#基于51單片機(jī)的搶答器論文

1、單片機(jī)原理及接口課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目：專業(yè)名稱：班級(jí)：學(xué)號(hào)：姓名：2011 年 12 月引言在電視和學(xué)校中我們會(huì)經(jīng)?？吹揭恍┲橇尨鸬墓?jié)目， 搶答不僅考驗(yàn)選手的反應(yīng)速度同 時(shí)也要求選手具備一定的知識(shí)面和勇氣。 傳統(tǒng)的搶答是讓搶答者用舉手等方法， 主持人很容 易誤判，會(huì)造成搶答的不公平，比賽中為了準(zhǔn)確、公正、直觀地判斷出第一搶答者，所設(shè)計(jì) 的搶答器通常由數(shù)碼顯示、 燈光、 音響等多種手段指示出第一搶答者。 為了使這種不公平不 發(fā)生， 只有靠電子產(chǎn)品的高準(zhǔn)確性來保障搶答的公平性。近年來隨著科技的飛速發(fā)展， 單片機(jī)的使用正在不斷深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測的不斷更新?，F(xiàn)在設(shè)計(jì)一種以 51 單片機(jī)為 控制核

2、心的 6 路智力競賽搶答器。1搶答器系統(tǒng)概述搶答器作為一種電子產(chǎn)品已廣泛使用于各種智力和知識(shí)競賽場合， 一個(gè)六路搶答器是將 鍵盤部分、 單片機(jī)部分、 鎖存顯示部分按指示的 3 個(gè)單元電路相接。 這樣就將整個(gè)硬件部分 連接起來組成一個(gè)整體電路。 搶答器由主體電路和擴(kuò)展電路兩部分組成。 主體電路完成基本 的搶答功能；擴(kuò)展電路完成定時(shí)搶答的功能。 定時(shí)搶答器的工作過程是：接通電源時(shí)， 搶答 器處于“閃爍待命”的工作狀態(tài)，當(dāng)節(jié)目主持人宣布“搶答開始” ，同時(shí)按下 KK控制開關(guān)， 搶答器處于工作狀態(tài)， 數(shù)碼管循環(huán)跑馬直到有人搶答， 此時(shí)數(shù)碼管顯示搶答者編號(hào)， 其他人再搶答不予響應(yīng)，當(dāng)主持人按下復(fù)位鍵下一

3、輪搶答開始。硬件電路原理單片機(jī)電路引腳各部分連接及功能本設(shè)計(jì)采用 Atmel 公司生產(chǎn)的單片機(jī) AT89C51實(shí)現(xiàn)主要功能 , AT89C51 的引腳圖如 2-1所示 :圖 2-1 單片機(jī)的引腳各引腳功能情況為 :（1）Vcc：供電電壓。（2）GND：接地。（3）P0 口：P0口為一個(gè) 8位漏級(jí)開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門流。當(dāng) P1口的管腳 第一次寫 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。（4）P1口： P1口是一個(gè)內(nèi)部提供的上拉電阻的8 位雙向 I/O 口， P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。 P1口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1口被外部下拉為低電 平時(shí)，將

4、輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。（5）P2口： P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2口緩沖器可接收，輸出 4TTL 門電流，當(dāng) P2口被寫“ 1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入 時(shí)，P2 口的管腳被外部拉低， 將輸出電流。 這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在給出地址 “1”時(shí)， 它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。（6）P3口：P3口管腳是 8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4個(gè) TTL 門電流。 當(dāng) P3 口寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外

5、部下拉為 低電平， P3口將輸出電流（ ILL ）這是由于上拉的緣故。P3口功能引腳簡介：P3.0:RXD（串行口輸入）P3.1:TXD（串行口輸出）P3.2:INT0 （外部中斷 0）P3.3:INT1 （外部中斷 1）P3.4:T0 （定時(shí)器 0 外部脈沖輸入）P3.5:T1 （定時(shí)器 1 外部脈沖輸入）P3.6:WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）P3.7:RD （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。（7）RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。（8）ALE/RPOG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)， 地址鎖存允許的輸出電平由于鎖存地址

6、的地位字節(jié)。（9）/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。（10）/EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH） ,不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。（11）XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。（12）XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。獨(dú)立鍵盤利用 8 個(gè)自復(fù)式常開按鈕開關(guān)作為搶答器的輸入電路，其中KK為搶答開始鍵，

