單片機(jī)課程八路搶答器設(shè)計(jì)含源程序

1、武漢工程大學(xué) 課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)題目：基于單片機(jī)八路搶答器設(shè)計(jì)系（院）： 電氣院 專 業(yè)： 測控技術(shù)與儀器 年級(jí) (班）： 09級(jí)測控02班 學(xué) 號(hào)： 0904010217 姓 名： 呂禹 指導(dǎo)教師 ： 郝毫毫 2012年 12月 12日目 錄目錄2摘要3一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求4二、方案設(shè)計(jì)與論證4三、硬件電路設(shè)計(jì)53.1搶答器的電路框圖53.2 單元電路設(shè)63.3外部震蕩電路63.4報(bào)警電路設(shè)計(jì)7四、軟件設(shè)計(jì)74.1系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)74.2主程序清單8五、仿真過程與仿真結(jié)果115.1用到了keil軟件仿真115.2 Proteus仿真115.3用DXP連接原理115.4用DXP連接PCB圖12六、安

2、裝與調(diào)試126.1制作PCB電路板流程126.2器件選型方案的詳細(xì)清單126.3調(diào)試12七、結(jié)論與心得14八、參考文獻(xiàn)15摘 要搶答器作為一種工具，已廣泛應(yīng)用于各種智力和知識(shí)競賽場合。但搶答器的使用頻率較低，且有的要么制作復(fù)雜，要么可靠性低。作為一個(gè)單位，如果專門購一臺(tái)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（電子器件的）搶答器損壞，再購置的麻煩和及時(shí)性就會(huì)影響活動(dòng)的開展，因此設(shè)計(jì)了本搶答器。本設(shè)計(jì)是以八路搶答為基本理念。考慮到依需設(shè)定限時(shí)回答的功能，利用AT89C51單片機(jī)及外圍接口實(shí)現(xiàn)的搶答系統(tǒng)，利用單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器定時(shí)和記數(shù)的原理，將軟、硬件有機(jī)地結(jié)合起來

3、，使得系統(tǒng)能夠正確地進(jìn)行計(jì)時(shí)，同時(shí)使數(shù)碼管能夠正確地顯示時(shí)間。用開關(guān)做鍵盤輸出，揚(yáng)聲器發(fā)生提示。同時(shí)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)：在搶答中，只有開始后搶答才有效，如果在開始搶答前搶答為無效；搶答限定時(shí)間和回答問題的時(shí)間可在1-99s設(shè)定；可以顯示是哪位選手有效搶答和無效搶答，正確按鍵后有音樂提示；搶答時(shí)間和回答問題時(shí)間倒記時(shí)顯示，滿時(shí)后系統(tǒng)計(jì)時(shí)自動(dòng)復(fù)位及主控強(qiáng)制復(fù)位；按鍵鎖定，在有效狀態(tài)下，按鍵無效非法。一、 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1.搶答器同時(shí)供8名選手或8個(gè)代表隊(duì)比賽，分別用8個(gè)按鈕S0 S5表示。2.設(shè)置一個(gè)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(dòng)按鈕，鎖存相應(yīng)的編

4、號(hào)，并在LED數(shù)碼管上顯示，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲響提示。選手搶答實(shí)行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。4.搶答器具有定時(shí)搶答功能，且一次搶答的時(shí)間由主持人設(shè)定（如20秒）。當(dāng)主持人啟動(dòng)"開始"鍵后，定時(shí)器進(jìn)行減計(jì)時(shí)，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)的時(shí)間0.5秒左右。5.參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效，定時(shí)器停止工作，顯示器上顯示選手的編號(hào)和搶答的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。6.如果定時(shí)時(shí)間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報(bào)警并禁止搶答，定時(shí)顯示器上顯示00 。二、方案設(shè)計(jì)與論證方案一:系統(tǒng)各部分采用中小規(guī)模集成數(shù)字電路，用機(jī)

5、械開關(guān)按鈕作為控制開關(guān)，完成搶答輸入信號(hào)的觸發(fā)。該方案的特點(diǎn)是中小規(guī)模集成電路應(yīng)用技術(shù)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)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(fù)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(jī)AT89C51作為控制核心，該系統(tǒng)可以完成運(yùn)算控制、信號(hào)識(shí)別以及顯示功能的實(shí)現(xiàn)。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(gè)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： <1>可靠性好：單片機(jī)按照工業(yè)

6、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(hào)通道都在同一芯片，因此可靠性高，易擴(kuò)充。<2>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)。 <3> 控制功能強(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。方案比較及其選用依據(jù)，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(shí)現(xiàn)上都較方案一簡潔，并且由于單片機(jī)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(jī)采用12MHz的晶振，提高了信號(hào)的測量精度

