基于單片機(jī)的搶答器設(shè)計(jì)報(bào)告

1、 湖南商學(xué)院?jiǎn)纹瑱C(jī)應(yīng)用系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)(實(shí)習(xí))報(bào)告題目 基于單片機(jī)的搶答器設(shè)計(jì) 姓 名:胡飄學(xué) 號(hào):100910122專 業(yè):電子信息工程班 級(jí):電信1004班指導(dǎo)教師:肖婧職 稱:實(shí)驗(yàn)師計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院2013年6月課程設(shè)計(jì)(實(shí)習(xí))評(píng)審表姓 名胡飄學(xué) 院計(jì)信學(xué)院學(xué) 號(hào)100910122專業(yè)班級(jí)電信1004班題 目基于單片機(jī)的搶答器設(shè)計(jì)評(píng)審意見(jiàn)評(píng)審成績(jī)指導(dǎo)教師簽名職稱評(píng)審時(shí)間 年 月 日課程設(shè)計(jì)(實(shí)習(xí))作品驗(yàn)收表題目基于單片機(jī)的搶答器設(shè)計(jì)參與人員姓 名胡飄班 級(jí)電信1004班學(xué) 號(hào)100910122設(shè)計(jì)任務(wù)與要求： 具有3路搶答輸入（由獨(dú)立按鍵實(shí)現(xiàn)），時(shí)間分辨率小于100ms。顯示搶答剩余時(shí)間

2、，初始為10秒。搶答成功，蜂鳴器響，同時(shí)顯示搶答成功的號(hào)碼。作品完成情況： 上電顯示10s，按開(kāi)始鍵開(kāi)始倒計(jì)時(shí)，若有按鍵顯示時(shí)間和搶答者號(hào)碼，同時(shí)蜂鳴器響，若倒計(jì)時(shí)為0，蜂鳴器響，按清除鍵則復(fù)位到10s。驗(yàn)收情況： 驗(yàn)收教師簽名：_ 年 月 日注：1. 除“驗(yàn)收情況”欄外，其余各欄均由學(xué)生在作品驗(yàn)收前填寫。2. “驗(yàn)收情況”欄由驗(yàn)收小組按實(shí)際驗(yàn)收的情況如實(shí)填寫。目 錄1 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1 2 系統(tǒng)功能描述13 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)14 系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)34.1 主要電路設(shè)計(jì)34.1.1 輸入模塊設(shè)計(jì)34.1.2 單片機(jī)模塊44.1.3 顯示模塊44.1.4 聲音模塊54.2 軟件設(shè)計(jì)64.2.1 主程序設(shè)

3、計(jì)64.2.2 定時(shí)器設(shè)計(jì)75 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與測(cè)試75.1 Proteus軟件75.2 安裝和調(diào)試過(guò)程85.2.1 軟硬件調(diào)試85.2.2 硬件安裝86 課程設(shè)計(jì)總結(jié)106.1 心得體會(huì)10 6.2. 實(shí)踐總結(jié)10參考文獻(xiàn)11附錄11歡迎下載基于單片機(jī)的搶答器設(shè)計(jì)1 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求具有3路搶答輸入（由獨(dú)立按鍵實(shí)現(xiàn)），時(shí)間分辨率小于100ms。顯示搶答剩余時(shí)間，初始為10秒。搶答成功，蜂鳴器響，同時(shí)顯示搶答成功的號(hào)碼。2 系統(tǒng)功能描述（1）具有3路搶答輸入（由獨(dú)立按鍵實(shí)現(xiàn)），時(shí)間分辨率小于100ms。（2）主持人按“開(kāi)始”鍵，顯示搶答剩余時(shí)間，初始為10秒。（3）搶答成功，蜂鳴器響，同時(shí)顯示搶答成功

