智能搶答器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

學(xué)生姓名：專業(yè)班級(jí)：指導(dǎo)教師：工作單位：信息工程學(xué)院題目:智能搶答器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)初始條件：本設(shè)計(jì)既可以選用集成電路：74LSl48，74LS279，74LS48，74LSl92，NE555，74LS00，74LSl21和其它器件等，實(shí)現(xiàn)八路定時(shí)搶答功能；又可以使用單片機(jī)系統(tǒng)構(gòu)建多路數(shù)字定時(shí)搶答器。要求用蜂鳴器和光電二極管作聲光報(bào)警器件，工作電源Vcc為+5V。要求完成的主要任務(wù):（包括課程設(shè)計(jì)工作量及技術(shù)要求，以及說明書撰寫等具體要求）1、課程設(shè)計(jì)工作量：1周。2、技術(shù)要求：1）可同時(shí)供8名選手（或代表隊(duì)）參賽，其編號(hào)分別是0到7，各用一個(gè)搶答按鈕，按鈕的編號(hào)與選手的編號(hào)相對(duì)應(yīng)；給節(jié)目主持人設(shè)置一個(gè)控制開關(guān)，用來控制系統(tǒng)的清零(編號(hào)顯示數(shù)碼管滅燈)和搶答的開始。2）搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能。搶答開始后，若有選手按動(dòng)搶答按鈕，編號(hào)立即鎖存，并在LED數(shù)碼管上顯示出選手的編號(hào)，同時(shí)揚(yáng)聲器給出音響提示。此外，要封鎖輸入電路，禁止其它選手搶答。優(yōu)先搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。3）搶答器具有定時(shí)搶答的功能，且一次搶答的時(shí)間可以由主持人設(shè)定(如30秒)。當(dāng)節(jié)目主持人啟動(dòng)“開始”鍵后，要求定時(shí)器立即進(jìn)行減計(jì)時(shí)，并用顯示器進(jìn)行顯示，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)時(shí)間0.5秒左右。4）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)和搶答時(shí)刻的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。5）如果定時(shí)搶答的時(shí)間已到，卻沒有選手搶答時(shí)，本次搶答無效，系統(tǒng)進(jìn)行短暫的報(bào)警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時(shí)后搶答，定時(shí)顯示器上顯示00。3、查閱至少5篇參考文獻(xiàn)。按《武漢理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)工作規(guī)范》要求撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告書。全文用A4紙打印，圖紙應(yīng)符合繪圖規(guī)范。時(shí)間安排：1、2014年6月20日，布置課設(shè)具體實(shí)施計(jì)劃與課程設(shè)計(jì)報(bào)告格式的要求說明。2、2014年6月21日至2013年6月23日，方案選擇和電路設(shè)計(jì)。3、2014年6月24日至2014年6月26日，電路調(diào)試和設(shè)計(jì)說明書撰寫。4、2014年6月27日，上交課程設(shè)計(jì)成果及報(bào)告，同時(shí)進(jìn)行答辯。指導(dǎo)教師簽名：年月日系主任（或責(zé)任教師）簽名：年月日目錄摘要………………=1\*ROMANIAbstract…………………………=2\*ROMANII1原理電路的設(shè)計(jì)………………12單元電路設(shè)計(jì)及元件選擇……………………3單片機(jī)最小系統(tǒng)……………3時(shí)鐘振蕩電路…………42.1.2復(fù)位電路…………………………42.1.3STC89C52芯片…………………52.2聲光報(bào)警電路…………………………7數(shù)碼管顯示電路………………………7矩陣鍵盤………………83整體電路及工作原理………………………10整體電路圖…………………………10工作原理……………104程序設(shè)計(jì)……………………114.1KeilC51軟件介紹……………………11程序設(shè)計(jì)……………125仿真分析……………………135.1proteus仿真軟件介紹………………13仿真結(jié)果分析………………………146系統(tǒng)調(diào)試……………………17系統(tǒng)調(diào)試的意義……………………17調(diào)試結(jié)果與分析……………………17實(shí)物焊接……………187總結(jié)與體會(huì)…………………198參考文獻(xiàn)……………………20附錄一…………………………21附錄二…………………………22摘要本文設(shè)計(jì)了一種基于STC89C52單片機(jī)技術(shù)的八路數(shù)字搶答器。