數(shù)字搶答器 單片機(jī)課程設(shè)計

1、1.課題簡介1.1課題背景及意義單片機(jī)把我們帶入了智能化的電子領(lǐng)域，許多繁瑣的系統(tǒng)若由單片機(jī)進(jìn)行設(shè)計，便能收到電路更簡單、功能更齊全的良好效果。若把經(jīng)典的電子系統(tǒng)當(dāng)作一個僵死的電子系統(tǒng)，那么智能化的現(xiàn)代電子系統(tǒng)則是一個具有“生命”的電子系統(tǒng)。對于搶答器我們大家都知道那是用于選手做搶答題時用的，選手進(jìn)行搶答，搶到題的選手來回答問題。搶答器不僅考驗選手的反應(yīng)速度同時也要求選手具備足夠的知識面和一定的勇氣。選手們都站在同一個起跑線上，體現(xiàn)了公平公正的原則。 本實驗設(shè)計的數(shù)字搶答器由主體電路與擴(kuò)展電路組成。優(yōu)先編碼電路、鎖存器、譯碼電路將參賽隊的輸入信號在顯示器上輸出；用控制電路和主持人開關(guān)啟動報警電

2、路，以上兩部分組成主體電路。通過定時電路和譯碼電路將秒脈沖產(chǎn)生的信號在顯示器上輸出實現(xiàn)計時功能，構(gòu)成擴(kuò)展電路。經(jīng)過布線、焊接、調(diào)試等工作后數(shù)字搶答器成形。更具有實用性。1.2相關(guān)原理論證制作搶答器可以用好多的方法，可以用PLC來實現(xiàn)，它的功能強(qiáng)大制作簡單，并且外圍的元件也很少；也可以用單片機(jī)來實現(xiàn)，他的制作也是比較簡單；還可以用我們學(xué)過的EDA技術(shù)來制作；最后也可以用數(shù)字電路來實現(xiàn)，它的原理比較簡單，集成塊的價格也比較便宜且很容易購買，與我們學(xué)完的單片機(jī)原理聯(lián)系緊密，能將我們所學(xué)知識用于實際，對鞏固所學(xué)知識有重要意義，使總體方案易于實現(xiàn)。但由于專用電路芯片通常是廠家特殊設(shè)計開發(fā)的，一般不易買到

3、或價格較高，用其它方式設(shè)計的需要設(shè)計者具有相應(yīng)的理論知識，并要通過仿真器，應(yīng)用軟件，計算機(jī)等輔助設(shè)備才能驗證完成，不利于設(shè)計者的設(shè)計和制作，綜上所述所以本方案用單片機(jī)來實現(xiàn)。而有些實際競賽的場合，只要滿足顯示搶答有效和有效組別即可，故我打算用一片74HC373（8位數(shù)據(jù)鎖存器）來實現(xiàn)此簡易搶答器的功能，這是一個顯示方式簡單，價格低廉，經(jīng)濟(jì)實用的搶答器設(shè)計方案。在要求不高的場合，能完全符合要求。2.總體設(shè)計方案2.1本數(shù)字搶答器的組成本搶答器的電路主要有四部分組成：數(shù)字搶答電路、時序控制電路、報警電路以及可預(yù)置時間的定時電路。其中數(shù)字搶答部分有一個74DC373鎖存器和LED數(shù)碼管顯示器組成，可

4、以將八位搶答者的按鈕通過LED數(shù)碼管顯示器顯示出他們最先搶答者的序號。而時序控制電路的功能是當(dāng)參賽選手按動搶答器時，使揚聲器發(fā)聲，這時搶答電路和定時電路停止工作。而且設(shè)定的時間到達(dá)后若無人搶答，則報警電路工作。報警電路工作的條件是當(dāng)設(shè)定時間到達(dá)后或者有人搶答時，報警電路被輸入一個高電平，這時此電路工作。2.2數(shù)字搶答器主要功能搶答器原理：每個選手的座位前安裝一只搶答按鈕開關(guān)和一只信號燈。主持人的座位前安裝一只復(fù)原按鈕開關(guān)、一只蜂鳴器和一只搶答器工作狀態(tài)指示燈。每當(dāng)主持人口頭發(fā)出允許搶答的號令之后，哪個隊先按下座位上的按鈕開關(guān)，該座位的信號燈就先被點亮，同時封鎖其他按鈕開關(guān)的活動。并且熄滅主持人

