八路競賽搶答器

1、單片機原理及應(yīng)用課程設(shè)計報告題 目： 八路競賽搶答器專 業(yè)： 通信工程年 級： 2011級學(xué) 號： 1110618033學(xué)生姓名： 韋留帥聯(lián)系電話： 指導(dǎo)老師： 王輝完成日期：2014年05月12日摘要利用單片機系統(tǒng)構(gòu)成電子智能搶答器。在搶答器系統(tǒng)中，設(shè)有八個搶答組，可任意使用。并且具有倒計時和時間設(shè)置報警功能。本設(shè)計使用STC89C52單片機系統(tǒng)對信號進行鎖存、顯示等功能。通過對該系統(tǒng)的設(shè)置，使其具有自動計時功能，并且在規(guī)定時間內(nèi)若有人搶答，則技術(shù)其停止在當前位置，搶答有效，若無人搶答則蜂鳴器會發(fā)出報警聲，若不在設(shè)置時間內(nèi)搶答，則視為搶答無效。該設(shè)計主要通過對單片機I/O口電平的高低改變從而

2、實現(xiàn)數(shù)碼倒計時和報警功能，從而達到八路智能搶答的效果。本文分別從硬件和軟件兩方面分別闡述該控制系統(tǒng)的設(shè)計方法，并通過運行和調(diào)試使該系統(tǒng)達到預(yù)期設(shè)計要求，具有反應(yīng)快、功能強和便于修改的的性能。關(guān)鍵詞：搶答器；STC89C52;定時；報警ABSTRACTSCM system use an electronic smart Responder. In the Responder system with eight Responder groups are free to use. And has a countdown and time to set the alarm function. This

3、 design uses STC89C52 SCM system latches the signal and display functions. By setting the system so that it has an automatic timer function, and if anyone answer within the specified time, the technical stop at the current position, effective answer, if nobody answer the buzzer alarm will sound, if

4、set answer within the time is considered valid answer. The design is mainly through changes in the level of MCU I / O port level to achieve digital countdown and alarm functions, so as to achieve the effect of eight intelligent answer. In this paper, respectively, both from the hardware and software

5、 design methods were described in the control system, and by making the system run and debug the expected design requirements, with fast response, powerful and easy to modify the performance.Keywords: Responder; STC89C52; timed; alarm目錄摘要IABSTRACTI1設(shè)計要求及方案選擇11.1設(shè)計要求11.2方案選擇12理論分析與設(shè)計32.1STC89C52單片機介紹

6、32.2數(shù)碼管及其內(nèi)部電路42.3芯片74LS245的介紹52.4晶振的介紹62.5蜂鳴器63電路設(shè)計73.1硬件電路的設(shè)計73.2軟件的設(shè)計114系統(tǒng)測試154.1調(diào)試所用的基本儀器清單154.2調(diào)試結(jié)果154.3測試結(jié)果分析155總結(jié)15參考文獻16附表171設(shè)計要求及方案選擇1.1設(shè)計要求設(shè)計一個八路競賽搶答器，要求：1. 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；2. 設(shè)置一個系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān)S，該開關(guān)由主持人控制；3. 搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間由主持人設(shè)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，

7、聲響持續(xù)的時間0.5秒左右；4. 參賽選手在設(shè)定的時間內(nèi)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；5. 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方案選擇方案一：利用優(yōu)先編碼器74LS148和基本觸發(fā)器74LS279實現(xiàn)八路競賽搶答器。圖1.1 74LSXX搶答電路工作原理：如圖1.1所示，當主持人控制開關(guān)處于“清零”位置時，RS觸發(fā)器的R端為低電平，輸出端（4Q1Q）全部為低電平。于是74LS48的BI=0，顯示器滅燈；74LS148的選通輸入端ST=0，74LS148處于工作狀態(tài)，此

