基于STC單片機(jī)的路搶答器設(shè)計(jì)

1、電子制作課程設(shè)計(jì)基于STC單片機(jī)的8路搶答器設(shè)計(jì) 姓名：_朱勝濤_ 班級(jí)_測(cè)控1151_ 學(xué)號(hào)：_ 1151203129_學(xué)院：_ 自動(dòng)化學(xué)院_任課教師：_郭新年_ 2016年 05 月20日目錄第一章緒論31.1搶答器應(yīng)用31.2搶答器現(xiàn)狀分析31.3本設(shè)計(jì)內(nèi)容、指標(biāo)3第二章總體方案設(shè)計(jì)42.1系統(tǒng)構(gòu)成42.2主要硬件選型及介紹4第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)53.1系統(tǒng)硬件電路53.2模塊電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)5第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)64.1軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)64.2程序功能流程6第五章系統(tǒng)調(diào)試75.1實(shí)際硬件系統(tǒng)75.1開發(fā)環(huán)境75.1實(shí)驗(yàn)結(jié)果75.1結(jié)論與展望7參考文獻(xiàn)8附件9要求：10第一章 緒論1.1 搶答器應(yīng)

2、用 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，單片機(jī)以其自身的特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于智能儀器，工業(yè)控制，家用電器，電子玩具等各個(gè)領(lǐng)域，特別是搶答題目的時(shí)候，同樣需要單片機(jī)來(lái)控制整個(gè)過(guò)程。在搶答過(guò)程中，為了知道哪一組或哪一位選手先搶答，必須要設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)來(lái)完成這個(gè)任務(wù)，如果在搶答中，靠視覺(jué)很難判斷出哪組先答題，利用單片機(jī)系統(tǒng)來(lái)設(shè)計(jì)搶答器，是以上問(wèn)題得以解決，即使兩組的搶答時(shí)間相差幾微秒，也可以分辨出哪組優(yōu)先答題。這樣使得選手都處在同一起跑線上，體現(xiàn)公平公正原則本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的八路搶答器主要是采用ATMEL公司的STC89C51單片機(jī)作為核心，控制系統(tǒng)的四個(gè)模塊分別為：顯示模塊，儲(chǔ)存模塊，語(yǔ)音模塊，搶答開關(guān)模塊。搶答組數(shù)

3、在八組以內(nèi)任意使用。通過(guò)本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)后，主持人可以很快判斷是誰(shuí)搶答成功，以及給予相應(yīng)的懲罰 。1.2 搶答器現(xiàn)狀分析近年來(lái)，隨著單片機(jī)檔次的不斷提高，功能的不斷完善，其應(yīng)用日趨成熟、應(yīng)用日趨擴(kuò)大，特別是工業(yè)側(cè)控、尖端武器和日用家電等領(lǐng)域更是因?yàn)橛辛藛纹瑱C(jī)而生輝增色。單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)已成為一項(xiàng)新的工程應(yīng)用技術(shù)。本課程設(shè)計(jì)正是以89C52單片機(jī)為中心設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單的1.3 本設(shè)計(jì)內(nèi)容、指標(biāo)設(shè)計(jì)思路 搶答器是為智力競(jìng)賽參賽者答題時(shí)進(jìn)行搶答而設(shè)計(jì)的一種優(yōu)先判決器電路，競(jìng)賽者可以分為若干組，搶答時(shí)各組對(duì)主持人提出的問(wèn)題要在最短的時(shí)間內(nèi)做出判斷，并按下?lián)尨鸢存I回答問(wèn)題。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)人按下按鍵后，則在顯示器上顯示該組

4、的號(hào)碼，同時(shí)電路將其他各組按鍵封鎖，使其不起作用?；卮鹜陠?wèn)題后，由主持人將所有按鍵恢復(fù)，重新開始下一輪搶答。該電路包括輸入開關(guān)、聲光顯示、判別組控制以及組號(hào)鎖存等部分。工作原理 接通電源后，選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)搶答時(shí)，搶答器完成:優(yōu)先判斷、編號(hào)鎖存、編號(hào)顯示、揚(yáng)聲器提示。當(dāng)一輪搶答之后，定時(shí)器停止、禁止二次搶答。如果再次搶答必須由主持人再次操作復(fù)位”鍵才能再次開始搶答。第二章 總體方案設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)構(gòu)成主要電路的設(shè)計(jì) 搶答電路完成兩個(gè)功能:一是分辨出選手按鍵的先侯，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號(hào)，同時(shí)譯碼顯示電路顯示編號(hào);二是禁止其他選手按鍵操作無(wú)效復(fù)位電路的設(shè)計(jì)該復(fù)位電路采用上電自動(dòng)復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位兩種復(fù)