主體電路由搶答電路，優(yōu)先編碼電路和鎖存電路以及控制電路組成，擴(kuò)展電路由報(bào)警電路和顯示電路組成。文章對(duì)搶答器的背景與現(xiàn)狀、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)及其仿真都做了詳細(xì)的介紹。本設(shè)計(jì)主要采用單片機(jī)控制，采用手動(dòng)搶答的方式，有人搶答后，系統(tǒng)自動(dòng)封鎖其他人的搶答按鈕，使其不能再搶答，從而實(shí)現(xiàn)搶答功能。若有人在主持人按下開始按鈕之前或搶答時(shí)間結(jié)束之后按下?lián)尨鸢粹o，系統(tǒng)自動(dòng)視其無效，搶答開始和搶答結(jié)束后蜂鳴器自動(dòng)報(bào)警，使搶答達(dá)到公平、公開的效果。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)、STC89C52、搶答器、LED顯示AbstractThispaperdescribesthedesignofaeightdigitalresponderbasedonSTC89C52singlechip.Themaincircuitiscomposedofanswercircuit,prioritycodingcircuitandalatchcircuitandcontrolcircuit:expansionofthecircuitismainlycomposedofanalarmcircuitanddisplaycircuit.ArticleontheResponder'sbackgroundandpresent,hardwaredesign,softwaredesignandsimulationhavemadeadetailedintroduction.ThisdesignmainlyusestheMCUcontrol,withmanualanswerintheway,somepeopleanswerin,thesystemautomaticallyblockotherpeople'sanswerinthebutton,sothatitcannotanswerinordertoachieveResponderfeature.Ifonehostpressthestartbuttonbeforepressingtheanswerinthebuttonoraftertheanswertime,thesystemautomaticallyviewthemasinvalidtoanswerinafair,openeffect.Atthebeginningandendingoftheanswerthealarmbellrespondedautomatic.Keywords:single-chipMicrocomputer、STC89C52、theAnsweringRacer、LEDdisplay1原理電路的設(shè)計(jì)根據(jù)任務(wù)要求將電路分為來兩部分，一部分電路完成基本的搶答功能，即開始搶答后，當(dāng)選手按動(dòng)搶答器按鈕時(shí)，能顯示選手的編號(hào)，同時(shí)能封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。另一部分電路完成定時(shí)搶答及報(bào)警功能。比賽開始時(shí)，接通電源，搶答器處于禁止工作狀態(tài)，編號(hào)顯示器滅燈，定時(shí)顯示器上顯示設(shè)定時(shí)間，主持人可改變?cè)O(shè)定時(shí)間。當(dāng)節(jié)目主持人宣布“搶答開始”，同時(shí)將控制開關(guān)撥到“開始”位置，搶答器處于工作狀態(tài)，定時(shí)器開始倒計(jì)時(shí)。若定時(shí)時(shí)間到，卻沒有選手搶答時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時(shí)后搶答。若選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)按動(dòng)搶答按鈕時(shí)，搶答器要完成以下四項(xiàng)工作：1.優(yōu)先編碼器電路立即分辨出搶答者的編號(hào)，并由鎖存器進(jìn)行鎖存，然后由譯碼顯示電路顯示編號(hào)；2.揚(yáng)聲器發(fā)出短暫聲響，提醒節(jié)目主持人注意；3.控制電路要對(duì)輸入編碼電路進(jìn)行封鎖，避免其他選手再次進(jìn)行搶答；4.控制電路要使定時(shí)器停止工作，時(shí)間顯示器上顯示剩余的搶答時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。當(dāng)選手將問題回答完畢時(shí)，主持人操作控制開關(guān)，使系統(tǒng)回復(fù)到禁止工作狀態(tài)，以便進(jìn)行下一輪搶答。根據(jù)以上思路，我設(shè)計(jì)了如下兩種方案。