課程設計報告搶答器的設計

1、 電氣與電子信息工程學院單片機應用系統(tǒng)設計與制作設計題目： 搶答器的設計 專業(yè)班級： 電氣自動化技術2011級（1）班 學號： 2 姓 名： 陳俊清 指導教師： 陶彪 李玉平 設計時間： 2013/5/132013/5/25 設計地點： K2306 單片機應用系統(tǒng)設計與制作課程設計成績評定表姓 名陳俊清學 號2專業(yè)班級電氣自動化技術2011級（1）班課程設計題目：八位搶答器的設計與制作課程設計答辯或質疑記錄：1、如何對按鈕的信號進行檢索? 有兩種方法可進行選擇：<1>當有按鍵按下時，與被按鍵相連的I/O線將得到低電平輸入，其他按鍵的輸入線均為高電平，經過消除抖動后，逐個搜索P1.0

2、P1.7判斷是哪個按鍵被按下。此方占用系統(tǒng)資源效率低不采用。<2>通過中斷方式處理鍵盤，在中斷服務程序中先消除抖動，再對各鍵進行查詢，找到按鍵，轉到相應的處理程序中。系統(tǒng)資源占用少，精確，不易出錯，本次試驗采用這種方法。2、如何用數碼管顯示數據？ 利用P0口做段選碼口輸出/P2低三位做位選碼輸出，并且而通過查表的方式來輸出所要顯示的數劇成績評定依據：實物制作（20）：課程設計考勤情況（10）：課程設計答辯情況（20）：完成設計任務及報告規(guī)范性（50）：最終評定成績（以優(yōu)、良、中、及格、不及格評定） 指導教師簽字： 年 月 日目錄第一部分 課程設計任務書1、課程設計任務書·

3、············································3 第二部分 課程設計 一、方案論證 1、設計任務與要求·&#

4、183;············································5 2、方案論證····

5、················································5二、硬件設計 1、復位

6、電路·················································

7、3;··6 2、穩(wěn)壓電源電路··············································

8、··7 3、外部震蕩電路··············································&#

9、183;·7 4、報警電路···············································

10、·····8 5、選手搶答電路···········································&#

11、183;····9 6、時間調整電路···········································

12、3;····9 7、顯示與顯示驅動電路·········································10三、設計框圖 1、搶答器電

13、路框圖·············································10 2、系統(tǒng)主程序設計··

14、83;··········································11四、設計電路圖 1、總電路·····

15、················································13五、軟件仿真 1、k

16、eil程序仿真···············································14 2、protue

17、s仿真················································14六、實物圖 1

18、、啟動電路·················································&

19、#183;·19 2、搶答計時··············································

20、3;····20 3、一號選手搶答············································

21、;···21 4、四號選手違規(guī)搶答···········································22七、總結 1、實

22、驗總結·················································

23、83;·23八、附錄 1、參考文獻··············································&#

24、183;····23 2、程序············································&

25、#183;··········24 3、元件清單·····································

26、3;·············29第一部分 課程設計任務書 2012 2013 學年第2學期學生姓名： 陳俊清 專業(yè)班級：電氣自動化技術2011級（1）班 指導教師： 陶彪 工作部門： 電氣學院基礎教研室 一、課程設計題目： 單片機應用系統(tǒng)設計與制作 1. 簡易心率檢測儀6. 遙控開關2. 電子時鐘的設計7. 搶答器的設計3. 跑馬燈的控制設計8. 交通信號燈的控制設計4. 數字式溫度計設計9. 多路數據采集系統(tǒng)5. 數字式電壓表設計10自選二、課程設計內容 1.