4、的號(hào)碼。（4）主持人按“清除鍵”鍵，復(fù)位為初始10秒，進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)。（5）若十秒倒計(jì)時(shí)時(shí)間到，則蜂鳴器響。3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)搶答輸入和控制輸入共同控制單片機(jī)輸出顯示和蜂鳴器響，輸出鎖存控制輸入的優(yōu)先性。各模塊如下：（1）輸入模塊:由獨(dú)立按鍵實(shí)現(xiàn)搶答輸入和“開(kāi)始”“清除”控制輸入。（2）單片機(jī)控制模塊：采用AT89S51芯片控制輸出。（3）輸出鎖存模塊：采用74HC573芯片鎖存數(shù)據(jù)。（4）顯示輸出模塊：由四位共陽(yáng)數(shù)碼管輸出顯示倒計(jì)時(shí)和搶答者號(hào)碼。（5）聲音輸出模塊：由蜂鳴器的工作來(lái)控制聲音。原理方框圖如圖1所示。顯示輸出聲音輸出輸出鎖存搶答輸入模塊控制輸入模塊單片機(jī)模塊圖1 原理方框圖整體電路圖

5、如圖2所示。圖2 基于單片機(jī)的搶答器系統(tǒng)整體電路圖4 系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)4.1 主要電路設(shè)計(jì)4.1.1 輸入模塊設(shè)計(jì)（1）搶答鍵輸入模塊搶答鍵輸入電路圖如圖3所示。圖3 搶答鍵輸入電路圖由3個(gè)獨(dú)立按鍵表示1號(hào)，2號(hào)，3號(hào)搶答者，一端接地一端分別接接單片機(jī)的P1.0，P1.1,P1.2,如果按下，則相應(yīng)I/O口變?yōu)榈碗娖?，從而控制單片機(jī)P1口。（2）“開(kāi)始”“清除”控制鍵輸入模塊 “開(kāi)始”“清除”控制鍵輸入電路圖如圖4所示圖4 “開(kāi)始”“清除”控制鍵輸入電路圖由2個(gè)獨(dú)立按鍵控制“開(kāi)始”和“清除”，一端接地一端分別接接單片機(jī)的P3.6，P3.7,如果按下，則相應(yīng)I/O口變?yōu)榈碗娖?，從而控制單片機(jī)P1口。

6、4.1.2 單片機(jī)模塊單片機(jī)主要由程序設(shè)計(jì)和輸入模塊信號(hào)控制，用于對(duì)顯示、聲音等模塊進(jìn)行控制。單片機(jī)控制輸出電路圖如圖5所示。接蜂鳴器接排阻和74HC753接數(shù)碼管位選端圖5 單片機(jī)控制輸出電路圖P0口連接有一個(gè)排阻，用作P0口的上拉電阻，保證P0口沒(méi)有數(shù)據(jù)輸出時(shí)候處于高電平狀態(tài)。還接在74HC753芯片的D端，作為它的輸入，鎖存輸出到數(shù)碼管。P2口低四位接數(shù)碼管未選端，P3.4接蜂鳴器。4.1.3 顯示模塊顯示模塊主要是顯示搶答倒計(jì)時(shí)的時(shí)間，搶答者號(hào)碼。數(shù)碼管顯示方法包括兩種：一種是靜態(tài)顯示，一種是動(dòng)態(tài)顯示。其中靜態(tài)顯示的特點(diǎn)是顯示穩(wěn)定不閃爍，程序編寫簡(jiǎn)單，但占用端口資源多；動(dòng)態(tài)顯示的特點(diǎn)是

