基于.-51單片機搶答器的課程設計匯本

...wd......wd......wd...西安文理學院物理與機械電子工程學院專業(yè)課程設計報告專業(yè)班級測控技術(shù)與儀器課程51單片機技術(shù)與設計題目基于51單片機的搶答器設計學號學生姓名指導教師2014年5月基于51單片機的八位搶答器設計摘要隨著電子技術(shù)的飛速開展，基于單片機的控制系統(tǒng)已應用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、電力、電子、智能樓宇等行業(yè)，微型計算機作為嵌入式控制系統(tǒng)的主體與核心，代替了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)的常規(guī)電子線路。搶答器作為一種工具，已廣泛應用于各種智力和知識競賽場合。但搶答器的使用頻率較低，且有的要么制作復雜，要么可靠性低。作為一個單位，如果專門購一臺搶答器雖然在經(jīng)濟上可以承受，但每年使用的次數(shù)極少，往往因長期存放使〔電子器件的〕搶答器損壞，再購置的麻煩和及時性就會影響活動的開展，因此設計了本搶答器。本設計是以八路搶答為根本理念?？紤]到依需設定限時答復的功能，利用AT89C51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(jié)合起來，使得系統(tǒng)能夠正確地進展計時。同時使液晶顯示屏能夠正確地顯示時間，并且給出指令的提示，揚聲器發(fā)生提示。系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)：在搶答中，只有開場后搶答才有效，如果在開場搶答前搶答為無效；搶答限定時間和答復以下問題的時間可在1-99s設定；可以顯示是哪位選手有效搶答和無效搶答，正確按鍵后有聲音的提示；搶答時間和答復以下問題時間倒記時顯示，滿時后系統(tǒng)計時有聲音提示；搶答倒計時時間和答復以下問題時間均可通過硬件的按鍵調(diào)整。關(guān)鍵詞:AT89C51；單片機；液晶顯示屏；搶答器；智能目錄286121引言1167392設計任務與要求概述139562.1題目1112972.2設計任務147162.3設計要求1306632.4設計目的1223873方案總體設計2163563.1方案231043.1.1控制芯片27573.1.2顯示方式218693.1.3程序語言的選擇234373.2原理框圖362744硬件電路設計3230594.1搶答器的工作原理3315834.2單元電路設計3312844.2.1搶答器電路3223974.2.2發(fā)聲電路設計4277684.2.3開場、復位按鍵輸入電路的設計4144524.2.4時鐘震蕩電路4162274.2.5設定時間、加減時間電路設計417604.2.6顯示電路的設計512155軟件設計647505.1搶答器工作流程614185.2流程框圖6325876電路仿真調(diào)試7251146.1上電準備狀態(tài)7125166.2開場搶答7267726.3非法搶答8307996.4正常搶答8317217實驗儀器及元器件清單949038設計總結(jié)9307149致謝92248110參考文獻109100附錄一系統(tǒng)電路圖1131753附錄二程序清單111引言目前各種各樣的競賽越來越多,無論是學校、工廠、軍隊還是益智性電視節(jié)目，其中用到搶答器的概率非常大。目前很多搶答器根本上采用小規(guī)模數(shù)字集成電路設計,使用起來不夠理想。因此設計一款更易于使用和區(qū)分度高的搶答器成了非常迫切的任務。現(xiàn)在單片機已進入各個領域,以其功耗小、智能化而著稱。所以假設利用單片機來設計搶答器,便使以上問題得以解決。針對以上情況,本課程設計出以AT89C51單片機為核心的八路搶答器。它能根據(jù)不同的搶答輸入信號,經(jīng)過單片機的控制處理并產(chǎn)生不同的與輸入信號相對應的輸出信號,最后通過液晶顯示屏顯示相應的路數(shù)和答題時間以及各項命令等，使競賽真正到達公正、公開、公平。2設計任務與要求概述2.1題目8路比賽搶答器2.2設計任務利用8051單片機中斷系統(tǒng)，制作一個有8個按鍵的比賽搶答器，可供8名選手比賽的搶答，每組設置一個搶答按鈕，按鈕的編號與選手的編號對應，主持人設置控制開關(guān)，用來控制系統(tǒng)的清零和搶答的開場，在有人按鍵時進展對應選手顯示。2.3設計要求1完成系統(tǒng)的硬件電路設計與軟件設計；2采用匯編或C語言編程；3采用Proteus、KeilC等軟件實現(xiàn)系統(tǒng)的仿真調(diào)試；4論文要求思路清晰，構(gòu)造合理，語言流暢，書寫格式符合要求。