單片機(jī)八路搶答器課設(shè)

目錄TOC\o"1-3"\h\u前言 11.1設(shè)計(jì)背景及意義 11.2設(shè)計(jì)原理及結(jié)果 1正文 12.1設(shè)計(jì)的目的和意義 12.2目標(biāo)與總體方案 12.2.1設(shè)計(jì)目標(biāo) 12.2.2總體方案 22.3硬件電路設(shè)計(jì) 22.3.1電路仿真圖 22.3.2時序電路設(shè)計(jì) 32.3.3復(fù)位電路設(shè)計(jì) 32.3.4外部振蕩電路 32.3.5按鈕輸入電路設(shè)計(jì) 42.3.6報(bào)警電路設(shè)計(jì) 42.4軟件設(shè)計(jì) 42.5主程序流程圖 52.6軟硬件調(diào)試 62.7protenus仿真圖 62.8實(shí)物圖 82.9總結(jié) 9參考文獻(xiàn) 9附錄 10前言1.1設(shè)計(jì)背景及意義隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和普及，各種各樣的競賽越來越多，搶答器作為一種工具，已廣泛應(yīng)用于各種智力和知識競賽場合。但搶答器使用頻率低，如果專門購一臺搶答器雖然在經(jīng)濟(jì)上可以承受，但每年使用的次數(shù)極少，往往因長期存放使搶答器損壞影響活動及時的開展，在各種競賽中，如果要是讓搶答者用舉手等方法，主持人很容易誤判，會造成搶答的不公平，為了使這種不公平不發(fā)生，只有靠電子產(chǎn)品的高準(zhǔn)確性來保障搶答的公平性。比賽中為了準(zhǔn)確、公正、直觀地判斷出第一搶答者，采用單片機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)的搶答器與傳統(tǒng)的搶答器相比，首先，電路連接簡單，因?yàn)榇蠖鄶?shù)功能單元都通過程序設(shè)計(jì)在單片機(jī)內(nèi)部。第二，工作性能可靠，抗干擾能力優(yōu)于傳統(tǒng)搶答器，并能夠解決以上提出的問題。所以這次設(shè)計(jì)是一個實(shí)用的設(shè)計(jì)，具有創(chuàng)新性。因此本次課設(shè)設(shè)計(jì)了八路搶答器。1.2設(shè)計(jì)原理及結(jié)果本次課設(shè)以80c51單片機(jī)作為主控核心，與數(shù)碼管、蜂鳴器等構(gòu)成八路搶答器，利用了單片機(jī)的延時電路、按鍵復(fù)位電路、時鐘電路、定時/中斷等電路，設(shè)計(jì)出來的八路搶答器具有倒計(jì)時和顯示搶答選手號碼的特點(diǎn)，復(fù)位電路可以使其開始新一輪的搶答。本次課設(shè)用單片機(jī)控制整個系統(tǒng)，部分功能用軟件編寫來實(shí)現(xiàn)。主持人復(fù)位后，選手進(jìn)行搶答，倒計(jì)時開始，如果有選手按下?lián)尨疰I，則數(shù)碼管顯示組號，接著搶答到的選手回答問題，由主持人負(fù)責(zé)加減分，回答對了加5分，錯了減5分。正文2.1設(shè)計(jì)的目的和意義通過本次設(shè)計(jì)，掌握80c51單片機(jī)的原理，了解簡單八路搶答器組成原理，初步掌握八路搶答器的調(diào)整及測試方法，提高動手能力和排除故障的能力。同時通過設(shè)計(jì)、調(diào)試，提高自己的動手能力，鞏固已學(xué)的理論知識，建立邏輯數(shù)字電路的理論和實(shí)踐的結(jié)合，通過協(xié)作提出論證設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行軟、硬件調(diào)試，獲得正確地運(yùn)行結(jié)果，初步掌握單片機(jī)軟、硬件開發(fā)方法。了解八路搶答器各單元電路之間的關(guān)系及相互影響，從而能正確設(shè)計(jì)、計(jì)算定時記數(shù)的各個單元電路。