基于AT89C51控制的搶答器設(shè)計(jì)與制作

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

目錄

1項(xiàng)目簡(jiǎn)介............................................................................................................1

2核心元器件選擇................................................................................................1

2.1主控芯片.................................................................................................1

2.2顯示器件.................................................................................................2

2.3設(shè)計(jì)方案.................................................................................................2

3產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)....................................................................................................3

3.1系統(tǒng)方框圖............................................................................................3

3.2主要功能電路的設(shè)計(jì)............................................................................4

3.3焊接.........................................................................................................9

3.4調(diào)試.......................................................................................................11

5系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)..................................................................................................12

5.1軟件設(shè)計(jì)環(huán)境.......................................................................................12

5.2程序流程圖...........................................................................................13

6產(chǎn)品使用說(shuō)明..................................................................................................16

7設(shè)計(jì)小結(jié)..........................................................................................................16

附錄1電路原理圖.............................................................................................18

附錄2PCB設(shè)計(jì)圖.............................................................................................18

附錄3作品實(shí)物照.............................................................................................19

附錄4程序代碼.................................................................................................20

參考資料.............................................................................................................28

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基于單片機(jī)控制的搶答器設(shè)計(jì)與制作

1項(xiàng)目簡(jiǎn)介

項(xiàng)目產(chǎn)品所實(shí)現(xiàn)的功能是：設(shè)計(jì)由主持人控制具有優(yōu)先搶答、定時(shí)搶答、

搶答報(bào)警功能的多路搶答器電路，利用數(shù)碼管分別顯示搶答者的編號(hào)及搶答時(shí)

間?？赏瑫r(shí)供8名選手進(jìn)行搶答的多路搶答器，設(shè)置主持人控制開(kāi)關(guān)，用來(lái)控

制電路清零和搶答開(kāi)始。搶答器的定時(shí)搶答功能，其時(shí)間可由節(jié)目主持人自行

設(shè)定。當(dāng)主持人啟動(dòng)“開(kāi)始”鍵后，蜂鳴器報(bào)警，并立即進(jìn)行倒計(jì)時(shí)顯示；若

有選手搶答，則倒計(jì)時(shí)停止，數(shù)碼管分別顯示搶答選手的編號(hào)和當(dāng)前時(shí)間，并

且保持不變直至主持人將系統(tǒng)清零為止，同時(shí)電路發(fā)出聲響表示搶答完成。此

外，電路禁止其他選手繼續(xù)搶答；搶答開(kāi)始后，如果搶答時(shí)間到，卻無(wú)選手搶

答，則電路進(jìn)行報(bào)警，表示搶答時(shí)間結(jié)束。

根據(jù)研究和設(shè)計(jì)驗(yàn)證的結(jié)果，采用單圖技術(shù)設(shè)計(jì)的應(yīng)答器與目前市面上銷

售的搶答器進(jìn)行了比較。第一，電路連接簡(jiǎn)單。因?yàn)閹缀跛械墓δ軉卧际?/p>

在單片機(jī)內(nèi)部編程的。第二，工作性能可靠，抗干擾能力優(yōu)于目前的應(yīng)答器。

本設(shè)計(jì)主要采用一般的單片機(jī)系統(tǒng)，對(duì)各部分的功能塊進(jìn)行分割設(shè)計(jì)。最終完

成了8路響應(yīng)器的設(shè)計(jì)，根據(jù)電路設(shè)計(jì)進(jìn)行了焊接，并制作了相應(yīng)的實(shí)物進(jìn)行

演示，得到了預(yù)期的結(jié)果。

2核心元器件選擇

2.1主控芯片

采用AT89C51做主控制芯片。AT89C51是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，

高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4kbytes的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器

（PEROM）和128bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的

高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8

位中央處理器（CPU）和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大AT89C51單片機(jī)可為您提

供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。AT89C51具體參數(shù)及

引腳如圖2-1所示。

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圖2-1：AT89C51芯片參數(shù)及引腳

AT89C51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RA

M，32個(gè)I／O口線，兩個(gè)16位定時(shí)／計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，

