四路智力搶答器

1、科信學院課程設計說明書（2012 /2013學年第2學期）課程名稱 ： 單片機課程設計 題 目 ： 四路智力搶答器 專業(yè)班級 ： 10級自動化3班 學生姓名 ： 劉少偉 學 號： 100412328 指導教師 ： 王靜爽 苗靜利 韓昱 設計周數 ： 2周 設計成績 ： 2013年 6月 27 日目    錄第一節(jié) 課程設計目的21.1 概述21.2 設計要求2第二節(jié) 四路搶答器設計正文22.1 總體設計22.1.1 搶答器的工作原理22.1.2 搶答器的總體設計32.2 硬件電路詳細設計32.2.180c51芯片32.2.2 芯片的選擇62.2.3 復位電路的設計

2、62.2.4 晶振電路的設計72.2.5 數碼顯示電路的設計82.2.6 報警電路的設計82.2.7 總電路的設計92.2.8 PCB版圖的繪制92.3 軟件詳細設計102.3.1 主程序的設計102.3.2 顯示子程序的設計102.3.3 定時器T0、T1中斷服務程序的設計112.3.4 搶答處理程序的設計112.3.5 總程序11第三節(jié) 實驗結果及結論12第四節(jié) 參考文獻13第一節(jié) 課程設計目的1.1概述單片機原理及應用課程設計是學生綜合運用所學知識，全面掌握單片微型計算機及其接口的工作原理、編程和使用方法的重要實踐環(huán)節(jié)。通過獨立或協(xié)作提出并論證設計方案，進行軟、硬件調試，最后獲得正確的運

3、行結果，可以加深和鞏固對理論教學和實驗教學內容的掌握，進一步建立計算機應用系統(tǒng)整體概念，初步掌握單片機軟、硬件開發(fā)方法，為以后進行實際單片機軟、硬件應用開發(fā)奠定良好的基礎。課程設計的主要內容：根據單片機原理及應用課程的要求，主要進行兩個方面的設計，即單片機最小系統(tǒng)和接口技術應用設計。其中，單片機最小系統(tǒng)主要要求學生熟悉單片機的內部結構和引腳功能、引腳的使用、復位電路、時鐘電路、4個并行接口和一個串行接口的實際應用，從而可構成最小應用系統(tǒng)，并編程進行簡單使用。接口技術應用設計主要要求學生能綜合運用單片機、存儲器、常用接口芯片構成單片機應用系統(tǒng)，有針對性地進行軟、硬件設計與開發(fā)。1.2設計要求：1

4、、設置4個搶答臺和四個搶答成功指示燈，1個比賽主持人開始按鍵和1個搶答指示燈以及1個LED顯示器。2、采用中斷和查詢結合的方法確定按鍵動作。3、主持人按下“開始”鍵后，若有人搶答，則對應選手的指示燈點亮，并用7段LED顯示搶答者的號碼（1-4），同時蜂鳴器發(fā)出3聲間隔一秒的警告音；若9秒內無人搶答，則發(fā)出超時報警聲，此題作廢，主持人可按下“開始”鍵開始下一題的搶答。第二節(jié) 四路搶答器設計正文2.1 總體設計2.1.1 搶答器的工作原理搶答器的工作原理是利用單片機的定時器T0、T1中斷完成,其余狀態(tài)循環(huán)調用顯示子程序,用2個共陰極LED數碼管來顯示，用P2.0、P2.1、P2.2、P2.3口作為

5、CD4511譯碼器的數據輸入口，P1.0、P1.1、P1.2、P1.3口接4個選手按鍵，提供選手搶答，P1.4、P1.5、P1.6、P1.7 接四個發(fā)光二極管作為搶答成功指示燈；P0.0接蜂鳴器，超時報警，和提示搶答。2.1.2 搶答器的總體設計倒計時方案方面利用MCS-51的內部的定時/計時器進行中斷計時，配合軟件延時實現倒計時。該方案節(jié)省硬件成本，并且能夠在定時器/計數器的使用、中斷及程序設計方案方面得到鍛煉與提高，顯示方面采用穿行傳輸實現動態(tài)顯示，該方案的硬件連接簡單，但動態(tài)掃描的顯示方式需占用CPU較多的時間，適用于單片機沒有太多實時測控的任務場合。搶答功能：通過四路按鍵配合程序來實現

