八路競賽搶答器的設(shè)計(jì)與制作講解

1、VV 單片機(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì)報(bào)告題 目： 八路競賽搶答器的設(shè)計(jì)與制作專 業(yè)：_通信工程_年 級(jí)：2011級(jí)_學(xué) 號(hào)：1110618019_學(xué)生姓名：_劉文青_聯(lián)系電話指導(dǎo)老師：_王輝_完成日期：2014年5月25日I隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和普及，各種各樣的競賽越來越多，其中搶答器的作 用也越來越重要。本設(shè)計(jì)是以 STC89C5 單片機(jī)為核心的八路搶答器，以搶答為 出發(fā)點(diǎn)，采用了數(shù)字顯示器直接指示，自動(dòng)鎖存顯示結(jié)果，并自動(dòng)復(fù)位的設(shè)計(jì) 思想，它能根據(jù)不同的搶答輸入信號(hào)，經(jīng)過單片機(jī)的控制處理并產(chǎn)生不同的與輸 入信號(hào)相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)，最后通過 LED 數(shù)碼管顯示相應(yīng)的路數(shù)，充分

2、利用了 單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、功能強(qiáng)大、可靠性好、實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：單片機(jī)；搶答器；LED 數(shù)碼管ABSTRACTWith the developme nt and popularizati on of scie nee and tech no logy, all kinds ofcompetition is increasing, the role of the buzzer is becoming more and more importa nt.This desig n is based on STC89C52 si ngle-chip microcomputer as the co

3、re ofeight-way responder, vies to answer first as a starting point, the digital display direct instructi ons, automatic latch display results, and the idea of the desig n of the automaticreset it can accord ing to differe nt vies to an swer first the in put sig nal, through sin glechip microcomputer

4、 con trol process ing and gen erate differe nt corresp onding to thein put sig nal is output sig nals, fin ally through the LED digital tube display the corresponding way, make full use of the sin gle chip microcomputer system structure is simple,powerful functions, the characteristics of good relia

5、bility and stro ng practicability.Key Words： single-chip microcomputer;eight-way responder;LED digital tube摘要. IABSTRACT. I1 設(shè)計(jì)要求及方案選擇 . 1II1.1設(shè)計(jì)要求. 11.2方案選擇. 12理論分析與設(shè)計(jì). 32.1總體電路的分析及設(shè)計(jì). 32.2 STC89C52RC 單片機(jī)的介紹 . 32.6復(fù)位電路的分析及設(shè)計(jì). 52.7顯示電路的分析及設(shè)計(jì) . 52.8報(bào)警電路的分析及設(shè)計(jì) . 51時(shí)鐘電路的分析及設(shè)計(jì). 63電路設(shè)計(jì). 73.1硬件電路的設(shè)計(jì). 73.2

6、軟件的設(shè)計(jì). 84 系統(tǒng)測試. 9調(diào)試所用的基本儀器清單 . 9調(diào)試結(jié)果. 10測試結(jié)果分析. 105 總結(jié). 10參考文獻(xiàn). 11附錄一元件清單. 12附錄二八路搶答器 PCB 原理圖. 13附錄三八路搶答器 C 程序. 1411 設(shè)計(jì)要求及方案選擇1.1 設(shè)計(jì)要求（1） 搶答器同時(shí)供 8 名選手或 8 個(gè)代表隊(duì)比賽，分別用 8 個(gè)按鈕 S（ S7 表示。（2） 設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān) S,該開關(guān)由主持人控制。（3） 搶答器具有定時(shí)搶答功能，且一次搶答的時(shí)間由主持人設(shè)定（如 30 秒）。當(dāng)主持人啟動(dòng)“開始”鍵后，定時(shí)器進(jìn)行減計(jì)時(shí)，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出短暫的 聲響，聲響持續(xù)的時(shí)間 0.5 秒

7、左右。（4） 參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效，定時(shí)器停止工作，顯 示器上顯示選手的編號(hào)和搶答的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。（5） 如果定時(shí)時(shí)間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報(bào)警并禁止搶答，定時(shí)顯示器上顯示 00。1.2 方案選擇 方案一：基于 74 系列集成芯片的八路數(shù)字搶答器設(shè)計(jì)圖 1 方案一原理框圖如圖 1 所示，利用（1）基本功能：74 系列集成芯片設(shè)計(jì)數(shù)字搶答器，使其完成以下功能：搶答器同時(shí)供 8 名選手或 8 個(gè)代表隊(duì)比賽，分別用 8 個(gè)按鈕 S0 S7 表示。設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān) S,該開關(guān)由主持人控制。搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動(dòng)按鈕，鎖存