一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C51可降至0Hz

的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。空閑方式停止CPU的

工作，但允許RAM，定時(shí)／計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式

保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬

件復(fù)位。

2.2顯示器件

使用LCD12864LCD顯示屏。具有中文字符庫(kù)的128X64為4位/8位并行，

2線或3線串行接口模式，顯示分辨率為128×64，內(nèi)置819216*16漢字和12816*

8ASCII字符。通過(guò)該模塊靈活的界面模式和簡(jiǎn)單方便的操作說(shuō)明，可以形成完

整的中文人機(jī)交互圖形界面。它可以顯示8×4行的16×16點(diǎn)矩陣漢字，并且

還可以完成圖形顯示。低電壓和低功耗是另一個(gè)突出的特點(diǎn)。盡管LCD12864LCD

功能強(qiáng)大，但顯示內(nèi)容太大，造成顯示空間的浪費(fèi)，并且LCD的成本很高。結(jié)

合以上描述，根據(jù)顯示器的設(shè)計(jì)大多是數(shù)字和簡(jiǎn)單的字母，因此數(shù)字電子管顯

示器的選擇更加合理。

2.3設(shè)計(jì)方案

通過(guò)上述對(duì)各個(gè)模塊介紹,本設(shè)計(jì)最終選擇了AT89C51作為本設(shè)計(jì)的主控

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芯片,通過(guò)四位數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示搶答信息包括倒計(jì)時(shí)及選手編號(hào)等內(nèi)容,搶答器

一共設(shè)置有8個(gè)選手按鍵,以及3個(gè)主持人按鍵(包括確定、加、減)。在游戲開(kāi)

始之前，主持人可以先設(shè)置搶奪時(shí)間，當(dāng)然，系統(tǒng)還會(huì)預(yù)置時(shí)間設(shè)置。當(dāng)比賽

是正式比賽時(shí)，蜂鳴器會(huì)發(fā)出嗶嗶聲提示玩家開(kāi)始比賽，當(dāng)比賽持續(xù)到最后5

秒鐘時(shí)，如果沒(méi)有選手回答，蜂鳴器會(huì)發(fā)出嗶嗶聲提示答案將結(jié)束。

3產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)

為使硬件電路設(shè)計(jì)盡可能合理，應(yīng)注意以下幾方面：

(1)盡可能采用高性能芯片，簡(jiǎn)化電路，高性能芯片取代一些普通芯片。隨

著生產(chǎn)工藝的提高，新芯片的價(jià)格會(huì)不斷下降，不一定會(huì)高于普通芯片的價(jià)格

總和。

(2)給設(shè)計(jì)留有空間，在設(shè)計(jì)硬件電路時(shí)，考慮到將來(lái)修改擴(kuò)展的方便性。

因?yàn)楹苌儆型ㄓ玫碾娐吩O(shè)計(jì)，現(xiàn)在不留下任何空間可能會(huì)迫使完全的返工，以

便在未來(lái)進(jìn)行小的修改或擴(kuò)展。

(3)序空間，選擇空間足夠大的單片機(jī)芯片，本設(shè)計(jì)采用AT89C51單片機(jī)。

(4)關(guān)于I/O端口，我們制作了樣機(jī)，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)簡(jiǎn)單

的軟件對(duì)策無(wú)法解決的問(wèn)題。如果需要采集一些新的信號(hào)，就要增加輸入的檢

測(cè)端;需要控制的物理量必須增加輸出。如果在硬件的電路設(shè)計(jì)中準(zhǔn)備好I/O端

口，即使當(dāng)時(shí)空著，該用的時(shí)候也能用。

3.1系統(tǒng)方框圖

控制系統(tǒng)方框圖即控制系統(tǒng)各部分的相對(duì)位置和功能的一種圖解描述。本

設(shè)計(jì)產(chǎn)品的系統(tǒng)方框圖如圖3-1所示。

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圖3-1系統(tǒng)方框圖

3.2主要功能電路

3.2.1時(shí)鐘頻率電路

單片機(jī)必須由時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)才能工作。在單片機(jī)中有一個(gè)時(shí)鐘振蕩電路，只需要