7、：顯示穩(wěn)定性沒(méi)靜態(tài)好，程序編寫復(fù)雜，但是相對(duì)靜態(tài)顯示而言占用端口資源少。在本設(shè)計(jì)中根據(jù)實(shí)際情況采用的是動(dòng)態(tài)顯示方法。4位七段數(shù)碼管顯示電路如圖6所示。接74HC753即P0口接AT89S51的P2端口低四位圖6 4位七段數(shù)碼管顯示電路圖上圖中數(shù)碼管采用的是4位一體七段共陽(yáng)數(shù)碼管，其中AG段分別接到單片機(jī)的P0口，由單片機(jī)輸出的P0口數(shù)據(jù)來(lái)決定段碼值，位選碼COM1， COM2，COM3，COM4分別接到單片機(jī)的P2.0，P2.1，P2.2 ，P2.3，由單片機(jī)來(lái)決定當(dāng)前該顯示的是哪一位。通過(guò)查表法，將其在數(shù)碼管上顯示出來(lái)，其中P0口為字型碼輸入端，P2口低4位為字選段輸入段。在這里我們通過(guò)查表

8、將字型碼送給7段數(shù)碼管顯示的數(shù)字。4.1.4 聲音模塊聲音模塊主要是單片機(jī)控制蜂鳴器發(fā)聲。選取壓電式無(wú)源蜂鳴器，聲音的頻譜范圍約在幾十到幾千赫茲，編寫程序控制單片機(jī)P3.4口的“高”“低”電平轉(zhuǎn)換頻率，產(chǎn)生一定頻率的巨型波，接上蜂鳴器就能發(fā)出一定頻率的聲音，若再利用延時(shí)程序控制“高”“低”電平的持續(xù)時(shí)間，就能改變輸出頻率，從而改變音調(diào)，使蜂鳴器發(fā)出不同的聲音。單片機(jī)控制蜂鳴器電路圖如圖7所示。圖7 單片機(jī)控制蜂鳴器電路圖單片機(jī)通過(guò)內(nèi)部定時(shí)器的操作實(shí)現(xiàn)交替變換的波形輸出驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲。4.2 軟件設(shè)計(jì)4.2.1 主程序設(shè)計(jì)一上電數(shù)碼管顯示100，表示初始時(shí)間為10s，0表示沒(méi)有搶答，先掃描“開(kāi)始

9、”“清除”鍵，判斷“開(kāi)始”鍵是否按下，若按下，則開(kāi)始倒計(jì)時(shí)，并掃描搶答鍵，若有搶答鍵按下，則顯示搶答者號(hào)碼和搶答的時(shí)間，判斷倒計(jì)時(shí)是否為0，若是則蜂鳴器響。程序流程圖如圖8所示。開(kāi)始掃描開(kāi)始鍵和清除鍵蜂鳴器響，復(fù)位開(kāi)始鍵按下？Y顯示倒計(jì)時(shí)，掃描搶答鍵倒計(jì)時(shí)為0嗎？YNN有搶答鍵按下嗎Y顯示搶答者號(hào)碼，蜂鳴器響N清除鍵按下？Y復(fù)位結(jié)束圖8 程序流程圖4.2.2 定時(shí)器設(shè)計(jì)采用定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0的方式1定時(shí)，定時(shí)時(shí)間為50ms,對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)的初始值為15536，因使用的時(shí)鐘為12MHz,所以定時(shí)的時(shí)間為1us*(65536-15536)=1us*50000=50ms。要想定時(shí)1s,需要20次中斷

10、，因此程序中定義了中斷次數(shù)單元count，來(lái)對(duì)中斷次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。要使最小分辨率為50ms,在定時(shí)器計(jì)時(shí)一次即50ms時(shí)，對(duì)鍵盤進(jìn)行一次掃描實(shí)現(xiàn)。因?yàn)椴捎?4HC753芯片，因此程序變得簡(jiǎn)單，只需將秒單元進(jìn)行“second / 10”運(yùn)算，即可得到秒的十位的BCD碼，秒的個(gè)位BCD碼只需取余數(shù)“second % 10”運(yùn)算就可得到，并都送P0口經(jīng)鎖存器利用動(dòng)態(tài)方式顯示。5 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與測(cè)試5.1 Proteus 軟件Proteus軟件是由英國(guó)Labcenter Electronics公司于1989年推出的EDA工具軟件,Proteus軟件不僅具有原理布圖,PCB自動(dòng)制版或人工布線及互動(dòng)電路仿真的功