初步掌握八路搶答器的調(diào)試及測試方法，提高動手能力和排除故障的能力。八路搶答器的設(shè)計(jì)提高了比賽的公正、公平，節(jié)省了比賽成本，工作性能可靠，抗干擾能力高。通過參考大量文獻(xiàn)對八路搶答器的工作原理進(jìn)行系統(tǒng)的介紹，通過資料的詳細(xì)搜集，為我們更深刻的了解電子技術(shù)提供了很好的平臺，使得我們更好的了解理論與實(shí)踐相結(jié)合的重要性。2.2目標(biāo)與總體方案2.2.1設(shè)計(jì)目標(biāo)1．實(shí)現(xiàn)8路功能搶答 2．具備回答時間倒計(jì)時功能 3．設(shè)置專用的主持人按鈕，包括搶答按鈕和停止答題按鈕等2.2.2總體方案這次設(shè)計(jì)采用51系列單片機(jī)AT89C51作為控制核心，其片內(nèi)帶有4KflashROM，128的RAM，以及15根I/O口線能滿足設(shè)計(jì)要求。該系統(tǒng)可以完成運(yùn)算控制、信號識別以及顯示功能的實(shí)現(xiàn)。利用單片機(jī)程序判斷選手按鍵是否有效，但是選手違規(guī)搶答，利用簡答程序顯示，啟動揚(yáng)聲器報(bào)警，告訴主持人有人違規(guī)操作，搶答無效。給出相應(yīng)的延時，選手按正常的操作搶答，軟件倒計(jì)時，利用AT89S51移位寄存7段數(shù)碼管，實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時顯示時間，到5秒相應(yīng)時間提醒選手時間快到了，要及時作答，并啟動揚(yáng)聲器。由于用了單片機(jī)，使其技術(shù)比較成熟，應(yīng)用起來方便、簡單并且單片機(jī)周圍的輔助電路也比較少，便于控制和實(shí)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(jìn)行功能的擴(kuò)張和更改。MCS-51單片機(jī)特點(diǎn)如下：可靠性好：單片機(jī)按照工業(yè)控制要求設(shè)計(jì)，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(kuò)充。單片機(jī)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(kuò)充為各種規(guī)模的微電腦系統(tǒng)?？刂乒δ軓?qiáng)：單片機(jī)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。這個設(shè)計(jì)方案可以看出，采用單片機(jī)，可靠性好，結(jié)構(gòu)簡單，具有顯示出臺號，倒計(jì)時功能等。該模式充分體現(xiàn)了原有系統(tǒng)性能的改進(jìn)，功能的擴(kuò)展及其他同類系統(tǒng)的不同之處，性能上比較優(yōu)越，在使用及其功能的實(shí)現(xiàn)上比較簡潔，并且由于單片機(jī)具有優(yōu)越性的高集成電路性，使其工作速度更快、效率更高。另外80C51單片機(jī)采用12MHz的晶振，提高了信號的測量精度，從而減小了信號的輸入輸出產(chǎn)生不必要的誤差。其原理圖如圖1所示搶答按鈕搶答按鈕優(yōu)先編譯鎖存器譯碼電路譯碼顯示主持人控制開關(guān)控制電路報(bào)警電路秒脈沖產(chǎn)生電路定時電路譯碼電路顯示電路圖12.3硬件電路設(shè)計(jì)2.3.1電路仿真圖其工作過程為：接通電源后，主持人按復(fù)位鍵，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，定時器顯示設(shè)定時間，主持人按開始鍵，搶答器開始工作，定時器倒計(jì)時，選手在定時時間內(nèi)搶答時，搶答器完成，優(yōu)先判斷、編號鎖存、編號顯示、揚(yáng)聲器提示，主持人調(diào)整回答時間以60s為基礎(chǔ)可以一次加減5s，調(diào)整好時間主持人按開始鍵，回答時間開始倒計(jì)時，選手回答，回答完畢，主持人按復(fù)位鍵等待下一輪搶答。