連接一個(gè)外部振蕩源就可以向單片機(jī)內(nèi)部單元產(chǎn)生一定的時(shí)鐘信號(hào)，確定單片

機(jī)的工作速度。（外部震蕩源電路見(jiàn)圖3-2）

圖3-2外部震蕩源電路

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)。C1,C2的典型值為30PF。

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

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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),常用fosc

表示。如時(shí)鐘頻率為12MHz,即fosc=12MHz,則時(shí)鐘周期為1/12μs。

3.2.3復(fù)位電路

復(fù)位電路由電容串聯(lián)電阻構(gòu)成,由圖并結(jié)合"電容電壓不能突變"的性質(zhì),可

以知道,當(dāng)系統(tǒng)一上電,RST腳將會(huì)出現(xiàn)高電平,并且,這個(gè)高電平持續(xù)的時(shí)間由

電路的RC值來(lái)決定.典型的51單片機(jī)當(dāng)RST腳的高電平持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以

上就將復(fù)位,所以,適當(dāng)組合RC的取值就可以保證可靠的復(fù)位。（實(shí)際電路見(jiàn)圖

3-3）

圖3-3復(fù)位電路

圖3-4復(fù)位原理分析圖

上電復(fù)位是利用電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即上電瞬間RST端的電位與VCC相同，

隨著充電電流的減少，RST的電位逐漸下降。圖2（a）中的R是施密特觸發(fā)器

輸入端的一個(gè)10K?下拉電阻，時(shí)間常數(shù)為10×10-6×10×103=100ms。只要VCC

的上升時(shí)間不超過(guò)1ms，振蕩器建立時(shí)間不超過(guò)10ms，這個(gè)時(shí)間常數(shù)足以保證

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完成復(fù)位操作。上電復(fù)位所需的最短時(shí)間是振蕩周期建立時(shí)間加上2個(gè)機(jī)器周

期時(shí)間，在這個(gè)時(shí)間內(nèi)RST的電平應(yīng)維持高于施密特觸發(fā)器的下閾值。（原理

分析見(jiàn)圖5）

上電按鍵復(fù)位2（b）所示。當(dāng)按下復(fù)位按鍵時(shí)，RST端產(chǎn)生高電平，使單

片機(jī)復(fù)位。復(fù)位后，其片內(nèi)各寄存器狀態(tài)見(jiàn)表，片內(nèi)RAM內(nèi)容不變。

3.2.4顯示電路

LED（LightEmittingDiode發(fā)光二極管）顯示器是由發(fā)光二極管構(gòu)成

的最為常用的顯示器件。數(shù)字LED顯示器利用７個(gè)發(fā)光二極管顯示數(shù)字，通常

被稱為七段LED顯示器、或者數(shù)碼管。另外，數(shù)碼管中還有一個(gè)圓點(diǎn)型發(fā)光二

極管，用于顯示小數(shù)點(diǎn)。結(jié)構(gòu)圖如圖6所示。

LED顯示器有共陽(yáng)極接法和共陰極接法。共陽(yáng)極接法的發(fā)光二極管的陽(yáng)極連

在一起構(gòu)成公共陽(yáng)極。使用時(shí)，公共陽(yáng)極接＋５V電壓。在陰極端輸入低電平，

發(fā)光二極管就導(dǎo)通發(fā)光。共陰極接法的發(fā)光二極管的陰極連在一起構(gòu)成公共陰

極。使用時(shí)，公共陰極接地，在陽(yáng)極端輸入高電平時(shí)，發(fā)光二極管就導(dǎo)通發(fā)光。

使用時(shí)要注意區(qū)分這兩種不同接法的LED顯示器。

LED導(dǎo)通電壓在1.5V左右，工作電流每段約為20mA，直接接在＋5V電平上

會(huì)使數(shù)碼管過(guò)亮導(dǎo)致?lián)p壞，需接一個(gè)100～300Ω的限流電阻。

圖3-5顯示電路

3.2.5鍵盤(pán)掃描電路

鍵盤(pán)是由一組規(guī)則排列的按鍵組成，一個(gè)按鍵實(shí)際上是一個(gè)開(kāi)關(guān)元件，也

就是說(shuō)鍵盤(pán)是一組規(guī)則排列的開(kāi)關(guān)。

在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，除復(fù)位按鈕具有特殊的復(fù)位電路和特定的復(fù)位功能

