51單片機(jī)的四路電子搶答器設(shè)計(jì)

1、1設(shè)計(jì)要求與功能1.1設(shè)計(jì)基本要求2硬件設(shè)計(jì)2.1控制系統(tǒng)及所需兀件2.2搶答器顯示模塊 2.3電源方案的選擇2.4搶答器鍵盤的選擇2.5蜂鳴器模塊2.6外部振蕩電路3程序設(shè)計(jì)3.1程序流程圖3.2系統(tǒng)的調(diào)試3.3焊接的問題及解決4總結(jié)附錄C程序目錄.4.591011設(shè)計(jì)要求與功能1.1設(shè)計(jì)基本要求(1) 搶答器同時(shí)供4名選手或4個(gè)代表隊(duì)比賽使用，分別用 4個(gè)按鈕K1K4表示。(2) 設(shè)置裁判開關(guān)k5和清零開關(guān)k6，該開關(guān)由主持人控制，當(dāng)主持人按下k6,系統(tǒng)復(fù)位，預(yù)備搶答，當(dāng)主持人按下總控制控制開關(guān)k5,開始搶答；(3) 搶答器具有定時(shí)搶答功能，搶答時(shí)間為倒計(jì)時(shí)15秒。當(dāng)主持人啟動“開 始”鍵

2、后，定時(shí)器進(jìn)行減計(jì)時(shí)，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出短暫的提示聲響，聲響持續(xù)的時(shí)間0.5秒左右，當(dāng)計(jì)時(shí)小于5秒后，每減少一秒，便報(bào)警一次以提示選手。(4) 搶答器具有鎖存功能，參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答， 搶答有效， 蜂鳴器發(fā)聲，計(jì)時(shí)停止，數(shù)碼管上顯示選手的編號和時(shí)間， 選手相應(yīng)的信號燈被 點(diǎn)亮，其他選手再搶答時(shí)無效。(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。 等待下一輪搶答。硬件設(shè)計(jì)2.1控制系統(tǒng)及所需元件控制系統(tǒng)主要由單片機(jī)應(yīng)用電路、 存儲器接口電路、顯示接口電路組成。其 中單片機(jī)STC89C5是系統(tǒng)工作的核心，它主要負(fù)責(zé)控制各個(gè)部分協(xié)調(diào)工作。該系統(tǒng)的核心器件是 STC89

3、C52各口功能:是數(shù)碼管的位選口；是數(shù)碼管的段選口，為其傳送段選信號；是4組搶答信號的輸入口；所需元件：P 2.0-P2.7P 0.0-P0.3P1.0-P1.3復(fù)位功能鍵;LED發(fā)光二極管、按鍵電路及揚(yáng)聲由于其功能的實(shí)現(xiàn)主要是通過軟件P1.4、P1.5由裁判控制,分別是搶答開始P1.6為蜂鳴器的控制口；P3.4-P3.7為選手信號燈輸出口；在其外圍接上電復(fù)位電路、數(shù)碼管電路、 器電路。電子搶答器用單片機(jī)來設(shè)計(jì)制作完成的，編程來完成的，所以采用單片機(jī) STC89C52它是一個(gè)低電壓，高性能 CMOS位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和512 bytes的隨機(jī)

4、存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM,器件采用ATME公司的高密度、非易失性存儲技 術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲 單元，功能強(qiáng)大的STC89C5洋片機(jī)可為您提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場合。下圖為其I/O 口引腳圖:szslEifap汩屯聲EdPIJPl 4R1.5Pl.6 Pl .7囚JfPTTl)們OtTALlP.CTAllfigRJ10K.AT靜dYTALlJfTAL2R5T(ADOJPO.O lADlJPC.l lAE2)P0.； UD3P0J (Amjpo.* AD訶 (ADJJPO.6 ALljPdJ(ABJK.O fAJQ冋 (AIIJPI.J

