基于AT89C51的八路搶答器

1、電子綜合設計實驗報告 電子綜合設計實驗報告題 目綜合電子技術8路搶答器學生姓名學 號 系 部計算機與信息工程系專業(yè)班級指導教師職 稱年月2電子綜合設計實驗報告評審表姓 名專業(yè)班級學號題 目： 8路搶答器評審意見成 績簽名：評審時間： 年 月 日內容摘要隨著科學技術的發(fā)展和普及，各種各樣的競賽越來越多，其中搶答器的作用也越來越重要。本文設計出以AT89C51單片機為核心的八路搶答器，采用了數(shù)字顯示器直接指示，自動鎖存顯示結果，并自動復位的設計思想,它能根據(jù)不同的搶答輸入信號，經過單片機的控制處理并產生不同的與輸入信號相對應的輸出信號，最后通過LED數(shù)碼管顯示相應的路數(shù)，即使兩組的搶答時間相差幾微

2、秒，也可分辨出是哪組優(yōu)先按下的按鍵，充分利用了單片機系統(tǒng)結構簡單、功能強大、可靠性好、實用性強的特點。本設計是以搶答為出發(fā)點?？紤]到依需設定限時回答的功能，利用89C51單片機及外圍接口實現(xiàn)的搶答系統(tǒng)，利用單片機的定時器/計數(shù)器定時和記數(shù)的原理，將軟、硬件有機地結合起來，使得系統(tǒng)能夠正確地進行計時，同時使數(shù)碼管能夠正確地顯示時間。用開關做鍵盤輸出，揚聲器發(fā)生提示。同時系統(tǒng)能夠實現(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；滿時后系統(tǒng)計時自動復位及主控強制復位；按鍵鎖定，在有效狀態(tài)下，按鍵無效非法，定時功能，計分功能等。關鍵詞搶答器；單片機；LED數(shù)碼顯示管；定時器/計數(shù)器；揚

3、聲器。ABSTRACTWith the development and popularization of science and technology , more and more kinds of competitions , including Responder role has become increasingly important . This paper designed to AT89C51 microcontroller as the core of eight Responder , using a direct digital display indicator,

4、automatic latching display the results, and automatically resets design ideas that can answer depending on the input signal, after the MCU control processing and produce different with the input signal corresponding to the output signal , and finally through the LED digital tube display the correspo

5、nding ones , even if the difference in time between the two groups to answer in a few microseconds , which can distinguish the pressed key priority groups , taking advantage of SCM system structure is simple , powerful, good reliability, practical features .The design is based on Responder as a star

6、ting point . By taking into account the need to set the limit to answer function, using 89C51 microcontroller and peripheral interface Responder system, using single-chip timer / counter timing and counting principle, the software and hardware organically combined , making the system can correctly f

7、or a time, while enabling digital tube display time correctly . Keyboard to do with the switch output , speakers from tips. While the system can be achieved : In the answer , the only answer is only valid after the start , if before the start Responder Responder as invalid ; full, the system automat

8、ically resets and Master Chronograph forced reset ; keys locked in the active state , the button is not illegal , timing , scoring functions.KEY WORDSResponder ；chip ；LED digital display ；tube timer ；counter Speaker目 錄1 設計任務要求11.1 設計任務11.2 設計要求12 方案論證與選擇23 理論分析與計算34 單元電路設計54.1 主要電路設計54.1.1 輸入模塊設計54.

9、1.2 單片機模塊64.1.3 顯示模塊74.1.4 聲音模塊84.2 軟件設計84.2.1 主程序設計84.2.2 定時器設計105 仿真分析115.1 Proteus 軟件115.2 調試過程116 設計總結166.1 心得體會166.2 實踐總結16參考文獻17附錄188路搶答器1.設計任務與要求1.1 設計任務設計能獨立顯示得分和組別的8路搶答器；且在主持人顯示屏上能顯示答題時間、答題的分值、搶答和犯規(guī)組別。1.2 設計要求(1)第一搶答信號的鑒別和鎖存該電子搶答器共設8個組別，每組控制一個搶答開關，分別為S1-S8，在主持人發(fā)出搶答指令后，若有參賽者按搶答器按鈕，則該組桌前指示燈亮，

10、組別顯示字符閃爍3秒。同時，電路處于自鎖狀態(tài)，以使其他組的搶答器按鈕不起作用。(2)計時功能在初始狀態(tài)時，主持人可以設置答題時間的初時值。在主持人對搶答組別進行確認，并給出倒計時計數(shù)開始信號以后，搶答者便可開始回答問題。此時，顯示器從初始值開始倒計時，計至5秒時揚聲器發(fā)出報警信號。若參賽者在規(guī)定的時間內回答完問題，主持人即可給出計時停止信號，以免揚聲器鳴叫。(3)計分功能在初始狀態(tài)時，主持人可以給每組設置初始分值，也可設置每題的分值。(4)犯規(guī)設置對提前搶答者和超時搶答者給予蜂鳴警示，并顯示犯規(guī)組別。 2.方案論證與選擇（1）具有8路搶答輸入（由獨立按鍵實現(xiàn)），時間分辨率小于100ms。（2）