5、位方式，要實(shí)現(xiàn)復(fù)位只需在，StC89C52單片機(jī)的RESE下引腳上加上5ms的高電平就可以了。上電復(fù)位是利用電容的充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即上電瞬間RESET端的電位與Vcc相同，隨著電容上儲(chǔ)能增加，電容電壓也逐漸增大，充電電流減小，RESET端的電位。這樣就會(huì)建立一個(gè)脈沖電壓，調(diào)節(jié)電容與電阻的大小可對(duì)脈沖的持續(xù)時(shí)間進(jìn)行調(diào)節(jié)。通常若采用12MHz的晶振時(shí)，復(fù)位元件參數(shù)為10NF的電解電容和1 Ok Q的電阻。按鈕復(fù)位電路是通過(guò)按下復(fù)位按鈕時(shí)，電源對(duì)RESE丁端維持兩個(gè)機(jī)器周期的高電平實(shí)現(xiàn)復(fù)位的。晶振電路的設(shè)計(jì) StC89C52單片機(jī)的定時(shí)控制功能是用時(shí)鐘電路和振蕩器完成的，而根據(jù)硬件電路的不同，連接方式

6、分為內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。本設(shè)計(jì)中采用內(nèi)部時(shí)鐘方式。音頻放大電路其主要在于當(dāng)單片機(jī)執(zhí)行中斷后，當(dāng)輸出信號(hào)時(shí)能夠在很短的時(shí)間里讓揚(yáng)聲器工作并持續(xù)一定的時(shí)間。當(dāng)搶答器程序響應(yīng)，使三極管導(dǎo)通，蜂鳴器的放大電路被接通，與此同時(shí)，喇叭發(fā)出聲響。 顯示電路顯示電路可由LED或LCD來(lái)實(shí)現(xiàn)。此處選用LED方式，由6位七段顯示器來(lái)實(shí)現(xiàn)淇亮度高，使用簡(jiǎn)單方便。電源電路電源采用全波整流，簡(jiǎn)單方便。2.1 主要硬件選型及介紹第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)硬件電路為使硬件電路設(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)的芯片可以代替若干普通芯片，隨著生產(chǎn)工藝的提高，新型

7、芯片的價(jià)格不斷下降，并不一定比若干普通芯片價(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STC89C52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)一些被忽視的問(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(méi)用，那么用的時(shí)候就派上用場(chǎng)了。系

8、統(tǒng)設(shè)計(jì)原理圖1. 本設(shè)計(jì)各原理圖所使用的畫圖軟件簡(jiǎn)介Altium Designer的介紹如圖，Altium Designer 是原Protel軟件開發(fā)商Altium公司推出的一體化的電子產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)，主要運(yùn)行在Windows操作系統(tǒng)。這套軟件通過(guò)把原理圖設(shè)計(jì)、電路仿真、PCB繪制編輯、拓?fù)溥壿嬜詣?dòng)布線、信號(hào)完整性分析和設(shè)計(jì)輸出等技術(shù)的完美融合，為設(shè)計(jì)者提供了全新的設(shè)計(jì)解決方案，使設(shè)計(jì)者可以輕松進(jìn)行設(shè)計(jì)，熟練使用這一軟件必將使電路設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率大大提高。Altium Designer采用設(shè)計(jì)庫(kù)管理模式，可以進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)，具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)交換能力和開放性及3D模擬功能，是一個(gè)32位的設(shè)計(jì)軟件，可以

9、完成電路原理圖設(shè)計(jì)，印制電路板設(shè)計(jì)和可編程邏輯器件設(shè)計(jì)等工作，可以設(shè)計(jì)32個(gè)信號(hào)層，16個(gè)電源-地層和16個(gè)機(jī)加工層。2. 原理圖圖3.1-1系統(tǒng)原理圖如圖，P3.3口為開始START鍵，P3.4為復(fù)位RESET鍵，P1.0-P1.7為八路搶答輸入S1-S8鍵，數(shù)碼管段選P0口，位選P2.4、P2.5、P2.6、P2.7，蜂鳴器輸出為P2.0口。P3.5為時(shí)間加1 ADD鍵，P3.6為時(shí)間減1 DEC鍵。3.2 模塊電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)1.時(shí)鐘頻率電路的設(shè)計(jì)圖3.2-1如圖3-3，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)

10、部的各個(gè)單元,決定單片機(jī)的工作速度。本設(shè)計(jì)采用12M晶振，使計(jì)時(shí)更加精準(zhǔn)。單片機(jī)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,則時(shí)鐘周期為1/12s。2.顯示電路的設(shè)計(jì)圖3.2-2如