7、KEY為復(fù)位鍵， K1K6為選手搶答按鍵。 當(dāng)主持人按下 KK鍵時(shí)， K1K6才能開始工作， 并分別對應(yīng) 6 位選手的編號(hào)。數(shù)碼管顯示電路數(shù)碼管顯示器內(nèi)部由 7 個(gè)條形發(fā)光二極管和一個(gè)小圓點(diǎn)發(fā)光二極管組成， 根據(jù)各管的亮暗組合成字符。 常見 LED的管腳排列如圖 1 中 c 所示。 根據(jù)內(nèi)部發(fā)光二極管的接線形式， 可 分成共陰極型和共陽極性，如圖 2-2 中 a、b 所示。 LED數(shù)碼管的 g-a ，dp8 個(gè)發(fā)光二極管 因不同亮暗的組合就能形成不同的字形， 這種組合稱為字形碼。 共陽極和共陰極的字形碼是不同的。c dpc dp(a) 共陰極(b) 共陽極(c) 管腳配置圖 2-2 LED 數(shù)

8、碼管顯示器點(diǎn)亮 LED顯示器分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種顯示方法， 為了節(jié)省 I/O 口的使用， 本設(shè)計(jì)采用的 是動(dòng)態(tài)顯示， 其工作原理為： 采用各數(shù)碼管循環(huán)輪流顯示的方法， 當(dāng)循環(huán)顯示的頻率較高時(shí)， 利用人眼的暫留特性， 看不出閃爍顯示現(xiàn)象。 將所有 LED的段選線并聯(lián)在一起， 由一個(gè)八位 I O口控制，而位選線分別由相應(yīng)的I O 口線控制。如： 8 位 LED動(dòng)態(tài)顯示電路只需要兩個(gè)八位 I O 口。其中一個(gè)控制段選碼，另一個(gè)控制位選。動(dòng)態(tài)顯示器電路如圖2-3 所示。圖 2-3 八位 LED 動(dòng)態(tài)顯示電路硬件電路設(shè)計(jì)3.1 總體設(shè)計(jì)根據(jù)上述分析，設(shè)計(jì)出基于 AT89C51的單片機(jī)搶答器電路原理圖如 3

9、-11 所示：圖 3-1 總體設(shè)計(jì)圖如圖 3-1，P0為數(shù)碼管段選口， P2.0P2.5為數(shù)碼管為選口； P1.0 為搶答開始按鍵； P1.7仿真時(shí)更直觀， 在實(shí)際電路中為提示用的發(fā)光二極管接口 （這里用發(fā)光二極管代替蜂鳴器，應(yīng)選用蜂鳴器） ；P3.0P3.5為 6路搶答3.2 外部振蕩電路輸入接口。圖 3-2 外部振蕩電路般選用石英晶體振蕩器。 此電路在加電大約延遲 10ms后振蕩器起振 , 在 XTAL2引腳產(chǎn)電路中兩個(gè)電生幅度為 3V左右的正弦波時(shí)鐘信號(hào) , 其振蕩頻率主要由石英晶振的頻率確定。容 C1,C2 的作用有兩個(gè) : 一是幫助振蕩器起振 ; 二是對振蕩器的頻率進(jìn)行微調(diào)。 C1,

10、C2 的典型值為 30PF。復(fù)位電路的設(shè)計(jì)單片機(jī)的第 9 腳 RST為硬件復(fù)位端 ,只要將該端持續(xù) 4 個(gè)機(jī)器周期的高電平即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位, 復(fù)位后單片機(jī)的各狀態(tài)都恢復(fù)到初始化狀態(tài)，其電路圖如圖3-3 所示 :圖 3-3 復(fù)位電路在方案中使用到了硬件復(fù)位和軟件復(fù)位兩種功能 , 由上面的硬件復(fù)位可使寄存器及存儲(chǔ) 器的值都恢復(fù)到初始值 , 而前面的功能提到了倒計(jì)時(shí)間需要有記憶功能 , 該功能實(shí)現(xiàn)的前提 條件就是不能對單片機(jī)進(jìn)行硬件復(fù)位 , 所以設(shè)定了軟復(fù)位功能。軟復(fù)位實(shí)際上就是當(dāng)程序執(zhí) 行完畢之后 , 將程序指針通過一條跳轉(zhuǎn)指令讓它跳轉(zhuǎn)到程序執(zhí)行的起始地址。按鈕輸入電路的設(shè)計(jì)搶答器的輸入按鈕選用常開開

