基于單片機(jī)的三路搶答器的設(shè)計(jì) 王輝

1、淮南師范學(xué)院電氣信息工程學(xué)院2013屆自動(dòng)化專業(yè)課程設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的三路搶答器的設(shè)計(jì)1課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求1.1 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)（1）設(shè)計(jì)一個(gè)可供3人進(jìn)行的搶答器。（2）系統(tǒng)設(shè)置復(fù)位按鈕，按動(dòng)后，重新開(kāi)始搶答。（3）搶答器開(kāi)始時(shí)數(shù)碼管顯示序號(hào)00，選手搶答實(shí)行優(yōu)先顯示，優(yōu)先搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。搶答后顯示優(yōu)先搶答者序號(hào)，同時(shí)發(fā)出音響，并且不出現(xiàn)其他搶答者的序號(hào)。（4）搶答器具有定時(shí)搶答功能，且一次搶答的時(shí)間有主持人設(shè)定，本搶答器的時(shí)間設(shè)定為30秒，當(dāng)主持人啟動(dòng)“開(kāi)始”開(kāi)關(guān)后，定時(shí)器開(kāi)始減計(jì)時(shí)。（5）設(shè)定的搶答時(shí)間內(nèi)，選手可以搶答，這時(shí)定時(shí)器停止工作，顯示器上顯示選手的號(hào)

2、碼和搶答時(shí)間。并保持到主持人按復(fù)位鍵。1.2 課程設(shè)計(jì)的要求（1）基于單片機(jī)的三路搶答器的設(shè)計(jì)，并用Proteus設(shè)計(jì)與仿真出來(lái)。（2）程序用Keil編程出來(lái)，并且生成Hex文件。（3）設(shè)計(jì)的方案要能夠長(zhǎng)期，有效，穩(wěn)定的運(yùn)行。（4）力求簡(jiǎn)單實(shí)用。1.3 課程設(shè)計(jì)的研究基礎(chǔ)本設(shè)計(jì)是以三路搶答為基本理念?？紤]到依需設(shè)定限時(shí)回答的功能，利用AT89C51單片機(jī)及外圍接口實(shí)現(xiàn)的搶答系統(tǒng)，利用單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器定時(shí)和記數(shù)的原理，將軟、硬件有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，使得系統(tǒng)能夠正確地進(jìn)行計(jì)時(shí)，同時(shí)使數(shù)碼管能夠正確地顯示時(shí)間。用開(kāi)關(guān)做鍵盤輸出，揚(yáng)聲器發(fā)生提示。同時(shí)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)：在搶答中，只有開(kāi)始后搶答才有效，如果

3、在開(kāi)始搶答前搶答為無(wú)效；搶答時(shí)間和回答問(wèn)題時(shí)間倒記時(shí)顯示，滿時(shí)后系統(tǒng)計(jì)時(shí)手動(dòng)復(fù)位。2 基于單片機(jī)三路搶答器系統(tǒng)方案制定2.1 方案提出方案一：?jiǎn)纹瑱C(jī)主控電路鍵盤掃描電路蜂鳴器報(bào)警電路數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)電路圖1 方案一設(shè)計(jì)方案方案二：?jiǎn)纹瑱C(jī)主控電路鍵盤掃描電路蜂鳴器報(bào)警電路數(shù)碼管顯示圖2 方案二設(shè)計(jì)方案2.2 方案比較第一個(gè)方案比第二個(gè)方案多了一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路，所以第一個(gè)方案的電路會(huì)比較復(fù)雜。2.3 方案論證該系統(tǒng)采用51系列單片機(jī)AT89C52作為控制核心，該系統(tǒng)可以完成運(yùn)算控制、信號(hào)識(shí)別以及顯示功能的實(shí)現(xiàn)。由于用了單片機(jī)，使其技術(shù)比較成熟，應(yīng)用起來(lái)方便、簡(jiǎn)單并且單片機(jī)周圍的輔助電路也比較少，便于控制