5、座位上的狀態(tài)指示燈和發(fā)出 3 聲類似于電話振鈴的提示聲，以“聲明”此次搶答動作已經(jīng)完成。在主持人確認(rèn)后，按下復(fù)原按鈕，狀態(tài)指示燈重新點亮，并且同時發(fā)出“笛笛”聲，為下一次的搶答作好準(zhǔn)備。電路中的蜂鳴器 FM 是一只帶有助音腔的壓電陶瓷蜂鳴器，用于模擬發(fā)出報警聲的功率放大器和喇叭。在 FM 發(fā)聲的同時，燈 D6 也在發(fā)光。FM 可以看作是一個電容性負(fù)載，本身不能流過直流電流。發(fā)聲的原理是，作用在兩個電極極板的電位在發(fā)生變化時，陶瓷材料就發(fā)生彎曲，從而振動空氣發(fā)出聲音。FM和 4 只按鈕開關(guān) SWaSWd 以及 4 只電阻 RaRd 都是在演示板的基礎(chǔ)上額外添加的。由于RB端口內(nèi)部具有上拉電阻，只

6、要用軟件設(shè)置其有效，即可省略在4 只端口引腳上外接上拉電阻。參賽選手在設(shè)定的時間內(nèi)進(jìn)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。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0。8路搶答器可以利用硬件電子元器件實現(xiàn)，但電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)試?yán)щy，涉及到的外圍元件多，不便于安裝，實驗給實際操作帶來很大的麻煩。我們利用單片機(jī)可以用很少元件實現(xiàn)相同功能，而且單片機(jī)性能穩(wěn)定，可操作性強(qiáng)?？梢灾挥肞0口連接排阻（用作上拉電阻），完成驅(qū)動LED的功能，串接按鍵可以由選手自己控制搶答機(jī)會。利用單片機(jī)程序判斷選手按鍵是否有效，

7、但當(dāng)選手違規(guī)搶答時，利用簡單程序顯示選手序號，啟動蜂鳴器并不間斷，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，軟件倒記時。如果有選手在規(guī)定的時間以前完成問題，主持人通過按鍵開始按鈕來復(fù)位，開始新的問題作答，因為程序不是很大不需要擴(kuò)展存儲空間，選手按鍵跳入相應(yīng)的子程序，回答倒記時。3.系統(tǒng)軟件設(shè)計3.1部分軟件設(shè)計3.1.1 主程序系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見圖3-1：圖3-1軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖回答時間調(diào)整程序；倒計時程序；正常搶答處理程序；犯規(guī)處理程序；顯示及發(fā)聲程序。3.1.2初始化程序MAIN: MOV R1,#10；初設(shè)搶答時間為10s MOV R2,#10；初設(shè)答

8、題時間為10s MOV TMOD,#11H；設(shè)置未定時器/模式1 MOV TH0,#0F0H MOV TL0,#0FFH；越高發(fā)聲頻率越高,越尖 MOV TH1,#3CH MOV TL1,#0B0H;50ms為一次溢出中斷 SETB EA SETB ET0 SETB ET1 SETB EX0 SETB EX1;允許四個中斷,T0/T1/INT0/INT1 CLR OK CLR RING SETB TR1 SETB TR0;3.1.3鍵盤掃描程序流程圖本系統(tǒng)的鍵盤采用獨立式按鍵鍵盤程序流圖見圖3-2:圖3-2鍵盤掃描程序流程圖3.1.4搶答數(shù)碼顯示軟件程序設(shè)計LED數(shù)碼管采用靜態(tài)顯示，顯示器由9

9、個共陽極數(shù)碼管組成。輸入只有兩個信號，它們是串行數(shù)據(jù)線DIN和移位信號CLK。9個串/并移位寄存器芯片74LS164首尾相連了九位共陽極七段數(shù)碼管，共陽極數(shù)碼管的8個發(fā)光二極管的陽極（二極管正端）連接在一起，通常，公共陽極接高電平（一般接電源），其他管腳接段驅(qū)動電路輸出端。數(shù)碼管顯示程序流程圖見圖3-3：圖3-3數(shù)碼顯示程序流程3.1.5音樂音頻輸出程系流程圖音樂音頻輸出由P3.7輸出，見圖3-4:圖3-4音樂音頻輸出程系流程圖3.2軟件調(diào)試3.2.1編譯、連接項目，形成目標(biāo)文件把程序文件添加到項目文件中，并且程序文件已經(jīng)建立好存盤后，就可以進(jìn)行編譯、連接，形成目標(biāo)文件。編譯、連接用Proje