2.4設計目的1綜合運用相關(guān)課程中所學的理論知識去完成這一設計課題。2通過查閱手冊和相關(guān)文獻資料，培養(yǎng)自己獨立分析和解決問題的能力。3進一步熟悉單片機和常用接口電路，加深對專業(yè)知識和理論知識學習的認識和理解。4學會電路的設計與程序的調(diào)試。5學會撰寫課程設計論文。6培養(yǎng)嚴肅認真的工作作風和嚴謹?shù)目茖W態(tài)度。3方案總體設計3.1方案3.1.1控制芯片我們采用51系列單片機AT89C51作為控制核心，該系統(tǒng)可以完成運算控制、信號識別以及顯示功能的實現(xiàn)。單片機技術(shù)比擬成熟，應用起來方便、簡單并且單片機周圍的輔助電路也比擬少，便于控制和實現(xiàn)。整個系統(tǒng)具有極其靈活的可編程性，能方便地對系統(tǒng)進展功能的擴張和更改。MCS-51單片機特點如下：a、可靠性好：單片機按照工業(yè)控制要求設計，抵抗工業(yè)噪聲干擾優(yōu)于一般的CPU，程序指令和數(shù)據(jù)都可以寫在ROM里，許多信號通道都在同一芯片，因此可靠性高，易擴大。b、單片機有一般電腦所必須的器件，如三態(tài)雙向總線，串并行的輸入及輸出引腳，可擴大為各種規(guī)模的微電腦系統(tǒng)。c、控制功能強：單片機指令除了輸入輸出指令，邏輯判斷指令外還有更豐富的條件分支跳躍指令。3.1.2顯示方式在實現(xiàn)根本功能時，我們采用了四位數(shù)碼管顯示，后兩位顯示倒計時時間，第一位顯示搶答組號，第三位置空，在此根基上還在程序里加了更改搶答時間和倒計時時間的模塊，也可通過數(shù)碼管顯示，成為一個比擬完整的系統(tǒng)。后來在實現(xiàn)拓展功能時，我們想?yún)⒓诱Z音顯示的模塊，發(fā)現(xiàn)proteus軟件無法仿真，就改為用液晶顯示屏1602顯示。1602液晶顯示屏也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器〔CGROM)已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，它可以通過簡短的英文提示和數(shù)字使人明確看到比賽進展的整個過程。3.1.3程序語言的選擇一開場實現(xiàn)根本功能時，使用數(shù)碼管作為顯示，采用了匯編語言，比擬高效，條理也清晰；后來做拓展功能時改用液晶顯示屏顯示，發(fā)現(xiàn)液晶顯示屏使用c語言編程更便捷高效，就整體使用了c語言。3.2原理框圖搶答按扭搶答按扭優(yōu)先編碼器碼電路鎖存器譯碼電路譯碼顯示主持人按鈕開關(guān)控制電路報警電路秒脈沖產(chǎn)生電路定時電路譯碼電路顯示電路圖3.1原理框圖4硬件電路設計4.1搶答器的工作原理用單片機的兩個外部中斷作為修改時間的選擇按鈕，選擇修改搶答倒計時時間還是答復以下問題時間；用定時器1作為時間的控制。4.2單元電路設計4.2.1搶答器電路該電路有八個按鈕分別接于P1.0~P1.7可實現(xiàn)兩個功能：一是分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號，同時譯碼顯示電路顯示編號；二是制止其他選手按鍵操作無效。如有再次搶答需由主持人將S開關(guān)重新置,“去除〞然后再進展下一次搶答。如圖4.1圖4.1搶答器電路4.2.2發(fā)聲電路設計用P3.6口和揚聲器相連，主持人將控制開關(guān)撥到"開場"位置時，會發(fā)聲，搶答電路和定時電路進人正常搶答工作狀態(tài)；當參賽選手按動搶答鍵時，揚聲器發(fā)聲，搶答電路和定時電路停頓工作。如圖4.24.2.3開場、復位按鍵輸入電路的設計復位是計算機的一個重要工作狀態(tài)。開場和復位鍵分別接于P3.0和P3.1口，在單片機工作時，接電之前，斷電后也要復位。在搶答器中復位則為定時做鋪墊，在搶答之前要復位，搶答完也要復位。按了復位鍵，顯示屏的狀態(tài)是“start……〞。如圖4.3圖4.2發(fā)聲電路圖4.3開場、復位電路4.2.4時鐘震蕩電路CPU的操作需要準確的定時，可用一個晶體振蕩器產(chǎn)生穩(wěn)定的時鐘脈沖來控制AT89C51單片機上的XTAL1和XTAL2分別為振蕩電路的輸入和輸出。如圖4.44.2.5設定時間、加減時間電路設計該電路主要是對答題時間和搶答時間調(diào)整設計的，搶答時間接P3.2，答題時間接P3.3，加一秒接P3.4，減一秒接P3.5。如圖4.5圖4.4時鐘振蕩電路圖4.5加減時間電路4.2.6顯示電路的設計本系統(tǒng)通過液晶顯示屏來顯示各提示信息。