11、關(guān)，如圖 3-4 所示：圖 3-4 搶答按鍵這些常開開關(guān)組成了搶答按鍵， 硬件電路簡單， 在程序設(shè)計(jì)上也不復(fù)雜， 只要在程序中 消除在按鍵過程中進(jìn)行“消抖”就可以了。這里采用最常用的方法即延時(shí)法，其原理為：當(dāng) 單片機(jī)檢測到有按鍵動(dòng)靜后再延時(shí)一段時(shí)間后再判斷此電平是否保持原狀態(tài), 如果是則為有效按鍵，否則無效。軟件設(shè)計(jì)模塊根據(jù)以上硬件電路和單片機(jī)控制原理，搭建編程思路，程序流程圖如圖 4-1 所示：圖 4-1 搶答器主程序流程圖相關(guān) C語言程序附錄在最后。仿真及結(jié)果仿真方法是：在 Keil C51 仿真軟件下創(chuàng)建項(xiàng)目，并把上述源程序添加到項(xiàng)目中，通過編譯產(chǎn)生一 個(gè).hex 為后綴的文件， 此文件

12、就是用于燒寫到 Proteus 軟件中 AT89C52芯片的文件， 參考 文獻(xiàn) 2 。把生成的 .hex 為后綴的文件添加到 Proteus 軟件中繪制的 AT89C52芯片中作為控制程序。在 Proteus 軟件仿真電路圖中點(diǎn)擊左下角的運(yùn)行按鈕，數(shù)碼管閃爍待命，顯示如圖5-1 所示；當(dāng) KK鍵按下時(shí)，數(shù)碼管循環(huán)跑馬 1-6 ，如圖 5-2 所示；圖 5-1 待命狀態(tài)圖 5-2 循環(huán)跑馬顯示此時(shí)不斷進(jìn)行鍵盤檢測， 當(dāng) K1-K6 其中一個(gè)按鍵被按， 則對應(yīng)的數(shù)碼管閃爍按鍵的編號(hào)，同時(shí)發(fā)光二極管閃爍五次，比如按下K2，顯示如圖5-3 所示；圖 5-3 數(shù)碼管閃爍編號(hào)且同時(shí)發(fā)光二極管被點(diǎn)亮5-4

13、所示。閃爍 5 遍之后所有的數(shù)碼管同時(shí)顯示所按下鍵的編號(hào)，如圖圖 5-4 所有數(shù)碼管同時(shí)顯示搶答者編號(hào)結(jié)束語借助其本設(shè)計(jì)以 AT89C51單片機(jī)為核心， 運(yùn)用 Proteus 仿真軟件來實(shí)現(xiàn)整個(gè)設(shè)計(jì)流程，功能強(qiáng)大的仿真系統(tǒng)對設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真，以檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確性和合理性，并可設(shè)以根據(jù)仿真電路圖制作硬件電路， 這種設(shè)計(jì)具有傳統(tǒng)邏輯設(shè)計(jì)方法所無法比擬的優(yōu)越性。計(jì)整體性好、人性化強(qiáng)、可靠性高，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字顯示控制的智能化。參考文獻(xiàn)：1周潤景基于 Proteus 的電路和單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真 M. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005.2金炯泰，金奎煥如何使用 KEIL8051C 編譯器 M.

14、 北 京：北京航空航天大學(xué)出版社， 2002.3程相波，衛(wèi)安軍基于 MCS-51 單片機(jī)的八路搶答器設(shè)計(jì)方法研究文獻(xiàn)名 J 北京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)， 2007 (2)4 張齊 單片機(jī)使用系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù) 基于 C 語言編程 M . 北京 : 電子工業(yè)出版社 ,2004.5 潘永雄新編單片機(jī)和使用 M. 西安 :西安電子科技大學(xué)出版社 ,2003.附錄：完整的程序代碼如下： #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int uchar tab=0 xf9,0 xa4,0 xb0,0 x99,0 x92,0 x82;ucha

15、r table=0 x01,0 x02,0 x04,0 x08,0 x10,0 x20;sbit beer=P17;sbit kk=P10;sbit k1=P30;sbit k2=P31;sbit k3=P32;sbit k4=P33;sbit k5=P34;sbit k6=P35;uint i,k,flag;void delay(int z) int x,y;for(x=z;x0;x-) for(y=110;y0;y-);void keyscan() if(kk=0)delay(30);if(kk=0) while(!kk); flag=1; if(k1=0) delay(30); if(k1=0) while(!k1); k=1;if(k2=0) delay(30); if(k2=0)while(!k2);k=2;if(k3=0) delay(30); if(k3=0)while(!k3);k=3;if(k4=0) delay(30); if(k4=0)while(!k4);k=4;if(k5=0) delay(30); if(k5=0)while(!k5);k=5;if(k6=0)delay(2); if(k6=0)while(!k6);k=6;void show() if(k!=0)for(i=0;i5;i+)P0=tabk-1;P2=tablek-1;