方案一：圖1-1方案一系統(tǒng)框圖方案一所示搶答器的工作過程：主持人按動(dòng)開始搶答的開關(guān)后，最先搶答的選手的電平信號(hào)先經(jīng)過優(yōu)先編碼器，再依次經(jīng)過數(shù)據(jù)鎖存器，此時(shí)已經(jīng)限制了其他選手的搶答，信號(hào)再經(jīng)過譯碼器和七段數(shù)碼顯示器，將最先搶答的該選手的編號(hào)顯示出來，并同時(shí)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，到此完成的是搶答功能；如果沒有人搶答，30秒減計(jì)數(shù)器減到00時(shí)也會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，這是完成計(jì)時(shí)功能。方案二：主控制器單片機(jī)最小系統(tǒng)主控制器單片機(jī)最小系統(tǒng)搶答器顯示搶答器以及主持人按鍵搶答器以及主持人按鍵圖1-2方案二系統(tǒng)框圖主控制器選擇由AT89C52芯片構(gòu)成的單片機(jī)最小系統(tǒng)，用矩陣鍵盤作為八位選手的搶答按鍵以及主持人的控制按鍵，搶答顯示選用四位共陽數(shù)碼管，前兩位作為剩余時(shí)間顯示，第三位為搶答選手編號(hào)，整個(gè)過程用C語言程序來控制。方案一用譯碼器，加減計(jì)數(shù)器以及門電路等等實(shí)現(xiàn)多人搶答，原理清晰，但電路比較復(fù)雜，所要使用的芯片較多，在進(jìn)行實(shí)物制作時(shí)需要連接的線路非常多，容易出現(xiàn)錯(cuò)誤；而方案二只需要一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)，一個(gè)四位數(shù)碼顯示管和矩陣鍵盤，整體電路看起來非常清晰，而且精確度高，故本次設(shè)計(jì)選用方案二。2單元電路設(shè)計(jì)及元件選擇圖2-1STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖由上圖可以看出，單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路由3部分組成：?jiǎn)纹瑱C(jī)、時(shí)鐘震蕩電路和復(fù)位電路，其中單片機(jī)的重要作用不言而喻，而時(shí)鐘震蕩電路和復(fù)位電路也均是必不可少的部分，下面分別介紹這三個(gè)部分。2.1.1時(shí)鐘振蕩電路單片機(jī)必須在時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下才能工作。在單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)時(shí)鐘振蕩電路，只需要外接一個(gè)振蕩源就能產(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，決定單片機(jī)的工作速度。時(shí)鐘電路如下圖所示。圖2-2震蕩電路一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)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。電路中兩個(gè)電容C1，C2的作用有兩個(gè)：一是幫助振蕩器起振；二是對(duì)振蕩器的頻率進(jìn)行微調(diào)。單片機(jī)在工作時(shí)，由內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生或由外直接輸入的送至內(nèi)部控制邏輯單元的時(shí)鐘信號(hào)的周期稱為時(shí)鐘周期。其大小是時(shí)鐘信號(hào)頻率的倒數(shù)。圖中時(shí)鐘頻率為12MHz。2.1.2復(fù)位電路單片機(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)，其電路圖如下所示：圖2-3復(fù)位電路復(fù)位電路的作用就是，當(dāng)給單片機(jī)一個(gè)復(fù)位信號(hào)（一個(gè)一定時(shí)間的低電平）時(shí)程序便從頭開始執(zhí)行。一般有兩種復(fù)位方式：上電復(fù)位，在系統(tǒng)一上電時(shí)利用電容兩端電壓不能突變的原理給系統(tǒng)一個(gè)短時(shí)的低電平；手動(dòng)復(fù)位，同過按鈕接通低電平給系統(tǒng)復(fù)位，如果手按著一直不放，系統(tǒng)將一直復(fù)位，不能正常工作，因此手動(dòng)復(fù)位容易產(chǎn)生一些錯(cuò)誤。2.1.3STC89C52芯片本設(shè)計(jì)采用Atmel公司生產(chǎn)的單片機(jī)STC89C52實(shí)現(xiàn)主要功能,AT89C51的引腳圖如2-4所示:圖2-4STC89C52引腳圖各引腳功能情況為:（1）VCC：供電電壓。（2）VSS：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門電流。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(shì)，當(dāng)對(duì)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(jiǎn)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。