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外，其他按鍵都是通過(guò)開(kāi)關(guān)狀態(tài)來(lái)設(shè)置控制功能或輸入數(shù)據(jù)。按下功能鍵或數(shù)

字鍵時(shí)，計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)完成按鍵設(shè)定的功能。關(guān)鍵信息的輸入是一個(gè)與軟

件結(jié)構(gòu)密切相關(guān)的過(guò)程。

對(duì)于一組鍵或鍵盤(pán)，總是有一個(gè)接口電路連接到CPU。CPU可以使用查詢或

中斷的方式來(lái)知道按鍵是否輸入并檢查按下了哪個(gè)按鍵，將按鍵的數(shù)字存入累

加器A，然后通過(guò)跳轉(zhuǎn)指令進(jìn)入實(shí)現(xiàn)按鍵功能的程序，之后執(zhí)行主程序。

圖3-6鍵盤(pán)掃描電路

為了減少I/O端口的占用，大量的鍵被安排在一個(gè)矩陣中。在矩陣鍵盤(pán)中，

每條水平線和垂直線在交叉處不是直接相連的，而是通過(guò)一個(gè)鍵相連的。通過(guò)

這種方式,一個(gè)港口(如P1端口)可以形成1×8鍵,比直接端口線用于鍵盤(pán)的兩

倍多,行數(shù),差異越明顯,例如,添加另一個(gè)線可以形成一個(gè)20名關(guān)鍵的鍵盤(pán),和

直接使用端口線只是一鍵(9鍵)。因此，在需要多個(gè)鍵的情況下，采用矩陣法制

作鍵盤(pán)是合理的。

3.2.6功放電路

一般的音箱電路包括：喇叭、功放電路、音量控制電路、輸入信號(hào)連接器、

輸出信號(hào)連接器、AC-DC降壓整流濾波電路、電源開(kāi)關(guān)以及電源開(kāi)啟發(fā)光只是電

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路以及相應(yīng)元器件組成。（分析電路見(jiàn)圖8）

當(dāng)喇叭接收到由音源設(shè)備輸出的電信號(hào)時(shí)，電流會(huì)通過(guò)喇叭上的線圈（音

圈），并產(chǎn)生磁場(chǎng)反應(yīng)。而通過(guò)線圈的電流是交變電流，它的正負(fù)極是不斷變

化的；正極和負(fù)極相遇會(huì)相互吸引，線圈受到喇叭上磁鐵的吸引向后（箱體內(nèi)）

運(yùn)動(dòng)；正極和正極相遇則相互排斥，線圈向外（箱體外）運(yùn)動(dòng)。這一收一擴(kuò)的

節(jié)奏會(huì)產(chǎn)生聲波和氣流，并發(fā)出聲音，它和我們講話的喉嚨振動(dòng)是同樣的效果。

圖3-7功放電路原理分析圖.

3.2.7復(fù)位電路

系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號(hào)，當(dāng)系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，復(fù)位信號(hào)被取消。為了可

靠性，復(fù)位信號(hào)應(yīng)在電源穩(wěn)定后經(jīng)過(guò)一定的延遲后取消，以免因電源開(kāi)關(guān)抖動(dòng)

或電源插頭的拆合過(guò)程而影響復(fù)位。如圖1所示的RC復(fù)位電路可以實(shí)現(xiàn)上述基

本功能，其輸入輸出特性如圖9所示。但無(wú)法解決功率毛刺(點(diǎn)A)、功率下降緩

慢(電池電壓不足)等問(wèn)題。另外，通過(guò)調(diào)整RC常數(shù)來(lái)改變延遲會(huì)使其行駛性能

變差。左側(cè)電路為高電平有效復(fù)位，右側(cè)電路為低電平Sm，手動(dòng)復(fù)位開(kāi)關(guān)Ch可

避免高頻諧波對(duì)電路的干擾。

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圖3-8復(fù)位電路圖

使用比較電路，不但可以解決電源毛刺造成系統(tǒng)不穩(wěn)定，而且電源緩慢下

降也能可靠復(fù)位。圖9是一個(gè)實(shí)例當(dāng)VCCx(R1/(R1+R2))=0.7V時(shí)，Q1截止

使系統(tǒng)復(fù)位。Q1的放大作用也能改善電路的負(fù)載特性，但跳變門(mén)檻電壓Vt受

VCC影響是該電路的突出缺點(diǎn)，使用穩(wěn)壓二極管可使Vt基本不受VCC影響。見(jiàn)

