电路结构简单，性能可靠，无线部分均采用性能良好的收发模块(315MHZ高频接收发送模块FST-3和CZS-3)o硬件系统是一个数、模、单片机混合电路。

2.1 C51单片机

单片机为本系统的核心器件。这里我们选用C51单片机，C51具有低功耗、高性能的特点，且与80C51兼容，特别是其内部增加的闪速可电改写的存储器FlashROM给单片机的开发及应用带来了很大的方便，且芯片的价格非常便宜，因此近年来得到了及其广泛的应用。

2.1.1功能特性描述

C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROM—

Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory )的低功耗、高性能CMOS8
位微处理器，俗称单片机。使fflATMEL公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片JL,拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash,使得ATC51为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

主要性能：

⑴与MCS-51单片机产品兼容
⑵8K字节在系统可编程Flash存储器
⑶1000次擦写周期

(4)全静态操作：0Hz〜33Hz

⑸三级加密程序存储器

⑹32个可编程I/O口线
⑺三个16位定吋器/计数器
⑻八个屮断源
⑼全双工UART串行通道

(11)掉电后屮断可唤醒
(12)看门狗定时器

（13）双数据指
针（⑷掉电标
识符

	P n n	0123	34
			33 32 2X
	P U
	P 11 ET
43	P 11 INT1 INTO R 11	456 722 222 222 p p p p p p p P
q
44
	T1 TO 11
34-	EA/VP 11		?7
	XI X2 rl

XU
-U

RXD TXD ALE/P PSEN	-Ui
44-規GND ?Q

2.1.3管脚说明

VCC:电源
GND:地
P0口：P0口是一-个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”吋，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器吋，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在flash编程吋，P0口也用来接收指令字节；在程序校验吋，输出指令字节。程序校验吋，需要外部上拉电阻。

P1口：P1口是一•个具有内部丄拉电阻的8位双向I/O口，P1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P1端口写“1”吋，内部上拉电阻把端口拉高，此吋可以作为输入口使用。作为输入使用吋，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流。此外,P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（Pl.0/T2）和定时器/计数器2的触发输入（Pl.1/T2EX）,具体如表2-1所示。在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。

P2 口： P2 口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能

驱动4个TTL逻辑电平。对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将

输岀电流。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVXSDPTR,A）时,P2口送出高八位地址。在这种应用中,P2口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址（如MOVX@Ri,A）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。

表2-1P1 口引脚及功能表

引脚号	第二功能
P1.0	T2 （定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输岀
Pl. 1	T2EX （定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）
P1. 5	MOSI（在系统编稈用）
P1.6	MTOS （在系统编稈用）
P1.7	SCK （在系统编程用）

P3口：P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可

引脚号	第二功能
P3.0	RXD （串行输入）
P3. 1	TXD（串行输岀）
P3. 2	/INTO （外部中断0）
P3. 3	/INTO（外部中断1）
P3. 4	T0 （定时器0外部输入）
P3.5	T1 （外部1外部输入）
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）

RST:复位输入。晶振工作时，RST脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，RST脚输出96个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。ALE/PROG：地址锁存控制信号(ALE)是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。

在flash编程时，此引脚(PROG)也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE以晶振六分Z—的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然血，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。如果需耍，通过将地址为8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作将无效。这一位置“1”，ALE仅在执行MOVX或MOVC指令时有效。否则，ALE将被微弱拉高。这个ALE使能标志位(地址为8EH的SFR的第0位)的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。

/PSEN:外部程序存储器选通信号(/PSEN)是外部程序存储器选通信号。为ATS52从外部程序存储器执行外部代码时，/PSEN在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，/PSEN将不被激活。

/EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令，/EA必须接GND。为了执行内部程序指令，/EA应该接VCC。在flash编程期间，/EA也接收12伏VPP电压。

XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。

XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。號

2.2无线传输模块

无线传输模块由发射模块和接收模块组成。FST-3和CZS-3是由专业生产厂家
设计生产的无线传输发射模块和接收模块。用FST-3和CZS-3组成的无线传输系统具有很高的性价比。其传输距离远，在无障碍物的情况下可以传输300米；信号传
输可靠，能够传输0-10MHZ的调制信号；价格低廉，发射模块和接收模块的价格加起来不超过20元；此外，还具有不要调整即可使用的特点。

(A) (B)
图2-2无线发射模块FST-3和接收模块CZS-3的管脚功能图
FST-3发射模块如上图2-2(A)所示，在VCC和GND间加上3—12V的直流电压即可使用，从天线发射出315MHZ的无线电波。而所需发射出去的信号可以加在DATA端，去调制315MHZ的无线电波，使其成为已调波从天线发出。在加5V电压时,实测FST-3发射模块的工作电流不超过15mAo