10、ct菜單下的Built Target命令（或快捷鍵F7），見圖3-5和圖3-6所示：圖3-5 程序編譯圖3-6連接創(chuàng)建目標(biāo)文件編譯、連接時，如果程序有錯，則編譯不成功，并在下面的信息窗口給出相應(yīng)的出錯提示信息，以便用戶進(jìn)行修改，修改后再編譯、連接，這個過程可能會重復(fù)多次。如果沒有錯誤，則編譯、連接成功，并且信息窗口給出提示信息。3.2.2運行調(diào)試觀察結(jié)果當(dāng)項目編譯、連接成功后，就可以運行它來觀察結(jié)果。運行調(diào)試過程：先用Debug菜單下的Start/Stop Debug Session命令，啟動調(diào)試過程。用Debug菜單下的GO連續(xù)運行。用Debug菜單下的Stop Running命令停止運行。

11、用View菜單調(diào)出各種輸出窗口觀察結(jié)果。系統(tǒng)軟件運行結(jié)果見圖3-7:圖3-7系統(tǒng)軟件運行結(jié)果4.系統(tǒng)仿真測試系統(tǒng)硬件及系統(tǒng)軟件設(shè)計完成，經(jīng)硬件和軟件調(diào)試成功后，可以將系統(tǒng)軟件和硬件結(jié)合起來調(diào)試，這里采用Proteus單片機(jī)仿真軟件進(jìn)行仿真。完成電路原理圖設(shè)計后，將Keil軟件調(diào)試產(chǎn)生的HEX文件添加到Proteus軟件中，運行后，其仿真結(jié)果如下圖4-1：圖4-1系統(tǒng)仿真圖5小結(jié)這次的課程設(shè)計收獲頗多。由于是自由選擇課題，在最初選擇課題的時候就遇到一點問題，參考了一些資料，最終確立了智能搶答器這個課題。課題選定之后，就注重搜集相關(guān)的資料，網(wǎng)上也下載了不少資料，對自己所要設(shè)計的智能搶答器有了初步的

12、了解。我主要是負(fù)責(zé)軟件方面的設(shè)計，編程方面，自己的基礎(chǔ)不是很好，遇到了不少困難，借鑒了一些資料的相關(guān)程序，同時也回顧了單片機(jī)教科書上的內(nèi)容，鞏固了以前學(xué)習(xí)的知識，這一點也是這次比較大的收獲。程序編完后，就開始了調(diào)試的過程，期間同樣不可避免的遇到了一些問題，很多低級的錯誤都不應(yīng)該，這點我尤其有體會，以后的編程中我會更加注意這個問題。最后就是用Proteus單片機(jī)仿真軟件進(jìn)行仿真，這部分由于前面的調(diào)試和檢查，硬件和軟件部分都接近預(yù)想的效果，這就導(dǎo)致軟硬件綜合仿真很順利的完成。這次的課程設(shè)計過程困難多，但可以找到了最適合的方法解決問題，雖然最后實物沒有達(dá)到預(yù)期的效果，不過還是學(xué)到很多東西。同學(xué)合作更

13、讓我懂得了協(xié)作精神，對我以后的工作有很大作用。6.致謝經(jīng)過將近兩周的設(shè)計學(xué)習(xí)以及莊志紅老師的熱心幫助和全力支持，這次的課程設(shè)計可以比較圓滿地完成。莊志紅老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和熱忱的工作作風(fēng)令我十分欽佩，他的指導(dǎo)使我受益非淺。7.參考文獻(xiàn)單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù) 范力旻 電子工業(yè)出版社 8051單片機(jī)徹底研究實習(xí)篇 林申茂編著 人民郵電出版社 單片機(jī)原理及接口技術(shù)實踐教程 胡建編著 機(jī)械工業(yè)出版社 8.附錄元器件清單序號名稱代號型號數(shù)量1排阻R1-R7A 103J12電阻R81K13 電解電容C110uF14電容C2，C333PF25電阻R9，R10，R11，R12，R135.1K56開關(guān)117USB

