基于單片機的三路搶答器的設計畢業(yè)論文設計

畢業(yè)設計課題基于單片機的三路搶答器的設計學生姓名學號專業(yè)機電一體化班級院（系）機械與電子信息工程分院指導教師職稱二○年月日目錄摘要1Abstract1設計要求21方案22系統(tǒng)的主要功能2第一章?lián)尨鹌鞯挠布O計31．1STC89C52簡介31.2LED燈51．38255接口芯片51．4數(shù)碼管顯示模塊61．5按鍵模塊71．6外部中斷0和外部中斷18第二章?lián)尨鹌鞯能浖O計82．1主程序流程及分析82．2總程序模塊9第三章調試結果及分析12參考文獻13附錄一：總體原理圖14附錄二：總程序14致謝18PAGE摘要本設計是以搶答為基本理念?？紤]到依需設定限時回答的功能，利用STC89C52單片機及外圍接口實現(xiàn)的搶答系統(tǒng)，利用單片機的定時器/計數(shù)器定時和記數(shù)的原理，將軟、硬件有機地結合起來，使得系統(tǒng)能夠正確地進行計時，同時使數(shù)碼管能夠正確地顯示時間。同時系統(tǒng)能夠實現(xiàn)：在搶答中，只有開始后搶答才有效，如果在開始搶答前搶答為無效，相應犯規(guī)燈亮；開始后搶答，即正確按鍵后，相應成功指示燈亮，并開始倒計時，回答問題的時間限定為10秒，滿時后系統(tǒng)計時自動復位及主控復位；按鍵鎖定，在有效狀態(tài)下，按鍵無效非法。關鍵詞:STC89C52；LED燈；數(shù)碼管；搶答器；計時AbstractIntoday'ssociety,scienceandtechnologyrapiddevelopment,humanactivitiescreateworldahugechange.Inthemeanwhile,technologicalprogressinvariouscontrollersdifferenttypesofmanipulatorwithitsoutstandingperformancemoreandmoreusedbypeople.Thehomeworkindifferentoccasionsmanipulator,especiallyinthespecialenvironmentcontextforthehumanactivityquicklysmoothlycausedgreatconvenienceandbenefit,particularlyobviousintheindustrialandmilitaryfield.IndustriallargeNumbersofproductionactivity,therearemanynotitiseasyforhumanstomanipulatethelink,especiallyinabusinessenvironmentisdangeroussituation,ifusehasremotecontrolfunctionsmaybeincreasedmanipulator,thesecurityofthesystem,bigsaveloss,improveefficiency.Visible,inautomation,theprocessofindustrialization,inspecialbackgroundenvironmentusingmanipulatorhasbecomeaninevitabletrend.TheMCGS(handandControlGenerated,namely,monitoringandControlSystemisgeneralSystem)domesticcomparativelyexcellentindustrialControlconfigurationsoftware,thissoftwarebasedonWindowsSystemplatform,cancollectionsiteequipmentdatatoanimationdisplayandalarmtreatment,processControlandreportoutputandothermeanstoprovideuserstosolvepracticalengineeringproblems,inautomationareahasextensivepractical.TheMCGSisforindustrialprocesscontrolandreal-timemonitoringfieldofgeneral-purposecomputersystemservicesoftware,withperfectfunction,operationsimple,visibility,goodmaintainabilitystrongprominentcharacteristicsKeywords:machinehand,dynamicmonitoring,automaticcontrol,configurationsoftware設計要求1、一位主持人與3位搶答者，復位后，甲乙丙的綠、紅燈全亮，開始鍵、復位鍵的指示燈全暗；主持人按復位鍵則僅復位指示燈亮，其他都暗，準備開始；主持人按開始鍵，開始燈亮，允許甲乙丙搶答，此時優(yōu)先者則相應成功指示燈亮，如允許前搶就相應犯規(guī)燈亮；答題開始進行倒計時，到規(guī)定時間不允許答題，并返回復位狀態(tài)。