11、能,針對(duì)微處理器的應(yīng)用,還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程,并實(shí)現(xiàn)軟件源碼級(jí)的實(shí)時(shí)調(diào)試,如有顯示及輸出, 還能看到運(yùn)行后輸入輸出的效果,配合系統(tǒng)配置的虛擬儀器如示波器,邏輯分析儀等,為單片機(jī)系統(tǒng)的虛擬仿真提供了功能強(qiáng)大的軟硬件調(diào)試手段。Proteus軟件的特點(diǎn)：（1）除了既可以仿真模擬電路又可仿真數(shù)字電路以及數(shù)字、模擬混合電路外，其獨(dú)特是能夠仿真各種單片機(jī)及嵌入式處理器。（2）具有各種仿真儀器儀表工具，如示波器、邏輯分析儀、各種信號(hào)發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、電壓源、電壓表、電流表、虛擬終端等，同一種儀器儀表可在同一電路中隨意調(diào)動(dòng)。（3）可以進(jìn)行軟、硬件結(jié)合的仿真系統(tǒng)，且仿真是交互的、可視化的。5.2

12、 安裝和調(diào)試過(guò)程5.2.1 軟件調(diào)試?yán)肒eil uVision4軟件進(jìn)行程序編寫，編譯，調(diào)試，生成.hex文件，利用Proteus進(jìn)行電路原理圖描繪，然后把.hex文件載入AT89S51芯片中，再仿真，通過(guò)功能對(duì)照，來(lái)檢查修改程序，一步步使仿真與實(shí)現(xiàn)功能相近。一開(kāi)始蜂鳴器怎么的都不響，通過(guò)查資料請(qǐng)教別人，最后發(fā)現(xiàn)是因?yàn)榉澍Q器的一次高低電平變換的程序沒(méi)有循環(huán)，所以沒(méi)有維持一定時(shí)間讓它工作，通過(guò)在蜂鳴器的子程序中加入一個(gè)100次的循環(huán)，并是高低電平之間延時(shí)1ms發(fā)現(xiàn)蜂鳴器的工作是最合理的。后來(lái)又發(fā)現(xiàn)按下?lián)尨疰I，倒計(jì)時(shí)不停止，經(jīng)過(guò)很多次試驗(yàn)之后，發(fā)現(xiàn)是應(yīng)該在判斷搶答鍵是否按下的肯定條件下是定時(shí)器的

13、使能標(biāo)示位置0。當(dāng)主持人按下開(kāi)始鍵，2號(hào)搶答者按下?lián)尨疰I時(shí)，Proteus仿真運(yùn)行圖如圖所示圖9 Proteus仿真運(yùn)行圖5.2.2 硬件安裝由于經(jīng)費(fèi)的限制，元件數(shù)量也不是特別多，所以準(zhǔn)備自己焊板子，晶振復(fù)位都準(zhǔn)備自己焊。精心策劃每個(gè)元件的安裝位置，和可以節(jié)省的引線，我把每個(gè)元件多余的引腳部分當(dāng)做線路來(lái)用，以使電路美觀一點(diǎn)。完工之后運(yùn)行不正常，分析可能是各個(gè)引腳和線路之間不穩(wěn)定的原因，特別是所以電源和地都是通過(guò)引一根線出來(lái)接的電源孔懸在空中接的電源，覺(jué)得還是不可靠，于是最后還是決定用最小系統(tǒng)來(lái)作為硬件的核心，以避免不必要的影響。后來(lái)又最小系統(tǒng)，杜邦線和排針再一次焊好了電路，一上電顯示-1,8，