6、搶答功能。當主持人按下搶答鍵開始搶答后，此時任一路按下按鈕均閉鎖其它各路，由程序對鍵盤譯碼并顯示最先按下搶答鍵的選手號。并亮起主持人臺和對應選手臺上的搶答成功指示燈。搶答限時：主持人按下搶答鍵后，設置9秒為搶答時間。若9秒內無人搶答，倒計時為0時發(fā)出報警，說明該搶答題目作廢。此時閉鎖所有搶答按鍵，只有當主持人再次按下搶答鍵開始下一次搶答方可搶答。2.2 硬件電路詳細設計2.2.1 80C52芯片80C52系列中，用CHMOS工藝制造的單片機都采用雙列直插式（DIP）40腳封裝，引腳信號完全相同。1、為一般控制應用的 8 位單片機2、晶片內部具有時鐘振蕩器（傳統(tǒng)最高工作頻率可至 33MHz）3、

7、內部程式存儲器（ROM）為 8KB4、內部數據存儲器（RAM）為 256B5、外部程序存儲器可擴充至 64KB6、外部數據存儲器可擴充至 64KB7、32 條雙向輸入輸出線，且每條均可以單獨做 I/O 的控制8、5 個中斷向量源9、3 組獨立的 16 位定時器10、1 個全雙工串行通信端口5時鐘電路80C52單片機內有一個高增益反相放大器，其頻率范圍為1.2MHz12MHz，XTAL1和XTAL2分別為放大器的輸入端和輸出端。時鐘可以由內部方式或外部方式產生。80C52內部方式時鐘電路如圖2-10（a）所示。在XTAL1和XTAL2引腳上外接定時元件，就能構成自激振蕩電路。定時元件通常采用石英

8、晶體和電容組成的并聯諧振電路。電容器C1和C2主要起頻率微調作用，電容值可選取為30pF左右（外接晶體時）或40pF左右（外接陶瓷諧振器時）。80C52外部方式時鐘電路如圖2-10（b）所示。XTAL1接外部振蕩器，XTAL2懸空。對外部振蕩信號無特殊要求，只要保證脈沖寬度，一般采用頻率低于12Hz的信號。2.2.2 芯片的選擇搶答器電路的核心是89C52單片機，其內部帶有8KB的FLASH ROM，無需外擴程序存儲器；搶答器沒有大量的運算和暫存數據現有的256B篇內RAM已經能滿足容量需求，故不需外擴片外RAM，系統(tǒng)配有2個8段數碼顯示管共用一個CD4511驅動，管采用共陰數碼管，作為選手號

9、的顯示輸出。2.2.3 復位電路的設計復位電路的設計如圖2-1所示：圖2-1 復位電路原理圖該復位電路采用上電自動復位和手動復位兩種復位方式，圖中右側引腳接到單片機的復位引腳。要實現復位只需在，52系列單片機的RESET引腳上加上5ms的高電平就可以了。上電復位是利用電容的充電來實現的，即上電瞬間RESET端的電位與Vcc相同，隨著電容上儲能增加，電容電壓也逐漸增大，充電電流減小，RESET端的電位。這樣就會建立一個脈沖電壓，調節(jié)電容與電阻的大小可對脈沖的持續(xù)時間進行調節(jié)。通常若采用12MHz的晶振時，復位元件參數為22F的電解電容和10k的電阻。按鈕復位電路是通過按下復位按鈕時，電源對RES

10、ET端維持兩個機器周期的高電平實現復位的。2.2.4 晶振電路的設計圖2-2 晶振電路原理圖MSC-52單片機的定時控制功能是用時鐘電路和振蕩器完成的，而根據硬件電路的不同，連接方式分為內部時鐘方式和外部時鐘方式。本設計中采用內部時鐘方式。單片機內部有一個反相放大器，XTAL1、XTAL2分別為反相放大器的輸入端和輸出端，外接定時反饋元件組成振蕩器（內部時鐘方式），產生時鐘送至單片機內部各元件。時鐘頻率越高，單片機控制器的控制節(jié)拍就越快，運算速度也就越快。一般來說單片機內部有一個帶反饋的線性反相放大器，外界晶振（或接陶瓷振蕩器）和電容就可組成振蕩器，如圖2-2所示。加電以后延時一段時間（約10