2、具有搶答控制和倒計時顯示功能。3、控制器應有復位控制、開始控制、搶答控制和狀態(tài)指示等功能，并有答題時間控制和顯示功能。方案采用宏晶公司的STC89C52作為系統(tǒng)控制器的CPU方案。原理框圖如圖1所示：圖1原理方框圖系統(tǒng)的主要功能本系統(tǒng)是借用單片機采用模塊化設計的搶答器，包括3路搶答按鈕、開始按鈕、復位按鈕，指示燈顯示，倒計時顯示部分。用中斷0和中斷1的控制按鈕做復位與開始控制。同時系統(tǒng)能夠實現(xiàn)：在搶答中，只有開始后搶答才有效，如果在開始搶答前搶答為無效，相應犯規(guī)燈亮；主持人按鍵開始后，選手開始搶答為有效，相應成功指示燈亮，并開始倒時，回答問題的時間限定為10秒，滿時后系統(tǒng)計時自動復位及主控復位。第一章?lián)尨鹌鞯挠布O計1．1STC89C52簡介STC89C52引腳圖如圖2所示：圖2STC89C52引腳圖主要性能：與MCS-51單片機產(chǎn)品兼容8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器1000次擦寫周期全靜態(tài)操作：0Hz～33Hz三級加密程序存儲器32個可編程I/O口線三個16位定時器/計數(shù)器八個中斷源全雙工UART串行通道低功耗空閑和掉電模式掉電后中斷可喚醒看門狗定時器雙數(shù)據(jù)指針掉電標識符功能特性描述：STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。使用宏晶高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。STC89C52具有以下標準功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結構，全雙工串行口，片內晶振及時鐘電路。另外，STC89C52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內容被保存，振蕩器被凍結。VCC:電源GND:地P0口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復用。在這種模式下，P0具有內部上拉電阻。在flash編程時，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。P1口：P1口是一個具有內部上拉電阻的8位雙向I/O口，p1輸出緩沖器能驅動4個TTL邏輯電平。對P1端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分別作定時器/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入（P1.0/T2）和時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），具體如下表所示。在flash編程和校驗時，P1口接收低8位地址字節(jié)。P1.0T2（定時器/計數(shù)器T2的外部計數(shù)輸入），時鐘輸出P1.1T2EX（定時器/計數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制）P1.5MOSI（在系統(tǒng)編程用）P1.6MISO（在系統(tǒng)編程用）P1.7SCK（在系統(tǒng)編程用）}P2口：P2口是一個具有內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅動4個TTL邏輯電平。對P2端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX@DPTR）時，P2口送出高八位地址。在這種應用中，P2口使用很強的內部上拉發(fā)送1。在使用8位地址（如MOVX@RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的內容。在flash編程和校驗時，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。P3口：P3口是一個具有內部上拉電阻的8位雙向I/O口，p2輸出緩沖器能驅動4個TTL邏輯電平。