11、顯示搶答剩余時間，初始為10秒。（3）主持人還沒按“開始”鍵，對提前搶答者和超時搶答者給予蜂鳴警示，并顯示犯規(guī)組別。（4）主持人按“開始”鍵，搶答成功，蜂鳴器響，同時顯示搶答成功的號碼,該組桌前指示燈亮，組別顯示字符閃爍3秒。（5）主持人按“TIME+”和“TIME-”鍵，加減搶答時間。（6）主持人按“ANSWER”鍵，顯示回答剩余時間。（7）計至5秒時揚聲器發(fā)出報警信號。（8）若參賽者在規(guī)定的時間內回答完問題，主持人按“PAUSE”鍵即可給出計時停止信號。（9）在初始狀態(tài)時，主持人可以給每組設置初始分值，也可設置每題的分值。（10）主持人按“清除鍵”鍵，復位為初始10秒，進入準備狀態(tài)。3.

12、理論分析與計算搶答輸入和控制輸入共同控制單片機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:由獨立按鍵實現(xiàn)搶答輸入和“開始”“清除”控制輸入。（2）單片機控制模塊：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：由四位共陽數(shù)碼管輸出顯示倒計時和搶答者號碼。（5）聲音輸出模塊：由蜂鳴器的工作來控制聲音。原理方框圖如圖3.1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模塊圖3.1 原理方框圖整體電路圖如圖3.2所示。圖3.2 基于單片機的搶答器系統(tǒng)整體電路圖4 單元電路設計4.1 主要電路設計4.1

13、.1 輸入模塊設計（1）搶答鍵輸入模塊搶答鍵輸入電路圖如圖4.1所示。圖4.1 搶答鍵輸入電路圖由8個獨立按鍵表示1號，2號，3號，4號，5號，6號，7號，8號搶答者，一端接地一端分別接接單片機的P1.0，P1.1,P1.2, P1.3，P1.4,P1.5, P1.6，P1.7,如果按下，則相應I/O口變?yōu)榈碗娖?，從而控制單片機P1口。（2）“開始”“清除”“暫?！薄盎卮稹薄凹訒r間”“減時間”控制鍵輸入模塊 “開始”“清除”控制鍵輸入電路圖如圖4.2所示圖4.2 “開始”“清除”控制鍵輸入電路圖由6個獨立按鍵控制“開始”、“清除”、 “暫?！?、 “回答”、 “加時間”、 “減時間”，一端接地一

14、端分別接接單片機的P3.6，P3.7, P3.5，P3.1, P3.2，P3.3,如果按下，則相應I/O口變?yōu)榈碗娖剑瑥亩刂茊纹瑱CP1口。4.1.2 單片機模塊單片機主要由程序設計和輸入模塊信號控制，用于對顯示、聲音等模塊進行控制。單片機控制輸出電路圖如圖4.3所示。接蜂鳴器接排阻和74HC753接數(shù)碼管位選端圖4.3 單片機控制輸出電路圖P0口連接有一個排阻，用作P0口的上拉電阻，保證P0口沒有數(shù)據(jù)輸出時候處于高電平狀態(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)碼管位選端，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時的時間，搶答

15、者號碼。數(shù)碼管顯示方法包括兩種：一種是靜態(tài)顯示，一種是動態(tài)顯示。其中靜態(tài)顯示的特點是顯示穩(wěn)定不閃爍，程序編寫簡單，但占用端口資源多；動態(tài)顯示的特點是：顯示穩(wěn)定性沒靜態(tài)好，程序編寫復雜，但是相對靜態(tài)顯示而言占用端口資源少。在本設計中根據(jù)實際情況采用的是動態(tài)顯示方法。4位七段數(shù)碼管顯示電路如圖4.4所示。接74HC753即P0口接AT89S51的P2端口低四位圖4.4 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位一體七段共陽數(shù)碼管，其中AG段分別接到單片機的P0口，由單片機輸出的P0口數(shù)據(jù)來決定段碼值，位選碼COM1， COM2，COM3，COM4分別接到單片機的P2.0，P2.1，P2.2

16、，P2.3，由單片機來決定當前該顯示的是哪一位。通過查表法，將其在數(shù)碼管上顯示出來，其中P0口為字型碼輸入端，P2口低4位為字選段輸入段。在這里我們通過查表將字型碼送給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控制蜂鳴器發(fā)聲。選取壓電式無源蜂鳴器，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P3.4口的“高”“低”電平轉換頻率，產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，若再利用延時程序控制“高”“低”電平的持續(xù)時間，就能改變輸出頻率，從而改變音調，使蜂鳴器發(fā)出不同的聲音。單片機控制蜂鳴器電路圖如圖4.5所示。圖4.5 單片機控制蜂鳴器電路圖單片機通過內