2.2聲光報(bào)警電路圖2-5聲光報(bào)警電路聲音的頻譜范圍約在幾十到幾千赫茲，若能利用程序來控制單片機(jī)某個(gè)口線的“高”電平或低電平，則在該口線上就能產(chǎn)生一定頻率的巨型波，接上喇叭就能發(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)，使喇叭發(fā)出不同的聲音。本次設(shè)計(jì)將蜂鳴器連單片機(jī)的口，光電二極管連單片機(jī)的口，再通過程序來控制報(bào)警電路工作。2.3數(shù)碼管顯示電路數(shù)碼管顯示電路的作用是顯示搶答的時(shí)間，組別號(hào)碼等?？紤]有以下兩種顯示方案。方案一：使用液晶屏顯示時(shí)間。液晶顯示屏（LCD）具有輕薄短小、低耗電量、無輻射危險(xiǎn)，平面直角顯示以及影像穩(wěn)定不閃爍等優(yōu)勢(shì)，可視面積大，畫面效果好，分辨率高，抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。但由于只需要顯示時(shí)間和轉(zhuǎn)向、相數(shù)這樣的數(shù)字，信息量比較少，且由于液晶是以點(diǎn)陣的模式顯示各種符號(hào)，需要利用控制芯片創(chuàng)建字符庫(kù)，編程工作量大，控制器的資源占用較多，其成本也偏高。在使用時(shí)，不能有靜電干擾，否則易燒壞液晶顯示芯片，不易維護(hù)。方案二：在使用傳統(tǒng)的數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管具有：低能耗、低損耗、低壓、壽命長(zhǎng)、耐老化、防曬、防潮、防火、防高（低）溫，對(duì)外界環(huán)境要求低，易于維護(hù)，同時(shí)其精度高，稱量快，精確可靠，操作簡(jiǎn)單。數(shù)碼顯示是采用BCD編碼顯示數(shù)字，程序編譯容易，資源占用較少。根據(jù)以上的論述，我選擇采用方案二。顯示功能與硬件關(guān)系極大，當(dāng)硬件固定后，如何在不引起操作者誤解的前提下提供盡可能豐富的信息，全靠軟件來解決。在這里我們使用的是七段數(shù)碼管顯示，通常在顯示上我們采用的方法一般包括兩種：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：顯示穩(wěn)定性沒靜態(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。2.4矩陣鍵盤鍵盤是單片機(jī)不可缺少的輸入設(shè)備，是實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話的紐帶。鍵盤按結(jié)構(gòu)形式可以分為非編碼鍵盤和編碼鍵盤，前者用軟件方法產(chǎn)生鍵碼，而后者則用硬件方法來產(chǎn)生鍵碼。在單片機(jī)中使用的都是非編碼鍵盤，因?yàn)榉蔷幋a鍵盤結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，非編碼鍵盤的類型很多，常用的有獨(dú)立式鍵盤，行列式鍵盤等。方案一：獨(dú)立式鍵盤 鍵盤接口中使用多少根I/O線，鍵盤中就有幾個(gè)按鍵，鍵盤接口使用了8根I/O口線，該鍵盤就有8個(gè)按鍵，這種類型的鍵盤，其按鍵比較少，且鍵盤中各按鍵的工作互不干擾。因此可以根據(jù)實(shí)際需要對(duì)鍵盤中的按鍵靈活的編碼。最簡(jiǎn)單的編碼方式就是根據(jù)I/O輸入口所直接反映的相應(yīng)按鍵，按下的狀態(tài)進(jìn)行編碼，稱按鍵直接狀態(tài)碼，對(duì)于這樣編碼的獨(dú)立式鍵盤，CPU可以通過直接讀取I/O口的狀態(tài)來獲取按鍵的直接狀態(tài)編碼值，根據(jù)這個(gè)值直接進(jìn)行按鍵識(shí)別，這樣形式的鍵盤結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，按鍵識(shí)別容易。獨(dú)立式鍵盤的缺點(diǎn)是需要占用比較多的I/O口線，當(dāng)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)鍵盤中需要的按鍵比較少或I/O口線比較富余時(shí)，可以采用這樣類型的鍵盤。方案二：行列式鍵盤行列式鍵盤是用N條I/O線作為行線，M條I/O線作為列線組成的鍵盤，在行線和列線的每個(gè)交叉點(diǎn)上。這種形式的鍵盤結(jié)構(gòu)，能夠有效的提高單片機(jī)系統(tǒng)中I/O的利用率，列線接行線接，行列適用于按鍵輸入多的情況。CPU對(duì)鍵盤的掃描可以采用取程序控制的隨機(jī)方式，即只有在CPU空閑是時(shí)才去掃描鍵盤，響應(yīng)操作人員的鍵盤輸入,即利用單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器每隔一定時(shí)間對(duì)鍵盤掃描一次，這樣控制方式，不管鍵盤上有無鍵閉合，CPU總是定時(shí)的關(guān)心鍵盤狀態(tài)。在大多數(shù)情況下，CPU對(duì)鍵盤可能進(jìn)行空掃描。為了提高CPU的效率而又能及時(shí)響應(yīng)鍵盤輸入，可以采用中斷方式，既CPU平時(shí)不必掃描鍵盤，只要當(dāng)鍵盤上有鍵盤閉合時(shí)就產(chǎn)生中斷請(qǐng)求，向CPU申請(qǐng)中斷后，立即對(duì)鍵盤上有鍵盤進(jìn)性掃描，識(shí)別閉合鍵，并做相應(yīng)的處理。