7、，并且使該系統(tǒng)可以通過軟件改進(jìn)來擴(kuò)張功能。而方案一采用了中小規(guī)模集成電路，有其復(fù)雜的電路性能，從而可能會(huì)使信號(hào)的輸入輸出產(chǎn)生延時(shí)及不必要的誤差。依此依據(jù)選擇方案二比較適合。其原理框圖如下: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(guān)控制電路報(bào)警電路秒脈沖產(chǎn)生電路定時(shí)電路譯碼電路顯示電路三、硬件電路設(shè)計(jì)3.1 搶答器的電路框圖     如圖11、1所示為電路框圖。其工作原理為：接通電源后，主持人將開關(guān)撥到“清除”狀態(tài)，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，編號(hào)顯示器滅燈，定時(shí)器顯示設(shè)定時(shí)間；主持人將開關(guān)置，“開始”狀態(tài)，宣布“開始”搶答器工作。定時(shí)器倒計(jì)時(shí)，揚(yáng)聲

8、器給出聲響提示。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、定時(shí)器顯示剩余時(shí)間。如果再次搶答必須由主持人再次操作"開始、停止"狀態(tài)開圖1 搶答器電路的接口電路原理圖如圖1所示為電路圖。其工作原理為：接通電源后，主持人將開關(guān)撥到“清除”狀態(tài)，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，編號(hào)顯示器滅燈，定時(shí)器顯示設(shè)定時(shí)間；主持人將開關(guān)置，“開始”狀態(tài)，宣布“開始”搶答器工作。定時(shí)器倒計(jì)時(shí)，揚(yáng)聲器給出聲響提示。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、

9、定時(shí)器顯示剩余時(shí)間。如果再次搶答必須由主持人再次操作“開始、停止”狀態(tài)開關(guān)。3.2 單元電路設(shè)計(jì)(1)搶答器電路    參考電路如圖11.2所示。該電路完成兩個(gè)功能：一是分辨出選手按鍵的先后，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效。如有再次搶答需由主持人將S開關(guān)重新置,“清除”然后再進(jìn)行下一次搶答。(2)時(shí)序控制電路設(shè)計(jì)時(shí)序控制電路是搶答器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，它要完成以下功能：a.主持人將控制開關(guān)撥到"開始"位置時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時(shí)電路進(jìn)人正常搶答工作狀態(tài)。 b.當(dāng)參賽選手按動(dòng)搶答鍵時(shí)，揚(yáng)聲器

10、發(fā)聲，搶答電路和定時(shí)電路停止工作。(3)復(fù)位電路的設(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(gè)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(chǔ)器的值都恢復(fù)到了初始值，因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)中功能中有倒計(jì)時(shí)時(shí)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)位電路如下圖示：3.3 外部震蕩電路外部震蕩電路單片機(jī)必須在AT89C51的驅(qū)動(dòng)下才能工作，在單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)時(shí)鐘震蕩電路，只需要外接一個(gè)振蕩器就能產(chǎn)生一定的時(shí)鐘信號(hào)送到單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)單元，外部震蕩電路如下圖。3.4報(bào)警電路設(shè)計(jì)報(bào)警電路用

11、于報(bào)警，當(dāng)遇到報(bào)警信號(hào)時(shí)，發(fā)出警報(bào)。一般喇叭是一種電感性圖11.4報(bào)警電路圖。8951驅(qū)動(dòng)喇叭的信號(hào)為各種頻率的脈沖。因此，最簡單的喇叭驅(qū)動(dòng)方式就是利用達(dá)林頓晶體管，或者以兩個(gè)常用的小晶體管連接成達(dá)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(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(gè)10K的上拉電阻。選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)搶答時(shí)，實(shí)現(xiàn)：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、定時(shí)器顯示剩余時(shí)間。如果再次搶答必須由主持人再次*作"清除"和"開始"狀態(tài)開關(guān)。圖面是數(shù)字搶

12、答器的報(bào)警電路圖。其中555構(gòu)成多諧振蕩器，振蕩頻率fo143（RI2R2）C，其輸出信號(hào)經(jīng)三極管推動(dòng)揚(yáng)聲器。PR為控制信號(hào)，當(dāng)PR為高電平時(shí)，多諧振蕩器工作，反之，電路停振。四、軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)為了能夠達(dá)到搶答的公平、公正、合理，應(yīng)該在主持人發(fā)布搶答命令之前必須先設(shè)定搶答的時(shí)間，因而在編開始搶答前的程序得先編寫設(shè)定時(shí)間的程序，當(dāng)時(shí)間設(shè)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(shí)中斷開始倒計(jì)時(shí)，然后調(diào)用鍵盤掃描子程序，編寫鍵盤掃描程序。當(dāng)在掃描到有人按下了答題鍵，馬上關(guān)閉T0、調(diào)用顯示程序、封鎖鍵盤。（1）主程序流程圖主程序設(shè)置搶答時(shí)間和回答問題時(shí)間定時(shí)器及并行口