27、根據具體設計課題的技術指標和給定條件，以單片機為核心器件，能獨立而正確地進行方案論證和電路設計，要求概念清楚、方案合理、方法正確、步驟完整； 2. 熟悉、掌握各種外圍接口電路芯片的工作原理和控制方法； 3. 熟練使用單片機匯編語言進行軟件設計； 4. 熟練使用Proteus、Keil軟件進行仿真電路測試； 5. 熟練使用Protel軟件設計印刷電路板； 6. 學會查閱有關參考資料和手冊，并能正確選擇有關元器件和參數； 7. 編寫設計說明書，參考畢業(yè)設計論文格式撰寫設計報告。注：詳細要求和技術指標見附錄。三、進度安排1時間安排序 號內 容學時安排（天）1方案論證和總體設計22硬件設計23軟件設計

28、24仿真測試及PCB設計15撰寫和打印設計報告1合 計10設計指導答辯地點：K2306仿真實驗室2執(zhí)行要求單片機應用系統(tǒng)設計與制作多個選題，每組不超過6人，為避免雷同，在設計中每個同學所采用的方案不能一樣。四、基本要求（1）根據要求確定系統(tǒng)設計方案；（2）繪制系統(tǒng)框圖、系統(tǒng)原理總圖，印刷電路板圖，列出元器件明細表；（3）計算電路參數和選擇元器件，畫出軟件框圖，列出程序清單；（4）仿真，測試與修改調整；（5）誤差分析與調整；（6）寫出使用說明書；（7）對設計進行全面總結，寫出課程設計報告。五、課程設計考核辦法與成績評定根據過程、報告、答辯等確定設計成績，成績分優(yōu)、良、中、及格、不及格五等。評定項

29、目基本內涵分值設計過程考勤10分答 辯回答問題情況20分實物測試正常無故障運行20分設計報告完成設計任務、報告規(guī)范性等情況50分90100分：優(yōu)；8089分：良；7079分：中；6069分，及格；60分以下：不及格第二部分 課程設計一、 方案論證1、設計任務與要求1、搶答器同時供8名選手或8個代表隊比賽，分別用8個按鈕S0 S8表示。2、設置一個系統(tǒng)確定和搶答控制開關S，該開關由主持人控制。3、 搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應的編號，并在LED數碼管上顯示，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)清除為止。4、搶答器具有定時

30、搶答功能，且一次搶答的時間由主持人設定（如30秒）。當主持人啟動"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、參賽選手在設定的時間內進行搶答，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00 。2.設計方案與論證方案一:系統(tǒng)各部分采用中小規(guī)模集成數字電路，用機械開關按鈕作為控制開關，完成搶答輸入信號的觸發(fā)。該方案的特點是中小規(guī)模集成電路應用技術成熟，性能可靠，能方便地完成選手搶答的基本功能，但是由于系統(tǒng)

31、功能要求較高，所以電路連接集成電路相對較多，而且過于復雜，并且制作過程工序比較煩瑣，使用不太方便。方案二:該系統(tǒng)采用51系列單片機AT89C51作為控制核心，該系統(tǒng)可以完成運算控制、信號識別以及顯示功能的實現。由于用了單片機，使其技術比較成熟，應用起來方便、簡單并且單片機周圍的輔助電路也比較少，便于控制和實現。整個系統(tǒng)具有極其靈活的可編程性，能方便地對系統(tǒng)進行功能的擴張和更改。MCS-51單片機特點如下：<1>可靠性好：單片機按照工業(yè)控制要求設計，抵抗工業(yè)噪聲干擾優(yōu)于一般的CPU，程序指令和數據都可以寫在ROM里，許多信號通道都在同一芯片，因此可靠性高，易擴充。<2>單

32、片機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，可擴充為各種規(guī)模的微電腦系統(tǒng)。<3> 控制功能強：單片機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。方案比較及其選用依據，顯然方案二比方案一簡單的多，不但從性能上優(yōu)于方案一，而且在使用上及其功能的實現上都較方案一簡潔，并且由于單片機具有優(yōu)越的高集成電路性，使其工作速度更快、效率更高。另外80C51單片機采用12MHz的晶振，提高了信號的測量精度，并且使該系統(tǒng)可以通過軟件改進來擴張功能。而方案一采用了中小規(guī)模集成電路，有其復雜的電路性能，從而可能會使信號的輸入輸出產生延時及不必要的誤差。依此依據