14、8,0，蜂鳴器響的時(shí)間和仿真圖里蜂鳴器該響的時(shí)間一樣長(zhǎng)，“開(kāi)始”“搶答”“清除”鍵都不作用。暫時(shí)連接數(shù)碼管的各線我都用萬(wàn)用表測(cè)試過(guò)了，是連通的，我想可能會(huì)是以下的原因：（1）可能是排阻的問(wèn)題，但是如果是的話，數(shù)碼管應(yīng)該不會(huì)亮。（2）可能是數(shù)碼管的問(wèn)題，但是也已經(jīng)測(cè)試過(guò)，是正確的對(duì)應(yīng)的各引腳，而且可以顯示。（3）調(diào)用蜂鳴器響的程序放錯(cuò)位置了，但是檢查了沒(méi)錯(cuò)。經(jīng)過(guò)仔細(xì)檢查、測(cè)試、修改、調(diào)試之后，硬件電路圖如圖10所示。圖10 硬件電路圖6 課程設(shè)計(jì)總結(jié)6.1 心得體會(huì)此次課程設(shè)計(jì)，先從分析題目開(kāi)始，從課本上找類似可能實(shí)現(xiàn)的功能塊，明確整體思路，大概畫出整體電路模塊，由于第一次接觸實(shí)際應(yīng)用設(shè)計(jì)，思維

15、比較混亂，很多功能覺(jué)得考慮的地方太多，很難。后來(lái)去圖書館查閱了兩天資料，找到類似的應(yīng)用系統(tǒng)，仔細(xì)研究了一番，多了個(gè)沒(méi)接觸過(guò)的芯片，通過(guò)幾本書上的資料，拼湊修改之后還是仿真不了，也請(qǐng)教了一些老師，后來(lái)通過(guò)比較另外一種方案，覺(jué)得性價(jià)比和簡(jiǎn)便程度更高，所以放棄了原有的方案，重新開(kāi)始設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)修改程序和仿真調(diào)試，顯示的部分是差不多按我所想實(shí)現(xiàn)了，但蜂鳴器要么不響，要么能聽(tīng)到一丁點(diǎn)聲響，參考了別的同學(xué)蜂鳴器響的程序，還有在網(wǎng)上找了很多關(guān)于蜂鳴器的資料，又請(qǐng)教老師問(wèn)題，最終終于把蜂鳴器的問(wèn)題解決了。仿真出來(lái)后，焊接電路，中途發(fā)現(xiàn)焊反了，怕影響電路拆了又重焊，還是顯示不正常，一上電是一些不該有的數(shù)字，按開(kāi)始

16、鍵三個(gè)數(shù)碼管都一起顯示倒計(jì)時(shí)，蜂鳴器一直響，一動(dòng)電路又?jǐn)鄶嗬m(xù)續(xù)，問(wèn)過(guò)老師之后，決定還是用最小系統(tǒng)來(lái)作為硬件的核心，以避免不必要的影響。終于是又把電路板焊出來(lái)了，但是還是不如我所愿，顯示還是不正常，一上電蜂鳴器響的時(shí)間和仿真蜂鳴器該響時(shí)的時(shí)間一樣長(zhǎng)，按開(kāi)始鍵也沒(méi)有反應(yīng)。經(jīng)過(guò)同學(xué)幫助，檢驗(yàn)了數(shù)碼管以及和單片機(jī)連接的地方，都沒(méi)有問(wèn)題，按理來(lái)說(shuō)一上電應(yīng)該和主程序一開(kāi)始設(shè)定的功能一樣，只能再重新測(cè)好每一個(gè)電路線和元件。經(jīng)老師指導(dǎo)，應(yīng)該在上電時(shí)，測(cè)每個(gè)腳應(yīng)該有的電壓，看元件輸出功能是否正確，再逐步確定每一個(gè)芯片和電路的是否有問(wèn)題，然后修改調(diào)試。我只能想到是，仿真和實(shí)際電路對(duì)于程序下載可能存在一些區(qū)別，特別