8、相應(yīng)的編號(hào)，揚(yáng)聲器 發(fā)出聲響提示，并在 DPY_7-SEGb 段數(shù)碼管上顯示選手號(hào)碼。選手搶答實(shí)行優(yōu)先 鎖存，2優(yōu)先搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。（2）擴(kuò)展功能：搶答器具有定時(shí)搶答功能，且一次搶答的時(shí)間由主持人設(shè)定（如30 秒）。當(dāng)主持人啟動(dòng)開始鍵后，定時(shí)器進(jìn)行減計(jì)時(shí)。參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答， 搶答有效，定時(shí)器停止工作，顯示器 上顯示選手的編號(hào)和搶答的時(shí)間， 并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。 在這段（3） 如果定時(shí)時(shí)間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報(bào)警并禁止搶答，定時(shí)顯示器上顯示 00。方案 2:基于單片機(jī)的八路競賽搶答器設(shè)計(jì)圖 2 方案二系統(tǒng)原理框圖如圖 2 所示，

9、利用單片機(jī)系統(tǒng)來設(shè)計(jì)搶答器，以 STC89C5 洋片機(jī)作為主控 核心，與數(shù)碼管、蜂鳴器等構(gòu)成八路搶答器，利用了單片機(jī)的延時(shí)電路、按鍵復(fù) 位電路、時(shí)鐘電路、定時(shí)/中斷等電路，在搶答器系統(tǒng)中，設(shè)有八個(gè)搶答組，可 任意使用。并且具有倒計(jì)時(shí)和時(shí)間設(shè)置報(bào)警功能。設(shè)計(jì)的八路搶答器具有倒計(jì)時(shí) 和實(shí)時(shí)顯示搶答選手的號(hào)碼的特點(diǎn)，還有復(fù)位電路，使其再開始新的一輪的答題 和比賽。并且從硬件和軟件兩方面分別闡述該控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，并通過運(yùn)行和調(diào)試使該系統(tǒng)達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)要求， 具有反應(yīng)快、功能強(qiáng)和便于調(diào)試修改的的優(yōu) 點(diǎn)。通過對(duì)比這兩種方案，考慮到成本、性能、操作的簡易程度等方面問題，最 終確定選擇方案 2 進(jìn)行設(shè)計(jì)制作

10、32 理論分析與設(shè)計(jì)2.1 總體電路的分析及設(shè)計(jì)搶答器的總體電路原理如圖 3 所示，工作原理為：電源電路為單片機(jī)提供標(biāo)準(zhǔn)+5V 電源；單片機(jī)作為主控制器，根據(jù)輸入信號(hào)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行響應(yīng)的控制；選手按下響 應(yīng)的按鍵后，提交輸入信號(hào)給系統(tǒng)；數(shù)碼管顯示最先按下按鍵的選手的編號(hào)，直到主持人清零；主持人按下清零按鍵，數(shù)碼管清零，系統(tǒng)重新開始進(jìn)行搶答。STC89C52RC 單片機(jī)的介紹在單片機(jī) STC 89C52R 中,有 256KB 勺片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和 8KB 勺片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，因此在組建單片機(jī)的最小應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)， 不需要在單片機(jī)的外部擴(kuò)展片外存儲(chǔ)器。單片機(jī) STC 89C52R 中有四個(gè) 8 位的并行 I/

11、O 接口：PO、 P1、 P2、 P3o 這四個(gè) 接J?l4a5EHS56JD176. .0 0丄f-出戈4 4 百7 7了心1 1眾左. .4 4注1313 I Ii i I I L L L L i ii i i ii ia ai i一一i i wiwi二wj左主wi $T T T T、PPPPPPPP-PPPPPPPPSXGPPPPPPPP-PPPPPPPPSXG畑叫聊現(xiàn)血血現(xiàn)加FojEAFojEAL L砸壯M.M.嗆吃D1D2D3jfiD4TyTyD64口，既可以作輸入，也可以作輸出，既可以按 8 位處理，也可以按位處理。P0 口也可以作數(shù)據(jù)/地址線使用，在本次課程設(shè)計(jì)中，P0 乍數(shù)據(jù)線