圖2-6行列式矩陣鍵盤3整體電路及工作原理3.1整體電路圖圖3-1八位搶答器整體電路圖3.2工作原理系統(tǒng)軟件由主程序和INT0中斷服務(wù)組成。主程序由驗(yàn)鍵，倒計(jì)時(shí)等功能子程序組成，系統(tǒng)完成初始化后循環(huán)檢查各個(gè)功能當(dāng)用戶使用某個(gè)功能時(shí)，按下相應(yīng)的按鍵單片機(jī)進(jìn)入相應(yīng)的功能處理。INT0中斷服務(wù)程序完成搶答信號(hào)采樣和識(shí)別處理。該智能搶答器以STC89C52單片機(jī)為控制核心，控制精度較高。其他外圍電路包括報(bào)警電路、LED顯示電路、搶答按鍵、時(shí)間設(shè)置鍵等。該智能搶答器具有計(jì)時(shí)記憶功能，一次時(shí)間設(shè)置完，復(fù)位后不需重新進(jìn)行時(shí)間設(shè)定；通過按鍵掃描輸出按鍵信息，并通過單片機(jī)將它轉(zhuǎn)化為在七段數(shù)碼管上顯示的字形符。單片機(jī)的P2口為8組搶答按鍵的輸入口，為數(shù)碼管的段選口，為數(shù)碼管的片選口。外部中斷INT0和INT1分別為搶答時(shí)間和回答時(shí)間的調(diào)整口，和分別實(shí)現(xiàn)時(shí)間調(diào)整時(shí)的加1和減1功能；為報(bào)警電路的控制口。4程序設(shè)計(jì)KeilC51軟件介紹KeilC51軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到Keil的優(yōu)勢(shì)。下面詳細(xì)介紹KeilC51開發(fā)系統(tǒng)各部分功能和使用。KeilC51單片機(jī)軟件開發(fā)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu):C51工具包的整體結(jié)構(gòu)uVision與Ishell分別是C51forWindows和forDos的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個(gè)開發(fā)流程。開發(fā)人員可用IDE本身或其它編輯器編輯C或匯編源文件。然后分別由C51及C51編譯器編譯生成目標(biāo)文件（.OBJ）。目標(biāo)文件可由LIB51創(chuàng)建生成庫(kù)文件，也可以與庫(kù)文件一起經(jīng)L51連接定位生成絕對(duì)目標(biāo)文件(.ABS）。ABS文件由OH51轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的Hex文件，以供調(diào)試器dScope51或tScope51使用進(jìn)行源代碼級(jí)調(diào)試，也可由仿真器使用直接對(duì)目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試，也可以直接寫入程序存貯器如EPROM中。使用獨(dú)立的Keil仿真器時(shí)，注意事項(xiàng):仿真器標(biāo)配的晶振，但用戶可以在仿真器上的晶振插孔中換插其他頻率的晶振。仿真器上的復(fù)位按鈕只復(fù)位仿真芯片，不復(fù)位目標(biāo)系統(tǒng)。仿真芯片的31腳（/EA）已接至高電平，所以仿真時(shí)只能使用片內(nèi)ROM，不能使用片外ROM；但仿真器外引插針中的31腳并不與仿真芯片的31腳相連，故該仿真器仍可插入到擴(kuò)展有外部ROM（其CPU的/EA引腳接至低電平）的目標(biāo)系統(tǒng)中使用。優(yōu)點(diǎn):KeilC51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語言的優(yōu)勢(shì)。與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。用過匯編語言后再使用C來開發(fā)，體會(huì)更加深刻。4.2程序設(shè)計(jì)程序流程圖如下：開始開始預(yù)置時(shí)間加減時(shí)間時(shí)間顯示開始倒計(jì)時(shí)有鍵按下報(bào)警顯示選手編號(hào)顯示剩余時(shí)間判斷選手時(shí)間到？顯示00復(fù)位？開始搶答NYNNYYYN圖4-1整體流程圖具體程序見附錄一.5仿真分析5.1proteus仿真軟件介紹Proteus軟件是來自英國(guó)LabcenterElectronics公司的EDA工具軟件,Proteus軟件除了其具有和其它EDA工具一樣的原理布圖,PCB自動(dòng)或人工布線及電路仿真的功能外,其革命性的功能是,他的電路仿真是互動(dòng)的,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,您不需要?jiǎng)e的,Proteus為您建立了完備的電子設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)境！PROTEUS的ISIS是一款Labcenter出品的電路分析實(shí)物仿真系統(tǒng)，可仿真各種電路和IC，并支持單片機(jī)，元件庫(kù)齊全，使用方便，是不可多得的專業(yè)的單片機(jī)軟件仿真系統(tǒng)。