17、部定時器的操作實現(xiàn)交替變換的波形輸出驅動揚聲器發(fā)聲。4.2 軟件設計4.2.1 主程序設計一上電數(shù)碼管顯示100，表示初始時間為10s，0表示沒有搶答，先掃描“開始”“清除”鍵，判斷“開始”鍵是否按下，若按下，則開始倒計時，并掃描搶答鍵，若有搶答鍵按下，則顯示搶答者號碼和搶答的時間，判斷倒計時是否為0，若是則蜂鳴器響。程序流程圖如圖4.6所示。開始鍵按下？掃描開始鍵和清除鍵顯示倒計時，掃描搶答鍵顯示搶答者號碼，其燈亮，蜂鳴器響有搶答鍵按下嗎YY倒計時為0嗎？N蜂鳴器響，復位Y清除鍵按下？復位開始NNY按下加、減時間鍵？YN相應加減回答時間回答鍵按下嗎開始倒計時回答時間Y按下暫停鍵？YN暫停時間

18、Y按下加減時間鍵，即加減分鍵？Y相應加減分顯示結束圖4.6 程序流程圖4.2.2 定時器設計采用定時器/計數(shù)器T0的方式1定時，定時時間為50ms,對應的十進制數(shù)的初始值為15536，因使用的時鐘為12MHz,所以定時的時間為1us*(65536-15536)=1us*50000=50ms。要想定時1s,需要20次中斷，因此程序中定義了中斷次數(shù)單元count，來對中斷次數(shù)進行計數(shù)。要使最小分辨率為50ms,在定時器計時一次即50ms時，對鍵盤進行一次掃描實現(xiàn)。因為采用74HC753芯片，因此程序變得簡單，只需將秒單元進行“second / 10”運算，即可得到秒的十位的BCD碼，秒的個位BCD

19、碼只需取余數(shù)“second % 10”運算就可得到，并都送P0口經鎖存器利用動態(tài)方式顯示。5 仿真分析5.1 Proteus 軟件Proteus軟件是由英國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自動制版或人工布線及互動電路仿真的功能,針對微處理器的應用,還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程,并實現(xiàn)軟件源碼級的實時調試,如有顯示及輸出, 還能看到運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,為單片機系統(tǒng)的虛擬仿真提供了功能強大的軟硬件調試手段。Proteus軟件的特點：（1）除了既可以仿真

20、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，其獨特是能夠仿真各種單片機及嵌入式處理器。（2）具有各種仿真儀器儀表工具，如示波器、邏輯分析儀、各種信號發(fā)生器、計數(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動。（3）可以進行軟、硬件結合的仿真系統(tǒng)，且仿真是交互的、可視化的。5.2 調試過程利用Keil uVision4軟件進行程序編寫，編譯，調試，生成.hex文件，利用Proteus進行電路原理圖描繪，然后把.hex文件載入AT89S51芯片中，再仿真，通過功能對照，來檢查修改程序，一步步使仿真與實現(xiàn)功能相近。一開始蜂鳴器怎么的都不響，通過查資料請教別人，最后

21、發(fā)現(xiàn)是因為蜂鳴器的一次高低電平變換的程序沒有循環(huán)，所以沒有維持一定時間讓它工作，通過在蜂鳴器的子程序中加入一個100次的循環(huán)，并是高低電平之間延時1ms發(fā)現(xiàn)蜂鳴器的工作是最合理的。后來又發(fā)現(xiàn)按下?lián)尨疰I，倒計時不停止，經過很多次試驗之后，發(fā)現(xiàn)是應該在判斷搶答鍵是否按下的肯定條件下是定時器的使能標示位置0。（1）當主持人還沒按下開始鍵，5號搶答者在按下?lián)尨疰I，顯示組別，組前燈亮。Proteus仿真運行圖如圖5.1所示圖5.1 Proteus仿真運行圖（2）當主持人按下開始鍵，6號搶答者在倒計時為8秒時按下?lián)尨疰I時，Proteus仿真運行圖如圖5.2所示圖5.2 Proteus仿真運行圖（3）當主持

22、人按下加時鍵TIME+到20秒，并按下回答鍵ANSWER開始回答倒計時到17秒。Proteus仿真運行圖如圖5.3所示圖5.3 Proteus仿真運行圖當主持人按下加時鍵TIME+加分到30分，給6號打分。Proteus仿真運行圖如圖5.4所示圖5.4 Proteus仿真運行圖6 課程設計總結6.1 心得體會此次課程設計，先從分析題目開始，從課本上找類似可能實現(xiàn)的功能塊，明確整體思路，大概畫出整體電路模塊，由于第一次接觸實際應用設計，思維比較混亂，很多功能覺得考慮的地方太多，很難。后來去圖書館查閱了兩天資料，找到類似的應用系統(tǒng)，仔細研究了一番，多了個沒接觸過的芯片，通過幾本書上的資料，拼湊修改

