實(shí)習(xí)報(bào)告-單片機(jī)搶答器設(shè)計(jì)

西安郵電大學(xué)單片機(jī)課程設(shè)計(jì)C報(bào)告書院(系)名稱：自動(dòng)化學(xué)院學(xué)生姓名：孫天驁、張夢(mèng)圓、李咪咪、左鵬飛專業(yè)名稱：智能科學(xué)與技術(shù)班級(jí)：智能1202時(shí)間：2023年10月20日至2023年10月31日目錄TOC\o"1-3"\h\u單片機(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)告1一、數(shù)字搶答器的概述2二、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求2三、搶答器原理3四、搶答器方案論證4五、考前須知5六、系統(tǒng)原理圖5七、硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)61.時(shí)鐘頻率電路的設(shè)計(jì)62.復(fù)位電路的設(shè)計(jì)73.數(shù)碼管電路的設(shè)計(jì)84.蜂鳴器電路的設(shè)計(jì)8八、主程序系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖81.系統(tǒng)程序8九、實(shí)驗(yàn)心得9一、數(shù)字搶答器的概述對(duì)于搶答器我們大家都知道那是用于選手做搶答題時(shí)用的，選手進(jìn)行搶答，搶到題的選手來(lái)答復(fù)下列問(wèn)題。搶答器不僅考驗(yàn)選手的反響速度同時(shí)也要求選手具備足夠的知識(shí)面和一定的勇氣。選手們都站在同一個(gè)起跑線上，表達(dá)了公平公正的原那么。本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的數(shù)字搶答器由主體電路與擴(kuò)展電路組成。優(yōu)先編碼電路、鎖存器、譯碼電路將參賽隊(duì)的輸入信號(hào)在顯示器上輸出；用控制電路和主持人開關(guān)啟動(dòng)報(bào)警電路，以上兩局部組成主體電路。通過(guò)定時(shí)電路和譯碼電路將秒脈沖產(chǎn)生的信號(hào)在顯示器上輸出實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能，構(gòu)成擴(kuò)展電路。經(jīng)過(guò)布線、焊接、調(diào)試等工作后數(shù)字搶答器成形。更具有實(shí)用性。二、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1、根本要求〔1〕搶答器同時(shí)供4名選手或4個(gè)代表隊(duì)比賽，分別用4個(gè)按鈕S1~S4表示。〔2〕設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)去除和搶答控制開關(guān)S，該開關(guān)由主持人控制?！?〕搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動(dòng)按鈕，鎖存相應(yīng)的編號(hào)，并在LED數(shù)碼管上顯示。選手搶答實(shí)行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)去除為止?！?〕搶答器具有定時(shí)搶答功能，且一次搶答的時(shí)間由主持人設(shè)定為30秒。當(dāng)主持人啟動(dòng)"開始"鍵后，定時(shí)器進(jìn)行減計(jì)時(shí)，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)的時(shí)間0.5秒左右。〔5〕參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效，定時(shí)器停止工作，顯示器上顯示選手的編號(hào)和搶答的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)去除為止。〔6〕如果定時(shí)時(shí)間已到，無(wú)人搶答，本次搶答無(wú)效，系統(tǒng)報(bào)警并禁止搶答，定時(shí)顯示器上顯示00優(yōu)點(diǎn)：與普通搶答器相比，本作品有以下幾方面優(yōu)勢(shì):1、具有清零裝置和搶答控制，可由主持人操縱防止有人在主持人說(shuō)“開始〞前提前搶答違反規(guī)那么。2、具有定時(shí)功能，在30秒內(nèi)無(wú)人搶答表示所有參賽選手獲參賽隊(duì)對(duì)此題棄權(quán)。3、30秒時(shí)仍無(wú)人搶答其報(bào)警電路工作表示搶答時(shí)間耗盡并禁止搶答。三、搶答器原理該搶答器供不多于四個(gè)的搶答比賽使用。每個(gè)選手的座位前安裝一只搶答按鈕開關(guān)和一只信號(hào)燈。主持人的座位前安裝一只復(fù)原按鈕開關(guān)、一只蜂鳴器和一只搶答器工作狀態(tài)指示燈。每當(dāng)主持人口頭發(fā)出允許搶答的號(hào)令之后，哪個(gè)隊(duì)先按下座位上的按鈕開關(guān)，封鎖其他按鈕開關(guān)的活動(dòng)。