11、圖3-5，數(shù)碼管采用4位八段共陽(yáng)極LED，位選采用PNP三極管間接控制。增強(qiáng)數(shù)碼管的電流輸入。避免了因單片機(jī)驅(qū)動(dòng)電流較小而引起的顯示問(wèn)題。使選手和主持人都能清楚的看到顯示內(nèi)容。且大大減小了單片機(jī)的負(fù)擔(dān)。3.鍵盤掃描電路的設(shè)計(jì)鍵盤是人與微機(jī)系統(tǒng)打交道的主要設(shè)備。鍵盤分為獨(dú)立式和矩陣式。它們各有自己的特點(diǎn)，其中獨(dú)立鍵盤硬件電路簡(jiǎn)單，而且在程序設(shè)計(jì)上也不復(fù)雜，一般用在對(duì)硬件電路要求不高的簡(jiǎn)單電路中；矩陣鍵盤與獨(dú)立鍵盤有很大區(qū)別，首先在硬件電路上它要比獨(dú)立鍵盤復(fù)雜得多，而且在程序算法上比它要煩瑣，但它在節(jié)省端口資源上有優(yōu)勢(shì)得多，因此它更適合于多按鍵電路。其次就是消除在按鍵過(guò)程中產(chǎn)生的“毛刺” 現(xiàn)象。這

12、里采用最常用的方法，即延時(shí)法，延時(shí)法的原理為：因?yàn)椤懊獭泵}沖一般持續(xù)時(shí)間短，約為幾ms，而我們按鍵的時(shí)間一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于這個(gè)時(shí)間,所以當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到有按鍵動(dòng)靜后再延時(shí)一段時(shí)間(這里我們?nèi)?00ms)后再進(jìn)行運(yùn)算。本設(shè)計(jì)共12個(gè)鍵。為增強(qiáng)本設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性，減少單片機(jī)的工作量，在單片機(jī)剩余引腳允許的情況下，本設(shè)計(jì)采用了獨(dú)立式鍵盤。1. 搶答部分圖3.2-32. 主持人控制部分 圖3.2-44.報(bào)警電路的設(shè)計(jì)圖3.2-5如圖，本設(shè)計(jì)對(duì)聲音要求不高，不需要復(fù)雜的編程。我們只需要簡(jiǎn)單的控制P2.7的高低電平即可。4.電源電路的設(shè)計(jì)圖3.2-6如圖，為了能夠使用更廣的電源電壓范圍，并且保證系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定性，這

13、里使用簡(jiǎn)單且性能可靠的線性穩(wěn)壓器78M05，為系統(tǒng)提供可靠的5V電源。第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器來(lái)產(chǎn)生倒計(jì)時(shí)所需的秒信號(hào)，因?yàn)槎〞r(shí)器所能計(jì)數(shù)的最大值為65535，在12M系統(tǒng)時(shí)鐘下，單次計(jì)時(shí)時(shí)間最多為65535us，為了計(jì)算方便，我們對(duì)計(jì)數(shù)器賦初值65535-50000=15535，這樣使得定時(shí)器單次定時(shí)為50ms，計(jì)時(shí)完成后進(jìn)入定時(shí)器中斷，用變量t來(lái)計(jì)量進(jìn)入中斷的次數(shù)，當(dāng)進(jìn)入次數(shù)為20時(shí)，剛好為一秒時(shí)間，此時(shí)將變量t清零，并將倒計(jì)時(shí)值減一。4.2 程序功能流程 圖4.2-1第五章 系統(tǒng)調(diào)試5.1 實(shí)際硬件系統(tǒng) 圖5.1-1實(shí)驗(yàn)測(cè)試的效果圖，在程序燒錄成功后，

14、取得理想的效果。5.1 開發(fā)環(huán)境運(yùn)用Keil uVision5軟件進(jìn)行編程，燒錄軟件進(jìn)行燒錄，達(dá)到實(shí)驗(yàn)的最終目的，取得成功。圖5.2-1Keil uVision5如圖，Keil uVision5是一款主要用于ARM開發(fā)的MDK軟件，我們通過(guò)一定的配置使其與C51編譯器融合，實(shí)現(xiàn)可以同時(shí)用于ARM和51單片機(jī)的開發(fā)。Keil 的網(wǎng)站雖然沒(méi)有中文版本，但是Keil 軟件卻被中國(guó)80%的硬件工程師使用，但凡與電子相關(guān)的專業(yè)，都會(huì)開始從單片機(jī)和計(jì)算機(jī)編程開始學(xué)習(xí)，而學(xué)習(xí)單片機(jī)自然會(huì)用到Keil 軟件。國(guó)內(nèi)由米爾科技、億道電子、英倍特提供Keil 的銷售和技術(shù)支持服務(wù)，他們是ARM公司合作伙伴，也是國(guó)內(nèi)