CZS-3接收模块如上图2-2(B)所示，须在VCC和GND间加上5V的直流电压。从天线接收到的己调制无线电信号经过其内部解调，从其DATA端输出已解制信号，在无信号时DATA端输出高电平。CZS-3接收模块的静态电流为5mA,接收灵敏度为-103dBmo[,2]

2.3用555定时器组成的多谐振荡器

多谐振荡器是能产牛矩形波的一种自激振荡器电路，由于矩形波屮除基波外还含有丰富的高次谐波，故称为多谐振荡器。多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态，在自身因索的作用下，电路就在两个暂稳态之间来回转换，故又称它为无稳 态电路。由555定吋器组成的多谐振荡器电路图如图4所示。

图2-3由555定时器组成的多谐振荡器电路图

如上图2-3所示，接通电源后，电容C被充电，当Uc上升到2匕c/3I1寸，使％

为低电平，同时放电三极管T导通，此时电容C通过R2和T放电，Vc下降。当Vc

下降到Vcc/3吋，V0翻转为高电平。电容器C放电所需的吋间为

t/;/ =/?2Cln2«0.7/?2C

当放电结束时,T截止，匕将通过Rl、R2向电容器C充电，Vc由匕./3上升

到2匕./2所需的吋间为

t/)H= (R、+7?2)CIn 2 « 0.7(/?(+ RJC
当Vc上升到2心/3时，电路乂翻转为低电平。如此周而复始，于是，在电路的

输出端就得到一个周期性的矩形波。电路的工作波形如下图5,其振荡频率为

1.43(R、+
2RJC

围元件构成一个多谐振荡器，从555的3脚输岀的方波加到FST-3的DATA端。由图6电路屮的元件参数可以计算出从FST-3的天线发射出被60MHZ信号调制过的315MHZ无线电波。D1为发光二极管，用来指示发射电路的电流是否接通。

图2-5FST-3发射模块的应用电路
选手电路是由图2-5所示的电路进行实用化改进而得，电路由图7所示。考虑到实际使用的方便，把图6的电路的R2用一个8位地址开关和一个9P1K的排阻来
代替。这样，随着8位地址开关屮开关闭合个数的不同，等效R2将有8种不同的阻值，555的3脚输出方波将有8种不同的频率。8个选手电路就可以选择相同的
电路参数，使用时只要拨动8个地址开关，使每个选手电路屮的地址开关闭合个数不同，即可利用555电路振荡频率来区分不同选手发出的信号，依据如图6电路屮的参数，实测的振荡频率如表2-3所示。

表2-3频率表

S1开关闭合个数	R2等效阻值	实测555的振荡频率
1	1000 Q	60HZ
2	500 Q	122HZ
3	333 Q	153HZ
4	250 Q	180IIZ
5	200 Q	200IIZ
6	167 Q	220HZ
7	143 Q	231HZ
8	125 Q	245HZ

\/

EST-3

2.5主持人电路

主持人电路如附图所示。

最大预设数为99s。设置好后再按下S3,则完成预设，数码管显示预设数。

当主持人按一下开始按钮S2后，选手可以抢答，同时数码管显示开始倒计时读秒。如有选手按下抢答键，数码管显示该选手的序号，同吋封锁其他的抢答信号,

蜂鸣器鸣叫10s,以示有人抢答成功。如读秒归零时还无人抢答，则蜂鸣器鸣叫10s,数码管显示为不断闪亮的“00”，以示抢答时间到。

为抢答的选手回答完毕或读秒归零后，主持人按一下S2,电路即可恢复到开始抢答，倒计吋读秒状态，控制流程如下图3-1所示。

图3-1控制程序流程图

现在常用的无限遥控主要有红外线和无线电两种方法。无线电遥控在传输距离、方向性和可靠性方而和红外线遥控相比有很大的优势。而且无线传输技术现在己日益成熟，现在无线传输收发电路已广泛应用于智能化控制、短距离无线遥控等产品屮，由于工作稳定可靠，彻底摆脱了有线传输的种种不便，所以在遥控领域得到广泛应用。

本设计在大量的电子电路实践的基础上，用无线传输技术应用于抢答器的设计和制作，制作成功了无线抢答器。该无线抢答器可满足不同赛事活动的不同需求，适用于学校、教育部门、企事业工会组织、俱乐部等单位组织举办各种矢口识、技术竞赛及文娱活动时作抢答Z用。能提高活动档次，简化工作流程，减轻工作量、减

经过近几个月的艰苦奋战，我的毕业设计己接近尾声。在这几个月的吋间里，我衷心感谢我的指导老师杨老师，在课题选定、理论指导和方案的论证上，对我精心的指导和耐心的鼓励，使我能够坚持到底，毕业设计有了的结果。他们渊博的知识，深邃的思想，严谨的治学风格、平易近人的处爭态度和幽默风趣的话语，让我在学习知识和解决问题时感到无比的轻松和愉快。至此论文定稿Z际，对老师表示衷心的感谢！感谢老师能在繁忙Z屮抽出时间为我提供耐心的指导，帮我们解决在设计过程屮遇到的种种问题。

在做毕业设计期间，我还有幸得到其它老师的热心指导和同学们的大力帮助，正因为有了他们，我才能克服各种困难，顺利完成毕业设计和论文。在这里一•并向他们表示感谢！最后，再次向各位领导、齐位老师致以崇高的敬意和最衷心的感谢!

