八路電子搶答器課程設計

1、湖南工程學院課 程 設 計課程名稱單片機原理與應用課題名稱電子搶答器的設計專 業(yè)班 級學號姓名指導教師年 月日湖南工程學院課程設計任務書課程名稱單片機原理與應用課 題電子搶答器設計專業(yè)班級 學生姓名 學號指導老師審批任務書下達日期年 月 日設計內容與設計要求設計內容：以單片機為核心，設計一個 8位競賽搶答器：同時供 8 名選手或8個代表隊比賽，分別用8個按鈕S0S7表示。設置一個系統(tǒng)清除和搶答控制開關 S,開關由主持人控 制。搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按按鈕，鎖存相應 的編號，并在優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng) 清除為止。搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間由 主持人設定（

2、如30秒）。當主持人啟動“開始”鍵后，定時 器進行減計時，同時揚聲器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)的時 間為0.5s左右。參賽選手在設定的時間內進行搶答，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，并保持 到主持人將系統(tǒng)清除為止。如果定時時間已到，無人搶答， 本次搶答無效，系統(tǒng)報警并禁止搶答，定時顯示器上顯示00。 設計要求：1）確定系統(tǒng)設計方案；2）進行系統(tǒng)的硬件設計；3）完成必要的參數計算與元器件選擇；4）完成應用程序設計；5）進行軟硬件調試；7主要設計條件1單片機開發(fā)板2 PC機3 PROTE醺件4 PROTEU歆件說明書格式1 .封面2 .課程設計任務書3 .目錄4 .系

3、統(tǒng)總體方案設計5 .系統(tǒng)硬件設計6 .軟件設計（包括流程圖）7 .系統(tǒng)的安裝調試說明8、總結9、參考文獻10、附錄11、課程設計成績評分表。進度安排設計時間為兩周第一周星期一、上午：布置課題任務，講課及課題介紹 下午：借閱有關資料，總體方案討論星期二、確定總體設計方案星期三、硬件模塊方案設計星期四、軟件模塊方案設計星期五、各硬件模塊設計第二周星期一、各硬件模塊設計星期二、各軟件模塊設計星期三、各軟件模塊設計星期四、寫說明書星期五、上午：寫說明書，整理資料下午：交設計資料，答辯參考文獻1、王迎旭.單片機原理及及應用.北京：機械工業(yè)出版 社,2012.2、李建忠.單片機原理及應用.西安：西安電子科

4、技大學 出版社,20023、高峰.單片微型計算機原理與接口技術.北京：電子工 業(yè)出版社,2003.4、鄒逢興.單片機應用新技術教程.北京：高等教育出 版社,20085、朱宇光.16位微型計算機原理接口及其應用.北京：電 子工業(yè)出版社，6、陳海宴主編.51單片機原理及應用一基于Keil C與 Proteus.北京：北京航空航天大學出版社，2010.目錄第1章課題概述 61.1 課題的設計要求61.2 課程設計的目的和意義 6第2章總體設計方案 72.1 總體思路 72.3 總體設計框圖 72.4 系統(tǒng)工作原理 8第3章系統(tǒng)的硬件設計 93.1 單片機的選擇 93.2 LED顯示器 103.3 時

5、鐘電路設計 113.4 復位電路設計 12第4章系統(tǒng)軟件設計 134.1 系統(tǒng)軟件設計方案 134.2 系統(tǒng)應用程序設計 134.2.1 主程序設計 134.2.2 1秒定時子程序設計 144.2.3 中斷服務程序 154.2.4 字形碼的定義 16第5章仿真與調試 17第6章總結與體會 20第7章參考文獻 21第8章附錄 228.1 總機硬件設計原理圖 228.2 源程序清單 23第 1 章 課題概述1.1 課題的設計要求以單片機為核心，設計一個8 位競賽搶答器：同時供 8 名選手或8 個代表隊比賽，分別用8個按鈕S0S7表示。設置一個系統(tǒng)清除和搶答控制開關 S,開關由主持人控制。搶答器具有