12、使用，向鎖存器5輸出 8 位的字段碼。P2 口也可以作地址線使用，在本次實(shí)驗(yàn)中， P2 口作位選碼輸出端。P1 口中選三個(gè)端口作按鍵輸入端。(T2)P1 4 匚.240 VCC(T2 EX)P1 J 239 P0T0 (ADO)P1,2 338p P0.1 (AD1)P1 .3 437 P0.2 (AD2)PI .1 536 P0.3 (AD3)PI.5 匚635 POM (ADDpre 匚734 P0.5 (AD5)PI .7 匚833 P0.6 (ADO)RST 匚932 P0.7 (AD7)(RXD)P3.0 匚1 031 EA/VPP(TXD)P3.1 匚1 130 ALE/PROG(

13、INTO)P3.2 匚1 229 PSEN(INTI)P3.3 匚1 328h P2.7 (Al 5)(TO) P3.1 匚1 427 P2.6 (AM)(T1)P3.5 匚1 526 P2.5 (A1 3)(WR)P3.6 匚1 625 P2.4 (A 12)(RD)P3.7 匚1 724 P2.3 (A1 1)XTAL2 匚 1 823 P2.2 (A10)XTAL1 匚 1 g22 P2.1 (A9)GND 匚2021 P2.0 (A8J圖 4 STC 89C52RC 封裝圖單片機(jī)控制線介紹：RST 上電復(fù)位端，當(dāng)單片機(jī)振蕩工作時(shí)，在該引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電 平，單片機(jī)就可實(shí)現(xiàn)復(fù)位

14、操作，使單片機(jī)回到初始狀態(tài)。XTAL1 XTAL2 外接晶振引腳。/EA:片外程序存儲(chǔ)器選用端，低電平有效。本次實(shí)驗(yàn)中不需要擴(kuò)張存儲(chǔ)器，因 此，在電路中此端口接高電平。/PSEN 片外程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端，低電平有效。本次試驗(yàn)中無片外程 序存儲(chǔ)器，故此功能不需要，此端口接高電平或懸空。ALE 地址鎖存信號(hào)輸出端。本試驗(yàn)中沒有用到 16 位地址線，故此端口懸空處理 VCC電源端，接+5V 電源正端。GND 接地端，接+5V 電源地端。6復(fù)位電路的分析及設(shè)計(jì)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)如圖 5 所示，復(fù)位操作完成單片機(jī)片內(nèi)電路的初始化， 由 S1 按鍵控制，使單片機(jī)從一種確定的狀態(tài)開始運(yùn)行。顯示電路的分析

15、及設(shè)計(jì)顯示電路用了一個(gè)一位一體數(shù)碼管和一個(gè)兩位一體的數(shù)碼管，它們是共陰極的，由高電平點(diǎn)亮?？梢灾苯咏邮?STC89C52 單片機(jī)傳送的信號(hào)。我們要使其顯 示數(shù)字，就必須對(duì)其接收的信號(hào)進(jìn)行處理。 選手按下按鍵后，先由程序選擇數(shù)碼 管將要顯示的內(nèi)容，再將處理后的信號(hào)提交給數(shù)碼管，以完成顯示特定信息的功圖 6 顯示電路報(bào)警電路的分析及設(shè)計(jì)7采用普通 5V 成品小蜂鳴器。利用程序來控制單片機(jī)某個(gè)口線的“高”電平8或低電平，則在該口線上就能產(chǎn)生一定頻率的矩形波， 接上喇叭就能發(fā)出一定頻 率的聲音，若再利用延時(shí)程序控制“高”“低”電平的持續(xù)時(shí)間， 就能改變輸出 頻率，從而改變音調(diào)，使喇叭發(fā)出不同的聲音。時(shí)

16、鐘電路的分析及設(shè)計(jì)在引腳 XTAL1 和 XTAL2 外接晶體振蕩器（簡稱晶振）或陶瓷諧振器，就構(gòu)成 了內(nèi)部振蕩方式。由于單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，當(dāng)外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器，并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖。晶振通常選用 6MHz 12MHz 或 24MHz 內(nèi)部振蕩方式如圖 8 所示。圖中電容器 C1,C2 起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用。 電容值一般為 5-30pF。內(nèi)部振蕩方式所得的時(shí)鐘信號(hào)比較穩(wěn)定，實(shí)用電路中使 用較多。93 電路設(shè)計(jì)3.1 硬件電路的設(shè)計(jì)圖 9 八路競賽搶答器原理圖如圖 9 所示采用單片機(jī) STC89C52 乍為控制芯片，單片機(jī)的 P0 口外接一個(gè)兩 位一體的共陰數(shù)