参考文献

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附图

g 1舀
!□ 1		< k — > — k

—

k

RS			—		PL				o
									234
|[=1^		PLO	7
		PL1						U	56
			P
									78
4 班		PL2 L 6 PL3 u- 6 P 40 C5 一6 5 4 3 2 — o P35L 5 TO P37 00000000 X1AL2 XIAU GND §3ggZ2S2 S C
									91
2			£	- k 1 2 3 4 丁 6 7

附录二源程序清单：

ORG AJMP ORG AJMP ORG MAIN: MOV MOV MOV MOV MOV SETB SETB SETB SJMP		0000H MAIN 000BH MAIN 3000H SP,#2FH
		B,#5AH	;中断90次
		TOMD,#01H TL0,#()B0H TH0,#3CH TRO ETO EA $ TL0,#0B0H B,LOOP TRO RESET MAIN 2000H TOMD TMOD,#01H PO
RE:	MOV
MOV DJNA CLR LOOP: SETB LJMP ORG SETB MOV CPL MOV MOV MOV INC MOV MOV MOVX RESET
		DPTR,#7F04H	;把地址送到DPTR
		A,#0BH	；送10次循环
		@DPTR,A DPTR A,#40H @ DPTR, A DPTR,#7F()0H

KLO:	ORG	4000H
	MOV	A,#0()H SUBF,A	；向数据输出输入口送0
	MOV
	JNB	TI,KL0
KL1:	CLR	TI
	JNB	PI.O,PK2	；P1.0键是否按下
PKI:	JB	P1.1,KL1
	ACALL	D10MS	;延吋10秒
KL2:	JNB	P1.1,KL2
	ACALL	D10MS
KL3:	JNB	P1.2,KL3
	ACALL	D10MS
KL4:	JNB	P1.0,KL4
KD:	JNB	P1」,KL4
	JNB
		P1.2,KL4
	MOV	A,R4	;取键号
		A,R3 ;是命令键码 ;转向命令键处理
	ADD
	SUBB
	JNC
	MOV	DPTR,#TABL A,#0AH	；字型码表初值送DPT R ；恢复键号
	ADD
	MOVC	A,@A+DPTR	；取字型数据
	MOV	R0,60H	；取显示缓冲区指针
		@R0,A RO	;将字型码入显示缓冲区 ；显示缓冲区地址加1
	MOV
	INC
	CJNE	R0,#60H,KD	；判断是否到最高位
	MOV	60H,#58H	；保存显示缓冲区地址
	MOV	60H,R0
KD1:	ACALL	LED	；调用显示子程序

RET

KL6:

MOV

B,#03

;修止命令键地址转移

;表指针

MUL	AB	;地址表转移指令送
MOV	DPTR,UTB
;DPTR

TABL	LJMP	@A+DPTR	;开放显示器
	DB	CCH,86H,92H,CFH
:
LED:	DB	80H,8FH,E0H,A4H
	SETB	PO
LED1:	MOV	R7,#03	;显示位数送R7
	MOV	A,@RO	；送显示数据
LED2:	MOV	SUBF,A
	JNB	TI,LED2
	CLR	TI
	INC	RO
	DJNZ	R7,LED 1
	CLR	PO

RET

ORG MOVX MOV MOV		5000H @DPTR,#1()()H A,@DPTR P0,DPTR P0,#10H 6000H
LED:	SUBB
AJMP ORG
KE:	MOV	A,#0B6H	;输入控制字
MOVX MOV MOV MOV MOV MOV		@DPTR,A	;方式控制字输入
		DPTR,#7FFEH	；指向计数器
		A,#()D0H	；1MS周期计数值
		@DPTR,A A,#02H
		@DPTR,A A,#()B6H	；315MHZ方波输出
KF:	MOV
MOVX MOV MOV MOV MOV MOV ORG SETB		@DPTR,A DPTR,#7FFFH A,#()E0H @DPTR,A A,#02H
		@DPTR,A 7000H	；315MHZ方波输岀
		P0.7

DL:	MOV	H	R7,#1E
	MOV		R6,DL1
	DJNZ		R7,DL
	CLR		P0.7
	RESET		P0.7

ORG8000H

START: LJMP LJMP NOP

MAIN PG INTO