11、ms）振蕩器產生時鐘，不受軟件控制，圖中Y1為晶振，震蕩產生的時鐘頻率主要由Y1確定。電容C1，C2的作用有兩個：一是幫助振蕩器起振，二是對振蕩器的頻率起微調作用，典型值為30pF。2.2.5 數碼顯示電路的設計圖2.3 數碼顯示管電路圖數碼顯示管用來作為9秒倒計時顯示和選手號，兩個共陰極數碼管共用一個CD4511驅動，每個數碼管有一個位選端分別接P3.2、P3.3口。P2.0、P2.1、P2.2、P2.3作為CD4511數據輸入端。2.2.6 報警電路的設計圖2.4報警電路圖使用蜂鳴器作為報警電路, NPN三極管的基極通過電阻與單片機的P0.0引腳連接，再用330的上拉電阻接電源，三極管的集

12、電極接電源，發(fā)射極接蜂鳴器的正極。當P0.0輸出低電平時蜂鳴器響。2.2.7 總電路的設計圖2.5 總電路原理圖2.2.8 PCB板的制作畫好原理圖檢查無誤后，畫PCB版圖，本設計由于電路連接比較簡單，接線較少，所以用明線直接連接，不用制版，畫出PCB版圖的目的是便于插板時的布局和鏈接。2.3 軟件詳細設計2.3.1 主程序的設計此程序的及時采用定時器T0和T1中斷完成，其余狀態(tài)循環(huán)調用顯示子程序。系統(tǒng)主程序流程圖如圖3-1所示。 圖2-3-1 系統(tǒng)主程序流程圖2.3.2 顯示子程序的設計2.3.3 定時器T0、T1中斷服務程序的設計定時器T0用于復位程序，當給RST口加10ms的復

13、位信號時，單片機復位。定時器T1用于計時程序，當主持人按下開始搶答按鈕9秒內無人搶答時，蜂鳴器發(fā)出報警信號。2.3.4 搶答處理程序的設計當有選手第一個按下搶答器按扭時數碼管顯示選手號碼，同時選手指示燈點亮，蜂鳴器發(fā)出三聲間隔1秒的警告，并鎖定搶答。當在此選手之后再有選手按下按扭時無效，數碼管不變。12132.3.5 四路搶答器程序#include<reg51.h>#define uchar unsigned charunsigned char code table=0x03,0x9f,0x25,0x0d, 0x99,0x49,0x41,0x1f, 0x01,0x09,0x11,0

14、xc1, 0x63,0x85,0x61,0x71;uchar key;uchar num,time_num;void delay(uchar i)uchar j,k; for(j=i;j>0;j-) for(k=125;k>0;k-);void bee()WR=0;delay(255);delay(255);WR=1;key_scan()uchar temp;temp=P1;temp=temp&0xf0;if(temp!=0xf0) delay(10); if(temp!=0xf0) switch(temp) case 0xe0: key=1; break; case 0x

15、d0: key=2; break; case 0xb0: key=3; break; case 0x70: key=4; break; return key;void time_scan()if(time_num>=20)num+;time_num=0;P0=0xfb;P2=tablenum/10;delay(5);P0=0xf7;P2=tablenum%10;delay(5);while(num>=60)P0=0;P2=0xfd;void main()EX0=1;IT0=1; key=0;num=0;time_num=0;TMOD=0x01;TH0=(65536-50000)/2

16、56;TL0=(65536-50000)%256;EA=1;ET0=1;TR0=1;while(1)key_scan();time_scan();if(key!=0)bee();while(key!=0) P0=0; P2=tablekey;void EX0() interrupt 0key=0;num=0;time_num=0;void time0() interrupt 1TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;time_num+;2.3.5 四路搶答器仿真圖第三節(jié) 試驗結果及結論（實驗心得）回顧兩周的課程設計，使我深深體會到動手的重要性，即

17、使有再好的理論基礎沒有實踐都是空話。周一至周二繪制原理圖，然后編程，雖然說大二的時候有過一次課程設計，但是需要用到的知識點和需要注意的細節(jié)問題也不一樣。這次最重要的我覺得是編程，這是這次課設的心臟部分。單片機連接好，然后調試，調試并不是一帆風順的， 最終也沒找出問題，這算是這次實習的唯一遺憾了。在這幾天中，體會到了團結協(xié)作的重要性和樂趣，有什么問題很想法拿出來一起探討與分享，將會有更好的答案，活躍了一個人的思維，豐富了我們的頭腦，學會去接受別人，肯定別人，同樣也得到了別人的尊重與肯定，除了討論之外，還需積極獨立思考，唯獨通過自己的獨立思考，才能解決相關問題，才能提高對專業(yè)知識的熟悉程度，以后才能學會用，同樣這也是我該努力的兩個方向。