17、碼管，用來顯示 30s 的倒計(jì)時(shí)顯示。并在 P3 口上并接開關(guān)按鍵，按鍵另一端接地。在程序編程上采用查詢，查詢P3 口 P3.0 到 P3.7 的八個(gè)端口呈低電平，即查詢是哪個(gè)選手先按鍵，然后將選手號(hào)碼的字節(jié)數(shù)據(jù)送至串行口并 在 P1口外接的數(shù)碼管上顯現(xiàn)出來。蜂鳴器是利用三極管處于開關(guān)狀態(tài)是的導(dǎo)通與截止工作， 在三極管導(dǎo)通時(shí)蜂 鳴器工作，三極管截止時(shí)蜂鳴器不工作。三極管采用 8550 PNP 型基極接于 P2.4 口置其低電平時(shí)三極管導(dǎo)通，置其高電平時(shí)三極管截止。數(shù)碼管采用共陰極七段顯示，其內(nèi)部發(fā)光二極管為共陰極接低電平，當(dāng)對(duì)應(yīng)發(fā)光二極管一端為高電平時(shí)發(fā)光二極管點(diǎn)亮，顯示的數(shù)字或字符由送入的字

18、節(jié)數(shù)據(jù)控制，電路中有一個(gè)一位一體數(shù)碼管和一個(gè)兩位一體的數(shù)碼管，一位數(shù)碼管用 來10顯示搶答時(shí)，搶答的組數(shù)，兩位一體的數(shù)碼管用來顯示 30s 倒計(jì)時(shí)顯示。搶答 組數(shù)由P3 口的按鍵控制，通過是否按下按鍵來辨別是哪一組搶答， 并在搶答時(shí)， 倒計(jì)時(shí)停在當(dāng)前值。30s 倒計(jì)時(shí)顯示，則由開始鍵按下后，開始計(jì)時(shí)，若在規(guī)定 時(shí)間內(nèi)無人搶答，最后數(shù)碼管顯示 00 并且蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲。3.2 軟件的設(shè)計(jì)3.2.1 主程序流程圖圖 10 主程序流程圖整個(gè)搶答過程首先由主持人按下 start 鍵，蜂鳴器發(fā)出 0.5s 的報(bào)警，系統(tǒng)開 始 30s的倒計(jì)時(shí)，進(jìn)入搶答狀態(tài)，選手開始搶答。如果有選手進(jìn)行搶答，倒計(jì)時(shí) 停止

19、于當(dāng)前狀態(tài)，數(shù)碼管顯示第一個(gè)搶答選手的編號(hào)，直到主持人按下復(fù)位鍵準(zhǔn)11備開始進(jìn)行新一輪的搶答；如果沒有人搶答，倒計(jì)時(shí)30s 正常進(jìn)行，結(jié)束后蜂鳴器一直報(bào)警，直到主持人按下復(fù)位鍵，蜂鳴器停止報(bào)警，系統(tǒng)回到初始狀態(tài)，然 后進(jìn)行下一輪的搶答，即重復(fù)以上過程。3.3.2 中斷程序流程圖中斷是指由于某種隨機(jī)事件的發(fā)生，計(jì)算機(jī)暫?，F(xiàn)行的程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行另一 程序以處理發(fā)生的事件，處理完畢后又自動(dòng)返回原來的程序繼續(xù)運(yùn)行。 在此設(shè)計(jì) 中，定時(shí)器 0 中斷發(fā)生時(shí)，判斷 1 秒時(shí)間是否達(dá)到，如果到 1 秒，倒計(jì)時(shí)減少 1 秒, 數(shù)碼管顯示減 1 秒后的秒值；如果 1 秒時(shí)間沒有達(dá)到，數(shù)碼管顯示當(dāng)前秒值，然后 中斷返

20、回，繼續(xù)執(zhí)行原來的程序。124 系統(tǒng)測試4.1 調(diào)試所用的基本儀器清單數(shù)字萬用表、5v-12v 電源、杜邦線和單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板等。4.2 調(diào)試結(jié)果在接通電源后，按下開始鍵，蜂鳴器會(huì)發(fā)出 0.5s 時(shí)間的報(bào)警，倒計(jì)時(shí)開始 計(jì)時(shí)，起始時(shí)間 30s，逐秒減一。如果在 30s 之內(nèi)有人搶答，則倒計(jì)時(shí)停在當(dāng)前 位置，單位數(shù)碼管上面顯示首個(gè)搶答者編號(hào)。 若在規(guī)定時(shí)間內(nèi)無人搶答，倒計(jì)時(shí) 結(jié)束后，時(shí)間會(huì)停在“ 00”，并且蜂鳴器開始一直報(bào)警，直到主持人按下復(fù)位鍵。 在開始前和倒計(jì)時(shí)結(jié)束后，搶答均無效，單位數(shù)碼管上仍舊顯示“0”。4.3 測試結(jié)果分析存在的問題是在按下開始鍵后，蜂鳴器報(bào)警的響度不夠，可能是連接三極管