5、VU2 回 H tAl3)K.5VCCMTO (EXDJPJ.O CTKDjPkl AXE PROCn3 PQIIm3_5571 審 ft alT JlkexSTC89C52管腳圖2.2.搶答器顯示模塊顯示模塊分為數(shù)碼管模塊和LED信號燈模塊分別采用四位一體共陰極數(shù)碼管和四個(gè)發(fā)光二極管,體積小，功耗低，故障率低，程序編譯容易，資源占用較少。（見圖1,圖2）470 LtoT dToT 47047047 470VCCt470470470470D2 嚴(yán)EDP3.O pAP3-2pa.32.3電源方案的選擇系統(tǒng)需要5V電源來驅(qū)動單片機(jī)STC89C52利用電腦的USB接口可以提供5V電壓來驅(qū)動單片機(jī)。2

6、.4搶答器鍵盤的選擇鍵盤是單片機(jī)不可缺少的輸入設(shè)備， 是實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話的紐帶。鍵盤按結(jié)構(gòu)形 式可以分為非編碼鍵盤和編碼鍵盤， 前者用軟件方法產(chǎn)生鍵碼，而后者則用硬件 方法來產(chǎn)生鍵碼。在單片機(jī)中使用的都是非編碼鍵盤，因?yàn)榉蔷幋a鍵盤結(jié)構(gòu)簡單， 成本低廉，非編碼鍵盤的類型很多，常用的有獨(dú)立式鍵盤，行列式鍵盤等。 本設(shè)計(jì)采用獨(dú)立式鍵盤。鍵盤接口中使用多少根I/O線，鍵盤中就有幾個(gè)按鍵，鍵盤接口使用了6根I/O 口線，該鍵盤就有6個(gè)按鍵，這種類型的鍵盤，其按鍵比較少，且鍵盤中 各按鍵的工作互不干擾。因此可以根據(jù)實(shí)際需要對鍵盤中的按鍵靈活的編碼。如圖所示。最簡單的編碼方式就是根據(jù)I/O輸入口所直接反映的相應(yīng)

7、按鍵，按下的狀態(tài) 進(jìn)行編碼，稱按鍵直接狀態(tài)碼，對于這樣編碼的獨(dú)立式鍵盤，CPU可以通過直接讀取I/O 口的狀態(tài)來獲取按鍵的直接狀態(tài)編碼值，根據(jù)這個(gè)值直接進(jìn)行按鍵識 別，這樣形式的鍵盤結(jié)構(gòu)簡單，按鍵識別容易。獨(dú)立式鍵盤的缺點(diǎn)是需要占用比較多的I/O 口線，當(dāng)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)鍵盤中 需要的按鍵比較少或I/O 口線比較富余時(shí)，可以采用這樣類型的鍵盤。其模塊電路圖如圖4所示。采用六個(gè)BUTTONS鈕作為搶答的選擇按鈕，與STC89C52勺 P1.0-P 1.5 相連。1 1尹K5行K6GND0圖4鍵盤模塊2.5蜂鳴器模塊蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器， 采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計(jì) 算機(jī)、打印機(jī)、

8、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機(jī)、定時(shí)器等 電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件，其圖形如圖所示.2.6外部振蕩電路外部振蕩電路單片機(jī)必須在 AT89C52的驅(qū)動下才能工作.在單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè) 時(shí)鐘振蕩電路，只需要外接一個(gè)振蕩源就能產(chǎn)生一定的時(shí)鐘信號送到單片機(jī)內(nèi)部 的各個(gè)單元，外部振蕩電路見圖所示。30pF程序設(shè)計(jì)3.1程序流程圖:搶答器主程序流程圖主程序鍵盤掃描流程圖我們組所設(shè)計(jì)的搶答器的程序采用的是 C程序設(shè)計(jì)，C語言的顯著特點(diǎn)是用二進(jìn)制來編寫程序，程序的各個(gè)部分除了必要的信息交流外彼此之間相互獨(dú)立。這種結(jié)構(gòu)化方式可使程序?qū)哟吻逦?，便于使用、維護(hù)以及調(diào)試。C語言是以函數(shù) 形式提供給用戶的，這