33、選擇方案二比較適合。二、 硬件電路設計1、復位電路外部中斷和內部中斷并存，單片機硬件復位端，只要持續(xù)4個機器周期的高電平即可實現復位，硬件復位后的各狀態(tài)可知寄存器以及存儲器的值都恢復到了初始值，因為本設計中功能中有倒計時時間的記憶功能，所以不能對單片機進行硬件復位，只能用軟件復位，軟件復位實際上就是當程序執(zhí)行完之后，將程序通過一條跳轉指令讓它完成復位。復位電路如下圖示：2、穩(wěn)壓電源電路首先利用220v用220V12V的變壓器降壓，再用橋式整流。在電源電路中，整流電路將交流變成脈動的直流，而在整流電路之后接入一個較大容量的電解電容（470uf），利用其充放電特性，使整流后的脈動直流電壓變成相對比

34、較穩(wěn)定的直流電壓。在實際中，為了防止電路各部分供電電壓因負載變化而產生變化，所以在電源的輸出端及負載的電源輸入端一般接有數十至數百微法的電解電容由于大容量的電解電容一般具有一定的電感，對高頻及脈沖干擾信號不能有效地濾除，故在其兩端并聯(lián)了一只容量為0.001-0.lpF的電容，以濾除高頻及脈沖干擾然后并接一個0.1uF的小電容然后輸入的7805的1腳、7805的2腳接地、78L05的3腳輸出，加一個0.1uF的電容到地，這就可以了。本次設計沒有用穩(wěn)壓電源而是用4枚1.2V電池充當電源。穩(wěn)壓電源電路如下圖所示：3、外部震蕩電路外部震蕩電路單片機必須在AT89C51的驅動下才能工作，在單片機內部有一

35、個時鐘震蕩電路，只需要外接一個振蕩器就能產生一定的時鐘信號送到單片機內部的各個單元，外部震蕩電路如下圖：4、報警電路報警電路用于報警，當遇到報警信號時，發(fā)出警報。8951驅動喇叭的信號為各種頻率的脈沖。因此，最簡單的喇叭驅動方式就是利用達林頓晶體管，或者以兩個常用的小晶體管連接成達林頓架勢。在右圖中電阻R為限流電阻，在此利用晶體管的高電流增益，以達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。選手在設定的時間內搶答時，實現：優(yōu)先判斷、編號鎖存、編號顯示、揚聲器提示。當一輪搶答之后，定時器停止、禁止二次搶答、定時器顯示剩余時間。如果再次搶答必須由主持人再次

36、作"確定"和"開始"狀態(tài)開關。報警電路如下圖所示：5、選手搶答電路89C51的P1口做一個為選手搶答的輸入按鍵引腳，P1.0至P1.7輪流輸出低電位，給每一個選手編號1至8，當選手按下按鈕時，P1口個端口的電平變化從P1口輸入，經單片機處理后從P0輸出由數碼管顯示搶答者編號。搶答電路如圖所示:6、時間調整電路 利用89C51的P3.2-P3.5口作為搶答和回答時間的調整電路，搶答時間存放在寄存器R1中，回答時間存放在R2中。通過設置定時方式將P3.2-P3.5的觸發(fā)設置為低電平觸發(fā)，通過中斷來調整時間。時間調整電路如圖所示：7、顯示與顯示驅動電路此電路包