4、和實(shí)現(xiàn)。整個(gè)系統(tǒng)具有極其靈活的可編程性，能方便地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行功能的擴(kuò)張和更改。2.4 方案選擇通過(guò)以上兩個(gè)方案的比較，選擇第二個(gè)方案。3 基于單片機(jī)三路搶答器系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)3.1各單元模塊功能介紹及電路設(shè)計(jì)3.1.1振蕩電路的設(shè)計(jì)AT89C52內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成片內(nèi)振蕩器的高增益反相放大器, 振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)送到CPU, 作為CPU的時(shí)鐘信號(hào),驅(qū)動(dòng)CPU產(chǎn)生執(zhí)行指令功能的機(jī)器周期。引腳XTAL1和XTAL2是此放大器的輸人端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起可構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器, 振蕩電路的連接如圖所示圖3所示，外接石英晶體或陶瓷諧振器以及電容C1和C2構(gòu)成并聯(lián)諧振電

5、路, 接在放大器的反饋回路中。圖3 振蕩電路3.1.2 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)單片機(jī)復(fù)位是使CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個(gè)確定的初始狀態(tài), 并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作。無(wú)論是在單片機(jī)剛開(kāi)始接上電源時(shí), 還是斷電后或者發(fā)生故障后都要復(fù)位。89系列單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)是從RST引腳輸人到芯片的施密特觸發(fā)器中的。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí), 且振蕩器穩(wěn)定后, 如果RST引腳有一個(gè)高電平并維持2個(gè)機(jī)器周期（24個(gè)振蕩周期）, 則CPU就可響應(yīng)并且將系統(tǒng)復(fù)位。復(fù)位分為手動(dòng)復(fù)位和上電復(fù)位。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用的是手動(dòng)復(fù)位, 當(dāng)按下按鈕時(shí), 即使人的動(dòng)作很快, 也會(huì)使按鈕保持通達(dá)數(shù)十毫秒，所以, 手動(dòng)復(fù)位能確保復(fù)位時(shí)間要求。

6、復(fù)位電路連接如圖4。圖4 復(fù)位電路3.1.3 計(jì)時(shí)和組號(hào)顯示的設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)部分由一個(gè)共陰極四位八段數(shù)碼管前二位構(gòu)成。時(shí)間顯示是由一個(gè)共陰極四位八段數(shù)碼管前二位構(gòu)成，組號(hào)顯示是由一個(gè)共陰極四位八段數(shù)碼管后二位構(gòu)成，通過(guò)P0口直接對(duì)其控制。電路圖如下：圖5 顯示電路3.1.4 選手按鍵的設(shè)計(jì)三位選手通過(guò)按鍵產(chǎn)生的電平下降沿信息送至P2.0P2.2口，然后再經(jīng)由主控制模塊處理鎖存，最后在數(shù)碼管上顯示最早按下的選手號(hào)。電路圖如下：圖6 選手按鍵3.1.5 主持人控制電路的設(shè)計(jì)主持人控制部分由一個(gè)開(kāi)始鍵組成。開(kāi)始按鍵通過(guò)外部中斷送信息給控制模塊，電路圖如下：圖7 主持人控制電路3.1.6蜂鳴器電路設(shè)計(jì)P3.

7、4口控制的蜂鳴器主要是提醒選手答題時(shí)間到。電路圖如下：圖8 蜂鳴器電路3.2電路參數(shù)的計(jì)算及元器件的選擇電容C1,C2都是30uF,C3是100n。電阻R1,R2都是10K.3.3 特殊器件的介紹7段LED數(shù)碼管是利用7個(gè)LED（發(fā)光二極管）外加一個(gè)小數(shù)點(diǎn)的LED組合而成的顯示設(shè)備，可以顯示09等10個(gè)數(shù)字和小數(shù)點(diǎn)，使用非常廣泛。數(shù)碼管可以分為共陽(yáng)極與共陰極兩種，共陽(yáng)極就是把所有LED的陽(yáng)極連接到共同接點(diǎn)com，而每個(gè)LED的陰極分別為a、b、c、d、e、f、g及h（小數(shù)點(diǎn)）；共陰極則是把所有LED的陰極連接到共同接點(diǎn)com，而每個(gè)LED的陽(yáng)極分別為a、b、c、d、e、f、g及h（小數(shù)點(diǎn)）。圖