9、些函數(shù)可方便的調(diào)用，并具有多種循環(huán)、條件語句控制程序 流向,從而使程序完全結(jié)構(gòu)化。雖然 C語言也是強(qiáng)類型語言，但它的語法比較靈活，允許程序編寫者有較大的自由度。本次設(shè)計(jì)的主程序中包括時(shí)鐘設(shè)計(jì)程序, 定時(shí)器中斷子程序，LED顯示程序以及按鍵控制子程序，具體程序見附件。3.2系統(tǒng)的調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試包括硬件調(diào)試和軟件調(diào)試，而且兩者是密不可分的。我們設(shè)計(jì)好的 硬件電路和軟件程序，只有經(jīng)過聯(lián)合調(diào)試，才能驗(yàn)證其正確性；軟硬件的配人情 況以及是否達(dá)到設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，也只有經(jīng)過調(diào)試，才能發(fā)現(xiàn)問題并加以解決、 完善，最終開發(fā)成實(shí)用產(chǎn)品。硬件調(diào)試分單元電路調(diào)試和聯(lián)機(jī)調(diào)試，單元電路試驗(yàn)在硬件電路設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)進(jìn)行，這里的調(diào)

10、試只是將其制成印刷電路板后試驗(yàn)電路是否正確，并排除一些加 工工藝性錯(cuò)誤（如錯(cuò)線、開路、短路等）。這種調(diào)試可單獨(dú)模擬進(jìn)行，也可通過 開發(fā)裝置由軟件配合進(jìn)行。硬件聯(lián)機(jī)調(diào)試則必須在系統(tǒng)軟件的配合下進(jìn)行。軟件調(diào)試一般包括分塊調(diào)試和聯(lián)機(jī)調(diào)試兩個(gè)階段。程序的分塊調(diào)試一般在單 片機(jī)開發(fā)裝置上進(jìn)行，可根據(jù)所調(diào)程序功能塊的入口參量初值編制一個(gè)特殊的程序段，并連同被調(diào)程序功能塊一起在開發(fā)裝置上運(yùn)行；也可配合對應(yīng)硬件電路單獨(dú)運(yùn)行某程序功能塊，然后檢查是否正確，如果執(zhí)行結(jié)果與預(yù)想的不一致，可以 通過單步運(yùn)行或設(shè)置斷點(diǎn)的方法，查出原因并加以改正，直到運(yùn)行結(jié)果正確為止。這時(shí)該程序功能塊已調(diào)試完畢，可去掉附加程序段。其它程

11、序功能塊可按此法 進(jìn)行調(diào)試。程序聯(lián)機(jī)調(diào)試就是將已調(diào)試好的各程序功能塊按總體結(jié)構(gòu)聯(lián)成一個(gè)完 整程序，在所研制的硬件電路上運(yùn)行。從而試驗(yàn)程序整體運(yùn)行的完整性、正確性 和與硬件電路的配合情況。在聯(lián)調(diào)中可能會有某些支路上的程序、功能塊因受條 件制約而得不到相應(yīng)的輸入?yún)?shù)， 這時(shí)，調(diào)試人員應(yīng)創(chuàng)造條件進(jìn)行模擬調(diào)試。 在 聯(lián)調(diào)中如發(fā)現(xiàn)硬件問題也應(yīng)及時(shí)修正，直到單片機(jī)系統(tǒng)的軟件、硬件全部調(diào)試成 功為止。系統(tǒng)調(diào)試完成后，還要進(jìn)行一段時(shí)間的試運(yùn)行，從而檢驗(yàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性 和抗干擾能力，驗(yàn)證系統(tǒng)功能是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，是否達(dá)到預(yù)期的效果。3.3焊接的問題及解決一般來說，造成硬件問題的首要問題就是焊接了， 也就是說焊接的