對P3端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。P3口亦作為STC89S52特殊功能（第二功能）使用，。在flash編程和校驗時，P3口也接收一些控制信號。P3.0RXD（串行輸入）P3.1TXD（串行輸出）P3.2INT0(外部中斷0)P3.3INT0(外部中斷0)P3.4T0（定時器0外部輸入）P3.5T1（定時器1外部輸入）P3.6WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)P3.7RD(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)RST:復位輸入。晶振工作時，RST腳持續(xù)2個機器周期高電平將使單片機復位?？撮T狗計時完成后，RST腳輸出96個晶振周期的高電平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能無效。DISRTO默認狀態(tài)下，復位高電平有效。ALE/PROG：地址鎖存控制信號（ALE）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低8位地址的輸出脈沖。在flash編程時，此引腳（PROG）也用作編程輸入脈沖。在一般情況下，ALE以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時器或時鐘使用。然而，特別強調，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，ALE脈沖將會跳過。如果需要，通過將地址為8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作將無效。這一位置“1”，ALE僅在執(zhí)行MOVX或MOVC指令時有效。否則，ALE將被微弱拉高。這個ALE使能標志位（地址為8EH的SFR的第0位）的設置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。PSEN:外部程序存儲器選通信號（PSEN）是外部程序存儲器選通信號。當STC89C52從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時，PSEN在每個機器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，PSEN將不被激活。EA/VPP:訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從0000H到FFFFH的外部程序存儲器讀取指令，EA必須接GND。為了執(zhí)行內部程序指令，EA應該接VCC。在flash編程期間，EA也接收12伏VPP電壓。XTAL1:振蕩器反相放大器和內部時鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。1、2LED燈LED燈示意圖如圖3所示：圖3LED燈示意圖單片機的P1.0~P1.7分別接到D4-D11這8個LED燈。1．38255接口芯片單片機系統(tǒng)里常用的8255[1]芯片是一個典型的可編程通用并行接口芯片，用來擴展單片機的端口，它具有3個8位的并行口，有三種工作方式,可作為單片機與各種外部設備連接的接口電路。8255的引腳圖如圖4所示。圖48255的引腳圖8255引腳功能說明：RESET:復位輸入線，當該輸入端外于高電平時，所有內部寄存器（包括控制寄存器）均被清除，所有I/O口均被置成輸入方式。PA0～PA7:端口A輸入輸出線，一個8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器，一個8位的數(shù)據(jù)輸入鎖存器。PB0～PB7:端口B輸入輸出線，一個8位的I/O鎖存器，一個8位的輸入輸出緩沖器。PC0～PC7:端口C輸入輸出線，一個8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器，一個8位的數(shù)據(jù)輸入緩沖器。端口C可以通過工作方式設定而分成2個4位的端口，每個4位的端口包含一個4位的鎖存器，分別與端口A和端口B配合使用，可作為控制信號輸出或狀態(tài)信號輸入端口。CS:片選信號線，當這個輸入引腳為低電平時，表示芯片被選中，允許8255與CPU進行通訊。RD:讀信號線，當這個輸入引腳為低電平時，允許8255通過數(shù)據(jù)總線向CPU發(fā)送數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息，即CPU從8255讀取信息或數(shù)據(jù)。WR:寫入信號，當這個輸入引腳為低電平時，允許CPU將數(shù)據(jù)或控制字寫8255。