13、初始化將時(shí)間計(jì)數(shù)器及啟動(dòng)標(biāo)志值1開中斷采并行口數(shù)據(jù)為0嗎？啟動(dòng)標(biāo)志=1嗎？判斷搶答組號(hào)將搶答組發(fā)光二極管點(diǎn)亮判斷哪一組為搶答組將搶答組號(hào)送顯示搶答時(shí)間到了嗎？輸出響鈴信號(hào)提示超時(shí)繼續(xù)搶答比賽嗎？系統(tǒng)返回NYYYNYN4.2主程序清單#include <reg52.h>/*-宏定義-*/#define uint unsigned int#define uchar unsigned char/*-共陰極數(shù)碼管編碼表 0 - f顯示-*/unsigned char code table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0

14、x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71;/*-變量定義-*/sbit start_stop = P36;sbit reset = P37;sbit key1 = P10;sbit key2 = P11;sbit key3 = P12;sbit key4 = P13;sbit key5 = P14;sbit key6 = P15;sbit key7 = P16;sbit key8 = P17;sbit state = P34;sbit kaishi=P31;bit start_stop_flag = 0;bit key1_flag = 0;bit key2_flag = 0;b

15、it key3_flag = 0;bit key4_flag = 0;bit key5_flag = 0;bit key6_flag = 0;bit key7_flag = 0;bit key8_flag = 0;bit reset_flag = 0;bit action = 0;bit kaishi_flag=0;uchar second = 20;uchar timer0_count = 0;uchar number = 0;uchar number_display = 0;/*-延時(shí)函數(shù)-*/void delay(uint z)uint x,y;for(x=z;x>0;x-)for

16、(y=110;y>0;y-);/*-數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)函數(shù)-*/void display(uchar number,uchar second)uchar second_first,second_second;second_first = second / 10;second_second = second % 10;P2 = 0xfe;P0 = tablenumber;delay(2);P2 = 0xfd;P0 = 0x40;delay(2);P2 = 0xfb;P0 = tablesecond_first;delay(2);P2 = 0xf7;P0 = tablesecond_second

17、;delay(2);/*-開始鍵掃描函數(shù)-*/void start_stop_keyscan()if(start_stop = 0)delay(8);if(start_stop = 0)&&(!start_stop_flag)start_stop_flag = 1;action = 1;TR0 = 1;state = 0;elsestart_stop_flag = 0;/*-八位搶答鍵掃描函數(shù)-*/uchar key_scan8()if(key1 = 0)delay(8);if(key1 = 0)&&(!key1_flag)key1_flag = 1;numbe

18、r = 1;number_display = number;elsekey1_flag = 0;number = 0;if(key2 = 0)delay(8);if(key2 = 0)&&(!key2_flag)key2_flag = 1;number = 2;number_display = number;elsekey2_flag = 0;number = 0;if(key3 = 0)delay(8);if(key3 = 0)&&(!key3_flag)key3_flag = 1;number = 3;number_display = number;else

19、key3_flag = 0;number = 0;if(key4 = 0)delay(8);if(key4 = 0)&&(!key4_flag)key4_flag = 1;number = 4;number_display = number;elsekey4_flag = 0;number = 0;if(key5 = 0)delay(8);if(key5 = 0)&&(!key5_flag)key5_flag = 1;number = 5;number_display = number;elsekey5_flag = 0;number = 0;if(key6 =

20、 0)delay(8);if(key6 = 0)&&(!key6_flag)key6_flag = 1;number = 6;number_display = number;elsekey6_flag = 0;number = 0;if(key7 = 0)delay(8);if(key7 = 0)&&(!key7_flag)key7_flag = 1;number = 7;number_display = number;elsekey7_flag = 0;number = 0;if(key8 = 0)delay(8);if(key8 = 0)&&

21、(!key8_flag)key8_flag = 1;number = 8;number_display = number;elsekey8_flag = 0;number = 0;if(number_display != 0)return 1;elsereturn 0;/*-復(fù)位鍵掃描函數(shù)-*/void reset_keyscan()if(reset = 0)delay(8);if(reset = 0)&&(!reset_flag)second=20;reset_flag = 1;number_display = 0;state = 1;elsereset_flag = 0;