該軟件的特點(diǎn)：全部滿足我們提出的單片機(jī)軟件仿真系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，并在同類產(chǎn)品中具有明顯的優(yōu)勢(shì)。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS-232動(dòng)態(tài)仿真、C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器等。目前支持的單片機(jī)類型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各種外圍芯片。支持大量的存儲(chǔ)器和外圍芯片?？傊撥浖且豢罴瘑纹瑱C(jī)和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大，可仿真51、AVR、PIC。proteus與Keil聯(lián)合仿真：為了盡快排查系統(tǒng)的軟硬件錯(cuò)誤,使整個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能,最直接而有效的方法是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行軟硬件聯(lián)調(diào),即Proteus與Keil聯(lián)合仿真，先通過KeilC51編輯、修改、編譯源程序并生成.HEX單片機(jī)能識(shí)別的文件，然后再運(yùn)行Proteus將HEX文件與原理圖中的單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行仿真。5.2仿真結(jié)果分析首先在keil軟件中將程序完成，進(jìn)行編譯無誤，并生成hex文件，為驗(yàn)證程序的可行性，需要將程序?qū)雙roteus仿真圖的STC89C52芯片中，觀察仿真結(jié)果，以下是我對(duì)程序所要完成的功能的仿真分析。預(yù)置時(shí)間是30秒，主持人根據(jù)題目難度可對(duì)每一次搶答時(shí)間進(jìn)行設(shè)定。圖5-1增加計(jì)時(shí)時(shí)間圖5-2減少計(jì)時(shí)時(shí)間2、當(dāng)主持人按下?lián)尨痖_關(guān)按鍵后，計(jì)時(shí)器立即進(jìn)行減計(jì)時(shí)，同時(shí)可聽到蜂鳴器發(fā)出短暫的聲響，發(fā)光二極管發(fā)光，此時(shí)八位選手可進(jìn)行搶答，若有人搶答，減計(jì)時(shí)停止，蜂鳴器再次報(bào)警，數(shù)碼管顯示剩余時(shí)間及選手編號(hào)。下圖為5號(hào)選手搶答之后的仿真顯示。圖5-35號(hào)選手搶答3、若無人搶答，倒計(jì)時(shí)結(jié)束后，數(shù)碼管顯示00，蜂鳴器報(bào)警，同時(shí)八位選手搶答按鍵被鎖存，此后再有人搶答則無效，數(shù)碼管始終顯示00。圖5-4計(jì)時(shí)結(jié)束后無選手搶答4、搶答結(jié)束后或搶答過程中主持人可根據(jù)實(shí)際情況隨時(shí)進(jìn)行復(fù)位操作，復(fù)位后數(shù)碼管顯示上一次搶答時(shí)間，蜂鳴器發(fā)出短暫聲響。圖5-5復(fù)位后的仿真顯示仿真結(jié)果分析：經(jīng)過仔細(xì)調(diào)整，由仿真結(jié)果可看出，本次程序設(shè)計(jì)可滿足八位智能搶答器的所有功能要求，從理論上驗(yàn)證了程序的正確性。但是也存在一點(diǎn)小問題：主持人控制按鍵有些不穩(wěn)定，并且蜂鳴器報(bào)警聲音較為奇怪，但在程序中未發(fā)現(xiàn)可能原因?？傮w來說可以達(dá)到要求，但是理論需要實(shí)踐去證明，還需要進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試與分析。6系統(tǒng)調(diào)試6.1系統(tǒng)調(diào)試的意義系統(tǒng)調(diào)試包括硬件調(diào)試和軟件調(diào)試，而且兩者是密不可分的。我們?cè)O(shè)計(jì)好的硬件電路和軟件程序，只有經(jīng)過聯(lián)合調(diào)試，才能驗(yàn)證其正確性；軟硬件的配人情況以及是否達(dá)到設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，也只有經(jīng)過調(diào)試，才能發(fā)現(xiàn)問題并加以解決、完善，最終開發(fā)成實(shí)用產(chǎn)品。硬件調(diào)試分單元電路調(diào)試和聯(lián)機(jī)調(diào)試，單元電路試驗(yàn)在硬件電路設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)進(jìn)行，這里的調(diào)試只是將其制成印刷電路板后試驗(yàn)電路是否正確，并排除一些加工工藝性錯(cuò)誤（如錯(cuò)線、開路、短路等）。這種調(diào)試可單獨(dú)模擬進(jìn)行，也可通過開發(fā)裝置由軟件配合進(jìn)行，硬件聯(lián)機(jī)調(diào)試則必須在系統(tǒng)軟件的配合下進(jìn)行。軟件調(diào)試一般包括分塊調(diào)試和聯(lián)機(jī)調(diào)試兩個(gè)階段。