8、9 數(shù)碼管原理圖我用的是共陰極。3.4 系統(tǒng)整體電路圖圖10 總電路圖4 基于單片機(jī)三路搶答器系統(tǒng)仿真和調(diào)試 4.1 仿真軟件介紹Proteus軟件是Labcenter Electronics公司的一款電路設(shè)計(jì)與仿真軟件，它包括ISIS、ARES等軟件模塊，ARES模塊主要用來(lái)完成PCB的設(shè)計(jì)，而ISIS模塊用來(lái)完成電路原理圖的布圖與仿真。Proteus的軟件仿真基于VSM技術(shù)，它與其他軟件最大的不同也是最大的優(yōu)勢(shì)就在于它能仿真大量的單片機(jī)芯片，比如MCS-51系列、PIC系列等等，以及單片機(jī)外圍電路，比如鍵盤、LED、LCD等等。通過(guò)Proteus軟件的使用我們能夠輕易地獲得一個(gè)功能齊全、實(shí)

9、用方便的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室。4.2 系統(tǒng)仿真實(shí)現(xiàn)根據(jù)設(shè)計(jì)的方案，在Proteus中畫出相應(yīng)的原理圖，在Keil中把所需程序生成HEX文件，導(dǎo)入到原理圖中的單片機(jī)中，就可以實(shí)現(xiàn)仿真了。步驟如下：（1）Keil創(chuàng)建文件步驟：1）新建項(xiàng)目文件。點(diǎn)擊Project 菜單，選擇彈出的下拉式菜單中的New Project。在“文件名”中輸入您的第一個(gè)C 程序項(xiàng)目名稱， “*.uv2”。“保存”后的文件擴(kuò)展名為uv2，這是KEIL uVision2 項(xiàng)目文件擴(kuò)展名，以后可以直接點(diǎn)擊此文件以打開(kāi)先前做的項(xiàng)目。2）選擇所要的單片機(jī)，常用Ateml 公司的AT89C51。3）在項(xiàng)目中創(chuàng)建新的程序文件。點(diǎn)擊新建文件的快捷

10、按鈕，出現(xiàn)一個(gè)新的文字編輯窗口，這個(gè)操作也可以通過(guò)菜單FileNew 或快捷鍵Ctrl+N 來(lái)實(shí)現(xiàn)。好了，現(xiàn)在可以編寫程序了。4）點(diǎn)擊保存新建的程序，*.c，保存在項(xiàng)目所在的目錄中，這時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)程序單詞有了不同的顏色，說(shuō)明KEIL的C 語(yǔ)法檢查生效了。5）將程序文件加到項(xiàng)目中。在屏幕左邊的Source Group1 文件夾圖標(biāo)上右擊彈出菜單，在這里可以做在項(xiàng)目中增加減少文件等操作。選“Add File to Group Source Group 1”彈出文件窗口，選擇剛剛保存的文件，按ADD 按鈕，關(guān)閉文件窗，程序文件加到項(xiàng)目中。這時(shí)在Source Group1 文件夾圖標(biāo)左邊出現(xiàn)了一個(gè)小+號(hào)說(shuō)