仿真電路圖如圖2所示。圖22.3.2時序電路設(shè)計(jì)時序控制電路是搶答器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，他它主要完成以下功能：主持人按開始鍵時，搶答電路和定時電路進(jìn)入正常工作狀態(tài)。當(dāng)參賽選手按動搶答鍵時，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時電路停止工作。2.3.3復(fù)位電路設(shè)計(jì)外部中斷和內(nèi)部中斷并存，單片機(jī)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)到初始值，因?yàn)樵O(shè)計(jì)中功能有倒計(jì)時時間的記憶功能，所以不能對單片機(jī)進(jìn)行硬件復(fù)位，只能用軟件復(fù)位，軟件復(fù)位實(shí)際上就是當(dāng)程序執(zhí)行完之后，將程序通過一條跳轉(zhuǎn)指令讓它完成復(fù)位，復(fù)位電路如圖3所示。圖32.3.4外部振蕩電路外部振蕩電路單片機(jī)必須在AT80C51的驅(qū)動下才能工作，在單片機(jī)內(nèi)部有一個時鐘振蕩電路，只需要外接一個振蕩器就能產(chǎn)生一定的時鐘信號送到單片機(jī)內(nèi)部的各個單元，外部振蕩電路如圖4所示。圖42.3.5按鈕輸入電路設(shè)計(jì)搶答器的輸入按鈕使用常開開關(guān)。如圖5所示。圖5這些常開開關(guān)組成了搶答按鍵，硬件電路簡單，在程序設(shè)計(jì)上也不復(fù)雜，只要在程序中消除在按鍵中產(chǎn)生的“毛刺”現(xiàn)象就可以了。這里采用最常用的方法即延時法，其原理是：因?yàn)椤懊獭泵}沖一般持續(xù)時間短，約為幾ms，而按鍵的時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于這個時間，所以當(dāng)單片機(jī)檢測到有按鍵動靜后再延時一段時間后在判斷此電平是否保持原狀態(tài)，如果是則為有效按鍵，否則無效。2.3.6報(bào)警電路設(shè)計(jì)報(bào)警電路用于報(bào)警，當(dāng)遇到報(bào)警信號時，發(fā)出報(bào)警。一般喇叭是一種點(diǎn)感性，8951驅(qū)動喇叭的信號為各種頻率的脈沖。利用晶體管的高電流增益，以達(dá)到電路快速飽和的目的。不過，如果要由P0輸出到此電路，還需要連接一個10K的上拉電阻。2.4軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)由于較簡單，程序內(nèi)容相對較少，本著簡單易懂的原則，所以采用C語言和匯編語言實(shí)現(xiàn)其軟件的設(shè)計(jì)。構(gòu)思：其主要工作是分析題意，制作程序流程圖。流程圖的邏輯必須符合題意要求。布局：其主要工作是分配單片機(jī)資源，包括程序地址分配，片內(nèi)儲存單元分配。如確定每個程序段起始地址，確定某一片內(nèi)RAM單元作為數(shù)組指針等。編寫：根據(jù)布局安排，將程序流程圖轉(zhuǎn)換為單片機(jī)指令。做到在流程圖各環(huán)節(jié)相應(yīng)指令對應(yīng)的同時，提高運(yùn)用指令的技巧性。修改：對程序進(jìn)行編譯和試運(yùn)行。如果運(yùn)行不正確的話，一定要找出其中的差異來。要知道，編寫程序就是不斷的嘗試錯誤，在調(diào)試中不斷修改，提高程序的可靠性和程序結(jié)構(gòu)的合理性。系統(tǒng)采用結(jié)構(gòu)化模塊設(shè)計(jì)，從功能上看，主要包括：主程序、電源檢測程序、報(bào)警程序、控制程序等。