武漢工程大學(xué)單片機(jī)多路搶答器的課程設(shè)計

1、 電氣信息學(xué)院單片機(jī)技術(shù)課程設(shè)計報告課題名稱 多路搶答器的設(shè)計 專業(yè)班級 10電氣 4班 學(xué) 號 2010500238 學(xué)生姓名 楊 彬 指導(dǎo)教師 易先軍 評 分 2013年6月17日至6月21日課程設(shè)計量化評分標(biāo)準(zhǔn) 指標(biāo)分值評分要素得分方案設(shè)計20方案選擇合理，分析、設(shè)計正確，原理清楚，電路、程序流程圖清晰，結(jié)構(gòu)合理，程序簡潔、正確。  設(shè)計報告20報告結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，邏輯嚴(yán)密，論述層次清晰，語言流暢，表達(dá)準(zhǔn)確，重點(diǎn)突出，報告完全符合規(guī)范化要求，用計算機(jī)打印成文。 調(diào)試與結(jié)果20過程清晰，調(diào)試方案設(shè)計合理，測試點(diǎn)選擇適當(dāng)，程序編寫正確，調(diào)試步驟清楚。電路及程

2、序運(yùn)行結(jié)果正確，達(dá)到預(yù)期效果。 工作態(tài)度20工作量飽滿程度，題目難度；工作態(tài)度，按時完成設(shè)計任務(wù)，是否獨(dú)立完成等。 答辯成績20思路清晰；語言表達(dá)準(zhǔn)確，概念清楚，論點(diǎn)正確；分析歸納合理，結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)；回答問題有理論根據(jù)，基本概念清楚。 總 評 成 績 指導(dǎo)老師評語：答辯記錄1、例舉設(shè)計過程中遇到的問題及其解決方法（至少兩例）。答：（1）問題說明：對于采用獨(dú)立式按鍵設(shè)計還是行列式按鍵設(shè)計有所困擾。 解決方法：行列式鍵盤是采用X*Y型按鍵來實現(xiàn)I/O的擴(kuò)展的，這種按鍵 的排列方式可以有效的提高I/O的利用率。（2）問題說明：Proteus軟件中，從元器件庫中調(diào)出

3、的元件有的不能仿真。 解決方法：Proteus里面又不是器件是沒有仿真模型的，只是個原理圖 符號，故必須選含仿真模型的器件。2、教師現(xiàn)場提的問題記錄在此（不少于2個問題）。（1）Proteus軟件的主要功能是什么？ 答：Proteus軟件可以仿真、分析各種模擬電路與集成電路，軟件提供了大量模擬與數(shù)字元器件及外部設(shè)備，各種虛擬儀器，特別是它具有對單片機(jī)及其外圍電路組成的綜合系統(tǒng)的交互仿真功能。（2） 如果有多個按鍵幾乎同時按下，你是如何來保證最先按下的按鈕搶答成功 的？ 答：可以通過鎖存器達(dá)到目的。當(dāng)有第一個按鍵被按下時，鎖存器將迅速鎖存優(yōu)先搶答者的按鍵狀態(tài)，并能同時禁止其他選手按鍵，使其按鍵操

4、作無效。摘 要 現(xiàn)如今生活娛樂的多元化已是現(xiàn)代的生活方式之一。知識、娛樂比賽更是流行于各行各業(yè)， 而其中又以搶答形式為主。 在搶答過程中，為了知道哪一組或哪一位選手優(yōu)先獲得搶答權(quán)，必須要設(shè)計一個系統(tǒng)來完成這個任務(wù)，避免人的主觀意識判斷錯誤。在搶答中，只靠視覺是很難判斷出哪組先答題。利用單片機(jī)系統(tǒng)來設(shè)計搶答器，使以上問題得以解決，即使兩組的搶答時間相差甚小，也可分辨出哪組優(yōu)先答題。此次設(shè)計使用AT89C51單片機(jī)為核心控制元件,設(shè)計一個簡易的搶答器，與數(shù)碼管、報警器等構(gòu)成八路搶答器，利用了單片機(jī)的延時電路、按鍵復(fù)位電路、時鐘電路、定時/中斷電路等。設(shè)計的搶答器具有實時顯示搶答選手的號碼和搶答時間