14、接口18共陰數(shù)碼管 4位ARK SR420361K 101119晶振11.059211089C52芯片STC 89C52RC111蜂鳴器BUZ1112三極管S85501部分功能仿真圖1、 主持人按下開始搶答鍵后，進(jìn)入搶答10S倒計時，顯示仿真電路見圖6-1：圖5-12、主持人按下?lián)尨痖_始鍵，若有選手進(jìn)行搶答，顯示其號碼，并進(jìn)入10秒倒計時的仿真電路圖見圖6-2：圖5-2程序代碼OK EQU 20H;搶答開始標(biāo)志位 RING EQU 22H;響鈴標(biāo)志位 ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003H AJMP INT0SUB ORG 000BH AJMP T0INT ORG 0013

15、H AJMP INT1SUB ORG 001BH AJMP T1INT ORG 0040HMAIN: MOV R1,#10；初設(shè)搶答時間為10s MOV R2,#10；初設(shè)答題時間為10s MOV TMOD,#11H；設(shè)置未定時器/模式1 MOV TH0,#0F0H MOV TL0,#0FFH；越高發(fā)聲頻率越高,越尖 MOV TH1,#3CH MOV TL1,#0B0H;50ms為一次溢出中斷 SETB EA SETB ET0 SETB ET1 SETB EX0 SETB EX1;允許四個中斷,T0/T1/INT0/INT1 CLR OK CLR RING SETB TR1 SETB TR0;

16、一開始就運行定時器,以開始顯示FFF.如果想重新計數(shù),重置TH1/TL1就可以了;=查詢程序=START: MOV R5,#0BH MOV R4,#0BH MOV R3,#0BH ACALL DISPLAY;未開始搶答時候顯示FFF JB P3.0,NEXT;ddddddd ACALL DELAY JB 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 BARK;按鍵發(fā)聲 MOV A,R1 MOV R6,A;送R1-R6,因為R1中保存了搶答時間 SETB OK;搶答標(biāo)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(shù)據(jù)信號

17、標(biāo)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(shù) AJMP COUNT;進(jìn)入倒計時程序,查詢有效搶答的程序在COUNT里面NEXT: JNB P1.0,FALSE1 JNB P1.1,FALSE2 JNB P1.2,FALSE3 JNB P1.3,FALSE4 JNB P1.4,FALSE5 JNB P1.5,FALSE6 JNB P1.6,FALSE7 JNB P1.7,FALSE8 AJMP START;=非法搶答處理程序=FALSE1: MOV R3,#01H AJMP ERRORFALSE2: MOV R3,#02H AJMP ERRORFALSE3: M

18、OV R3,#03H AJMP ERRORFALSE4: MOV R3,#04H AJMP ERRORFALSE5: MOV R3,#05H AJMP ERRORFALSE6: MOV R3,#06H AJMP ERRORFALSE7: MOV R3,#07H AJMP ERRORFALSE8: MOV R3,#08H AJMP ERROR;=INT0(搶答時間R1調(diào)整程序)=INT0SUB:MOV A,R1 MOV B,#0AH DIV AB MOV R5,A MOV R4,B MOV R3,#0AH ACALL DISPLAY;先在兩個時間LED上顯示R1 JNB P3.4,INC0;P3

19、.4為+1s鍵,如按下跳到INCO JNB P3.5,DEC0;P3.5為-1s鍵,如按下跳到DECO JNB P3.1,BACK0;P3.1為確定鍵,如按下跳到BACKO AJMP INT0SUBINC0: MOV A,R1 CJNE 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,#00H ACALL DELAY1 AJMP INT0SUBADD0: INC R1 ACALL DELAY1 AJMP INT0SUBDEC0: MOV A,R1 JZ SETR1;如果R1為0, R1就置99， DEC R1 ACALL DELAY1 AJM

20、P INT0SUBSETR1: MOV R1,#63H ACALL DELAY1 AJMP INT0SUBBACK0: RETI ;=INT1(回答時間R2調(diào)整程序)=INT1SUB:MOV A,R2 MOV B,#0AH DIV AB MOV R5,A MOV R4,B MOV R3,#0AH ACALL DISPLAY JNB P3.4,INC1 JNB P3.5,DEC1 JNB P3.1,BACK1 AJMP INT1SUBINC1: MOV A,R2 CJNE A,#63H,ADD1 MOV R2,#00H ACALL DELAY1 AJMP INT1SUBADD1: INC R2

