單片機課程設(shè)計(完整版六路搶答器)

1、單片機原理及應(yīng)用課程設(shè)計學(xué)號 2010單片機中級教程原理與應(yīng)用課 程 設(shè) 計（2010屆本科）題 目： 六路搶答器設(shè)計 學(xué) 院： 物理與機電工程學(xué)院專 業(yè)： 電氣程及其自動化 作者姓名： 指導(dǎo)教師： 職稱：副教授 完成日期： 201年12月15 日 摘要本設(shè)計是六路智力搶答器。使用51系列單片機，編寫應(yīng)用程序來實現(xiàn)智力搶答功能。硬件設(shè)計使用的是51系列單片機中的89C51。硬件設(shè)計利用其中斷控制程序進行搶答部分的處理，通過非門的控制去申請單片機內(nèi)部的中斷，以達到顯示搶答的目的。軟件設(shè)計利用中斷系統(tǒng)的基本構(gòu)成原理編寫中斷服務(wù)程序，其信號由按鍵電路提供，由CPU響應(yīng)中斷，并輸出響應(yīng)。用到了查詢按鍵

2、模塊、定時器模塊、顯示時間模塊、顯示組號模塊、報警模塊等。關(guān)鍵詞：89C51 中斷 定時器 報警電路等 目錄第1章 緒論21.1 智能搶答器的發(fā)展現(xiàn)狀21.2 搶答器的背景和特點2第2章 搶答器的系統(tǒng)概述22.1 六路搶答器設(shè)計功能要求22.2 搶答器設(shè)計方案3第3章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計33.1 系統(tǒng)電路圖33.2 時鐘頻率電路的設(shè)計43.3 鍵盤掃描電路的設(shè)計43.4 顯示電路的設(shè)計5第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計64.1 程序流程圖64.2 系統(tǒng)程序6第5章 仿真調(diào)試及性能分析75.1 仿真調(diào)試7一、上電顯示7二、開始搶答倒計時顯示7三、正確搶答顯示8四、違規(guī)搶答顯示85.2 性能分析9第6章 設(shè)計出

3、現(xiàn)的問題及總結(jié)96.1 設(shè)計出現(xiàn)的問題96.2 總結(jié)9附錄12第1章 緒論1.1 智能搶答器的發(fā)展現(xiàn)狀 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在的搶答器功能越來越強，可靠性和準(zhǔn)確性也越來越高。能夠?qū)崿F(xiàn)搶答器功能的方式有多種，可以采用前期的模擬電路、數(shù)字電路或模擬與數(shù)字電路相結(jié)合的方式，但這種方式制作過程復(fù)雜，而且準(zhǔn)確性與可靠性不高，成品面積大。對于目前搶答器的功能描述，如涵蓋搶答器、搶答限時、選手答題計時及犯規(guī)組號搶答器具有搶答自鎖，燈光指示、暫停復(fù)位、電子音樂報聲、自動定時等功能，還有工作模式的切換和時間設(shè)定，對于這些，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，肯定還要得到進一步的改進。一般都要趨向于智能化。1.2 搶答器的背景

4、和特點在各類競賽中，特別是做搶答題時，在搶答過程中，為了知道哪一組或哪一名選手先答題，必須要有一個系統(tǒng)來完成這個任務(wù)。如果在搶答過程中，只靠人的視覺是很難判斷出哪組先答題。利用單片機來設(shè)計搶答器，使以上問題得以解決，即使有兩組的搶答時間相差幾微秒，也可分辨出哪組優(yōu)先答題。搶答器是一種應(yīng)用非常廣泛的設(shè)備，在各種競賽、搶答場合中，它能迅速、客觀地分辨出最先獲得發(fā)言權(quán)的選手。早期的搶大漆只由幾個三極管、可控硅、發(fā)光管等組成， 能通過發(fā)光管的指示辨認出選手號碼?，F(xiàn)在大多數(shù)搶答器均使用單片機(如MCS-51型)和數(shù)字集成電路，并增加了許多新功能，如選手號碼顯示、搶按前或搶按后的計時、選手得分顯示功能。像

5、這類搶答器，制作過程簡單，準(zhǔn)確性與可靠性高，而且安裝維護簡單。對于搶答器的應(yīng)用，如早期的數(shù)字電路，隨著科技的逐步發(fā)展，進而到了單片機的控制來實現(xiàn)其功能，而且功能齊全，電路簡單，成本低，性能高，真正朝著有利的方向發(fā)展。第2章 搶答器的系統(tǒng)概述2.1 六路搶答器設(shè)計功能要求1、基本要求（1）搶答器同時供6名選手或6個代表隊比賽，分別用6個按鈕S0 S5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） 搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應(yīng)的編號，并在LED數(shù)碼管上顯示，同時揚聲器發(fā)出報警聲響提示。選手搶答實行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清除