8、時鎖存電路不工作。當主持人將開關(guān)撥到“開始”位置時，優(yōu)先編碼電路和鎖存電路同時處于工作狀態(tài)，既搶答器處于等待工作狀態(tài)，等待輸入端I7、I6、I5、I4、I3、I2、I1、I0輸入信號，當有選手將鍵按下時（如按下S5），74LS148的輸出Y2Y1Y0=010，YEX=0，經(jīng)RS鎖存器后，CTR=1，BI=1，此時74LS279處于工作狀態(tài)，4Q3Q2Q=101，經(jīng)74LS48譯碼后，顯示器顯示出“5”。此外，CTR=1，使74LS148的ST端為高電平，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，封鎖了其它按鍵的輸入。當按下的鍵松開后，74LS148的YEX高電平，但由于CTR維持高電平不變，所以74LS

9、148仍處于禁止工作狀態(tài)，其它按鍵的輸入信號仍不會被接受。這就保證了搶答者的優(yōu)先性以及搶答電路的準確性。當優(yōu)先搶答者回答完問題后，主持人操作控制開關(guān)S，使搶答電路復(fù)位，以便進行下一輪搶答。方案二：利用基本RS觸發(fā)器和8線-3線優(yōu)先編碼器實現(xiàn)八路競賽搶答器。工作原理：在選手搶答前， “清除/起始” 開關(guān)S使基本RS觸發(fā)器輸出端Q為0，使集成8線-3線優(yōu)先編碼器禁止；當主持人按下“清除/起始”開關(guān)S時，基本RS觸發(fā)器輸出端Q為1，與優(yōu)先擴展輸出端Yex共同作用，使集成8線-3線優(yōu)先編碼器選通輸入端ST為0，允許編碼，等待數(shù)據(jù)輸入。此時優(yōu)先按動序號的組號立即通過編碼器按BCD421碼輸出，經(jīng)RS鎖存

10、器74LS279將該數(shù)碼鎖存到LED顯示器上。與此同時，Yex（引腳為14）由1翻轉(zhuǎn)為0，與非門G1輸出為1，選通輸入端ST為1，編碼器被禁止。此外，在Yex由1翻轉(zhuǎn)為0時，還驅(qū)動報警電路工作，發(fā)出聲音。方案三：利用STC89C52單片機實現(xiàn)八路競賽搶答器。工作原理：如下圖1.2所示，本方案以89C52單片機作為主控核心，與數(shù)碼管、蜂鳴器等構(gòu)成八路搶答器，利用了單片機的延時電路、按鍵復(fù)位電路、時鐘電路、定時/中斷等電路，在搶答器系統(tǒng)中，設(shè)有八個搶答組，可任意使用。并且具有倒計時和時間設(shè)置報警功能。設(shè)計的八路搶答器具有倒計時和實時顯示搶答選手的號碼的特點，還有復(fù)位電路，使其再開始新的一輪的答題和

11、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)計方法，并通過運行和調(diào)試使該系統(tǒng)達到預(yù)期設(shè)計要求，具有反應(yīng)快、功能強和便于修改的的性能。綜上所述，考慮到電路的簡單那易行和電路的穩(wěn)定及反應(yīng)靈敏程度，在這里選擇方案三，用STC89C52單片機實現(xiàn)八路競賽搶答器。圖1.2單片機八路搶答器2理論分析與設(shè)計2.1STC89C52單片機介紹如圖2.1所示，STC89C52有四十個管腳，STC89C52RC單片機是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超強抗干擾的單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機，12時鐘/機器周期和6時鐘/機器周期可以任意選擇。 主要特性如下： 1. 增強型8051單片機，6時鐘/

12、機器周期和12時鐘/機器周期可以任 意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051. 2. 工作電壓：5.5V3.3V（5V單片機）/3.8V2.0V（3V單片機） 3. 工作頻率范圍：040MHz，相當于普通8051的080MHz，實際工 作頻率可達48MHz 4. 用戶應(yīng)用程序空間為8K字節(jié) 5. 片上集成512字節(jié)RAM 6. 通用I/O口（32個），復(fù)位后為：P1/P2/P3/P4是準雙向口/弱上拉， P0口是漏極開路輸出，作為總線擴展用時，不用加上拉電阻，作為I/O口用時，需加上拉電阻。 7. ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無 需專用仿真器，可通過串口（RxD

