基于單片機(jī)的八位搶答器課程設(shè)計報告

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上單片機(jī)課程設(shè)計報告題目：電子搶答器系統(tǒng)設(shè)計學(xué)院：電氣信息學(xué)院 專業(yè)：通信工程 姓名： 學(xué)號： 指導(dǎo)老師：孫曉玲 一、設(shè)計任務(wù)設(shè)計一個八路的電子搶答器系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)功能為：可供8個選手使用，可顯示30s倒計時，并可顯示出搶到的選手號，并伴有提示音。要求：(1)設(shè)計出硬件電路； (2)設(shè)計出軟件編程方法，并寫出源代碼； (3)用PROTEUS進(jìn)行仿真；二、方案設(shè)計1.設(shè)置一個定時開關(guān)，開關(guān)按下后開始30s倒計時，在定時開關(guān)按下之前進(jìn)行搶答無效，使用兩位數(shù)碼管顯示倒計時。2.在30s內(nèi)，等待八個按鈕中任意一個按下，按下后使用一位數(shù)碼管顯示按下的選手號，同時蜂鳴器發(fā)出響聲。3.一

2、旦有選手按下后，其他選手再按下均無效，同時30s倒計時停止計時，等待復(fù)位信號。三、硬件設(shè)計（一）選用AT89C51單片機(jī)芯片單片機(jī)（SCM）是單片微型計算機(jī)（Single Chip Microcomputer）的簡稱。它是把中央處理器CPU、隨機(jī)存儲器RAM、只讀存儲器ROM、I/O接口電路、定時/計數(shù)器以及輸入輸出適配器都集成在一塊芯片上，構(gòu)成一個完整的微型計算機(jī)。它的最大優(yōu)點(diǎn)是體積小，可放在儀表內(nèi)部。但存儲量小，輸入輸出適配器簡單，功能較低。目前，單片機(jī)在民用和工業(yè)測控領(lǐng)域得到最廣泛的應(yīng)用，早已深深地融入人們的生活中。簡單的說，用單片機(jī)系統(tǒng)來設(shè)計搶答器，實(shí)現(xiàn)兩組的搶答時間即使是相差幾微秒，

3、也可分辨出哪組優(yōu)先答題。P0端口（P0.0-P0.7）：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1端口（P1.0-P1.7）：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高電平，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時，P

4、1口作為第八位地址接收。P2端口（P2.0-P2.7）：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時接收高八位地址信號和控制信號。P3端口（P3.0-P3.7）：P3口管腳是一個帶有內(nèi)部上拉

5、電阻的8位的雙向I/O端口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入端時，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）。（二）關(guān)鍵電路1.時鐘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左右的正弦波時鐘信號,其振蕩頻率主要由石英晶振的頻率確定。電路中兩個電容 C1,C2的作用有兩個:一是幫助振蕩器起振;二是對振蕩器的頻率進(jìn)行微調(diào)。C1,C2的典型值為30PF。單片機(jī)在工作時,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鐘信號的周期稱為時鐘周期。其大小是時鐘信號頻率的倒數(shù)

6、,常用fosc表示。如時鐘頻率為12MHz,即fosc=12MHz,則時鐘周期為1/12µs。2.復(fù)位電路AT89C51的復(fù)位由外部的復(fù)位電路實(shí)現(xiàn)。復(fù)位電路通常采用上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。本次設(shè)計采用按鈕復(fù)位方式。單片機(jī)的第9腳RST為硬件復(fù)位端，只要持續(xù)4個機(jī)器周期的高電平即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位，硬件復(fù)位后的各狀態(tài)可知寄存器以及存儲器的值都恢復(fù)到了初始值。3.數(shù)碼管顯示電路本次課程設(shè)計采用了7SEG-MPX2-CC 的兩位7段共陰極數(shù)碼管，用來顯示30s倒計時，和7SEG-MPX1-CC的一位7段共陰極數(shù)碼管，用來顯示搶答中的選手號碼。位選端分別與P2口的第七位，第六位以及第零位相接