6、為止。（4）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(dāng)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，聲響持續(xù)的時間0.5秒左右。（5）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。（6）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FF。2.2 搶答器設(shè)計方案在設(shè)計中采用的單片機是AT89C51，它主要負責(zé)控制各個部分協(xié)調(diào)工作。P1.0和P1.7由裁判控制,分別是搶答開始和停止鍵。P1.1P1.6是6組搶答的輸入口，按

7、下對應(yīng)按鈕即為搶答。P0口為數(shù)碼管的段選口，位選口用的是P2口的低4位。P3.6為蜂鳴器的控制口。外部還接有蜂鳴器用來發(fā)出報警音。采用7SEG-MPX4-CA-BLUE顯示，它是共陰極的由高電平點亮。系統(tǒng)仿真用到了Proteus7.10軟件，通過仿真可以顯示所設(shè)計系統(tǒng)的功能,對于程序的調(diào)試等有很大的幫助。第3章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計3.1 系統(tǒng)電路圖如圖3-1，P1.0為開始搶答，P1.7為停止，P1.1-P1.6為六路搶答輸入，數(shù)碼管段選P0口，位選P2口低3位，蜂鳴器輸出為P3.6口。圖3-1 系統(tǒng)電路原理圖3.2 時鐘頻率電路的設(shè)計單片機必須在時鐘的驅(qū)動下才能工作.在單片機內(nèi)部有一個時鐘振蕩

8、電路,只需要外接一個振蕩源就能產(chǎn)生一定的時鐘信號送到單片機內(nèi)部的各個單元,決定單片機的工作速度。圖3-2晶振電路的設(shè)計3.3 鍵盤掃描電路的設(shè)計P1.0和P1.7由裁判控制,分別是搶答開始和停止鍵。P1.1-P1.6是6組搶答的輸入口,按下按鈕搶答。圖3-3 點鍵盤掃描電路3.4 顯示電路的設(shè)計采用7個電阻做為上拉電阻，數(shù)碼管7SEG-MPX4-CA-BLUE，它是共陰極的數(shù)碼管。采用74LS04單輸入非門。圖3-4 顯示電路的設(shè)計第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計軟件任務(wù)分析和硬件電路設(shè)計結(jié)合進行，哪些功能由硬件完成，哪些任務(wù)由軟件完成，在硬件電路設(shè)計基本定型后，也就基本上決定下來了。4.1 程序流程圖圖

9、4-1 程序流程圖4.2 系統(tǒng)程序在本設(shè)計中包括了以下六個主要的程序：主程序、非法搶答程序、倒計時程序、正常搶答處理程序、犯規(guī)處理程序、顯示及發(fā)聲程序。P1.0為開始搶答，P1.7為停止，p1.1-p1.6為六路搶答輸入數(shù)碼管段選P0口，位選P2口，蜂鳴器輸出為P3.6口。注：源程序代碼見附頁第5章 仿真調(diào)試及性能分析5.1 仿真調(diào)試一、上電顯示圖5-1 上電顯示圖當(dāng)上電時，數(shù)碼顯示管顯示“FFF”,其中，左邊兩個數(shù)碼管顯示時間，最后一個顯示搶答選手的編號。二、開始搶答倒計時顯示圖5-3 開始搶答倒計時顯示當(dāng)主持人按下“開始”按鈕后，定時器開始48s倒計時，各選手要在48s中完成搶答，當(dāng)?shù)褂嫊r

10、剩余5s時，若還無人搶答，蜂鳴器就會發(fā)出聲響進行提示。若無人搶答，此輪搶答結(jié)束，顯示器顯示“FFF”。三、正確搶答顯示圖5-3 正確搶答顯示如圖，當(dāng)主持人按下“開始”按鈕后，五號選手搶答成功，并開始答題倒計時，要求選手在限定時間內(nèi)作答。當(dāng)?shù)褂嫊r剩余5s時，蜂鳴器開始發(fā)出聲響，當(dāng)?shù)褂嫊r完成時，顯示器顯示“FFF”。四、違規(guī)搶答顯示圖5-4 違規(guī)搶答顯示當(dāng)主持人還未按下“開始”按鈕，選手就按下了搶答鍵，就會出現(xiàn)如上圖所示情況，并且蜂鳴器會一直發(fā)出警報，直到按下結(jié)束“按鈕”。5.2 性能分析（1）具有清零裝置和搶答控制，可由主持人操縱避免有人在主持人說“開始”前提前搶答違反規(guī)則。（2）具有定時功能，