2.5主程序流程圖在正常工作的情況下，首先對控制系統(tǒng)進(jìn)行初始化，然后進(jìn)行鍵盤掃描，判斷主持人是否按下了“開始搶答”按鍵，如果按鍵沒有按下，則執(zhí)行非法搶答查詢子程序，判斷是否有選手發(fā)生了搶答現(xiàn)象；如果“開始搶答”按鍵按下則執(zhí)行倒計(jì)時子程序和顯示子程序，并調(diào)用正常搶答處理子程序。其中倒計(jì)時程序包括搶答倒計(jì)時和回答倒計(jì)時。任何控制系統(tǒng)開始正常工作前都必須要進(jìn)行初始化，在其它應(yīng)用程序確定之后，本部分程序設(shè)計(jì)在于協(xié)調(diào)各部分程序之間的關(guān)系，以促使各部分程序之間有序運(yùn)行，達(dá)到進(jìn)一步優(yōu)化程序設(shè)計(jì)的目的。該智能搶答器的初始化子程序主要是兩個定時器和兩個外部中斷的初始化。主程序流程圖如圖6所示。顯示剩余答題時間顯示剩余答題時間開始開始搶答電路初始化顯示搶答時間，倒計(jì)時開始有人搶答允許搶答時間到報(bào)警結(jié)束揚(yáng)聲器發(fā)聲顯示選手號調(diào)節(jié)回答時間加5s減5s顯示搶答時間，倒計(jì)時開始允許搶答時間到圖62.6軟硬件調(diào)試硬件調(diào)試分單元電路調(diào)試和聯(lián)機(jī)調(diào)試，單元電路試驗(yàn)在硬件電路設(shè)計(jì)時進(jìn)行。軟件調(diào)試一般包括分塊調(diào)試和聯(lián)機(jī)調(diào)試兩個階段。程序的分塊調(diào)試一般在單片機(jī)開發(fā)裝置上進(jìn)行，可根據(jù)所調(diào)程序功能塊的入口參量初值編制一個特殊的程序段，并連同被調(diào)程序功能塊一起在開發(fā)裝置上運(yùn)行；也可配合對應(yīng)硬件電路單獨(dú)運(yùn)行某程序功能塊，然后檢查是否正確，如果執(zhí)行結(jié)果與預(yù)想的不一致，可以通過單步運(yùn)行或設(shè)置斷點(diǎn)的方法，查出原因并加以改正，直到運(yùn)行結(jié)果正確為止。這時該

程序功能塊已調(diào)試完畢，可去掉附加程序段。其它程序功能塊可按此法進(jìn)行調(diào)試。程序聯(lián)機(jī)調(diào)試就是將已調(diào)試好的各程序功能塊按總體結(jié)構(gòu)聯(lián)成一個完整程序，在所研制的硬件電路上運(yùn)行。從而試驗(yàn)程序整體運(yùn)行的完整性、正確性和與硬件電路的配合情況。2.7protenus仿真圖繪制八路搶答器的仿真圖步驟分以下三步：查找所需要的元器件；根據(jù)電路圖進(jìn)行連線；C語言程序的編寫。仿真圖的運(yùn)行如圖7所示。圖7選手搶答和選手回答時間的加減如圖8、圖9、圖10所示圖8圖9圖102.8實(shí)物圖圖112.9總結(jié)單片機(jī)課程設(shè)計(jì)很快就結(jié)束了，此電路設(shè)計(jì)沒有各組的計(jì)分裝置，在比賽中還需要專人去計(jì)算分?jǐn)?shù)，這是設(shè)計(jì)電路時的不足；在電路中增加回答時間的增加和減少，這樣在比賽中便于調(diào)整回答時間。本次設(shè)計(jì)的八路搶答器采用了通用的電子元器件，利AT89C51單片機(jī)及外圍接口實(shí)現(xiàn)搶答系統(tǒng)，利用單片機(jī)的定時器/計(jì)數(shù)器定時和記數(shù)的原理，將軟、硬件有機(jī)地結(jié)合起來。整個設(shè)計(jì)通過了軟件和硬件上的調(diào)試、仿真。我想這對于自己以后的學(xué)習(xí)和工作都會有很大的幫助的。在這次設(shè)計(jì)中遇到了很多實(shí)際性的問題，在實(shí)際設(shè)計(jì)中才發(fā)現(xiàn)，書本上理論性的東西與在實(shí)際運(yùn)用中的還是有一定的出入的，所以有些問題不但要深入地理解，而且要不斷地更正以前的錯誤思維。