22、/* 開機(jī)函數(shù)*/ void kaishi_keyscan()if(kaishi = 0)delay(8);if(kaishi = 0)&&(!kaishi_flag)kaishi_flag = 1;number_display = 0;state = 1;elsekaishi_flag = 0;/*-主函數(shù)-*/void main()TMOD=0x01; TH0=0x3c;TL0=0xb0;EA=1;ET0=1;TR0=0;while(1)while(kaishi = 0)&&(!kaishi_flag)start_stop_keyscan();reset_k

23、eyscan();while(action)while(!key_scan8()display(number_display,second);if(second = 0)second = 20;break;TR0 = 0;second = 0;display(number_display,second);action = 0;break;display(number_display,second);/*-中斷服務(wù)函數(shù)-*/void timer0() interrupt 1TH0=0x3c;TL0=0xb0;timer0_count +;if(timer0_count = 20)timer0_c

24、ount = 0;second -;if(second = 0)TR0 = 0;number_display = 0;state = 1;action = 0;五、仿真過程與仿真結(jié)果5.1 用到了keil軟件仿真，界面如下：5.2 Proteus仿真6.3調(diào)試：(1) 開機(jī) 按電源開關(guān)，顯示屏左邊的"搶答"指示燈亮，數(shù)碼管顯示。(2) 設(shè)定"搶答"倒計(jì)時(shí)時(shí)間(3) 設(shè)定"答題"倒計(jì)時(shí)時(shí)間(4) 測試各組搶答按鍵試按一下各組的搶答按鈕，應(yīng)立即顯示該組的組別數(shù)字，同時(shí)機(jī)內(nèi)喇叭發(fā)出"叮咚"的提示音，按"取消&q

25、uot;鍵，返回"0"閃爍狀態(tài)。 (5) 啟動(dòng)搶答倒計(jì)時(shí)，開始搶答"FFF"狀態(tài)下，當(dāng)主持人宣布搶答開始時(shí)，馬上按一下"搶答"鍵，屏幕顯示所設(shè)定的搶答倒計(jì)時(shí)時(shí)間并開始倒計(jì)時(shí)，提示倒計(jì)時(shí)時(shí)間馬上臨近結(jié)束。倒計(jì)時(shí)到0以后，儀器發(fā)出"叮咚"的結(jié)束提示音，同時(shí)顯示屏返回"FFF"待命狀態(tài)。在"搶答"倒計(jì)時(shí)中，如果有參賽組搶答，儀器屏幕立即顯示該組的組別號(hào)，同時(shí)發(fā)出"叮咚"的搶答成功提示音。需要返回"FFF"待命狀態(tài)，按"取消"

26、;鍵即可。 (6) 啟動(dòng)答題倒計(jì)時(shí)"FFF"狀態(tài)下，或有參賽組搶答成功后,需要開始答題的計(jì)時(shí)時(shí),按"答題計(jì)時(shí)"鍵，屏幕顯示所設(shè)定的答題倒計(jì)時(shí)時(shí)間并開始倒計(jì)時(shí)，提示倒計(jì)時(shí)時(shí)間馬上臨近結(jié)束。倒計(jì)時(shí)到0以后，儀器發(fā)出"丁冬"的結(jié)束提示音，同時(shí)顯示屏返回"FFF"待命狀態(tài)。 (7) 提前取消倒計(jì)時(shí)無論是"搶答"還是"答題"的倒計(jì)時(shí)時(shí)間，需要提前退出，只要按一下"取消"鍵，即可返回到"FFF"待命狀態(tài)。 (8) 違規(guī)搶答當(dāng)主持人讀題過程中，而未宣布搶答開始時(shí)按下?lián)尨鸢粹o。主顯示屏將顯示該違規(guī)組號(hào)，及發(fā)出提示音。及該組的紅燈亮起。通過調(diào)試，結(jié)果完全符合搶答器設(shè)計(jì)要求。七、結(jié)論與心得這次課程設(shè)計(jì)老師給我們安排了一個(gè)星期的時(shí)間，可以說是比較充裕的。雖然如此，我還是很用心的做設(shè)計(jì)，利用了周六周日兩天的時(shí)間在宿舍思考本次的課程設(shè)計(jì)，拿到題目，感覺太繁雜了，不知怎么下手，雖然這些知識(shí)以前都有接觸過，但也只是分部分來接觸，而這次的設(shè)計(jì)是要對前面幾次實(shí)驗(yàn)的一個(gè)綜合，真的很難。也翻閱了一些資料，并自己事先編寫好了程序，到了周一去到機(jī)房時(shí)候，把自己寫的程序燒進(jìn)去芯片里面，發(fā)現(xiàn)不行，那些數(shù)字閃