12、好與壞直 接響產(chǎn)品的正常運(yùn)行。造成焊接質(zhì)量不高的常見原因是：焊錫用量過多，形成焊 點(diǎn)的錫堆積；焊錫過少，不足以包裹焊點(diǎn)。冷焊。焊接時(shí)烙鐵溫度過低或加熱 時(shí)間不足,焊錫未完全熔化、浸潤、焊錫表面不光亮（不光滑）,有細(xì)小裂紋（如同 豆腐渣一樣!） 0夾松香焊接，焊錫與元器件或印刷板之間夾雜著一層松香，造成 電連接不良。若夾雜加熱不足的松香，則焊點(diǎn)下有一層黃褐色松香膜；若加熱溫 度太高，則焊點(diǎn)下有一層碳化松香的黑色膜。對于有加熱不足的松香膜的情況 可以用烙鐵進(jìn)行補(bǔ)焊。對于已形成黑膜的，則要吃凈焊錫,清潔被焊元器件或印 刷板表面,重新進(jìn)行焊接才行。焊錫連橋。指焊錫量過多，造成元器件的焊點(diǎn)之間短路。這在

13、對超小元器件及細(xì)小印刷電路板進(jìn)行焊接時(shí)要尤為注意。焊劑過 量,焊點(diǎn)明圍松香殘?jiān)芏?。?dāng)少量松香殘留時(shí)，可以用電烙鐵再輕輕加熱一下， 讓松香揮發(fā)掉，也可以用蘸有無水酒精的棉球，擦去多余的松香或焊劑。焊點(diǎn)表面的焊錫形成尖銳的突尖。這多是由于加熱溫度不足或焊劑過少，以及烙鐵離開焊點(diǎn)時(shí)角度不當(dāng)浩成的內(nèi)。經(jīng)過近半個(gè)月的努力，在我們合作下，我們較好的完成了這次設(shè)計(jì)項(xiàng)目，通 過此次電子制作比賽，我們重新認(rèn)識到了自學(xué)的重要性，以及學(xué)以致用的道理。 我們在圖書館和網(wǎng)上查閱了大量的資料，同時(shí)也認(rèn)識到了圖書館的重要作用。 通過此次的搶答器的設(shè)計(jì)，讓我們更加重視到專業(yè)知識的重要性及動手能力的 必要性，在整個(gè)制作過程中

14、，我們出現(xiàn)很多問題，但我們并沒有因此而放棄， 在不斷調(diào)試和失敗中，我們不僅學(xué)到了專業(yè)知識，更是磨煉了我們的心智，讓 我們受益匪淺。任何事情只要去做，多多去嘗試，努力的要以自己去做為前提 的心態(tài)，那么任何事情即使做的不好，也會受益很多，不是有句話叫做：心態(tài) 決定的成敗的話嗎，實(shí)在是有理。無論做什么事情都不可能一帆風(fēng)順，碰到阻 礙不要舍棄，不要踟躕不前，不經(jīng)歷風(fēng)雨，怎么見彩虹！在今后的學(xué)習(xí)過程中，應(yīng)該多到圖書館看一些專業(yè)方面的書籍，比如P rotel畫圖，Proteus仿真軟件，以豐富自己的知識，掌握更多的硬件與軟件設(shè)計(jì)技巧, 使我們在今后的制作中提高效率。這次設(shè)計(jì)任務(wù)也使我們加深了對單片機(jī)及接口

15、技術(shù)的理解和應(yīng)用，由于知識水平的局限，設(shè)計(jì)中可能會存在著一些不足，我們 真誠的接受老師和同學(xué)的批評和指正附錄(C程序)#in clude#defi ne uchar un sig ned char#defi ne uint un sig ned intUchar code table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;/共陰數(shù)碼管0-9編碼uint i,j,time ,num;uchar ge,shi;bit flag,flag1;sbit k1= P1AO;sbit k2=PIMbit k3=卩1八2;sbit k4=P 13