13、/P3.0,TxD/P3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片8. 具有EEPROM功能 9. 具有看門狗功能 10. 共3個16位定時器/計數(shù)器。即定時器T0、T1、T2 11. 外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路，Power Down模式可 由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒 12. 通用異步串行口（UART），還可用定時器軟件實現(xiàn)多個UART。圖2.1 STC89C52引腳圖 2.2數(shù)碼管及其內(nèi)部電路如下圖2.2所示，數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元（多一個小數(shù)點顯示）；按能顯示多少個“8”可分為1位、2位、4位等等數(shù)碼管。 按發(fā)光

14、二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到+5V，當某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應(yīng)字段就點亮。當某一字段的陰極為高電平時，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應(yīng)字段就點亮。當某一字段的陽極為低電平時，相應(yīng)字段就不亮。與此相同還有兩位一體、四位一體和八位一體的數(shù)碼管，在此不再介紹。在本次設(shè)計中用的單個數(shù)碼管和兩位一體的數(shù)

15、碼管均是共陰極數(shù)碼管。圖2.2數(shù)碼管引腳及內(nèi)部電路2.3芯片74LS245的介紹圖2.3芯片74LS245引腳及內(nèi)部電路圖74LS245是用來驅(qū)動LED或者其他的設(shè)備，它是8路同相三態(tài)雙向總線收發(fā)器，可雙向傳輸數(shù)據(jù)。74LS245還具有雙向三態(tài)功能，既可以輸出，也可以輸入數(shù)據(jù)。 如果用C51的P0口輸出到數(shù)碼管，那就要考慮到數(shù)碼管的亮度以及P0口帶負載的能力，當8051單片機的P0口總線負載達到或超過P0最大負載能力時，必須接入74LS245等總線驅(qū)動器。選用74LS245提高驅(qū)動能力。P0口的輸出經(jīng)過74LS245提高驅(qū)動后，輸出到數(shù)碼管顯示電路。2.4晶振的介紹圖2.4晶振晶振常用于給單片

16、機正常工作提供穩(wěn)定的時鐘信號。原理：在石英晶體的兩個極板上加一個電場，晶片會產(chǎn)生機械變形，對極板施加機械力使其變形，又會在極板上產(chǎn)生相應(yīng)的電荷，這叫壓電效應(yīng)。如果在兩個極板上加上交變的電壓，晶片便會產(chǎn)生機械變形震蕩，同時這種機械震蕩還會產(chǎn)生交變的電場（比較的微?。?，但是當外加交變的電壓的頻率與晶片固有的頻率（由其形狀和尺寸決定）相等時，機械振動的幅度會加劇，產(chǎn)生交變電場也增大。叫做壓電諧波。該設(shè)計中使用的為11.0592M的無源晶振。2.5蜂鳴器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)用于計算機、打印機、復(fù)印機、報警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機、定時器等電子產(chǎn)品中作發(fā)

17、聲器件。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。蜂鳴器在電路中用字母“H”或“HA”（舊標準用“FM”、“LB”、“JD”等）圖2.5蜂鳴器如圖2.5所示壓電式蜂鳴器，壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。有的壓電式蜂鳴器外殼上還裝有發(fā)光二極管。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成。當接通電源后（1.515V直流工作電壓）,多諧振蕩器起振,輸出1.52.5kHZ的音頻信號，阻抗匹配器推動壓電蜂鳴片發(fā)聲。蜂鳴器壓電蜂鳴片由鋯鈦酸鉛或鈮鎂酸鉛壓電陶瓷材料制成。在陶瓷片的兩面鍍上銀電極，經(jīng)極化和老化處理后，再與黃銅片或不銹鋼片粘在一起。電磁式蜂鳴器 電磁式蜂