7、。同時7段數(shù)碼管線段通過上拉電阻接power，實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管的點(diǎn)亮。4.報警電路這里能利用程序來控制單片機(jī)P3.7口線反復(fù)輸出高電平或低電平，即在該口線上產(chǎn)生一定頻率的矩形波，接上揚(yáng)聲器就能發(fā)出一定頻率的聲音，再利用延時程序控制“高”“低”電平的持續(xù)時間，就能改變輸出頻率，從而改變音調(diào)，使揚(yáng)聲器發(fā)出不同的聲音。5.按鈕輸入電路8個按鈕接P1口，表示8個選手的搶答按鈕，一個總開關(guān)接P3.0口負(fù)責(zé)啟動定時程序。（三）整體電路四、軟件設(shè)計（一）系統(tǒng)原理圖數(shù)碼管顯示電路 蜂鳴器報警電路AT89C51單片機(jī)八個搶答按鈕 定時開關(guān)（二）軟件流程圖在本設(shè)計中包括了以下四個主要的程序：主程序；倒計時程序；正常搶答

8、處理程序顯示及發(fā)聲程序。主流程圖如圖所示：程序開始 N判斷KEY1按下YT0定時開始N, 繼續(xù)計時是否有選手按下 Y顯示選手號，停止計時，蜂鳴器響程序結(jié)束（三）關(guān)鍵程序1.倒計時30s程序段void timer0( ) interrupt 1TH0=(65536-50000)/256;/重新賦初值TL0=(65536-50000)%256;aa+;if(aa=20)aa=0;temp-;if (temp=0)temp=30;利用計時器T0進(jìn)行30s倒計時，T0工作在方式1下，該方式最大可計時65536us，利用計時公式THx=(65536-x)/256,TLx=(65536-x)%256,設(shè)置

9、單次計數(shù)初值為50ms,再重復(fù)20次就可獲得1s,1s完成后aa清零，temp減1，temp總數(shù)為30，即可完成30s的倒計時。再利用七段數(shù)碼管的動態(tài)掃描即可完成倒計時的顯示。2.顯示選手號碼程序段if(n=1) if(k1=0)delay(10);if(k1=0)while(!k1)i=1;TR0=0;n=0;beep=1;delay(500);beep=0;if(k2=0)delay(10);if(k2=0)while(!k2)i=2;TR0=0;n=0;beep=1;delay(500);beep=0;if(k3=0)delay(10);if(k3=0)while(!k3)i=3;TR0

10、=0;n=0;beep=1;delay(500);beep=0;if(k4=0)delay(10);if(k4=0)while(!k4)i=4;TR0=0;n=0;beep=1;delay(500);beep=0;if(k5=0)delay(10);if(k5=0)while(!k5)i=5;TR0=0;n=0;beep=1;delay(500);beep=0;if(k6=0)delay(10);if(k6=0)while(!k6)i=6;TR0=0;n=0;beep=1;delay(500);beep=0;if(k7=0)delay(10);if(k7=0)while(!k7)i=7;TR0

11、=0;n=0;beep=1;delay(500);beep=0;if(k8=0)delay(10);if(k8=0)while(!k8)i=8;TR0=0;n=0;beep=1;delay(500);beep=0;變量n為檢測信號，當(dāng)TR0開始計時時置為1，此時才開始檢測是否有鍵按下，程序中包括按鍵去抖與松手檢測，i用來傳遞鍵值給一位七段數(shù)碼管，通過調(diào)用共陰極編碼數(shù)組顯示選中的號數(shù)，切一旦有鍵按下后，TR0置0，停止計時。n置0，之后按下無效。蜂鳴器延時取反發(fā)出按鍵聲。五、調(diào)試過程及結(jié)果（一）系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試包括硬件調(diào)試和軟件調(diào)試，而且兩者是密不可分的。我們設(shè)計好的硬件電路和軟件程序，只有經(jīng)過