5、的特點(diǎn)，而復(fù)位電路，則使其能再開始新的一輪答題和比賽，與此同時還利用匯編語言編程，使其能夠?qū)崿F(xiàn)一些基本的功能。關(guān)鍵詞：AT89C51單片機(jī)； 搶答器； 數(shù)碼管；報警器I目錄1 設(shè)計任務(wù)12 系統(tǒng)硬件設(shè)計12.1總體設(shè)計12.2多路搶答器電路23 系統(tǒng)軟件設(shè)計33.1 總體設(shè)計33.2 關(guān)鍵模塊設(shè)計33.3 功能實現(xiàn)63.4 程序說明64 仿真與性能分析74.1 仿真測試74.2 初始狀態(tài)仿真74.3 搶答開始仿真84.4 搶答成功仿真94.5 搶答違規(guī)仿真94.6 搶答過時仿真104.7 仿真結(jié)果分析115 心得體會11參考文獻(xiàn)12II1 設(shè)計任務(wù)1.設(shè)計目的 在信息化高速發(fā)展的時代，各種娛樂

6、豐富著人們的多姿生活。 智力競賽是一種生動活潑的教學(xué)方式，而搶答就是智力競賽中非常常見的一種答題方式。搶答能引起參賽者和觀眾的極大興趣，并且能在極短的時間內(nèi)，使人們迅速增加一些科學(xué)知識和生活常識。但是，在這類比賽中，對于誰先誰后搶答，在何時搶答，如何計算答題時間等等問題，若是僅憑主持人的主觀判斷，就很容易出現(xiàn)誤判。所以，我們就需要一種具備自動鎖存，置位，清零等功能智能搶答器來解決這些問題。本設(shè)計為八路搶答器，它能準(zhǔn)確、公正、直觀地判斷出第1位搶答者。通過搶答器的指示燈顯示、數(shù)碼顯示和警示蜂鳴等手段指示出第1位搶答者。其制作成本低，線路簡單，選材及制作容易等特點(diǎn)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)先搶答，具有數(shù)字集

7、成電路的鎖存性。2.設(shè)計要求 1.設(shè)計一款6路或以上的搶答器； 2.設(shè)計一個搶答控制開關(guān)（開始搶答后才允許答題者搶答），供主持人用； 3.設(shè)定搶答時間限制，超過時間后，該題作廢； 4.*設(shè)定搶答時間； 5.*數(shù)字LED顯示當(dāng)前答題者號數(shù)； 6.#其他功能（創(chuàng)新部分）如：有犯規(guī)（未按開始鍵就搶答的）時顯示其號碼。2 系統(tǒng)硬件設(shè)計2.1總體設(shè)計 本設(shè)計是采用單片機(jī)設(shè)計的比賽用搶答器系統(tǒng)。它具有電路簡單、功能齊全、制作成本低、性價比高等特點(diǎn)，是一種經(jīng)濟(jì)、實用的比賽用搶答器。硬件部分主要由單片機(jī)、CD4511 譯碼器、LED 顯示器、發(fā)光二極管、聲音報警器、主持人操作鍵盤和其它基本外圍電子電路組成。采

8、用Proteus模擬硬件電路、KEIL軟件進(jìn)行編程相結(jié)合以達(dá)到理論模擬的效果。根據(jù)課程設(shè)計項目要求該系統(tǒng)所需要的器件在Proteus中基本都可以找出來。KEIL編出的程序也能與Proteus結(jié)合。因此該系統(tǒng)可以實現(xiàn)。以AT89C51為核心，連接LED數(shù)碼管，晶振電路，開關(guān)電路組成。其工作原理圖如下所示： 顯示器AT89C51單片機(jī)開關(guān)按鈕 搶答器 晶振和復(fù)位 報警器 圖1 工作原理圖元件功能:RX8 驅(qū)動譯碼單片機(jī)，輸入接單片機(jī)的P口，輸出接數(shù)碼管的七段；三極管驅(qū)動發(fā)光二極管和蜂鳴器。2.2多路搶答器電路圖2 多路搶答器電路圖（1）本次設(shè)計為了方便論述選以8路搶答器來設(shè)計。分別用8個按鈕 18

9、表示；（2）給節(jié)目主持人設(shè)置一個控制開關(guān)，用來控制系統(tǒng)的清零和搶答的開始；（3）搶答器具有優(yōu)先搶答功能，先按按鈕的選手編號能被鎖存和顯示，并有喇叭提示。此外，要封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止；（4）搶答器具有定時搶答的功能，且一次搶答的時間為n秒鐘，從有人搶答開始，用數(shù)碼管倒計時間n、n-1、n-21、0；倒計時到0的時候，喇叭發(fā)出聲響。當(dāng)節(jié)目主持人啟動“開始”鍵后，要求定時器立即進(jìn)行減計時，并用顯示器進(jìn)行顯示，同時喇叭發(fā)出響聲；（5）參賽選手在設(shè)定的時間內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答的時間；（6）如果定時時