并且熄滅主持人座位上的狀態(tài)指示燈和發(fā)出3聲類似于振鈴的提示聲，以“聲明〞此次搶答動(dòng)作已經(jīng)完成。在主持人確認(rèn)后，按下復(fù)原按鈕，狀態(tài)指示燈重新點(diǎn)亮，并且同時(shí)發(fā)出“笛——〞聲，為下一次的搶答作好準(zhǔn)備。電路中的蜂鳴器FM是一只帶有助音腔的壓電陶瓷蜂鳴器，用于模擬發(fā)出報(bào)警聲的功率放大器和喇叭。在FM發(fā)聲的同時(shí)，燈D4也在發(fā)光。FM可以看作是一個(gè)電容性負(fù)載，本身不能流過(guò)直流電流。發(fā)聲的原理是，作用在兩個(gè)電極極板的電位在發(fā)生變化時(shí)，陶瓷材料就發(fā)生彎曲，從而振動(dòng)空氣發(fā)出聲音。FM和4只按鈕開關(guān)SWa~SWd以及4只電阻Ra~Rd都是在演示板的根底上額外添加的。由于RB端口內(nèi)部具有上拉電阻，只要用軟件設(shè)置其有效，即可省略在4只端口引腳上外接上拉電阻。四、搶答器方案論證〔1〕搶答器同時(shí)供4名選手或4個(gè)代表隊(duì)比賽，分別用4個(gè)按鈕S1~S4表示。〔2〕設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)去除和搶答控制開關(guān)S，該開關(guān)由主持人控制?！?〕搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動(dòng)按鈕，鎖存相應(yīng)的編號(hào)，并在LED數(shù)碼管上顯示。選手搶答實(shí)行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)去除為止。〔4〕搶答器具有定時(shí)搶答功能，且一次搶答的時(shí)間由主持人設(shè)定30秒。當(dāng)主持人啟動(dòng)"開始"鍵后，定時(shí)器進(jìn)行減計(jì)時(shí)，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)的時(shí)間0.5秒左右?！?〕參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效，定時(shí)器停止工作，顯示器上顯示選手的編號(hào)和搶答的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)去除為止。如果定時(shí)時(shí)間已到，無(wú)人搶答，本次搶答無(wú)效，系統(tǒng)報(bào)警并禁止搶答，定時(shí)顯示器上顯示00〔6〕4路搶答器可以利用硬件電子元器件實(shí)現(xiàn)，但電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)試?yán)щy，涉及到的外圍元件多，不便于安裝，實(shí)驗(yàn)給實(shí)際操作帶來(lái)很大的麻煩。我們利用單片機(jī)可以用很少元件實(shí)現(xiàn)相同功能，而且單片機(jī)性能穩(wěn)定，可操作性強(qiáng)。可以只用P0口連接上拉電阻，完成驅(qū)動(dòng)LED的功能，串接按鍵可以由選手自己控制搶答時(shí)機(jī)，利用P3口的RXD接74LS164的A，B端，TXD接移位脈沖做時(shí)鐘信號(hào)。利用單片機(jī)程序判斷選手按鍵是否有效，但選手違規(guī)搶答，利用簡(jiǎn)單程序顯示選手序號(hào)，啟動(dòng)蜂鳴器并不間斷，告訴主持人有人違規(guī)操作，搶答無(wú)效。給出相應(yīng)的延時(shí)，選手按正常的操作搶答，軟件倒記時(shí)，利用74LS164移位存放6段數(shù)碼管，實(shí)現(xiàn)倒記時(shí)顯示時(shí)間，到5秒相應(yīng)時(shí)間提醒選手時(shí)間快到了，要及時(shí)作答，并啟動(dòng)蜂鳴器。如果有選手在規(guī)定的時(shí)間以前完成問(wèn)題，主持人通過(guò)按鍵P2.4復(fù)位，開始新的問(wèn)題作答，因?yàn)槌绦虿皇呛艽蟛恍枰獢U(kuò)展存儲(chǔ)空間，選手按鍵跳入相應(yīng)的子程序，答復(fù)倒記時(shí)，通過(guò)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)功能可以更人性化，只需單電源供電更方便，容易實(shí)現(xiàn)。電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，外圍擴(kuò)展的電路不是很多，鍛煉我們所學(xué)的知識(shí)應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)生活當(dāng)中。為我們提供實(shí)踐的時(shí)機(jī)。單片機(jī)是電子專業(yè)開展的方向，更好的使用單片機(jī)可以是我們的產(chǎn)品小型化，使用更方便，性能更穩(wěn)定，功能更齊全，所以我們選用單片機(jī)加一定的外圍設(shè)備實(shí)現(xiàn)本次課程設(shè)計(jì)的要求。