17、是數(shù)碼管的位選和顯示段，還需不斷學(xué)習(xí)，改進(jìn)。6.2 實(shí)踐總結(jié)經(jīng)過(guò)這段時(shí)間天天起早貪黑的守著電腦旁調(diào)試，以及不斷查閱資料和請(qǐng)教別人的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)自己是多么的不懂，時(shí)間是過(guò)得很充實(shí)，幾乎忘了吃喝拉撒，每天做到凌晨一兩點(diǎn)，身心疲憊，天天睡覺(jué)夢(mèng)到先是程序該怎么改，后來(lái)又硬件該怎么測(cè)試，夢(mèng)里想出來(lái)很多修改并最終成功的方法?？偠灾?，此次課程設(shè)計(jì)讓我更加細(xì)心，認(rèn)真地去做每一個(gè)部分，一步步的根據(jù)功能來(lái)測(cè)試電路，鎖定要修改的地方，學(xué)到的不僅是單片機(jī)的知識(shí)，還有很多對(duì)于我們這個(gè)專業(yè)來(lái)說(shuō)必備的一些技能。參考文獻(xiàn)1.唐穎、程菊花等.單片機(jī)原理與應(yīng)用及C51程序設(shè)計(jì)M.北京大學(xué)出版社，2008年2.張毅剛、楊志明等.

18、基于Proteus的單片機(jī)課程的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)M.人民郵電出版社，2012年3.宋戈、黃鶴松等.51單片機(jī)范例大全M.中國(guó)郵電出版社，2010年4.徐愛(ài)鈞、彭秀華等.單片機(jī)高級(jí)語(yǔ)言編程與uVision2應(yīng)用實(shí)踐M.電子工業(yè)出版社，2008年附錄源程序清單#include <reg52.h> #define uint unsigned int #define uchar unsigned char unsigned char code table=0x40,0x79,0x24,0x30,0x19, 0x12,0x02,0x78,0x00,0x10,0x08,0x03,0x46,0

19、x21,0x06,0x0e; /共陰極數(shù)碼管編碼表 0 - f顯示sbit start= P36; / 變量定義sbit reset = P37; sbit key1 = P10; sbit key2 = P11; sbit key3 = P12;sbit buzzer = P34; bit start_flag = 0; bit key1_flag = 0; bit key2_flag = 0; bit key3_flag = 0;bit reset_flag = 0; bit action = 0; uchar second = 10; uchar count = 0; uchar num

20、ber = 0; uchar number_display = 0;void delay(uint z) /延時(shí)函數(shù) uint x,y; for(x=z;x>0;x-) for(y=100;y>0;y-);void display(uchar number,uchar second) /數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)函數(shù) uchar second_first,second_second; second_first = second / 10; second_second = second % 10; P2 = 0xfd; P0 = tablenumber; delay(2); P2 = 0xf7;

21、 P0 = 0x3f; delay(2); P2 = 0xfb; P0 = tablesecond_first; delay(2); P2 = 0xfe; P0 = tablesecond_second; delay(2);void start_keyscan() /開(kāi)始鍵掃描函數(shù) if(start = 0) delay(8); if(start = 0)&&(!start_flag) start_flag = 1; action = 1; TR0 = 1; else start_flag = 0;uchar key_scan3() /3位搶答鍵掃描函數(shù) if(key1 = 0

22、) delay(8); if(key1 = 0)&&(!key1_flag) key1_flag = 1; number = 1; number_display = number; else key1_flag = 0; number = 0; if(key2 = 0) delay(8); if(key2 = 0)&&(!key2_flag) key2_flag = 1; number = 2; number_display = number; else key2_flag = 0; number = 0; if(key3 = 0) delay(8); if(k

23、ey3 = 0)&&(!key3_flag) key3_flag = 1; number = 3; number_display = number;elsekey3_flag = 0;number = 0; if(number_display != 0)return 1;elsereturn 0;void reset_keyscan() / 復(fù)位鍵掃描函數(shù)if(reset = 0)delay(8);if(reset = 0)&&(!reset_flag)reset_flag = 1;number_display = 0; second=10;elsereset_flag = 0;void beep() /