10、間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報警并禁止搶答。3 系統(tǒng)軟件設(shè)計3.1 總體設(shè)計 工作原理為：接通電源后，主持人將開關(guān)撥到"清除"狀態(tài)，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，編號顯示器滅燈，定時器顯示設(shè)定時間；主持人將開關(guān)置“開始”狀態(tài)，宣布“開始”搶答，搶答器工作。定時器倒計時，揚(yáng)聲器給出聲響提示，選手在定時時間內(nèi)搶答時，搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號鎖存、編號顯示、揚(yáng)聲器提示。當(dāng)一輪搶答之后，定時器停止、禁止二次搶答、定時器顯示剩余時間。如果再次搶答必須由主持人再次操作"清除"和"開始"狀態(tài)開關(guān)。3.2 關(guān)鍵模塊設(shè)計主持人按下按鍵原理圖：等待定時器

11、開始定時定時器到時 有人按下鍵 無人按下鍵外部中斷并查詢按鈕蜂鳴器響顯示發(fā)光 答題 圖3 開始 初始化是否有開始搶答按鈕按下調(diào)用犯規(guī)程序 N Y 外部中斷服務(wù)程序 圖4 主程序流程圖記錄犯規(guī)搶答號并響聲提示在LED數(shù)碼管上顯示犯規(guī)搶答號 返回 圖5 犯規(guī)搶答程序流程圖 允許搶答并響聲提示 初始化定時器 倒計時并顯示是否有搶答 Y顯示搶答者號和剩余時間 N時間到 N Y停止搶答 圖6 外部中斷服務(wù)程序 定時器賦初值 中斷允許 啟動定時器 返回 圖7 初始化定時器流程圖3.3 功能實現(xiàn)整個原理圖由最小系統(tǒng)，濾波電路，搶答電路，搶答顯示電路，主持人控制電路，以及蜂鳴器控制電路。下面主要介紹功能實現(xiàn)：

12、1. 主持人控制電路，當(dāng)主持人按下“開始”按鍵時，通過軟件啟動定時器。2. 搶答電路，“開始”后，選手可以答題，當(dāng)有人按下?lián)尨鸢存I時，對應(yīng)的 P 口將變?yōu)榈碗娖?，通過程序控制使得對應(yīng)的發(fā)光二極管發(fā)光，并在數(shù)碼管上顯示對應(yīng)的按鍵號碼。3. 如果單片機(jī)內(nèi)部的定時器定時完畢無人搶答，則通過定時器中斷來啟動蜂鳴器響。4. 搶答顯示電路，單片機(jī)通過P口輸出對應(yīng)的低電平控制發(fā)光二極管發(fā)光，以及將按鍵號碼輸?shù)絉X8，通過RX8譯碼給數(shù)碼管，顯示按鍵號碼。3.4 程序說明倒計時程序(搶答倒計時和回答倒計時都跳到改程序)：COUNT: MOV R0,#00H ； 重置定時器中斷次數(shù) MOV TH1,#3CH M

13、OV TL1,#0B0H ； 重置定時器RECOUNT:MOV A,R6 ； R6保存了倒計時的時間,之前先將搶答時間或回答時間給R6 MOV B,#0AH DIV AB ； 除十分出個位/十位 MOV 30H,A ； 十位存于(30H) MOV 31H,B ； 個位存于(31H) MOV R5,30H ； 取十位 MOV R4,31H ； 取個位 MOV A,R6 SUBB A,#07H JNC LARGER ； 大于5s跳到LARGER,小于等于5s會提醒 MOV A,R0 CJNE A,#0AH,FULL ； 1s中0.5s向下運(yùn)行 CLR RING AJMP CHECKFULL: CJ

14、NE A,#14H,CHECK ； 下面是1s的情況,響并顯示號數(shù)并清R0,重新計 SETB RING MOV A,R6 JZ QUIT ； 計時完畢 MOV R0,#00H DEC R6 ； 一秒標(biāo)志減1 AJMP CHECKLARGER: MOV A,R0 CJNE A,#14H,CHECK ； 如果1s向下運(yùn)行,否者跳到查"停/顯示" DEC R6 ； 計時一秒R6自動減1 MOV R0,#00HCHECK: JNB P3.1,QUIT ； 如按下停止鍵退出 ACALL DISPLAY JB OK,ACCOUT ； 如果是搶答倒計時,如是則查詢搶答,否者跳過查詢繼續(xù)倒