11、在48秒內(nèi)無人搶答表示所有參賽選手獲參賽隊對本題棄權(quán)。（3）48秒時仍無人搶答其報警電路工作表示搶答時間耗盡并禁止搶答。 （5）主持人按"搶答開始"鍵，會有提示音，并立刻進入搶答倒計時（預(yù)設(shè)48s搶答時間），如有選手搶答，會有提示音，并會顯示其號數(shù)并立刻進入回答倒計時（預(yù)設(shè)69s搶答時間），不進行搶答查詢，所以只有第一個按搶答的選手有效。倒數(shù)時間到小于5s會每秒響一下提示音。 （6）如倒計時期間，主持人想停止倒計時可以隨時按"停止"按鍵，系統(tǒng)會自動進入準(zhǔn)備狀態(tài)，等待主持人按"搶答開始"進入下次搶答計時。 （7）如果主持人未按"

12、;搶答開始"鍵，而有人按了搶答按鍵，犯規(guī)搶答，LED上不斷閃爍FF和犯規(guī)號數(shù)并響個不停，直到按下"停止" 鍵為止。第6章 設(shè)計出現(xiàn)的問題及總結(jié)6.1 設(shè)計出現(xiàn)的問題在本次課程設(shè)計過程中，出現(xiàn)了許許多多的問題，主要包括在程序的編寫及調(diào)試、仿真及調(diào)試和設(shè)計本身的不足，如查詢模塊、延時模塊的程序編寫。此次所設(shè)計的搶答器可實現(xiàn)基本的操作功能,可是還存在許多不足之處,如當(dāng)搶答時,如果前一位選手搶答錯誤而繼續(xù)搶答時,前一個選手的號碼不能自動被清除；還有就是不能調(diào)整搶答計時時間等等。6.2 總結(jié)通過此次單片機設(shè)計實習(xí)，把自己在學(xué)校學(xué)到的知識轉(zhuǎn)化為實驗成果，積累了一定的經(jīng)驗，提高

13、了分析問題和解決問題的實際能力。我體會到課程設(shè)計的各個環(huán)節(jié)，不是孤立的，每個環(huán)節(jié)都是必不可少的。在該課程設(shè)計的過程中，我深刻體會到了計算機研究工作的艱辛。自己覺得理論上可行的方法，在實驗的過程中卻不一定行得通。經(jīng)過了一次又一次地修改程序和檢查電路，終于完成了自己的課程設(shè)計。雖然它有許多的不完善，可我卻有一種無法言表的喜悅與成就感。我明白了課程設(shè)計的過程，就是不斷地改進與完善的過程。 在開發(fā)設(shè)計過程中，由于知識有限，經(jīng)驗不足，課程設(shè)計時間短，難免有很多的不足，敬請老師指教，以待日后加以改進。參考文獻1單片機中級教程原理及應(yīng)用（第2版），張俊謨，北京航空航天大學(xué)出版社，20062Proteus在M

14、CS-51系統(tǒng)中的應(yīng)用百例，周潤景、袁偉亭、景曉松，電子工業(yè)出版社，2006 3單片機系統(tǒng)設(shè)計與實例指導(dǎo)，馮育長，西安電子科技大學(xué)出版社，2007附錄：源程序代碼OK EQU 20H; 搶答開始標(biāo)志位 RING EQU 22H; 響鈴標(biāo)志位 ORG 0000H AJMP MAIN ORG 000BH AJMP T0INT ORG 001BH AJMP T1INT ORG 0040HMAIN: MOV R1,#30H; 初設(shè)搶答時間 MOV R2,#45H; 初設(shè)答題時間 MOV TMOD,#11H; 設(shè)置未定時器/模式1 MOV TH0,#0F0H MOV TL0,#0FFH; 越高發(fā)聲頻率越

15、高,越尖 MOV TH1,#3CH MOV TL1,#0B0H; 50ms為一次溢出中斷 SETB EA SETB ET0 SETB ET1 CLR OK CLR RING SETB TR1 SETB TR0; 一開始就運行定時器,以開始顯示FFF. START: MOV R5,#0BH MOV R4,#0BH MOV R3,#0BH ACALL DISPLAY; 未開始搶答時候顯示FFF JB P1.0,NEXT ACALL DELAY JB P1.0,NEXT; 去抖動,如果"開始鍵"按下就向下執(zhí)行,否者跳到非法搶答查詢 ACALL BARK; 按鍵發(fā)聲 MOV A,R

16、1 MOV R6,A; 送R1-R6,因為R1中保存了搶答時間 SETB OK; 搶答標(biāo)志位,用于COUNT只程序中判斷是否查詢搶答 MOV R3,0AH; 搶答只顯示計時,滅號數(shù) AJMP COUNT; 進入倒計時程序,"查詢有效搶答的程序"在COUNT里面NEXT: JNB P1.1,FALSE1 JNB P1.2,FALSE2 JNB P1.3,FALSE3 JNB P1.4,FALSE4 JNB P1.5,FALSE5 JNB P1.6,FALSE6 AJMP STARTFALSE1: ACALL BARK; 按鍵發(fā)聲 MOV R3,#01H AJMP ERRORF