18、鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場。振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動發(fā)聲。在該設(shè)計中使用的為壓電式有源蜂鳴器。3電路設(shè)計3.1硬件電路的設(shè)計下圖3.1為本次設(shè)計原理圖：圖3.1八路競賽搶答器原理圖如圖采用單片機STC89C52作為控制芯片，單片機的P0口外接一個兩位一體的共陰數(shù)碼管，用來顯示30s的倒計時顯示。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的八個端口呈低電平，即查詢是哪個選手先按鍵，然后將選手號碼的字節(jié)數(shù)據(jù)送至串行口并在P1口外接

19、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)通時蜂鳴器工作，三極管截止時蜂鳴器不工作。三極管采用8550 PNP型基極接于P2.4口置其低電平時三極管導(dǎo)通，置其高電平時三極管截止。 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，當對應(yīng)發(fā)光二極管一端為高電平時發(fā)光二極管點亮，顯示的數(shù)字或字符由送入的字節(jié)數(shù)據(jù)控制，電路中有一個一位數(shù)碼管和一個兩位一體的數(shù)碼管，一位數(shù)碼管用來顯示搶答時，搶答的組數(shù)，兩位一體的數(shù)碼管用來顯示30s倒計時顯示。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，倒計時停在當前值。30s倒計時顯示，

20、則由開始鍵按下后，開始計時，若在規(guī)定時間內(nèi)無人搶答，最后數(shù)碼管顯示00并且蜂鳴器發(fā)出報警聲。 （1）搶答組電路如圖3.2所示，該部分電路主要用來設(shè)計搶答組，用八個按鍵分別區(qū)分從S1-S7八個搶答組，按鍵的一端與單片機的相連，另一端均接地。接通電源后，單片機的均為高電平，通過按下按鍵，把對應(yīng)的管腳拉低，通過檢測管腳的高低電平，便可得知搶答的是第幾組，從而在數(shù)碼管上顯示出搶答的組數(shù)。數(shù)碼管通過74LS245與單片機的相連，數(shù)碼管是一個共陰極的單位數(shù)碼管，主要用來顯示強大的組數(shù)，沒有按鍵按下時，一直顯示數(shù)字0保值不變，在規(guī)定時間內(nèi)，有按鍵按下時，則顯示與按鍵相對應(yīng)的數(shù)字，即搶答的組數(shù)。不在規(guī)定時間內(nèi)

21、若按下按鍵，則數(shù)碼管仍舊顯示0，不計數(shù)。其中與數(shù)碼管相連的74LS245是一個八路同向三態(tài)雙向數(shù)據(jù)總線驅(qū)動芯片，具有三態(tài)功能，既可以輸入數(shù)據(jù)，也可以輸出，用在這里主要用于驅(qū)動數(shù)碼管的顯示。圖3.2搶答組電路（2）單片機最小系統(tǒng)設(shè)計圖3.3最小系統(tǒng)電路如圖3.3所示為單片機的最小系統(tǒng)電路，其中左邊部分為復(fù)位電路，右邊為時鐘震蕩電路。外部中斷和內(nèi)部中斷并存，單片機硬件復(fù)位端，只要持續(xù)4個機器周期的高電平即可實現(xiàn)復(fù)位，硬件復(fù)位后的各狀態(tài)可知寄存器以及存儲器的值都恢復(fù)到了初始值，因為本設(shè)計中功能中有倒計時時間的記憶功能，所以不能對單片機進行硬件復(fù)位，只能用軟件復(fù)位，軟件復(fù)位實際上就是當程序執(zhí)行完之后，

22、將程序通過一條跳轉(zhuǎn)指令讓它完成復(fù)位。時鐘震蕩電路單片機必須在STC89C52的驅(qū)動下才能工作，在單片機內(nèi)部有一個時鐘震蕩電路，只需要外接一個振蕩器就能產(chǎn)生一定的時鐘信號送到單片機內(nèi)部的各個單元。（3）報警電路蜂鳴器發(fā)聲原理是電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場來驅(qū)動振動膜發(fā)聲的，因此需要一定的電流才能驅(qū)動它，單片機IO引腳輸出的電流較小，單片機輸出的TTL電平基本上驅(qū)動不了蜂鳴器，因此需要增加一個電流放大的電路。C52增強型單片機實驗板通過一個三極管S8550來放大驅(qū)動蜂鳴器。 如圖3.4所示，蜂鳴器的正極接到VCC（5V）電源上面，蜂鳴器的負極接到三極管的發(fā)射極E，三極管的基級B經(jīng)