6、鎖存與顯示功能。即選手按按鈕，鎖存相應的編號，并在優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間由主持人設定（如30 秒） 。當主持人啟動“開始”鍵后，定時器進行減計時，同時揚聲器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)的時間為0.5s左右。參賽選手在設定的時間內進行搶答，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，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報警并禁止搶答，定時顯示器上顯示00。1.2 課題的設計目的和意義在許多比賽活動中，為了準確、公正、直觀地判斷出第一搶答者，通常設置一臺搶答器，通過數顯、燈光及

7、音響等多種手段指示出第一搶答者。該系統(tǒng)設計就是針對上述各種要求設計出的供8 名選手參賽使用的電子搶答器。 而且可以通過本次的課程設計我們可以學到關于單片機在實際生活中的設計應用，也可以深入地學習到單片機的編程。第 2 章 總體設計方案2.1 總體思路該電路的根本任務是準確的判斷出第一搶答者的信號和搶答的剩余時間并將其鎖存。而目前使用的小型搶答器基本上采用小規(guī)模數字集成電路設計，其功能比較單一，使用起來也不夠理想。但在各種知識、智力競賽中，電子搶答器又是必不可少的設備之一。因此研制開發(fā)一個更先進、更實用的電子搶答器顯得很重要。本次的課程設計就是為此而做。因此選用單片機技術為核心的設計方法設計一款

8、數字搶答器，其技術、 功能等方面都能滿足現行的各種知識、智力競賽的要求。2.2 總體設計框圖2.1 總體設計框圖2.3 系統(tǒng)工作原理系統(tǒng)主要以單片機為核心，設計了開始、復位功能模塊，搶答功能模塊，倒計時顯示模塊和系統(tǒng)報警模塊。八名選手，意味著是八路輸入的數字搶答器。用AT89C51的單片機的P1 口連接系統(tǒng)八位選手的搶答開關， 而控制輸入信號從P3口輸入，分別都是外接了上拉電阻的按鈕構成。蜂 鳴器只需要接到P3.2止，通過其電平輸出驅動蜂鳴器發(fā)聲， 達到報警的效 果。工作原理軟件的實現通過對各個按鈕的掃描，實現搶答的功能，由于掃描時間相當小，所以可以很精確得判斷出那一位選手最先搶答成功和準確地

9、判斷出那一位選手搶答失敗而導致犯規(guī)，并顯示。在倒計時顯示中，我使用了單片機的串行通信，到事先存好的字形碼傳送到顯示上來，用的是查表方式。倒計時還要一個秒單位的脈沖計時，系統(tǒng)使用了單片機內部硬件定時器，實現延時一秒的功能，使得倒計時以秒為單位準確地計時。8第3章系統(tǒng)硬件設計3.1 單片機的選擇AT89C51是美國ATMEL公司生產的低電壓、高性能 CMOS8位單 片機。AT89C51芯片不僅包括 CPU、RAM、ROM、定時器、用行口、I/O 接口等主要功能部件之外，還有驅動器、鎖存器、指令寄存器、地址寄存 器等輔助部分。CPU是單片機最核心的部分，是單片機的大腦和心臟， 主要完成運算和控制功能

10、。RAM用于存放變化的數據，其地址空間為256 個RAM單元，但其中能作為數據存儲器供用戶使用的僅有前面128個，后128個被專用寄存器占用。ROM用于存放程序和固定不變的常數等等。 通常采用只讀存儲器，且具有多種類型，在 89系列單片機中全部采用閃 存、定時/計數器用于實現定時和計數功能。 AT89C51共有四個8位的并 行I/O 口，每個口都有一個鎖存器和1個驅動器組成。并行I/O 口主要用 于實現與外部設備中數據的并航輸入輸出，有些I/O 口還有其他功能。AT89C51有1個UART全雙工異步用行口，用于實現單片機和其他具有 相應接口的設備之間的異步串行數據傳送。 AT89C51采用40