37、括顯示和驅動，顯示采用數碼管，驅動用P2口， 違規(guī)者編號、搶答30秒倒計時、正常搶答者編號和回答問題時間60秒倒計時，數碼管采用動態(tài)顯示。驅動電路P2口，查詢顯示程序利用P0口做段選碼口輸出P2低3位做位選碼輸出，當為低電平則能驅動數碼管使其顯示數字。在+5V電壓下接10k的電阻，保證正常壓降。顯示與顯示驅動電路如圖所示：三、設計框圖1、搶答器電路框圖其工作原理為：接通電源后，主持人將開關撥到“確定”狀態(tài)，搶答器處于禁止狀態(tài)，編號顯示器滅燈，定時器顯示設定時間；主持人將開關置，“開始”狀態(tài)，宣布“開始”搶答器工作。定時器倒計時，揚聲器給出聲響提示。選手在定時時間內搶答時，搶答器完成：優(yōu)先判斷、

38、編號鎖存、編號顯示、揚聲器提示。當一輪搶答之后，定時器停止、禁止二次搶答、定時器顯示剩余時間。如果再次搶答必須由主持人再次操作"開始、確定"狀態(tài)開關。系統(tǒng)框圖如圖所示：搶答按扭優(yōu)先編碼電路鎖存器譯碼電路譯碼顯示主持人控制開關控制電路報警電路秒脈沖產生電路定時電路譯碼電路2、系統(tǒng)主程序設計為了能夠達到搶答的公平、公正、合理，應該在主持人發(fā)布搶答命令之前必須先設定搶答的時間，因而在編開始搶答前的程序得先編寫設定時間的程序，當時間設好了之后，主持人發(fā)布搶答命令按下P1.7按鍵，程序開始打開定時中斷開始倒計時，然后調用鍵盤掃描子程序，編寫鍵盤掃描程序。當在掃描到有人按下了答題鍵，馬

39、上關閉T0、調用顯示程序、封鎖鍵盤。主程序的流程圖如下圖所示：主程序顯示電路設置搶答時間和回答問題時間定時器及并行口初始化將時間計數器及啟動標志值1開中斷采并行口數據為0嗎？啟動標志=1嗎？判斷搶答組號將搶答組發(fā)光二極管點亮判斷哪一組為搶答組將搶答組號送顯示搶答時間到了嗎？輸出響鈴信號提示超時繼續(xù)搶答比賽嗎？系統(tǒng)返回NYYYNYN四、設計電路圖1、總電路圖五、軟件仿真1、keil仿真2、protues仿真<1>接通電路<2>開始搶答<3>一號選手搶答<4>4號選手違規(guī)搶答六、實物圖1、啟動電路2、搶答計時3、一號選手搶答4、四號選手違規(guī)搶答七、總

40、結1、實驗小結 為期兩周的單片機課程設計即將結束，我們的作品也隨著即將完成?？吹阶约鹤罱K的勞動成果，心中落下了圓滿的句號。單片機是一門綜合性質比較強的科目，要學好單片機，首先要有較強的邏輯思維，然后就是要掌握單片機的核心編程。單片機的很多控制作用都是通過程序來完成的，所以好的作品離不開好的程序，好的程序離不開好的程序編譯者。當然，單片機所涉及的范圍也很廣，除了一些基本的微型計算機的知識外，還有電路電子、數電、模電等相關電路知識。因此想掌握好的單片機我們必須花足夠的時間和精力。在確定方案，編寫程序花了很大的功夫，平時也只編一編小的程序，這么產長的程序也是第一次編寫。查資料，上網用了各種辦法才將程

41、序弄出來。期間利用keil和protues多次調試。將程序與電路的作用相結合。在制作實物的時候也花費了大量的時間。經過這次課程設計讓我對單片機有了更深的了解，同時也明白了沒有一件事是簡單的，但是沒有一件事會很難，只要努力鉆研任何問題都不是問題。八、附錄1、參考文獻1陳志旺 李亮等. 51單片機快速上手 機械工業(yè)出版社2朱清慧等. proteus教程 清華大學出版社、3李全利. 單片機原理及接口技術 高等教育出版社4 電氣與電子信息工程學院.單片機實驗指導書5韓志軍等.單片機應用系統(tǒng)設計入門向導與設計實例.北京：機械工業(yè)出版社6皮大能等. 單片機課程設計指導書. 北京：北京理工大學出版社2、程序