15、領(lǐng)先的嵌入式解決方案提供商。5.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果在單片機(jī)輸入程序后，經(jīng)過(guò)認(rèn)真的測(cè)試，效果特別的正常，各項(xiàng)結(jié)果符合老師給的要求。5.3 結(jié)論與展望首先，結(jié)業(yè)課題的研究是檢驗(yàn)我們課堂學(xué)習(xí)成果的重要措施，也是提高教學(xué)質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，是作為大學(xué)生所必須完成的任務(wù)。通過(guò)本次課題的研究，可以鍛煉我們同學(xué)仔細(xì)認(rèn)真的學(xué)習(xí)態(tài)度，可以很好的培養(yǎng)我的求實(shí)創(chuàng)新思維。本課題主要是研究和設(shè)計(jì)基于51單片機(jī)的8位數(shù)字搶答器，選用STC89C52單片機(jī)芯片作為核心，加上廉價(jià)的LED數(shù)碼管巧妙完美的配合，設(shè)計(jì)出了廉價(jià)，實(shí)用，小巧的搶答器，提升了搶答器市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力，彌補(bǔ)了智力競(jìng)賽的不足。本課題是以產(chǎn)品的低能耗、提高性價(jià)比為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行

16、構(gòu)思設(shè)計(jì)，STC89C52單片機(jī)采用CMOS工藝。大大減少了系統(tǒng)的能耗。符合國(guó)家節(jié)能減排的大背景。 數(shù)字搶答器的設(shè)計(jì)這一課題具有很強(qiáng)的針對(duì)性實(shí)戰(zhàn)性，很好的考查了我對(duì)電子類知識(shí)的掌握能力，在研究課題期間讓我學(xué)習(xí)到了很多知識(shí)同時(shí)也認(rèn)識(shí)到了自己的不足之處，為我今后的發(fā)展提供更好的指引；拿到課題后在老師的關(guān)懷指導(dǎo)和同學(xué)們的熱心幫助下，通過(guò)查閱相關(guān)書籍、上網(wǎng)查閱等途徑涉獵與課題相關(guān)的知識(shí)，經(jīng)過(guò)不懈努力最終將課題完成，在這期間很好的培養(yǎng)了我獨(dú)立處理問(wèn)題的能力和主動(dòng)涉獵知識(shí)的習(xí)慣，為我以后的學(xué)習(xí)生活打下了更好的基礎(chǔ)。附件/*程序開始*/項(xiàng)目：基于STC單片機(jī)的8路搶答器設(shè)計(jì)/作者：朱勝濤#include #

17、define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit SW1=P10; sbit SW2=P11; sbit SW3=P12; sbit SW4=P13; sbit SW5=P14; sbit SW6=P15; sbit SW7=P16; sbit SW8=P17; sbit START=P33; sbit RESET=P34; sbit ADD=P35; sbit DEC=P36; sbit A=P20; sbit H1=P24; sbit H2=P27; sbit H3=P26; 顯示部分：段選：P0.0P0.6；7段位選：P2.4

18、,P2.6,P2.7；三位注：共陽(yáng)極LED*/uchar code table=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99, 0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,; void keyscan(); void display(); void delay(uint); void reset();void deal();uint input=30; uchar ge,shi,bai=0,n=1,m=0,t=0,temp; void main()TMOD=0x01;TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; EA=1; ET0=1;

19、while(1) keyscan();display();/系統(tǒng)復(fù)位函數(shù)void reset()TR0=0; /關(guān)定時(shí)器TH0=(65536-50000)/256; /重裝初值。TL0=(65536-50000)%256; /低8位t=0; /中斷函數(shù)計(jì)數(shù)清零A=0;/*delay(500); /報(bào)警500毫秒A=1;/*bai=0;/選手編號(hào)清零input=30;/設(shè)置剩余時(shí)間 /系統(tǒng)顯示函數(shù)void display()H1=0;/*P0=tablebai; /* 選手編號(hào)顯示 *delay(1); /*H1=1; /關(guān)一位數(shù)碼管，保證選手編號(hào)位不被干擾*H2=0; /*P0=tableshi; /* 剩余時(shí)間十位顯示 *delay(1); /*H2=1; /* 關(guān)二位數(shù)碼管 *H3=0; /*P0=tablege; /* 剩余時(shí)間個(gè)位顯示 *delay(1); /*H3=1; /* 關(guān)三位數(shù)碼管 * /拆分任意兩位數(shù)函數(shù) void deal() shi=input/10;/取整ge=input%10;