程序的分塊調(diào)試一般在單片機(jī)開發(fā)裝置上進(jìn)行，可根據(jù)所調(diào)程序功能塊的入口參量初值編制一個(gè)特殊的程序段，并連同被調(diào)程序功能塊一起在開發(fā)裝置上運(yùn)行；也可配合對(duì)應(yīng)硬件電路單獨(dú)運(yùn)行某程序功能塊，然后檢查是否正確，如果執(zhí)行結(jié)果與預(yù)想的不一致，可以通過單步運(yùn)行或設(shè)置斷點(diǎn)的方法，查出原因并加以改正，直到運(yùn)行結(jié)果正確為止。這時(shí)該程序功能塊已調(diào)試完畢，可去掉附加程序段。其它程序功能塊可按此法進(jìn)行調(diào)試。程序聯(lián)機(jī)調(diào)試就是將已調(diào)試好的各程序功能塊按總體結(jié)構(gòu)聯(lián)成一個(gè)完整程序，在所研制的硬件電路上運(yùn)行。從而試驗(yàn)程序整體運(yùn)行的完整性、正確性和與硬件電路的配合情況。在聯(lián)調(diào)中可能會(huì)有某些支路上的程序、功能塊因受條件制約而得不到相應(yīng)的輸入?yún)?shù)，這時(shí)，調(diào)試人員應(yīng)創(chuàng)造條件進(jìn)行模擬調(diào)試。在聯(lián)調(diào)中如發(fā)現(xiàn)硬件問題也應(yīng)及時(shí)修正，直到單片機(jī)系統(tǒng)的軟件、硬件全部調(diào)試成功為止。系統(tǒng)調(diào)試完成后，還要進(jìn)行一段時(shí)間的試運(yùn)行，從而檢驗(yàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力，驗(yàn)證系統(tǒng)功能是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，是否達(dá)到預(yù)期的效果。6.2調(diào)試結(jié)果與分析硬件調(diào)試：由于本次設(shè)計(jì)采用的是單片機(jī)學(xué)習(xí)開發(fā)板，其內(nèi)部已有部分集成工藝，實(shí)物焊接較為簡(jiǎn)單，而且外圍電路也較少，因此在硬件調(diào)試過程中未出現(xiàn)任何問題。軟件調(diào)試：八位智能搶答器用單片機(jī)來設(shè)計(jì)所用元器件較少，大部分功能都是通過軟件編程來實(shí)現(xiàn)，因此軟件調(diào)試是一個(gè)很重要的部分，調(diào)試試遇到以下兩個(gè)問題：（1）按鍵消抖問題：在最初編寫程序時(shí)，鍵盤控制部分按照常例加入了按鍵消抖程序。在實(shí)際調(diào)試中，發(fā)現(xiàn)主持人控制按鍵出現(xiàn)反應(yīng)不靈敏現(xiàn)象。這是因?yàn)樵阪I盤控制程序中都加入了消抖程序，而且在復(fù)位按鍵控制程序中加入了按鍵提示音程序。由于在調(diào)用提示音子程序時(shí)，實(shí)際上已實(shí)現(xiàn)了一次時(shí)間的延時(shí)，因此再加入按鍵消抖程序的延時(shí)后，致使延時(shí)時(shí)間過長(zhǎng)而出現(xiàn)按鍵反應(yīng)不靈敏問題。通過調(diào)試發(fā)現(xiàn)提示音子程序本身所產(chǎn)生的延時(shí)已能夠滿足按鍵消抖時(shí)間延遲的要求，因此在鍵盤控制程序中無需再加入專門的按鍵消抖程序。在去除按鍵消抖程序后，按鍵控制靈敏度恢復(fù)正常。（2）蜂鳴器發(fā)音問題：蜂鳴器發(fā)音音調(diào)比較低，理論上，若能利用程序來控制單片機(jī)某個(gè)口線的“高”電平或低電平，則在該口線上就能產(chǎn)生一定頻率的巨型波，接上喇叭就能發(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)，使喇叭發(fā)出不同的聲音。但實(shí)際上，進(jìn)行調(diào)試時(shí)引發(fā)其他各種問題，最終調(diào)整失敗，便依舊選用之前的方案。6.3實(shí)物焊接本次設(shè)計(jì)采用單片機(jī)最小系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)八位智能搶答器，主要電路包括單片機(jī)最小系統(tǒng)、四位數(shù)碼顯示管和矩陣鍵盤。焊接成品如下圖6-1圖6-1八位智能搶答器實(shí)物圖7總結(jié)與體會(huì)本次《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程設(shè)計(jì)我選擇了用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)八位智能搶答器，因?yàn)樵?jīng)在實(shí)驗(yàn)課上已經(jīng)成功用門電路完成搶答器的設(shè)計(jì)，而單片機(jī)又是我們即將要學(xué)習(xí)的新知識(shí)，因此我決定借此機(jī)會(huì)提前學(xué)習(xí)單片機(jī)的知識(shí)。通過這次課程設(shè)計(jì)，我明白了學(xué)習(xí)是一個(gè)長(zhǎng)期積累的過程，絕對(duì)不是一蹴而就的，在今后的學(xué)習(xí)中一定要腳踏實(shí)地，才能真正學(xué)到知識(shí)。