如圖4.6圖4.6顯示時間電路5軟件設計5.1搶答器工作流程為了能夠到達搶答的公平、公正、合理，應該在主持人發(fā)布搶答命令之前必須先設定搶答的時間，因而在編開場搶答前的程序得先編寫設定時間的程序，當時間設好了之后，主持人發(fā)布搶答命令按下P3.0按鍵，程序開場翻開定時中斷開場倒計時，然后調(diào)用鍵盤掃描子程序，編寫鍵盤掃描程序。當在掃描到有人按下了答題鍵，馬上關(guān)閉T0、調(diào)用顯示程序、封鎖鍵盤。接通電源后，液晶顯示屏顯示“Ready……〞，搶答器處于制止狀態(tài)，處于等待開場狀態(tài)，此時有人搶答，會顯示“error〞，也可以調(diào)整搶答時間和答復以下問題時間，；主持人將開關(guān)置，“開場〞狀態(tài)，宣布“開場〞搶答器工作，顯示屏顯示“go！〞，揚聲器給出聲響提示，定時器倒計時；選手在定時時間內(nèi)搶答時，搶答器完成，顯示組號，并且倒計時，時間到揚聲器提示。當一輪搶答之后，定時器停頓、制止二次搶答、定時器顯示剩余時間。如果再次搶答必須由主持人再次操作"開場、停頓"狀態(tài)開關(guān)。5.2流程框圖圖5.1流程框圖6電路仿真調(diào)試6.1上電準備狀態(tài)圖6.1上電準備狀態(tài)6.2開場搶答圖6.2開場搶答6.3非法搶答圖6.3非法搶答6.4正常搶答圖6.4正常搶答7實驗儀器及元器件清單表7-1實驗儀器及元器件清單器件名稱規(guī)格型號數(shù)量微處理器AT89C511極性電容1uF1電阻(排阻)RESPACK89電容10uF2晶振12MHZ1按鈕15液晶顯示屏LM020L1揚聲器BUZZER18設計總結(jié)通過這次課程設計，我更進一步地認識了搶答器的工作原理，掌握了它的調(diào)整及測試方法。本系統(tǒng)通過采用AT89C51單片機作為核心，以八個按鍵輸入搶答信號，以液晶顯示屏顯示，根據(jù)燒錄到單片機中的程序控制整個系統(tǒng)的工作流程，整體性好，效率高，實現(xiàn)了搶答器的智能化。在這過程之中也遇到了一些問題，比方對匯編語言理解還不夠，將其轉(zhuǎn)化為C語言時在時序上出現(xiàn)一些問題，還有C語言根基也需要加強，編程能力有待提高。9致謝通過此次的課程設計，讓我更進一步的穩(wěn)固了單片機的各種知識。但在設計的過程中，遇到了很多的問題，有一些知識已經(jīng)不太清楚了，但是通過一些資料又重新的翻閱并且認真的復習了相關(guān)教科書中的內(nèi)容。此次的課程設計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都有非常重要的影響，而且大大的提高了動手能力，使我充分的體會到了創(chuàng)造過程中的探索的困難和成功的喜悅。雖然這次做出的作品還存在很多需要改良的地方，但是在整個設計過程中所學習到的東西是這次實訓所得到的最大收獲跟財富，使我終身受益。最后，我要感謝指導教師教師和楊浩輝同學在我將系統(tǒng)的匯編語言改為C語言時對我無私的幫助。10參考文獻【1】戴梅蕚史嘉權(quán)編著，《微型計算機技術(shù)及應用》〔第四版〕清華大學出版社，北京，2008.3【2】〔美〕BruceEckel著陳昊鵬譯《JAVA編程思想》〔第四版〕，機械工業(yè)出版社，北京，2007.6〔2013.11重印〕【3】馮博琴吳寧主編，《微型計算機原理與接口技術(shù)》〔第三版〕，清華大學出版社，北京密云膠印廠，2011.6【4】張毅剛等編著，《新編MSC-51單片機應用設計》〔第三版〕，哈爾濱工業(yè)大學出版社，哈爾濱東林印務，2008.4附錄一系統(tǒng)電路圖圖附錄系統(tǒng)電路圖附錄二程序清單#include<reg51.h>//包含單片機的頭文件#include<intrins.h>//包含_nop_()函數(shù)定義的頭文件sbitRS=P2^0;//存放器選擇位，將RS位定義為P2.0引腳sbitRW=P2^1;//讀寫選擇位，將RW位定義為P2.1引腳sbitE=P2^2;sbitring=P3^6;sbitstart=P3^0;sbitok=P3^1;sbitadd=P3^4;sbitsub=P3^5;sbitD0=P1^0;sbitD1=P1^1;sbitD2=P1^2;sbitD3=P1^3;sbitD4=P1^4;sbitD5=P1^5;sbitD6=P1^6;sbitD7=P1^7;unsignedcharnum=0;unsignedchara=30,b=60,n=0,qd,hd,d;voiddisplay();voiddelay1ms(){unsignedchari,j;for(i=0;i<10;i++)for(j=0;j<33;j++);}voiddelay(unsignedcharn){unsignedchari;for(i=0;i<n;i++)delay1ms();}voidnopp(unsignedcharn){unsignedchari;for(i=0;i<n;i++)_nop_();}bitlcd_bz(){bitresult;RS=0;//根據(jù)規(guī)定，RS為低電平，RW為高電平時，可以讀狀態(tài)RW=1;E=1;//E=1，才允許讀寫 