17、ALSE2: ACALL BARK MOV R3,#02H AJMP ERRORFALSE3: ACALL BARK MOV R3,#03H AJMP ERRORFALSE4: ACALL BARK MOV R3,#04H AJMP ERRORFALSE5: ACALL BARK MOV R3,#05H AJMP ERRORFALSE6: ACALL BARK MOV R3,#06H AJMP ERRORCOUNT: MOV R0,#00H; 重置定時器中斷次數(shù) MOV TH1,#3CH MOV TL1,#0B0H; 重置定時器RECOUNT: MOV A,R6; R6保存了倒計時的時間,之前

18、先將搶答時間或回答時間給R6 MOV B,#0AH DIV AB; 除十分出個位/十位 MOV 30H,A; 十位存于(30H) MOV 31H,B; 個位存于(31H) MOV R5,30H; 取十位 MOV R4,31H; 取個位 MOV A,R6 SUBB A,#07H JNC LARGER MOV A,R0 CJNE A,#0AH,FULL; 1s中0.5s向下運行 CLR RING AJMP CHECKFULL: CJNE A,#14H,CHECK; 下面系1s的情況,響并顯示號數(shù)并清R0,重新計時 SETB RING MOV A,R6 JZ QUIT; 計時完畢 MOV R0,#0

19、0H DEC R6; 一秒標(biāo)志減1 AJMP CHECKLARGER: MOV A,R0 CJNE A,#14H,CHECK; 如果1s向下運行,否者跳到查"停/顯示" DEC R6; 計時一秒R6自動減1 MOV R0,#00HCHECK: JNB P1.7,QUIT; 如按下停止鍵退出 ACALL DISPLAY JB OK,ACCOUT; 如果是搶答倒計時,如是則查詢搶答,否者跳過查詢繼續(xù)倒數(shù) AJMP RECOUNTACCOUT: JNB P1.1,TRUE1 JNB P1.2,TRUE2 JNB P1.3,TRUE3 JNB P1.4,TRUE4 JNB P1.5

20、,TRUE5 JNB P1.6,TRUE6 AJMP RECOUNTQUIT: CLR OK; 如果按下了"停止鍵"執(zhí)行的程序 CLR RING AJMP STARTTRUE1: ACALL BARK; 按鍵發(fā)聲 MOV A,R2 MOV R6,A; 搶答時間R2送R6 MOV R3,#01H CLR OK; 因為答題的計時不再查詢搶答,所以就鎖了搶答 AJMP COUNTTRUE2:ACALL BARK; MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#02H CLR OK AJMP COUNTTRUE3:ACALL BARK; MOV A,R2 MOV R6,A M

21、OV R3,#03H CLR OK AJMP COUNTTRUE4:ACALL BARK; MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#04H CLR OK AJMP COUNTTRUE5: ACALL BARK; MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#05H CLR OK AJMP COUNTTRUE6: ACALL BARK; MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#06H CLR OK AJMP COUNTERROR: MOV R0,#00H MOV TH1,#3CH MOV TL1,#0B0H MOV 34H,R3; 犯規(guī)號數(shù)暫存與(34H)HERE:

22、 MOV A,R0 CJNE A,#0AH,FLASH; 0.5s向下運行->滅并停響 CLR RING MOV R3,#0AH MOV R4,#0AH MOV R5,#0AH; 三燈全滅 AJMP CHECK1FLASH: CJNE A,#14H,CHECK1; 下面系1s的情況,響并顯示號數(shù)并清R0,重新計 SETB RING MOV R0,#00H MOV R3,34H; 取回號數(shù) MOV R5,#0BH MOV R4,#0BH; 顯示FF和號數(shù) AJMP CHECK1CHECK1: JNB P1.7,QUIT1 ACALL DISPLAY AJMP HEREQUIT1: CLR

23、RING CLR OK AJMP STARTDISPLAY:MOV DPTR,#DAT1; 查表顯示程序,利用P0口做段選碼口輸出/P2低三位做位選碼輸出 MOV A,R5 MOVC A,A+DPTR MOV P2,#01H MOV P0,A ACALL DELAY MOV DPTR,#DAT2 MOV A,R4 MOVC A,A+DPTR MOV P2,#02H MOV P0,A ACALL DELAY MOV A,R3 MOVC A,A+DPTR MOV P2,#04H MOV P0,A ACALL DELAY RETDAT1: DB 00H,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H