D0～D7:三態(tài)雙向數(shù)據(jù)總線，8255與CPU數(shù)據(jù)傳送的通道，當CPU執(zhí)行輸入輸出指令時，通過它實現(xiàn)8位數(shù)據(jù)的讀/寫操作，控制字和狀態(tài)信息也通過數(shù)據(jù)總線傳A0,A1:地址選擇線,用來選擇8255的PA口，PB口，PC口和控制寄存器。當A0=0,A1=0時,PA口被選擇；當A0=0,A1=1時,PB口被選擇；當A0=1,A1=0時,PC口被選擇；當A0=1.A1=1時,控制寄存器被選擇。在本次設計中，8255芯片用來擴展系統(tǒng)的外部接口，將8255的PA、PB、PC口給數(shù)碼管、鍵盤使用。1．4數(shù)碼管顯示模塊數(shù)碼管原理圖如圖5所示：圖5數(shù)碼管原理圖在本次設計中，數(shù)碼管的8段是由芯片8255的PB口控制亮滅，每個數(shù)碼管的公共腳分別由8255的PA0-PA5經(jīng)三極管擴流后進行控制，且數(shù)碼管是共陽極的。當公共腳接上電源正極，筆畫腳通過一個220歐姆電阻接負極，對應的筆畫就會點亮。要在某位數(shù)碼管上顯示一個數(shù)字，首先把待顯示數(shù)字的顯示碼送給8255的PB口，接著選中要顯示的位。1．5按鍵模塊按鍵示意圖如圖6所示：圖6按鍵示意圖在單片機系統(tǒng)中鍵盤中按鈕數(shù)量較多時，為了減少I/O口的占用，常常將按鈕排列成矩陣形式，在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過一個按鈕加以連接。這樣，一個端口（如P1口）就能組成4*4=16個按鈕，比之直接將端口線用于鍵盤多出了一倍，而且線數(shù)越多，區(qū)別越明顯，比如再多加一條線就能組成20鍵的鍵盤，而直接用端口線則只能多出一鍵（9鍵）。由此可見，在需要的鍵數(shù)比較多時，采用矩陣法來做鍵盤是合理的。矩陣式鍵盤的按鈕識別辦法確定矩陣式鍵盤上何鍵被按下，介紹一種“行掃描法”。行掃描法又稱為逐行（或列）掃描查詢法，是一種最常用的按鈕識別辦法。判斷鍵盤中有無鍵按下將全部列線置高電平，然后檢測行線的狀態(tài)。只要有一行的電平為高，則表示鍵盤中有鍵被按下，而且閉合的鍵位于高電平線與4根列線相交叉的4個按鈕之中。若所有行線均為低電平，則鍵盤中無鍵按下。判斷閉合鍵所在的位置：在確認有鍵按下后，即可進入確定具體閉合鍵的過程。其辦法是：將全部列線置為高電平，在確定某根行線位置為高電平后，再逐列對列線置高再檢測先前返回高電平的行線的電平狀態(tài)。若此行返回為高，則該列線與返為高電平的行線交叉處的按鈕就是閉合的按鈕。本次設計雖只用到其中三個按鍵但考慮到以后對系統(tǒng)升級，所以采用了矩陣式鍵盤。1．6外部中斷0和外部中斷1外部中斷0和外部中斷1示意圖如圖7所示：圖7外部中斷0和外部中斷1示意圖在單片機上有兩個引腳，名稱為INT0、INT1，也就是P3.2、P3.3這兩個引腳。在單片機內部的TCON寄存器中有四位是與外中斷有關的。IT0：INT0觸發(fā)方式控制位，可由軟件進和置位和復位，IT0=0，INT0為低電平觸發(fā)方式，IT0=1，INT0為負跳變觸發(fā)方式。IE0：INT0中斷請求標志位。當有外部的中斷請求時，這位就會置1（這由硬件來完成），在CPU響應中斷后，由硬件將IE0清0。IT1、IE1的用途和IT0、IE0相同。按鍵0接單片機P32腳，按鍵1接單片機的P33腳。本次設計用到了外中斷1和外中斷0，需接上跳帽W1和W2。第二章?lián)尨鹌鞯能浖O計2．1主程序流程及分析搶答器的基本工作原理：在搶答競賽或呼叫時，有多個信號同時或不同時送入主電路中，搶答器內部的寄存器工作，并識別、記錄第一個號碼，同時內部的定時器開始工作，記錄有關時間并產(chǎn)生超時信號。在整個搶答器工作過程中，顯示電路還要根據(jù)現(xiàn)場的實際情況向外電路輸出相應信號。搶答器的工作流程分為：系統(tǒng)復位、正常流程、違例流程等幾部分，如圖8所示，下面予以介紹。1、主持人按復位鍵，復位指示燈亮，進入準備狀態(tài)，主持人出題。3、主持人按開始鍵，進入搶答部分，有人搶答就開始回答倒計時，搶答人在此限定時間內做出回答，計時完畢后停止做答并返回復位狀態(tài)。無人搶答則主持人根據(jù)實際情況做出處理后可進入下一輪搶答。4、如果主持人未按開始鍵，而有人按了搶答按鍵，犯規(guī)搶答，相應犯規(guī)燈亮。主持人根據(jù)實際情況做出處理后可進入下一輪搶答。圖8工作流程圖2．