16、;sbit k5=P1M;sbit k6=卩1八5;/k1k4為選手按鍵,k5為主持人開關(guān),k6為復(fù)位鍵sbit beep=P 1八6;/定義蜂鳴器的端口定義數(shù)碼管的位選端口定義LED燈的端口sbit wei1= PO 0;sbit wei2=P0 八1;sbit wei3=PO 2;sbit wei4=P0 八3;/sbit led仁 P3M;sbit Ied2=卩3八5;sbit Ied3=P3A6;sbit Ied4=卩3八7;/void delay(ui nt a)/延時(shí)函數(shù)uint i,j;for(i=a;i0;i-)for(j=110;j0;j-);void disp lay()/

17、 顯示函數(shù)shi=time/10;ge=time%10;P 2=table num;/ 顯示選手編號 wei1=0;delay(1);wei1=1;P2=tableshi;wei3=0;顯示時(shí)間delay(1); / wei3=1;P2=tablege;wei4=0;delay(1); wei4=1; void keysca n()if(k1=0)/ 按鍵按下delay(10);/ 延時(shí)去抖動if(k1=0)num=1;led1=0;flag=1;TR0=TR0;TR1=0;/開定時(shí)器 0,關(guān)定時(shí)器 1beep=1;delay(500);beep=0;/蜂鳴器響 500 毫秒while(!k1

18、);/等待按鍵釋放if(k2=0)delay(10);if(k2=0)nu m=2;led2=0;flag=1;TR0=TR0;TR1=0; bee p=1;delay(500);bee p=0;while(!k2);if(k3=0)delay(10);if(k3=0)nu m=3;led3=0;flag=1;TR0=TR0;TR1=0;bee p=1;delay(500);bee p=0; while(!k3);if(k4=0)delay(10);if(k4=0) num=4;led4=0;flag=1;TR0=TR0;TR1=0; bee p=1;delay(500);bee p=0;wh

19、ile(!k4);dis playO;/顯示選手編號和時(shí)間if(time=0)TR0=0;TR1=0;if(time=6)TR1=1; void ini t()TMOD=0x11;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;TH1=(65536-50000)/256;TL1=(65536-50000)%256;EA=1;ET0=1;ET1=1;bee p=0;/作品上蜂鳴器是賦咼電平響，開始置低關(guān)閉 void mai n()初始化in it();/ while(1)dis playO;if(k6=0) delay(10); if(k6=0) 關(guān)閉所有

20、LED燈P 3=0xff;/ flag仁k6; time=15; wei1=0;num=O;P2=table nu m;while(!flag1)if(k5=0)delay(10);if(k5=0) flag1=1;flag=k5; TR0=1;bee p=1;delay(500);bee p=0; while(!k5);掃描鍵盤while(!flag) keysca n();/void time0() interrupt 1TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;i+;if(i=20)i=0;time-;void time1() interru

21、pt 3TH1=(65536-50000)/256;TL1=(65536-50000)%256;j+;if(j=1O)j=O;bee p=-bee p;搶答器 用獨(dú)立鍵盤設(shè)計(jì)一個(gè)四路搶答器，要求第一個(gè)按鍵按下的燈亮，以后 按下的燈就不亮了，按下復(fù)位鍵從新開始搶答；（共用5個(gè)按鍵，四個(gè)搶答用,一個(gè)復(fù)位用）#in clude#defi ne uchar un sig ned char#defi ne uint un sig ned int uint i,j,time ,num; uchar ge,shi;bit flag,flag1;sbit k仁P MO;sbit k2=PIM;sbit k3=P1A2;sbit k4=P1A3;sbit k5=PIM; /k1 , k2, k3, k4為選手搶答按鍵，按下時(shí)亮燈。k5為復(fù)位鍵, 按下時(shí)燈全部熄滅。sbit led仁 Pao；sbit led2=Pl;sbit Ied3=