21、ACALL DELAY1 AJMP INT1SUBDEC1: MOV A,R2 JZ SETR2 DEC R2 ACALL DELAY1 AJMP INT1SUBSETR2: MOV R2,#63H ACALL DELAY1 AJMP 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,A CLR RING COUNT: MOV R0,#00H;重置定時器中斷次數(shù) MOV TH1,#3CH MOV TL1,#0B0H;重置定時器RECOUNT:MOV A,R6;R6保存了倒計時的時間,之

22、前先將搶答時間或回答時間給R6 MOV B,#0AH DIV 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,R6 SUBB A,#07H JNC LARGER;大于5s跳到LARGER,小于等于5s會提醒 MOV A,R0 CJNE A,#0AH,FULL;1s中0.5s向下運行 CLR RING AJMP CHECKFULL: CJNE A,#14H,CHECK;下面是1s的情況,響并顯示號數(shù)并清R0,重新計 SETB RING MOV A,R6 JZ QUIT

23、;計時完畢 MOV R0,#00H DEC R6;一秒標(biāo)志減1 AJMP CHECKLARGER: MOV A,R0 CJNE 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1 MOV 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 DISPLAY JB OK,ACCOUT;如果是搶答倒計時,如是則查詢搶答,否者跳過查詢繼續(xù)倒數(shù)(這里起到鎖搶答作用) AJM

24、P RECOUNTACCOUT: MOV A,36H JNB ACC.0,TRUE1 JNB ACC.1,TRUE2 JNB ACC.2,TRUE3 JNB ACC.3,TRUE4 JNB ACC.4,TRUE5 JNB ACC.5,TRUE6 JNB ACC.6,TZ1 JNB ACC.7,TZ2 AJMP RECOUNTTZ1: JMP TRUE7TZ2: JMP TRUE8 QUIT: CLR OK;如果按下了停止鍵執(zhí)行的程序 CLR RING AJMP START;=正常搶答處理程序=TRUE1: ACALL BARK MOV A,R2 MOV R6,A;搶答時間R2送R6 MOV R

25、3,#01H CLR OK;因為答題的計時不再查詢搶答,所以就鎖了搶答 AJMP COUNTTRUE2:ACALL BARK MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#02H CLR OK AJMP COUNTTRUE3:ACALL BARK MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#03H CLR OK AJMP COUNTTRUE4: ACALL BARK MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#04H CLR OK AJMP COUNTTRUE5: ACALL BARK MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#05H CLR OK AJMP C

26、OUNTTRUE6: ACALL BARK MOV A,R2 MOVR6,A MOV R3,#06H CLR OK AJMP COUNTTRUE7: ACALL BARK MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#07H CLR OK AJMP COUNTTRUE8: ACALL BARK MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#08H CLR OK AJMP COUNT;=犯規(guī)搶答程序=ERROR: MOV R0,#00H MOV TH1,#3CH MOV TL1,#0B0H MOV 34H,R3;犯規(guī)號數(shù)暫存與(34H)HERE: MOV A,R0 CJNE A,#0

27、6H,FLASH;0.3s向下運行-滅并停響 CLR RING MOV R3,#0AH MOV R4,#0AH MOV R5,#0AH;三燈全滅 AJMP CHECK1FLASH: CJNE A,#0CH,CHECK1;下面是0.8s的情況,響并顯示號數(shù)并清R0,重新計 SETB RING MOV R0,#00H MOV R3,34H;取回號數(shù) MOV R5,#0BH MOV R4,#0BH;顯示FF和號數(shù) AJMPCHECK1CHECK1: JNB P3.1,QUIT1 ACALL DISPLAY AJMP HEREQUIT1: CLR RING CLR OK AJMP START;=顯示程

28、序=DISPLAY: MOV DPTR,#DAT1;查表顯示程序,利用P0口做段選碼口輸出/P2低三位做位選碼輸出, MOV A,R3 MOVC A,A+DPTR MOV P2,#0feH MOV P0,A ACALL DELAY2 MOV DPTR,#DAT2 MOV A,R5 MOVC A,A+DPTR MOV P2,#0fdH MOV P0,A ACALL DELAY2 MOV A,R4 MOVC A,A+DPTR MOV P2,#0fbH MOV P0,A ACALL DELAY2 RETDAT1: DB 00h,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,71H ;滅,1,2,3,4,5,6,7,8,9,滅,FDAT2: DB 3fh,06