2總程序模塊 {second=0x09; TR1=0; light=0x7f; }flag=keyboard();if(light==0x3f){switch(flag){case1:light= 0xfd,TR1=1;break;case2:light=0xf7,TR1=1;break;case3:light=0xdf,TR1=1;break;default:light=0x3f;}}if(light==0x7f){switch(flag) 在本次設計中，總程序可分為主程序部分，顯示部分，延時部分，鍵盤部分，計時部分，定時器工作模式設定及初始化部分，中斷程序部分。主程序：main() {unsignedcharflag=0;light=0xc0;Timer1_Init()；while(1){ GInt_Init();P1=light; display(6,second); if(second==0){case1:light=0xfe;break;case2:light=0xfb;break;case3:light=0xef;break;default:light=0x7f;}}}}打開中斷及相應的設定：voidGInt_Init(void) {EA=1;EX0=1; IT0=1;EX1=1; IT1=1; ET1=1; }外中斷0：voidISR_Ex0(void)interrupt0{ light=0x7f;}外中斷1：1voidISR_Ex1(void)interrupt2{ light&=0xbf;} 定時器工作模式設定及初始化：voidTimer1_Init(void) {TMOD=0x10; TH1=(65535-50000)/256; TL1=(65535-50000)%256;}1秒時間的設定：voidISR_Timer1(void)interrupt3{Timer_Count++;if(Timer_Count==20) {Timer_Count=0; second--;} Timer1_Init(); }延時部分：voiddelay(unsignedintx) {unsignedchari,j,k; while(x--) { for(i=0;i<=5;i++) for(j=0;j<=10;j++) ; } }顯示部分：#include"reg51.h"#include"ABSACC.H" #definea8255_PAXBYTE[0xD1FF]#definea8255_PBXBYTE[0xD2FF]#definea8255_PCXBYTE[0xD5FF]#definea8255_CONXBYTE[0xD7FF]unsignedcharconstnum_table[16]={ 0xA0,/*0*/0xBB,/*1*/0x62,/*2*/0x2A,/*3*/0x39,/*4*/0x2C,/*5*/0x24,/*6*/0xBA,/*7*/ 0x20,/*8*/0x28,/*9*/0x30,/*A*/0x25,/*B*/0xE4,/*C*/0x23,/*D*/0x64,/*E*/0x74,/*F*/};voiddisplay(unsignedcharplace,unsignedcharnumber) {a8255_CON=0x89; a8255_PA=0xff; a8255_PB=0xff;a8255_PA=~(0x01<<(place-1));a8255_PB=num_table[number];}鍵盤部分：unsignedcharkeyboard(){unsigned charPC_data;unsignedcharj;unsignedchary=0; a8255_CON=0x89;a8255_PA=0xf1; a8255_PB=0xff;delay(1); PC_data=a8255_PC; for(j=0;j<4;j++) {if((PC_data&(1<<j))==(1<<j)) y=j+1;} return(y) ;}完整總程序見附錄。第三章調試結果及分析本設計主要是在編寫的程序編譯通過后，用下載軟件將編寫的程序下載到實驗開發(fā)板上，驗證結果是否滿足設計要求。主要通過按鍵部分進行控制，通過數(shù)碼管和LED燈部分進行觀察。經(jīng)驗證，在搶答中，只有開始后搶答才有效，如果在開始搶答前搶答為無效，相應犯規(guī)燈亮；主持人按鍵開始后，選手開始搶答為有效，相應成功指示燈亮，并開始倒時，回答問題的時間限定為10秒，滿時后系統(tǒng)計時自動復位及主控復位，滿足設計要求。參考文獻[1]張鑫編著.《單片機原理及應用》[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005.8.105—136.[2]陳家駿，鄭滔主編.《程序設計教程》[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.8.41—92.[3]余文俊主編.《8051C語言實習》[M].北京：中國水利水電出版社，2002.10.50—89.[4]孫育才編著.

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