23、過限流電阻R1后由單片機的P2.3引腳控制，當P2.3輸出高電平時，三極管T1截止，沒有電流流過線圈，蜂鳴器不發(fā)聲；當P2.3輸出低電平時，三極管導(dǎo)通，這樣蜂鳴器的電流形成回路，發(fā)出聲音。因此，我們可以通過程序控制P2.3腳的電平來使蜂鳴器發(fā)出聲音和關(guān)閉。圖3.4蜂鳴器驅(qū)動電路（4）時序電路圖3.5倒計時電路如圖3.5所示，S13為兩位一體的共陰極數(shù)碼管，通過限流電阻J2與單片機的P0.0-P0.7相連，用來顯示倒計時，當主持按下開始按鍵S11（start）后，數(shù)碼管顯示的時間有30開始進行倒計時，直到搶答組搶答為止，并停留在當前示數(shù)。按下復(fù)位按鍵后，數(shù)碼管再次恢復(fù)“30”的顯示。其中we1和

24、we2為兩位控制鍵分別控制數(shù)碼管的十位和個位的顯示。3.2軟件的設(shè)計（1）程序流程圖該圖顯示了整個電路的工作過程，結(jié)合硬件的軟件電路，可知其整個電路的工作工程如下：主持人按下START按鍵蜂鳴器發(fā)生0.5s倒計時開始計時是否有人搶答N0YES返回停止計時，顯示搶答組繼續(xù)計時計時結(jié)束，蜂鳴器報警復(fù)位復(fù)位圖3.6程序流程圖（2）對應(yīng)的程序如下：#include<reg52.h>#define uc unsigned char#define ut unsigned intsbit we1=P20; /數(shù)碼管顯示位sbit we2=P21; /數(shù)碼管顯示位sbit beep=P23;/報警

25、位sbit start=P22; /開始位uc aa,num1,key,num;uc code table1=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;uc code table2=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f;void display(uc );/聲明子程序uc keyscan();void init();void delay(uc );void main()/主函數(shù)init();/初始化while(1)if(num1=30)num=0;if(start=0)beep=0;/

26、開蜂鳴器delay(500);/延時0.5sbeep=1;/關(guān)蜂鳴器num1=30;num=0;TR0=1;/開計數(shù)器display(num1);/顯示計數(shù)P1=table2keyscan();/顯示搶答組 void delay(uc z)/延時子程序uc x,y;for(x=z;x>0;x-)for(y=110;y>0;y-);void time1() interrupt 1 /中斷程序TH0=(65536-50000)/256;/賦初值TL0=(65536-50000)%256;/賦初值aa+;if(aa=20)/達到1saa=0;num1-;/每1s減1if(num1=0)T

27、R0=0; /關(guān)閉計數(shù)器num1=0;/計數(shù)結(jié)束while(!num1)we1=0;we2=0;beep=0;/報警 void init() /初始子函數(shù)num1=30;num=0;TMOD=0x01;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;EA=1;/開總中斷ET0=1;void display(uc num1)/顯示子函數(shù)P0=0;we1=0;we2=1;P0=table1num1/10;/倒計時十位顯示delay(10);we2=0; we1=1P0=table1num1%10;/倒計時個位顯示delay(10);uc keyscan() /搶答子函數(shù)key=P3;while(key!=0xff)delay(500);/延時消抖if(key!=0xff)TR0=0;key=P3;we1=0;we2=0;display(num1);switch(key)/判斷搶答組case 0xfe:num=1;break;case 0xfd:num=2;break;case 0xfb:num=3;break;case 0xf7:num=4;break;case 0xef:num=5;break;case 0xdf:num=6;break;case 0xbf:num=7;break;case 0x7f:num=8;br