nopp(4);//空操作四個機器周期，給硬件反響時間result=(bit)(P0&0x80);//將忙碌標志電平賦給resultE=0;returnresult;}voidWriteInstruction(unsignedchardictate){while(lcd_bz()==1);//如果忙就等待RS=0;//根據(jù)規(guī)定，RS和R/W同時為低電平時，可以寫入指令RW=0;E=1;//E置低電平nopp(2);//空操作兩個機器周期，給硬件反響時間P0=dictate;//將數(shù)據(jù)送入P0口，即寫入指令或地址nopp(4);//空操作四個機器周期，給硬件反響時間E=1;//E置高電平(正跳變)nopp(4);//空操作四個機器周期，給硬件反響時間E=0;//當E由高電平跳變成低電平時，液晶模塊開場執(zhí)行命令}voidWriteData(unsignedchary){while(lcd_bz()==1);RS=1;//RS為高電平，RW為低電平時，可以寫入數(shù)據(jù)RW=0;E=1;//E置低電平P0=y;//將數(shù)據(jù)送入P0口，即將數(shù)據(jù)寫入液晶模塊nopp(4);//空操作四個機器周期，給硬件反響時間E=1;//E置高電平(正跳變)nopp(4);//空操作四個機器周期，給硬件反響時間E=0;//當E由高電平跳變成低電平時，液晶模塊開場執(zhí)行命令}voidLcdInitiate(void){delay(15);//延時15ms，首次寫指令時應給LCD一段較長的反響時間WriteInstruction(0x30);//顯示模式設置：8位數(shù)據(jù),16×2顯示，5×7點陣，delay(5);//延時5ms WriteInstruction(0x38);delay(5);WriteInstruction(0x0c);//顯示模式設置：顯示開，有光標，光標閃爍delay(5);WriteInstruction(0x06);//顯示模式設置：光標右移，字符不移delay(5);WriteInstruction(0x01);//清屏幕指令，將以前的顯示內(nèi)容去除delay(5);}voidDisplay(unsignedcharstring[]){unsignedchari; i=0;while(string[i]!='\0'){//顯示字符WriteData(string[i]);i++;}}/*voidbark(){ ring=1; delay(10); ring=0;}*/voidanswer(){ ring=1; delay(500); ring=0; WriteInstruction(0x01); delay(1); Display("go!"); TR1=1;qd=1;d=a; while(1){ //TR0=1; if(!D0){n=1; break;} if(!D1){n=2; break;} if(!D2){n=3; break; } if(!D3){n=4; break; } if(!D4){n=5; break; } if(!D5){n=6; break; } if(!D6){n=7; break; } if(!D7){n=8; break;} } WriteInstruction(0x01); switch(n) { case1:Display("number:1");hd=1;break; case2:Display("number:2");hd=1;break; case3:Display("number:3");hd=1;break; case4:Display("number:4");hd=1;break; case5:Display("number:5");hd=1;break; case6:Display("number:6");hd=1;break; case7:Display("number:7");hd=1;break;case8:Display("number:8");hd=1;break; } n=0; 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