五、考前須知為使硬件電路設(shè)計(jì)盡可能合理，應(yīng)注意以下幾方面：(1)盡可能采用功能強(qiáng)的芯片，以簡(jiǎn)化電路，功能強(qiáng)的芯片可以代替假設(shè)干普通芯片，隨著生產(chǎn)工藝的提高，新型芯片的的價(jià)格不斷下降，并不一定比假設(shè)干普通芯片價(jià)格的總和高。(2)留有設(shè)計(jì)余地。在設(shè)計(jì)硬件電路時(shí)，要考慮到將來(lái)修改擴(kuò)展的方便。因?yàn)楹苌儆幸诲N定音的電路設(shè)計(jì)，如果現(xiàn)在不留余地，將來(lái)可能要為一點(diǎn)小小的修改或擴(kuò)展而被迫進(jìn)行全面返工。(3)程序空間，選用片內(nèi)程序空間足夠大的單片機(jī)，本設(shè)計(jì)采用AT89C51單片機(jī)。(4)I/O端口，在樣機(jī)研制出來(lái)后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試用時(shí)，往往會(huì)發(fā)現(xiàn)一些被無(wú)視的問(wèn)題，而這些問(wèn)題不是靠單純的軟件措施來(lái)解決的。如有些新的信號(hào)需要采集，就必須增加輸入檢測(cè)端；有些物理量需要控制，就必須增加輸出端。如果在硬件電路設(shè)計(jì)就預(yù)留出一些I/O端口，雖然當(dāng)時(shí)空著沒用，那么用的時(shí)候就派上用場(chǎng)了。六、系統(tǒng)原理圖七、硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.時(shí)鐘頻率電路的設(shè)計(jì)單片機(jī)必須在時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下才能工作.在單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)時(shí)鐘振蕩電路,只需要外接一個(gè)振蕩源就能產(chǎn)生一定的時(shí)鐘信號(hào)送到單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)單元,決定單片機(jī)的工作速度。圖3-2外部振蕩源電路一般選用石英晶體振蕩器。此電路在加電大約延遲10ms后振蕩器起振,在XTAL2引腳產(chǎn)生幅度為3V左右的正弦波時(shí)鐘信號(hào),其振蕩頻率主要由石英晶振的頻率確定。電路中兩個(gè)電容C1,C2的作用有兩個(gè):一是幫助振蕩器起振;二是對(duì)振蕩器的頻率進(jìn)行微調(diào)。C1,C2的典型值為30PF。單片機(jī)在工作時(shí),由內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生或由外直接輸入的送至內(nèi)部控制邏輯單元的時(shí)鐘信號(hào)的周期稱為時(shí)鐘周期。其大小是時(shí)鐘信號(hào)頻率的倒數(shù),常用fosc表示。如時(shí)鐘頻率為12MHz,即fosc=12MHz,那么時(shí)鐘周期為1/12μs。2.復(fù)位電路的設(shè)計(jì)單片機(jī)的第9腳RST為硬件復(fù)位端,只要將該端持續(xù)4個(gè)機(jī)器周期的高電平即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位,復(fù)位后單片機(jī)的各狀態(tài)都恢復(fù)到初始化狀態(tài)，其電路圖如圖4所示:值得注意的是,在設(shè)計(jì)當(dāng)中使用到了硬件復(fù)位和軟件復(fù)位兩種功能,由上面的硬件復(fù)位后的各狀態(tài)可知存放器及存儲(chǔ)器的值都恢復(fù)到了初始值,而前面的功能介紹中提到了倒計(jì)時(shí)時(shí)間的記憶功能,該功能的實(shí)現(xiàn)的前提條件就是不能對(duì)單片機(jī)進(jìn)行硬件復(fù)位,所以設(shè)定了軟復(fù)位功能。軟復(fù)位實(shí)際上就是當(dāng)程序執(zhí)行完畢之后,將程序指針通過(guò)一條跳轉(zhuǎn)指令讓它跳轉(zhuǎn)到程序執(zhí)行的起始地址。3.數(shù)碼管電路設(shè)計(jì)共陽(yáng)數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽(yáng)極接到一起形成公共陽(yáng)極(COM)的數(shù)碼管，共陽(yáng)數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。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dp〔小數(shù)點(diǎn)〕。但是把數(shù)碼管直接接入電路時(shí)數(shù)碼管的顯示不是很亮，所以在實(shí)際的電路焊接時(shí)參加了放大器。4.蜂鳴器我們知道，聲音的頻譜范圍約在幾十到幾千赫茲，假設(shè)能利用程序來(lái)控制單片機(jī)某個(gè)口線的“高〞電平或低電平，那么在該口線上就能產(chǎn)生一定頻率的矩形波，接上喇叭就能發(fā)出一定頻率的聲音。八、主程序系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1.