12、聯(lián)合調(diào)試，才能驗(yàn)證其正確性；軟硬件的配人情況以及是否達(dá)到設(shè)計任務(wù)的要求，也只有經(jīng)過調(diào)試，才能發(fā)現(xiàn)問題并加以解決、完善，最終開發(fā)成實(shí)用產(chǎn)品。由于時間的限制，本次的課程設(shè)計只進(jìn)行了軟件調(diào)試與硬件仿真測試，利用keil uVision3進(jìn)行軟件調(diào)試，利用proteus進(jìn)行硬件仿真測試。對于51單片機(jī)而言，使用最廣泛的軟件編寫語言主要是用C語言。在實(shí)際工程中，除了一些小型的應(yīng)用程序或?qū)π室筝^高的關(guān)鍵部分，一般不會采用匯編語言作為系統(tǒng)開發(fā)的主語言，取而代之是高級語言，如C語言。Keil內(nèi)建了一個仿真CPU用來模擬執(zhí)行程序，在調(diào)試狀態(tài)下，該仿真CPU可以在沒有硬件和仿真機(jī)的情況下進(jìn)行程序的調(diào)試。與真實(shí)

13、的硬件執(zhí)行最明顯的就是時序，軟件模擬是不可能和真實(shí)的硬件具有相同的時序的，具體的表現(xiàn)就是程序執(zhí)行的速度和各人使用的計算機(jī)有關(guān)，計算機(jī)性能越好，運(yùn)行速度越快。將寫好的程序編譯成HEX文件，通過專用STC軟件燒錄到單片機(jī)當(dāng)中。HEX文件是直接能在單片機(jī)中運(yùn)行的軟件，實(shí)現(xiàn)對單片機(jī)的控制。Proteus滿足我們提出的單片機(jī)軟件仿真系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，并在同類產(chǎn)品中具有明顯的優(yōu)勢。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動態(tài)仿真、I2C調(diào)試器、SPI 調(diào)試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。 目前支持的單片機(jī)類型有：68000

14、系列、8051系列、AVR 系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11 系列以及各種外圍芯片。支持大量的存儲器和外圍芯片。該軟件是一款集單片機(jī)和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大，是其他任何一款軟件不能相比的。 ISIS是Preoteus系統(tǒng)的中心，具有控制原理圖畫圖的超強(qiáng)的設(shè)計環(huán)境。ISIS有下面的優(yōu)勢：豐富的器件庫：超過27000種元器件，可方便地創(chuàng)建新元件；智能的器件搜索：通過模糊搜索可以快速定位所需要的器件； 智能化的連線功能：自動連線功能使連接導(dǎo)線簡單快捷，大大縮短繪圖時間； 支持總線結(jié)構(gòu)：使用總線器件和總線布線使電路設(shè)計簡明清晰； 可輸出高

15、質(zhì)量圖紙：通過個性化設(shè)置，可以生成印刷質(zhì)量的BMP圖紙，可以方便地供WORD、POWERPOINT等多種文檔使用（二）具體調(diào)試過程1.軟件調(diào)試問題1：選手搶答后計時未停止。解決辦法：在if語句判斷按鈕是否按下后，增加TR0=0語句，使計時器停止計時。問題2：倒計時開始之前，以及選手搶答后都可按下按鈕。解決辦法：增加檢測變量n，當(dāng)TR0為1是n為1，當(dāng)n為1時才開始檢測是否有鍵按下，一旦有鍵按下n置為0，此后按鍵均無效。2.硬件仿真調(diào)試問題1：七段數(shù)碼管不亮解決辦法：開始采用Input作為數(shù)碼管電源，改為power后顯示正常。問題2:一位七段數(shù)碼管管腳較密集無法正常畫線解決辦法：在走線困難的地方