42、30 / 31文檔可自由編輯打印OK EQU 20H;搶答開始標志位RING EQU 22H;響鈴標志位ORG 0000HAJMP MAINORG 0003HAJMP INT0SUBORG 000BHAJMP T0INTORG 0013HAJMP INT1SUBORG 001BHAJMP T1INTORG 0040HMAIN: MOV R1,#30;初設搶答時間為30sMOV R2,#60;初設答題時間為60sMOV TMOD,#11H;設置未定時器/模式1MOV TH0,#0F0HMOV TL0,#0FFH;越高發(fā)聲頻率越高,越尖MOV TH1,#3CHMOV TL1,#0B0H;50ms為

43、一次溢出中斷SETB EASETB ET0SETB ET1SETB EX0SETB EX1;允許四個中斷,T0/T1/INT0/INT1CLR OKCLR RINGSETB TR1SETB TR0;一開始就運行定時器,以開始顯示FFF.如果想重新計數,重置TH1/TL1就可以了;=查詢程序=START: MOV R5,#0BHMOV R4,#0BHMOV R3,#0BHACALL DISPLAY;未開始搶答時候顯示FFFJB P3.0,NEXT;dddddddACALL DELAYJB P3.0,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

44、 BARK;按鍵發(fā)聲MOV A,R1MOV R6,A;送R1->R6,因為R1中保存了搶答時間SETB OK;搶答標志位,用于COUNT只程序中判斷是否查詢搶答MOV R7,#01H ;讀搶答鍵數據信號標志，這里表示只讀一次有用信號MOV R3,#0AH;搶答只顯示計時,滅號數AJMP COUNT;進入倒計時程序,"查詢有效搶答的程序"在COUNT里面NEXT: JNB P1.0,FALSE1JNB P1.1,FALSE2JNB P1.2,FALSE3JNB P1.3,FALSE4JNB P1.4,FALSE5JNB P1.5,FALSE6JNB P1.6,FALSE

45、7JNB P1.7,FALSE8AJMP START;=非法搶答處理程序=FALSE1: MOV R3,#01HAJMP ERRORFALSE2: MOV R3,#02HAJMP ERRORFALSE3: MOV R3,#03HAJMP ERRORFALSE4: MOV R3,#04HAJMP ERRORFALSE5: MOV R3,#05HAJMP ERRORFALSE6: MOV R3,#06HAJMP ERRORFALSE7: MOV R3,#07HAJMP ERRORFALSE8: MOV R3,#08HAJMP ERROR;=INT0(搶答時間R1調整程序)=INT0SUB:MOV

46、A,R1MOV B,#0AHDIV ABMOV R5,AMOV R4,BMOV R3,#0AHACALL DISPLAY;先在兩個時間LED上顯示R1JNB P3.4,INC0;P3.4為+1s鍵,如按下跳到INCOJNB P3.5,DEC0;P3.5為-1s鍵,如按下跳到DECOJNB P3.1,BACK0;P3.1為確定鍵,如按下跳到BACKOAJMP INT0SUBINC0: MOV A,R1CJNE A,#63H,ADD0;如果不是99,R2加1,如果加到99,R1就置0，重新加起。MOV R1,#00HACALL DELAY1AJMP INT0SUBADD0: INC R1ACALL

47、 DELAY1AJMP INT0SUBDEC0: MOV A,R1JZ SETR1;如果R1為0, R1就置99，DEC R1ACALL DELAY1AJMP INT0SUBSETR1: MOV R1,#63HACALL DELAY1AJMP INT0SUBBACK0: RETI;=INT1(回答時間R2調整程序)=INT1SUB:MOV A,R2MOV B,#0AHDIV ABMOV R5,AMOV R4,BMOV R3,#0AHACALL DISPLAYJNB P3.4,INC1JNB P3.5,DEC1JNB P3.1,BACK1AJMP INT1SUBINC1: MOV A,R2CJN