11、明，文件組中有了文件，點(diǎn)擊它可以展開(kāi)查看。6）設(shè)定創(chuàng)建HEX文件選項(xiàng)。7）編譯運(yùn)行。8）查錯(cuò)并直至無(wú)錯(cuò)誤。（2）Proteus仿真步驟：1）創(chuàng)建文件并命名“*.dsn”。2）放置元件，設(shè)定好參數(shù)，并連接電路圖。3）雙擊單片機(jī)芯片，添加“*.hex”文件。4）仿真運(yùn)行。5）檢查錯(cuò)誤直至達(dá)到項(xiàng)目要求。4.3 系統(tǒng)測(cè)試沒(méi)有按開(kāi)始鍵時(shí)：圖11 開(kāi)始顯示按開(kāi)始鍵沒(méi)有人搶答時(shí)：圖12 沒(méi)人搶答顯示按開(kāi)始鍵有人搶答時(shí)：圖13 有人搶答顯示30秒內(nèi)一直沒(méi)有人搶答時(shí)：圖14 30秒后沒(méi)人搶答按復(fù)位鍵時(shí)：圖15 按復(fù)位鍵4.4 數(shù)據(jù)分析主持人按鍵來(lái)控制總開(kāi)關(guān)，主持人按下開(kāi)關(guān)那么選手開(kāi)始搶答，此時(shí)數(shù)碼管開(kāi)始300計(jì)

12、數(shù)，并且選手們必須在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答，若過(guò)了30秒還沒(méi)搶答那么搶答失效，選手們?nèi)粲幸粋€(gè)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)搶答成功則其余的選手不可以再搶答，即該選手搶答成功。最小系統(tǒng)的電路不工作，首先應(yīng)該確認(rèn)電源電壓是否正常。用電壓表測(cè)量接地引腳跟電源引腳之間的電壓，看是否符合電源電壓，常用的是5V左右。接下來(lái)就是檢測(cè)復(fù)位引腳的電壓是否正常，EA引腳的電壓要正常為5V左右。5 總結(jié)5.1 設(shè)計(jì)小結(jié)通過(guò)此次的課程設(shè)計(jì)，讓我更進(jìn)一步的鞏固了單片機(jī)的各種知識(shí)。但在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，遇到了很多的問(wèn)題，有一些知識(shí)已經(jīng)不太清楚了，但是通過(guò)一些資料又重新的翻閱并且認(rèn)真的復(fù)習(xí)了相關(guān)教科書中的內(nèi)容。此次的課程設(shè)計(jì)樹立了對(duì)自己工作能力

13、的信心，相信會(huì)對(duì)今后的學(xué)習(xí)工作生活都有非常重要的影響，而且大大的提高了動(dòng)手能力，使我充分的體會(huì)到了創(chuàng)造過(guò)程中的探索的艱難和成功的喜悅。雖然這次做出的作品還存在很多需要改進(jìn)的地方，但是在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中所學(xué)習(xí)到的東西是這次實(shí)訓(xùn)所得到的最大收獲跟財(cái)富，使我終身受益。5.2 收獲體會(huì)經(jīng)過(guò)近兩個(gè)月的努力,在老師和同學(xué)的討論和幫助下,我成功地完成了三路搶答器的設(shè)計(jì)，通過(guò)此次課程設(shè)計(jì)，我重新認(rèn)識(shí)到了對(duì)書本上的知識(shí)要獨(dú)立運(yùn)用的道理。在搶答器設(shè)計(jì)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)了很多細(xì)節(jié)性的問(wèn)題，也出現(xiàn)了很多錯(cuò)誤，經(jīng)過(guò)和同學(xué)們研究、商討最后都解決，感覺(jué)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力是非常有必要的！通過(guò)此次的搶答器的設(shè)計(jì)，讓我重新拾起了以前所學(xué)習(xí)的電