21、 出現(xiàn)了問題，或者三極管的規(guī)格達(dá)不到以致沒有足夠的電流驅(qū)動(dòng)報(bào)警電路。 另外, 在按鍵按下時(shí)，數(shù)碼管顯示的數(shù)字會(huì)出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象， 這可能是由于所編寫的程序 有一定的缺陷所造成的?？傮w來說，經(jīng)過測試，本次設(shè)計(jì)基本達(dá)到要求。5 總結(jié)經(jīng)過近一個(gè)月的努力，在老師和小組同學(xué)的討論和幫助下，我成功地完成了 八路搶答器的設(shè)計(jì)，通過此次課程設(shè)計(jì)，我重新認(rèn)識(shí)到了對(duì)書本上的知識(shí)要獨(dú)立 運(yùn)用的道理。在搶答器設(shè)計(jì)過程中，發(fā)現(xiàn)了很多細(xì)節(jié)性的問題，也出現(xiàn)了很多錯(cuò) 誤，其中主要是程序的問題，比如在主持人未按下開始鍵時(shí)，選手就可以搶答， 經(jīng)過和同學(xué)們研究、商討后，確定是因?yàn)槌绦驔]有完成鎖存的問題；再比如蜂鳴 器不能報(bào)警的問題，起

22、初以為是程序的問題，但經(jīng)過多次的修改一直沒能解決， 于是回過頭去檢查硬件及電路，最后發(fā)現(xiàn)實(shí)物三極管與電腦軟件中的三極管封裝 不同，管腳的位置是錯(cuò)位的，最后通過扭轉(zhuǎn)管腳終于實(shí)現(xiàn)了報(bào)警電路的功能。由此看出，在做課程設(shè)計(jì)時(shí)一定要注意每一個(gè)細(xì)節(jié)， 不能想當(dāng)然的自以為是。另外, 出現(xiàn)的最嚴(yán)重的問題是，我們小組成員都忽略了搶答器的關(guān)鍵性問題， 就是搶答。 這個(gè)隱藏在課題題目中的問題我們竟然沒有發(fā)現(xiàn)，只是按照給出的要求完成了相13應(yīng)的功能，經(jīng)過老師的指導(dǎo)，又進(jìn)行程序的修改，縮短了延時(shí)，最后取得了成功。 我在這一次搶答器的設(shè)計(jì)過程中， 很是受益匪淺。經(jīng)過不斷的發(fā)現(xiàn)問題，解決問 題，不僅提高了自己的能力，也使自

23、己鞏固了學(xué)過的知識(shí)，夯實(shí)了基礎(chǔ)，培養(yǎng)了 我運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。 這為自己今后進(jìn)一步深化學(xué)習(xí)，積累了一 定寶貴的經(jīng)驗(yàn)。參考文獻(xiàn)邊春遠(yuǎn).51 單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)實(shí)用子程序M.北京：人民郵電出版社，2005李光飛.單片機(jī)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)M.北京：北京航天航空大學(xué)出版社，2004李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2002胡偉.單片機(jī) C 程序設(shè)計(jì)及應(yīng)用實(shí)例M.北京：人民郵電出版社，2003馮育長單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)M.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，20076郭培源.電子電路及電子器件M.北京：高等教育出版社.,200314附錄一元件清單元件名稱規(guī)格數(shù)量STC89C52-1

24、74LS245-1排阻A102G1蜂鳴器有源1晶振11.0592MHZ1電解電容10pF1瓷片電容30pF2按鍵開關(guān)-10三極管S85501電阻1K1電阻10K1數(shù)碼管兩位一體1數(shù)碼管一位一體115附錄二八路搶答器 PCB 原理圖16附錄三八路搶答器 C 程序#in clude#in clude#defi ne uc un sig ned char#defi ne ut un sig ned intsbit we1=P2A0; /數(shù)碼管顯示位sbit we2=P2A1；/數(shù)碼管顯示位sbit beep=P2A3; 報(bào)警位sbit start=P2A2; / 開始位uc aa,nu m1,key

25、 ,num;uc code table1=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f;uc code table2=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f;void display(uc );uc keysca n();void ini t();void delay(uc );void ma in() 主函數(shù) ini t();while(1) if(num 仁=30)num=0;if(start=0) beep=0;delay(500);beep=1;17num 仁 30;num=