系統(tǒng)程序搶答器程序#include<reg51.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbiterror=P1^3;//選手按鍵sbitk1=P3^0;sbitk2=P3^1;sbitk3=P3^2;sbitk4=P3^3;sbitk=P1^0;//主持人按鍵開始sbitr=P1^1;sbitbeep=P3^7;//蜂鳴器ucharcodetab[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77};//0-9代碼ucharshiwei,gewei,xuanshou,count,i,second,flag,flagO;bang,time1;uintt,m,n,a,a1,a2,a3,a4;voidmainOne();voidmainTwo();voiddis();voidTimer(){ TMOD|=0x01; TH0=0xd8;//初值55536，計(jì)數(shù)10000次，每次1US，總計(jì)10ms TL0=0xf0; IE=0x82;//這里是中斷優(yōu)先級(jí)控制EA=1〔開總中斷〕,ET0=1〔定時(shí)器0允許中斷)，這里用定時(shí)器0來(lái)定時(shí) TR0=1; }voiddelay(uintz)//延時(shí)函數(shù){ uintx,y; for(x=z;x>0;x--) for(y=110;y>0;y--);}voiddisplay(ucharshiwei,gewei,xuanshou)//顯示函數(shù){ if(flag){ P2=~0xfe;//翻開顯示時(shí)間十位的位選 P0=shiwei;//顯示十位 delay(5); P2=~0xfd; //個(gè)位位選 P0=gewei; delay(5); P2=~0xfb;//選手位選 P0=xuanshou; delay(5); }else{ P2=~0xfe;//翻開顯示時(shí)間十位的位選 P0=~0xf3;//顯示十位 delay(5); P2=~0xfd; //個(gè)位位選 P0=~0xf3; delay(5); P2=~0xfb;//選手位選 P0=xuanshou; delay(5); }}voiddis(void){ shiwei=~tab[second/10]; gewei=~tab[second%10]; xuanshou=~tab[i]; display(shiwei,gewei,xuanshou);}voidtim(void)interrupt1using1//為定時(shí)中斷TR0{ TH0=0xd8;//重新賦值 TL0=0xf0; count++; if(count==100)//100*10ms=1秒 { count=0; second--;//秒減1 }}voidinit()//初始化函數(shù){ error=0; r=1; flag=1; flagO=1; bang=1; P2=~0x04; P0=~0xf3; t=0; beep=0; i=0; second=29; a1=1; a2=1; a3=1; a4=1;}voidcheckkey(){ 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(500);beep=0;TR0=1;} } while(t) { if(m==0)//開關(guān)，保證程序只執(zhí)行一次 { switch(t) { case1: { TR0=1;i=1;second=30;beep=1;delay(300);beep=0; a1=0;a2=1;a3=1;a4=1;m=1;break; } case2: { TR0=1;i=2;second=30;beep=1;delay(300);beep=0; a2=0;a1=1;a3=1;a4=1;m=1;break; } case3: { TR0=1;i=3;second=30;beep=1;delay(300);beep=0; a3=0;a1=1;a2=1;a4=1;m=1;break; } case4: { TR0=1;i=4;second=30;beep=1;delay(300);beep=0; a4=0;a1=1;a2=1;a3=1;m=1;break; } } } if(r==0){ mainTwo(); } if(a1==0)//選手的計(jì)時(shí) { a1=0; dis(); if(second==0){ TimeOut(); } if(k1==0){ TR0=0; } } elseif(a2==0) { a2=0; dis(); if(second==0){ TimeOut(); } if(k2==0){ TR0=0; } } elseif(a3==0) { a3=0; dis(); if(second==0){ TimeOut(); } if(k3==0){ TR0=0; } } elseif(a4==0) { a4=0; dis(); if(second==0){ TimeOut(); } if(k4==0){ TR0=0; } } if(k==0){i=0;t=0;second=29;beep=1;delay(500);beep=0;TR0=1;} while(!k); } } }}voi