對于單片機(jī)設(shè)計(jì)，主要是解決程序設(shè)計(jì)中的問題。而程序設(shè)計(jì)是一個很靈活的東西，它反映了你解決問題的邏輯思維和創(chuàng)新能力。它才是一個設(shè)計(jì)的靈魂所在。因此在整個設(shè)計(jì)過程中大部分時間是用在程序上面的。很多子程序是可以借鑒書本上的，但怎樣銜接各個子程序才是關(guān)鍵的問題所在，這需要對單片機(jī)的結(jié)構(gòu)很熟悉。因此可以說單片機(jī)的設(shè)計(jì)是軟件和硬件的結(jié)合，二者是密不可分的。致謝在這次課程設(shè)計(jì)中查閱資料和搜集有關(guān)的文獻(xiàn)，培養(yǎng)了自己的自學(xué)能力和動手能力。并且由原先的被動的接受知識轉(zhuǎn)換為主動的尋求知識，這可以說是學(xué)習(xí)方法上的一個很大的突破。在課程設(shè)計(jì)中我學(xué)會了如何將學(xué)到的知識轉(zhuǎn)化為自己的東西，學(xué)會了怎么更好的處理知識和實(shí)踐相結(jié)合的問題。把握重點(diǎn)、攻克難關(guān)，學(xué)到用到、活學(xué)活用。但是，通過這次設(shè)計(jì)我也發(fā)現(xiàn)自己的很多不足之處。在設(shè)計(jì)過程中我發(fā)現(xiàn)自己考慮問題很不全面，自己的專業(yè)知識掌握的很不牢固，所掌握的計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件還不夠多，我希望自己的這些不足之處能在今后的工作和學(xué)習(xí)中得到改善。而且，通過這次設(shè)計(jì)，我懂得了學(xué)習(xí)的重要性，學(xué)會了堅(jiān)持和努力。這次的課程設(shè)計(jì)中，遇到了不少問題，經(jīng)過施老師和同學(xué)的耐心指導(dǎo)，查閱各種資料，最后基本都一一解決，在這短短的幾周中，對之前單片機(jī)知識有了更深的認(rèn)識，通過動手實(shí)踐掌握的東西遠(yuǎn)比在課堂上聽來的更加深刻，遇到問題通過與老師同學(xué)之間的討論也拉近了與老師之間的距離，讓我們感覺到了老師原來那么的和藹可親，平易近人，施老師在每次課程設(shè)計(jì)中都能很早的到達(dá)教室，一直的陪伴著我們，在此，向你表示衷心的感謝。參考文獻(xiàn)[1]C程序設(shè)計(jì)，譚浩強(qiáng)，清華大學(xué)出版社，2005[2]單片機(jī)原理及接口技術(shù)（第3版），李朝青，北京航空航天大學(xué)出版社，2002[3]單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)例指導(dǎo)，馮育長，西安電子科技大學(xué)出版社，2007[4]單片機(jī)課程設(shè)計(jì)實(shí)例指導(dǎo)，李光飛，北京航天航空大學(xué)出版社，2004附錄#include<reg52.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitk0=P1^0; /*數(shù)碼管段選*/sbitk1=P1^1;sbitk2=P1^2;sbitk3=P1^3;sbitk4=P1^4;sbitk5=P1^5;sbitk6=P1^6;sbitk7=P1^7;sbitwela0=P2^0; /*數(shù)碼管位選*/sbitwela1=P2^2; sbitwela2=P2^3;sbitbeep=P2^4; /*蜂鳴器*/sbitks=P3^0; /*開始計(jì)時*/sbittz=P3^1; /*停止計(jì)時*/sbitjiayi=P3^4; /*時間加1s*/sbitjianyi=P3^5; /*時間減1s*/sbitfw=P3^6; /*復(fù)位*/ucharqiangdanum=0xff;ucharcodetable[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};ucharge=0,shi=0;uintnum,time=30;voiddisplay();/*顯示函數(shù)*/voidkys(); /*設(shè)置按鍵函數(shù)*/voidkys2(); /*搶答按鍵函數(shù)*/voiddelay(unsignedintz)/*延遲函數(shù)*/{unsignedintx,y;for(x=z;x>0;x--)for(y=110;y>0;y--);}voidintial(){TMOD=0X01;/*采用方式一，即十六位計(jì)數(shù)器*/TH0=(65536-50000)/256;/*設(shè)置初始值，50ms中斷一次*/TL0=(65536-50000)%256;EA=1;ET0=1;/*開啟總中斷源,定時器中斷*/}main(){intial(); /*初始化*/ while(1) { display(); /*顯示函數(shù)*/ kys(); if(TR0==1) { kys2(); } } }voidkys2() /*搶答按鍵函數(shù)*/{if(k0==0)/*開關(guān)0按下*/{ delay(5);if(k0==0){ qiangdanum=1; /*1號選手搶答成功，數(shù)碼管顯示1*/ beep=1; delay(100); beep=0; TR0=0; time=60; }}if(k1==0)/*開關(guān)1按下*/{ delay(5);if(k1==0){ qiangdanum=2; /*2號選手搶答成功，數(shù)碼管顯示2*/ beep=1; delay(100); beep=0; TR0=0; /*停止計(jì)數(shù)*/ }}if(k2==0)/*開關(guān)2按下*/{ delay(5);if(k2==0){ qiangdanum=3; /*3號選手搶答成功，數(shù)碼管顯示3*/ beep=1; delay(100); beep=0; TR0=0; /*停止計(jì)數(shù)*/ time=60; }}if(k3==0)/*開關(guān)3按下*/{ delay(5);if(k3==0){ qiangdanum=4; /*4號選手搶答成功，數(shù)碼管顯示4*/ beep=1; delay(100); beep=0; TR0=0; /*停止計(jì)數(shù)*/ time=60; }}if(k4==0)/*開關(guān)4按下*/{ delay(5);if(k4==0){ qiangdanum=5; /*5號選手搶答成功，數(shù)碼管顯示5*/ beep=1; delay(100); beep=0; TR0=0; /*停止計(jì)數(shù)*/ time=60; }}if(k5==0)/*開關(guān)5按下*/{ delay(5);if(k5==0){ qiangdanum=6; /*6號選手搶答成功，數(shù)碼管顯示6*/ beep=1; delay(100); beep=0; TR0=0; /*停止計(jì)數(shù)*/ time=60; }}if(k6==0)/*開關(guān)6按下*/{ delay(5);if(k6==0){ qiangdanum=7; /*7號選手搶答成功，數(shù)碼管顯示7*/ beep=1; delay(100); beep=0; TR0=0; /*停止計(jì)數(shù)*/ time=60; }}if(k7==0)/*開關(guān)7按下*/{ delay(5);if(k7==0){ qiangdanum=8; /*8號選手搶答成功，數(shù)碼管顯示8*/ beep=1; delay(100); beep=0; TR0=0; /*停止計(jì)數(shù)*/ time=60; }}}voidkys()