11、Pin封裝的雙 列直接DIP結構。40個引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的 時鐘線兩根，4組8位共32個I/O 口，中斷口線與P3 口線復用。RSTr9EN Ale口口必PDPD足演旺 p 口 3/n.ra p飛離g PO切血05 尸口 101nfldb PO飛誨gF2 w/ePJ. I/WRW.NAi 口 W3皿1P2.'A12 段二點夫P2.B-A1lF3學值心界TH C P臺 1/TWF3 JXlFiTTP3>I/TD P3.之EDP-3.7/iRO22圖 3.1 AT89C513.2 LED 顯示器LED顯示器是由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件。由圖可知它由8個發(fā)光

12、二極管構成，通過不同的組合可用來顯示 09、AF及小數點”.”等 字符。圖中DP表示小數點，COM!示公共端。數碼管通常有共陰極和共 陽極兩種型號。共陰數管的發(fā)光二極管陰極必須接低電平，當某一發(fā)光二極管的陽極連到高電平時，此發(fā)光二極管點亮；共陽極數碼管的發(fā)光二極管是陽極并接到高電平，須點亮的發(fā)光二極管陰極接低電平即可。顯然， 要顯示某字形就應使此字形的相應字段點亮，實際就是送一個用不同電平組合代表的數據到數碼管。LED 顯示器的驅動是一個非常重要得問題，顯示電路由LED 顯示器、段驅動電路和位驅動電路組成。由于單片機的并行口不能直接驅動LED顯示器，所以必須采用專用的驅動電路芯片，使之產生足夠

13、大的電流，顯 示器才能正常工作。如果驅動電路能力差，即負載能力不夠，顯示器亮度 不夠，而且驅動電路長期在超負荷下工作容易損壞。LED 顯示器顯示控制方式有兩種：靜態(tài)和動態(tài)。本設計方案選擇的是動態(tài)控制方式。由于一 位數據的顯示是由段碼和位碼信號共同配合完成的，因此， 要同時考慮段和位的驅動能力，而且段的驅動能力決定位的驅動能力。圖 3.2 顯示器共陽極與共陰極3.3 時鐘電路的設計單片機工作的時間基準是由時鐘電路提供的。在單片機的XTAL1 和XTAL2 兩個管腳，接一只晶振及兩只電容就構成了單片機的時鐘電路。電路中，電容器C1 和 C2 對振蕩頻率有微調作用，通常?。?0± 10）

14、pF。石英晶體選擇12MHz。如圖3.33.3 時鐘電路設計原理圖3.4 復位電路的設計單片機的RST 管腳為主機提供了一個外部復位信號輸入端口。復位信號是高電平有效，高電平有效的持續(xù)時間為2個機器周期以上。單片機的復位方式由上電自動復位和手動復位兩種。電阻電容器件的參考值R=1K 歐、C3=10uF。如圖 3.43.4 復位電路設計第4章系統(tǒng)軟件設計4.1 系統(tǒng)軟件設計方案系統(tǒng)軟件設計方案的確定可以把系統(tǒng)軟件按照其功能分為6的模塊,每個獨立的模塊在通過聯系程序聯系成一個完整的系統(tǒng)程序。系統(tǒng)的6的功能模塊分別是：(1) 主程序模塊(2) 數碼管顯示模塊(3) 按鍵掃描輸入模塊(4) 1秒的定時

15、硬中斷模塊(5) LED燈輸出顯示模塊(6) 蜂鳴器報警輸出模塊受理序模塊* 按鍵掃描模塊 1秒定時模塊* 時燈顯示模塊,蜂鳴器報警模塊圖4.1電子搶答器軟件設計模塊4.2 系統(tǒng)應用程序設計4.3 2. 1主程序的設計AT89C-51系列單片機復位后，系統(tǒng)一啟動，就顯示 00,這就是系統(tǒng) 的初始狀態(tài)。此時等待復位鍵的輸入信號，一直處于掃描P3.1的輸入電平。 然后等待開始信號的輸入，同時掃描所有選手的輸入信號，檢查是否發(fā)生 犯規(guī)。若開始鍵按下，則進行搶答過程，主要是掃描各選手的輸入信號。先產生輸入信號的選手搶答成功，轉到顯示模塊。主程序流程圖如圖4.2Si-. 初始化圖4.2主程序流程圖4.