48、E A,#63H,ADD1MOV R2,#00HACALL DELAY1AJMP INT1SUBADD1: INC R2ACALL DELAY1AJMP INT1SUBDEC1: MOV A,R2JZ SETR2DEC R2ACALL DELAY1AJMP INT1SUBSETR2: MOV R2,#63HACALL DELAY1AJMP INT1SUBBACK1: RETI;=倒計時程序(搶答倒計時和回答倒計時都跳到改程序)=REPEAT:MOV A,R2 ;使用錦囊時重新計時MOV R6,ACLR RINGCOUNT: MOV R0,#00H;重置定時器中斷次數MOV TH1,#3CHMO

49、V TL1,#0B0H;重置定時器RECOUNT:MOV A,R6;R6保存了倒計時的時間,之前先將搶答時間或回答時間給R6MOV B,#0AHDIV 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,R6SUBB A,#07HJNC LARGER;大于5s跳到LARGER,小于等于5s會提醒MOV A,R0CJNE A,#0AH,FULL;1s中0.5s向下運行CLR RINGAJMP CHECKFULL: CJNE A,#14H,CHECK;下面是1s的情況,響并顯示號數并

50、清R0,重新計SETB RINGMOV A,R6JZ QUIT;計時完畢MOV R0,#00HDEC R6;一秒標志減1AJMP CHECKLARGER: MOV A,R0CJNE 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1MOV R0,#00HCHECK: JNB P3.1,QUIT;如按下停止鍵退出JNB OK,CHECKK ;只在回答倒計時才有效AJMP NEXTTCHECKK:JNB P3.0,REPEAT ;判斷是否使用錦囊NEXTT: ACALL DISPLAYJB OK,ACCOUT;如果是搶答倒計時,

51、如是則查詢搶答,否者跳過查詢繼續(xù)倒數(這里起到鎖搶答作用)AJMP RECOUNTACCOUT:MOV A,36HJNB ACC.0,TRUE1JNB ACC.1,TRUE2JNB ACC.2,TRUE3JNB ACC.3,TRUE4JNB ACC.4,TRUE5JNB ACC.5,TRUE6JNB ACC.6,TZ1JNB ACC.7,TZ2AJMP RECOUNTTZ1:JMP TRUE7TZ2:JMP TRUE8QUIT: CLR OK;如果按下了"停止鍵"執(zhí)行的程序CLR RINGAJMP START;=正常搶答處理程序=TRUE1: ACALL BARKMOV A

52、,R2MOV R6,A;搶答時間R2送R6MOV R3,#01HCLR OK;因為答題的計時不再查詢搶答,所以就鎖了搶答AJMP COUNTTRUE2:ACALL BARKMOV A,R2MOV R6,AMOV R3,#02HCLR OKAJMP COUNTTRUE3:ACALL BARKMOV A,R2MOV R6,AMOV R3,#03HCLR OKAJMP COUNTTRUE4:ACALL BARKMOV A,R2MOV R6,AMOV R3,#04HCLR OKAJMP COUNTTRUE5:ACALL BARKMOV A,R2MOV R6,AMOV R3,#05HCLR OKAJMP COUNTTRUE6: ACALL BARKMOV A,R2MOV R6,AMOV R3,#06HCLR OKAJMP COUNTTRUE7:ACALL BARKMOV A,R2MOV R6,AMOV R3,#07HCLR OKAJMP COUNTTRUE8:ACALL BARKMOV A,R2MOV R6,AMOV R3,#08HCLR OKAJMP COUNT;=犯規(guī)搶答程序=ERROR: MOV R0,#00HMOV TH1,#3CHMOV TL1,#0B0HMOV 34H,R3;犯規(guī)號數暫存與(34H)HERE: MOV A,R0CJNE A,#06H,FL