16、按住ctrl鍵即可。（三）調(diào)試結(jié)果1.keil uVteus（1）開始計時(2)7號選手搶答六、總結(jié)本文研究與設(shè)計的八路電子搶答器，采用了常用的電子元器件，利用AT89C51單片機(jī)及外圍接口實(shí)現(xiàn)了搶答系統(tǒng)，利用單片機(jī)的定時器/計數(shù)器定時和計數(shù)的原理，結(jié)合了兩位數(shù)碼管動態(tài)掃描的方法實(shí)現(xiàn)了倒計時的顯示，通過兩個軟件分別進(jìn)行了軟硬件的仿真，實(shí)現(xiàn)了搶答器的基本功能。但在細(xì)節(jié)上還存在一些問題，如按下?lián)尨鸢粹o后，數(shù)碼管的顯示會存在一定的延時，不能立即顯示出搶答到的選手，由于鼠標(biāo)的限制，不能進(jìn)行兩組同時按下的情況模擬。由于時間關(guān)系，沒有對搶答器進(jìn)行功能擴(kuò)展。七、心得體會通過前期的單片機(jī)

17、理論課學(xué)習(xí)，對單片機(jī)有了一定的了解。在這次課程設(shè)計中，我利用了以前學(xué)到的利用定時器定時，并循環(huán)點(diǎn)亮數(shù)碼管的方法，并在此基礎(chǔ)上增加了8個按鍵的控制，結(jié)合網(wǎng)上的一些資料，完成了本次的課程設(shè)計題目。通過實(shí)際的應(yīng)用，可以鞏固我們所學(xué)的知識，具體的去深入了解單片機(jī)的整個工作過程。參考文獻(xiàn)資料：1張毅剛單片機(jī)原理及應(yīng)用 高等教育出版社 2003年2王章瑞 單片機(jī)課程實(shí)驗(yàn)及課程設(shè)計指導(dǎo)書 西南石油大學(xué) 2013年3李光飛 單片機(jī)課程設(shè)計實(shí)例指導(dǎo) 北京航天航空大學(xué)出版社 2004年4馮育長 單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)例指導(dǎo) 西安電子科技大學(xué)出版社2007年5王冬梅等 基于單片機(jī)的八路搶答器設(shè)計與實(shí)現(xiàn) 佳木斯大學(xué)學(xué)報

18、2009年附錄一搶答器程序代碼：#include<reg52.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit key1=P30; /定義"啟動"按鈕sbit k1=P10; sbit k2=P11; sbit k3=P12; sbit k4=P13; sbit k5=P14; sbit k6=P15; sbit k7=P16; sbit k8=P17; /選手按鍵 sbit beep=P37; /蜂鳴器uchar temp;ucharaa,shi,ge,i;uint n;uchar code

19、table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77; /共陰極數(shù)碼管編碼void display(ucharshi,ucharge); /聲明顯示子函數(shù)void dis(uchari);void delay(uint z); /聲明延時子函數(shù)void init(); /聲明初始化函數(shù)void main()init( ); /調(diào)用初始化子程序while(1)if(key1=0) /檢測"啟動"按鈕是否按下delay(10); /延時去抖動if(key1=0) /再次檢測"啟動"按鈕是否按

20、下while(!key1); /松手檢測，若按鍵沒有釋放，key1始終為0,那么!key1始終為1，程序就一直停在此while語句處 TR0=1; /啟動定時器開始工作 n=1;display(shi,ge); /調(diào)用顯示子函數(shù)dis(i); /顯示選手號數(shù)if(n=1) if(k1=0) delay(10);if(k1=0)while(!k1) i=1;TR0=0;n=0;beep=1;delay(500);beep=0; if(k2=0) delay(10);if(k2=0)while(!k2) i=2;TR0=0;n=0;beep=1;delay(500);beep=0; if(k3=0

21、) delay(10);if(k3=0)while(!k3) i=3;TR0=0;n=0;beep=1;delay(500);beep=0; if(k4=0) delay(10);if(k4=0)while(!k4) i=4;TR0=0;n=0;beep=1;delay(500);beep=0; if(k5=0) delay(10);if(k5=0)while(!k5) i=5;TR0=0;n=0;beep=1;delay(500);beep=0; if(k6=0) delay(10);if(k6=0)while(!k6) i=6;TR0=0;n=0;beep=1;delay(500);beep=0; if(k7=0) delay(10);if(k7=0)while(!k7) i=7;TR0=0;