16、2. 2 1秒定時子程序的設計1S定時有硬件定時和軟件定時兩種，由于軟件定時浪費 CPU勺資源, 在很多的地方都不才用。相比之下，硬件定時他不浪費 CP3源，且定時 準確，使用方便，因此得到了廣泛的使用。由于定時器定時初值較小，所以需擴展定時時間。使用寄存器 R2, 設定R2=2Q通過20個50ms為1S的方法來實現定時。圖4.3是硬件定時的 使用流程圖。本系統(tǒng)要顯示倒計時間，所以在1S定時子程序的中斷服務程序中加 如了修改倒計值的指令，從而實現計數的變化開始J洽定時舞送初值，唱手力主HT希Ry-：tU.儲政惻計他RET1圖4.3 1秒定時程序流程圖4.2.3中斷服務程序圖4.4中斷服務程序流

17、程圖4. 2. 4字形碼的定義由于系統(tǒng)LED 顯示器使用的是共陰極的顯示器，而顯示器不能直接識別十進制和別的進制，他這樣根據給定的字行碼進行顯示，有了十進制對應的字行碼，就能實現十進制數通過編譯然后在LED 顯示器上顯示，準確無誤。字行碼程序清單如下：ORG 10000HTAB：DAT1:DB 00h,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,1FHDAT2:DB 3fh,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,73H第5章仿真與調試1、主持人按下搶答開始鍵之前，搶答選手若按下搶答鍵，視為違規(guī)，顯示其號碼，同時報警，

18、仿真電路如圖5.1：圖 5.1 顯示違規(guī)組號2、當主持人按下搶答開始鍵后，進入30秒搶答倒計時，顯示仿真電路如圖 5.2：5.2 開始搶答并倒計時3、主持人按下搶答開始鍵，若有選手進行搶答，顯示其號碼和剩余槍彈時間，顯示仿真電路如圖5.3：圖 5.3 顯示搶答選手號碼和搶答剩余時間4、主持人可以調整搶答時間，仿真電路如圖5.4：5.4 調整搶答時間第6章總結與體會經過將近二周的單片機課程設計，終于完成了八路搶答器的設計，具 中有著許多苦悶也有著許多實驗成功的喜悅。我們的課題并不是很難，在圖書管里也有很多資料可查。平時的學習只是理論性的，很難理解，而且 很難知道自己有沒有掌握。在兩周的時間里充分

19、的把學過的東西拿來回味 拿來用。不但了解了那些已經掌握，那些還不知道在設計的同時復習了掌 握的知識，還在此基礎上把知識擴開學到了更廣的內容。同時還學習掌握 了以前沒學好的知識?，F在我感受到課程設計的收獲是很大的， 它不但使 我對單片機的知識有了一個整體的認識，使知識形成了一個連貫的體系， 原來在課堂上學到的原理知識， 感覺空洞了些，但是在這里實踐了兩周之 后才發(fā)現，原來這些器件還可以實現這么多的功能。而且隨著課程設計的 深入，我們對單片機及其擴展有了更深刻的認識。雖然在設計過程中我遇到了很多困難，但還是收獲良多。設計不僅是 對前面所學知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。 在設計的 過

20、程中，遇到了很多的問題，有一些知識都已經不太清楚了，但是通過一 些資料又重新的溫習了 一下數字電路部分的內容。在這次設計中也使我們的同學關系更進一步了，同學之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商 量，聽聽不同的看法我們更好的理解知識， 所以在這里非常感謝幫助我的 同學。在此要感謝我的指導老師，感謝老師給我這樣的機會鍛煉。在整個設 計過程中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨立工作的能力，樹立了對自己 工作能力的信心，相信會對今后的學習工作生活有非常重要的影響。 而且 大大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中的探索的艱難和 成功的喜悅。雖然這個項目還不是很完善，但是在設計過程中所學到的東 西