15、數(shù) (這里起到鎖搶答作用) AJMP RECOUNTACCOUT:JNB P1.0,TRUE1 JNB P1.1,TRUE2 JNB P1.2,TRUE3 JNB P1.3,TRUE4 JNB P1.4,TRUE5 JNB P1.5,TRUE6 JNB P1.6,TZ3 JNB P1.7,TZ4 AJMP RECOUNTTZ3: JMP TRUE7TZ4: JMP TRUE8 QUIT: CLR OK ； 如果按下了"停止鍵"執(zhí)行的程序 CLR RING AJMP START4 仿真與性能分析4.1 仿真測試由keil軟件編譯生成hex文件，將此文件導(dǎo)入單片機(jī)中，進(jìn)行硬件仿

16、真。4.2 初始狀態(tài)仿真 主持人未按開始按鈕且選手都處于準(zhǔn)備狀態(tài)時。仿真結(jié)果如圖8。 圖8初始狀態(tài)仿真圖4.3 搶答開始仿真主持人按下開始按鈕后，選手們進(jìn)入搶答30秒倒計時。仿真結(jié)果如圖9。 圖9 搶答開始仿真圖4.4 搶答成功仿真 主持人按下開始按鈕后，30秒內(nèi)搶答則為成功搶答。仿真圖為6號選手成功搶答，搶答后進(jìn)入60秒倒計時答題時間。仿真結(jié)果如圖10。 圖10 搶答成功仿真圖4.5 搶答違規(guī)仿真 若在主持人還未按下開始按鈕時，選手就搶答則為搶答犯規(guī)。圖為2號選手在主持人未宣布開始時就搶答，從而造成犯規(guī)。仿真結(jié)果如圖11。 圖11 搶答違規(guī)仿真圖4.6 搶答過時仿真 主持人按下開始按鈕后，開

17、始30秒搶答倒計時，如果在這30秒中無人搶答，此次搶答算作失敗，系統(tǒng)又將恢復(fù)為初始狀態(tài)。仿真結(jié)果如圖12。 圖12 搶答過時仿真圖4.7 仿真結(jié)果分析通過對電路的仿真，可以看出基于AT89C51單片機(jī)控制的搶答器在PROTEUS軟件上可以很好的實現(xiàn)搶答報警、搶答成功顯示、搶答倒計時等一系列功能。當(dāng)仿真開始運(yùn)行時，各個模塊處于初始狀態(tài)。此時顯示器并無狀態(tài)顯示，但此時搶答鍵和蜂鳴器都處于開啟狀態(tài)，若此時有選手按下?lián)尨疰I，則蜂鳴器會發(fā)出報警聲，并且在數(shù)碼管上顯示犯規(guī)的選手的編號。主持人重新按下開始鍵，此時表示搶答正式開始，并且數(shù)碼管顯示30秒倒計時，同時蜂鳴器發(fā)出聲音提醒選手搶答開始了。選手搶答成功

18、，同時也進(jìn)入到倒計時60秒答題時間。從仿真的測試結(jié)果來看，此設(shè)計還是能比較好的實現(xiàn)預(yù)期的目標(biāo)。5 心得體會 通過本次課程設(shè)計使我對Proteus仿真軟件的使用和匯編語言有了更進(jìn)一步的了解和掌握。在最初編寫過程中，我也曾經(jīng)因為實踐經(jīng)驗的缺乏失落過，也曾經(jīng)因仿真成功而心情愉悅。特別是Proteus仿真軟件的使用，一開始因為對軟件不熟悉，要慢慢摸索，后來差不多會了以后，畫仿真圖又浪費(fèi)了我大量的時間，最后在不斷努力中終于把仿真圖畫出來了，最后要把寫好的程序?qū)胄酒Ｆ鋵嵾@也是一大難事，由于對于書本上的很多知識還不能靈活運(yùn)用，尤其是對程序語言的理解和運(yùn)用，不能夠充分理解每個語句的具體含義，導(dǎo)致編程的程序過于復(fù)雜。后來經(jīng)過不懈努力，認(rèn)真分析了原來已有的代碼和應(yīng)有的硬件后，經(jīng)過多次調(diào)試和測試終于成功了。雖說這次課程設(shè)計有點(diǎn)辛苦，但是苦中還是有樂的，而且對于論文的總體構(gòu)思也有了很多經(jīng)驗，相信自己經(jīng)過這一次