23、之后還是仿真不了，也請教了一些老師，后來通過比較另外一種方案，覺得性價比和簡便程度更高，所以放棄了原有的方案，重新開始設計。經過修改程序和仿真調試，顯示的部分是差不多按我所想實現(xiàn)了，但蜂鳴器要么不響，要么能聽到一丁點聲響，參考了別的同學蜂鳴器響的程序，還有在網上找了很多關于蜂鳴器的資料，又請教老師問題，最終終于把蜂鳴器的問題解決了。6.2 實踐總結經過這段時間不斷查閱資料和請教別人的過程中，發(fā)現(xiàn)自己是多么的不懂，此次課程設計讓我更加細心，認真地去做每一個部分，一步步的根據(jù)功能來測試電路，鎖定要修改的地方，學到的不僅是單片機的知識，還有很多對于我們這個專業(yè)來說必備的一些技能。參考文獻1.唐穎、程

24、菊花等.單片機原理與應用及C51程序設計M.北京大學出版社，2008年2.張毅剛、楊志明等.基于Proteus的單片機課程的基礎實驗與課程設計M.人民郵電出版社，2012年3.宋戈、黃鶴松等.51單片機范例大全M.中國郵電出版社，2010年4.徐愛鈞、彭秀華等.單片機高級語言編程與uVision2應用實踐M.電子工業(yè)出版社，2008年附錄 源程序清單#include #define uint unsigned int #define uchar unsigned char unsigned char code table=0x40,0x79,0x24,0x30,0x19, 0x12,0x02,

25、0x78,0x00,0x10,0x08,0x03,0x46,0x21,0x06,0x0e; /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 answer= P31;sbit show=P35;sbit t1=P32;sbit t2=P33;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 buzze

26、r = P34; bit start_flag = 0; bit answer_flag=0;bit show_flag=0;bit t1_flag=0;bit t2_flag=0;bit key1_flag = 0; bit key2_flag = 0; bit 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; uchar second = 10; uchar co

27、unt = 0; uchar number = 0; uchar number_display = 0;uchar point=0;void delay(uint z) /延時函數(shù) uint x,y; for(x=z;x0;x-) for(y=100;y0;y-);void display(uchar number,uchar second) /數(shù)碼管顯示驅動函數(shù) uchar second_first,second_second; second_first = second / 10; second_second = second % 10; P2 = 0xfd; P0 = tablenumb

28、er; delay(2); P2 = 0xf7; P0 = 0x3f; delay(2); P2 = 0xfb; P0 = tablesecond_first; delay(2); P2 = 0xfe; P0 = tablesecond_second; delay(2);void start_keyscan() /開始鍵掃描函數(shù) if(start = 0) delay(8); if(start = 0)&(!start_flag) start_flag = 1; action = 1; TR0 = 1; else start_flag = 0;void answer_keyscan()if(a

29、nswer=0)delay(8);if(answer=0)&(!answer_flag)answer_flag=1;action=2;TR0=1;number_display=0;elseanswer_flag=0;uchar key_scan4() /掃描時間+，if(t1=0)delay(8);if(t1=0)&(!t1_flag)t1_flag=1;delay(1000); /延時1秒 +1秒second+;elset1_flag=0;return second;if(t2=0)delay(8);if(t2=0)&(!t2_flag)t2_flag=1;delay(1000);secon

30、d-;elset2_flag=0;return second;/*void show_point()if(show = 0) delay(8); if(show = 0)&(!show_flag) show_flag = 1; action = 3; else show_flag = 0; */uchar key_scan3() /8位搶答鍵掃描函數(shù) if(key1 = 0) delay(8); if(key1 = 0)&(!key1_flag) key1_flag = 1; number = 1; number_display = number; else key1_flag = 0; nu

31、mber = 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(key3 = 0)&(!key3_flag) key3_flag = 1; number = 3; number_display = number;elsekey3_flag = 0;number = 0;if(key4 = 0) delay(8); if(ke

32、y4 = 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 = 0) delay(8); if(key6 = 0)&(!key6_flag) key6_flag = 1; number

33、 = 6; number_display = number;elsekey4_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)&(!key8_flag) key8_flag = 1; number = 8; number_display = number;elsekey8_flag = 0;number = 0; if(number_display != 0)return 1;elsereturn 0;void reset_keyscan() / 復位鍵掃描函數(shù)if(reset = 0)delay(8);if(reset = 0)&(!reset_flag)reset_flag = 1;number_display