21、是這次設計的最大收獲和財富，使我終身受益。我也將繼續(xù)努力，不斷 完善和充實自己。第7章參考文獻1、 王迎旭 . 單片機原理及及應用. 北京： 機械工業(yè)出版社,2012.2、李建忠. 單片機原理及應用. 西安 : 西安電子科技大學出版社 ,20023、 高峰 . 單片微型計算機原理與接口技術. 北京： 電子工業(yè)出版社 ,2003.4、鄒逢興. 單片機應用新技術教程. 北京： 高等教育出版社 ,20085、朱宇光.16 位微型計算機原理接口及其應用.北京： 電子工業(yè)出版社 ,6、陳海宴主編. 51單片機原理及應用 基于 Keil C 與 Proteus.北京：北京航空航天大學出版社，2010.21

22、第 8 章 附錄8.1 總機硬件設計原理圖8.1 總機硬件設計原理圖8.2 源程序清單; 搶答開始標志位;響鈴標志位; 搶答按鍵口數據存放地址OK EQU 20HRING EQU 22HDATOA EQU 36HORG 0000HAJMP MAINORG 0003HAJMP INT0SUB22ORG 000BHAJMP T0INTORG 0013HORG 001BHAJMP T1INTORG 0040HMAIN: MOV R1,#30MOV TMOD,#11HMOV TH0,#0F0HMOV TL0,#0FFHMOV TH1,#3CHMOV TL1,#0B0HSETB EASETB ET0SE

23、TB ET1SETB EX0SETB EX1CLR OKCLR RINGSETB TR1SETB TR0START: MOV DATOA,#0FFHMOV R5,#00HMOV R4,#00HMOV R3,#00HACALL DISPLAYJNB P3.3 ,INT0SUB; 初設搶答時間為30s;設置未定時器/模式1;越高發(fā)聲頻率越高,越尖;50ms為一次溢出中斷;允許四個中斷,T0/T1/INT0/INT1; 查詢程序JNB P3.4,TZ1; 倒計時調整23JB P3.0,NEXTACALL DELAYJB P3.0,NEXT; 去抖動,如果"開始鍵"按下就向下執(zhí)行

24、,否者跳到非法搶答查詢SETB EX0;開放 INT0ACALL BARK; 按鍵發(fā)聲MOV A,R1MOV R6,A;送R1->R6,因為R1中保存了搶答時間36SETB OKMOV R3,#0AH; 搶答只顯示計時,滅號數AJMP COUNT; 進入倒計時程序," 查詢有效搶答的程序 "在 COUNT 里面NEXT:JNB P1.0,FALSE1JNB P1.1,FALSE2JNB P1.2,FALSE3JNB P1.3,FALSE4JNB P1.4,FALSE5JNB P1.5,FALSE6JNB P1.6,TZ1JNB P1.7,TZ2AJMP STARTTZ

25、1:JMP FALSE7TZ2:JMP FALSE8; 非法搶答處理程序FALSE1: ACALL BARK; 按鍵發(fā)聲MOV R3,#01HAJMP ERRORFALSE2: ACALL BARKMOV R3,#02HAJMP ERRORFALSE3: ACALL BARKMOV R3,#03HAJMP ERRORFALSE4: ACALL BARKMOV R3,#04HAJMP ERRORFALSE5: ACALL BARKMOV R3,#05HAJMP ERRORFALSE6: ACALL BARKMOV R3,#06HAJMP ERRORFALSE7: ACALL BARKMOV R3