萬事開頭難，一開始我對(duì)單片機(jī)一無所知，不知如何下手，但我覺得不能就這么放棄，于是，我先查資料了解了單片機(jī)最小系統(tǒng)的工作原理以及采用的芯片STC89C52的引腳圖，然后參照我所使用的單片機(jī)開發(fā)板原理圖，先完成了開發(fā)板的焊接。接下來就是最重要的程序設(shè)計(jì)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)知識(shí)必須通過應(yīng)用才能實(shí)現(xiàn)其價(jià)值。我曾經(jīng)學(xué)習(xí)過C語言編程技術(shù)，但是有些東西以為學(xué)會(huì)了，真正到用的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，一些簡(jiǎn)單的功能都無法實(shí)現(xiàn)，于是只好參考一些網(wǎng)上優(yōu)秀的程序設(shè)計(jì)，并且請(qǐng)教別人最后勉強(qiáng)完成，結(jié)果在調(diào)試的時(shí)候又出現(xiàn)各種意外，后來經(jīng)人指導(dǎo)仔細(xì)排查錯(cuò)誤，最終完成了這份自己比較滿意的作品，有一種如釋重負(fù)的感覺。本次課程設(shè)計(jì)讓我感覺到自己掌握的知識(shí)還是很少，而且學(xué)到理論知識(shí)也不能靈活的運(yùn)用，設(shè)計(jì)過程中我請(qǐng)教了很多人，也讓我體會(huì)到設(shè)計(jì)一個(gè)完整的方案需要一定的理論知識(shí)為基礎(chǔ)，這也提醒我今后要更加努力好好把知識(shí)學(xué)好。與此同時(shí)，實(shí)踐能力也同樣重要，只有實(shí)踐才能檢查我們學(xué)到的理論知識(shí)是否真正被掌握，本次的課程設(shè)計(jì)就是一個(gè)很好的機(jī)會(huì)，讓我認(rèn)識(shí)到自己的很多不足，雖然花費(fèi)了較多的時(shí)間，但是我也有很大的收獲，不僅提高了我的邏輯思維分析能力，也鍛煉了我的動(dòng)手能力，更重要的是讓我對(duì)單片機(jī)最小系統(tǒng)有了一定的了解，為今后單片機(jī)的學(xué)習(xí)打下了一些基礎(chǔ)。在做課程設(shè)計(jì)的這段時(shí)間里里，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的的東西，不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識(shí)。這畢竟第一次接觸單片機(jī)，難免會(huì)遇到過各種各樣的問題，今后一定要提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。8參考文獻(xiàn)[1]《電子線路設(shè)計(jì)·實(shí)驗(yàn)·測(cè)試》.第三版，謝自美主編[2]《電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)》.孫梅生等編著，高等教育出版社[3]《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》.伍時(shí)和主編清華大學(xué)出版社[4]《數(shù)字電子電路與邏輯設(shè)計(jì)》.劉可文主編科學(xué)出版社[5]《51單片機(jī)C語言教程》.郭天祥編著電子工業(yè)出版社附錄1：元件清單元件名稱型號(hào)數(shù)量單片機(jī)最小系統(tǒng)STC89C521四位共陽數(shù)碼管LG3641BH1矩陣鍵盤1蜂鳴器1六反相器74HC041附錄2：程序設(shè)計(jì)#ifndef_KEYSCAN_H_#define_KEYSCAN_H_typedefunsignedintuint;typedefunsignedcharuchar;sbitLED1=P1^0;sbitLED2=P1^1;sbitLED3=P1^3;sbitBUZZ=P1^4;sbitLED=P1^7;voiddelay(uinta);ucharkeyscan(void);voidDisplay(ucharTime_Number,ucharPlay_Number);#endif#include<REG52.h>#include"keyscan.h"uchartab[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};//共陽//uchartab[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};//共陰ucharkeyscan(void){ucharn;P2=0xfe;n=P2;n=P2&0xf0;if(n!=0xf0){delay(10);P2=0xfe;n=P2;n=P2&0xf0;if(n!=0xf0){switch(n){case(0xe0):return13;break;case(0xd0):return14;break;case(0xb0):return15;break;case(0x70):return16;break;}}}P2=0xfd;n=P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