14、子知識(shí)和C語(yǔ)言的編程，也使我加深了對(duì)單片機(jī)及接口技術(shù)的理解和應(yīng)用，由于知識(shí)水平的局限，設(shè)中可能會(huì)存在著一些不足，我真誠(chéng)的接受老師和同學(xué)的批評(píng)和指正。5.3 展望本設(shè)計(jì)可以對(duì)搶答器擴(kuò)展的功能有：（1）可以將該搶答器擴(kuò)展搶答定時(shí)功能，添加定時(shí)中斷可以比較精確的設(shè)置延時(shí)。（2）可以對(duì)該搶答器擴(kuò)展多個(gè)選手搶答，這樣可以對(duì)搶答器不受3位的限制。（3）可以對(duì)該對(duì)搶答器加上其他功能，如停止鍵，加時(shí)間，減時(shí)間鍵。6參考文獻(xiàn)1 郭天祥主編. 新概念51單片機(jī)C語(yǔ)言教程:入門、提高、開(kāi)發(fā)、拓展全攻略. 北京：電子工業(yè)出版社，2008：108-120.2侯玉寶等主編.基于Proteus的51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)與仿真.北

15、京：電子工業(yè)出版社，2008.9.3謝維成，楊加國(guó)主編.單片機(jī)原理與應(yīng)用及C51程序設(shè)計(jì).北京：清華大學(xué)出版社，2009.7.7附錄1系統(tǒng)流程圖定時(shí)器0中斷1秒時(shí)間到？秒減1數(shù)碼管顯示秒值中斷返回YN圖 16開(kāi)始初始化是否按開(kāi)始鍵啟動(dòng)中斷，開(kāi)始計(jì)時(shí)若有選手搶答？中斷停止，顯示時(shí)間和選手號(hào)結(jié)束NNYY圖 17外中斷1號(hào)選手按下？中斷返回2號(hào)選手按下？3號(hào)選手按下？數(shù)碼管顯示3號(hào)選手編號(hào)，蜂鳴器響數(shù)碼管顯示2號(hào)選手編號(hào)，蜂鳴器響數(shù)碼管顯示1號(hào)選手編號(hào)，蜂鳴器響NNNYYY圖 18 2器件清單表1 器件清單器件名稱規(guī)格型號(hào)數(shù)量單片機(jī)AT89C521排阻1電阻10K2電容20PF3晶振12MHZ1按鈕

16、5共陰4位8段數(shù)碼管1揚(yáng)聲器1三極管1 3程序 #include <reg52.h>#include <intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int int a,b,c,d;/數(shù)碼管數(shù)字定義uint l,l2,n,m,lsd;sbit s1=P35;/控制鍵定義sbit d1=P20;sbit d2=P21;sbit d3=P22;/搶答鍵定義sbit w1=P24;sbit w2=P25;sbit w3=P26;sbit w4=P27;sbit feng=P34;/蜂鳴器uchar cod

17、e table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71,0x76,0x79,0x38,0x3f,0x40,0x00;void display(uchar,uchar,uchar,uchar);void display2(uchar,uchar,uchar,uchar);void delay(uint z)uint t1,y;for(t1=z;t1>0;t1-)for(y=110;y>0;y-);void main()a=3;b=c=d=0;lsd=0x0f;w1=

18、w2=w3=w4=1;TMOD=0x01;TH0=(65536-10000)/256;TL0=(65536-10000)%256;EA=1;ET0=1;while(1)display(a,b,c,d);if(s1=0)delay(1); if(s1=0)TR0=1; s1=0;if(d1=0) P1=0xfe; m=0;while( (a!=0)|(b!=0)|(c!=0)|(d!=0) TR0=0; display2(a,b,20,1); m+; if(m<=300) feng=0; else feng=1; if(d2=0) P1=0xfd; m=0; while( (a!=0)|(b!=0)|(c!=0)|(d!=0) TR0=0; display2(a,b,20,2); m+; if(m<=300) feng=0; else feng=1; if(d3=0) P1=0xfb; m=0;while( (a!=0)|(b!=0)|(c!=0)|(d!=0) TR0=0; display2(a,b,20,3); m+; if(m<=300) feng=0; else feng=