26、,#07HAJMP ERRORFALSE8: ACALL BARKMOV R3,#08HAJMP ERROR；INT0（搶答時間R1調整程序）INT0SUB: MOV A,R1MOV B,#0AHDIV ABMOV R5,AMOV R4,BMOV R3,#0AHACALL DISPLAYJNB P3.4,INC0;先在兩個時間LED 上顯示 R1;P3.4為+1s鍵，如按下跳到INCOJNB P3.5,DEC0JNB P3.1,BACK0AJMP INT0SUBINC0:MOV A,R1CJNE A,#63H,ADD00，重新加起。MOV R1,#00HACALL DELAY1AJMP INT

27、0SUBADD0:INC R1ACALL DELAY1AJMP INT0SUBDEC0: MOV A,R1JZ SETR1DEC R1ACALL DELAY1AJMP INT0SUBSETR1: MOV R1,#63HACALL DELAY1AJMP INT0SUBBACK0: RETICOUNT: MOV R0,#00HMOV TH1,#3CHMOV TL1,#0B0HRECOUNT: MOV A,R6MOV B,#0AHDIV AB;P3.5為-1s鍵，如按下跳到DECO;P3.1 為確定鍵,如按下跳到BACKO;如果不是99,R2力口 1,如果力口至ij 99,R1;倒計時程序(搶答倒計

28、時跳到改程序);重置定時器; 除十分出個位/十位; 十位存于(30H)MOV 30H,AMOV 31H,B;個位存于(31H)MOV R5,30H;取十位MOV R4,31H;取個位MOV A,R6SUBB A,#02HJNC LARGERMOV A,R0CJNE A,#0AH,FULLCLR RINGAJMP CHECKFULL:CJNE A,#14H,CHECKSETB RINGMOV A,R6JZ QUIT;計時完畢MOV R0,#00HDEC R6;一秒標志減1AJMP CHECKLARGER: MOV A,R0CJNE A,#14H,CHECK ;如果1s向下運行，否者跳到查&quo

29、t;停/顯示"DEC R6；計時一秒R6自動減1MOV R0,#00HCHECK: JNB P3.1,QUIT;如按下停止鍵退出ACALL DISPLAYJB OK,ACCOUTAJMP RECOUNTACCOUT:MOV A,DATOAJNB P1.0,TRUE1JNB P1.1,TRUE2JNB P1.2,TRUE3JNB P1.3,TRUE4JNB P1.4,TRUE5JNB P1.5,TRUE6JNB P1.6,TZ3JNB P1.7,TZ4AJMP RECOUNTTZ3: JMP TRUE7TZ4: JMP TRUE8QUIT: CLR OK;如果按下了"停止鍵&

30、quot;執(zhí)行的程序CLR RINGAJMP STARTTRUE1: ACALL BARK;正常搶答處理程序MOV R3,#01HCLR OK; 因為答題的計時不再查詢搶答,所以就鎖了搶AJMP COUNTTRUE2:ACALL BARK;MOV R3,#02HCLR OKAJMP COUNTTRUE3:ACALL BARK;MOV R3,#03HCLR OKAJMP COUNTTRUE4:ACALL BARK;MOV R3,#04HCLR OKAJMP COUNTTRUE5: ACALL BARK;MOV R3,#05HCLR OKAJMP COUNTTRUE6: ACALL BARK;MO

31、V R3,#06HCLR OKAJMP COUNTTRUE7: ACALL BARK;MOV R3,#07HCLR OKAJMP COUNTTRUE8: ACALL BARK;MOV R3,#08HCLR OKAJMP COUNT;犯規(guī)搶答程序; 犯規(guī)號數暫存與(34H)05s向下運行-滅并停響ERROR: MOV R0,#00HMOV TH1,#3CHMOV TL1,#0B0HMOV 34H,R3HERE: MOV A,R0CJNE A,#0AH,FLASHCLR RINGMOV R3,#0AHMOV R4,#0AHMOV R5,#0AHAJMP CHECK1;下面是1s的情況，響并顯示; 取回號數; 顯示 00 和號數FLASH: CJNE A,#14H,CHECK1號數并清R0,重新計SETB RINGMOV R0,#00HMOV R3,34HMOV R5,#00HMOV R4,#00HAJMP CHECK1CHECK