圖,當(dāng)VCC低于Vt(Vz+0.7V)時(shí)電路令系統(tǒng)復(fù)位。

3.3焊接

（1）焊前準(zhǔn)備：

焊接前檢查電烙鐵是否處于允許工作溫度。選擇合適的烙鐵頭與焊點(diǎn)的接

觸位置，只有這樣才能得到良好的焊點(diǎn)。

（2）正確的焊接操作的5個(gè)步驟

1、準(zhǔn)備施焊：左手拿焊絲，右手拿烙鐵。烙鐵頭應(yīng)保持清潔，無(wú)焊渣等氧

化物，表面應(yīng)涂一層焊料。

2、加熱焊件：將烙鐵的尖端壓在兩個(gè)焊縫的接頭上，整個(gè)焊接部分加熱1-2

秒左右。在印制板上焊接元件時(shí)，要注意烙鐵頭接觸元件的焊盤(pán)和引線。

3、送入焊絲：當(dāng)焊件的焊接表面加熱到一定溫度時(shí)，焊錫絲從烙鐵的對(duì)面

接觸焊件。注意:不要將焊錫絲送到烙鐵頭上。

4、移開(kāi)焊絲：當(dāng)焊絲充分熔化后，向左移去45度。

5、移開(kāi)烙鐵：待焊料母豬進(jìn)入焊盤(pán)和焊接部位后，向右上方45度方向取

下烙鐵，即可完成焊接。

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（3）注意事項(xiàng)

A.首先檢測(cè)各元件

B.提前對(duì)PCB板進(jìn)行排版及布線，為電路拓展留出足夠空間

C.完成A、B兩步后再進(jìn)行焊接

3.3.1對(duì)PCB板進(jìn)行排版及連線

在本實(shí)驗(yàn)中使用的面包板的內(nèi)部鏈接，如果破壞了背面的絕緣膠布，可以

剝下膠布看內(nèi)部配線的結(jié)構(gòu)，有不知道內(nèi)部配線的錯(cuò)誤電路的情況。當(dāng)然，最

好的方法是使用測(cè)試電路來(lái)回插孔，驗(yàn)證其內(nèi)部構(gòu)造。

1）首先了解面包板在連線和焊接的注意事項(xiàng)。

2）了解實(shí)驗(yàn)原件及器材后，按照原理圖在面包板上連接電路；

3）焊接要注意，電子電路在焊接時(shí)，應(yīng)遵循的規(guī)則。

3.3.2焊接的技巧和注意事項(xiàng)

(1)烙鐵在焊接前應(yīng)插上電源，加熱烙鐵。

(2)焊接時(shí)，焊錫與線路板、電烙鐵與線路板的角度最好成45度，所以焊

錫與電烙鐵的角度最好成90度。

(3)焊接時(shí)，焊錫與烙鐵接觸的時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，以免焊錫太多或造成漏錫;

也不要太短，以免造成虛焊。

(4)構(gòu)件支腿應(yīng)盡量伸直，且不要伸得太長(zhǎng)，以1mm為好，多余的可以剪掉。

(5)焊完時(shí)，焊錫最好呈圓滑的圓錐狀，而且還要有金屬光澤。

元件必須清潔和鍍錫，電子元件在保存中，由于空氣氧化的作用，元件引

腳上附有一層氧化膜，同時(shí)還有其它污垢，焊接前可用小刀刮掉氧化膜，并且

立即涂上一層焊錫（俗稱搪錫），然后再進(jìn)行焊接。經(jīng)過(guò)上述處理后元件容易

焊牢，不容易出現(xiàn)虛焊現(xiàn)象。焊接的溫度和焊接的時(shí)間焊接時(shí)應(yīng)使電烙鐵的溫

度高于焊錫的溫度，但也不能太高，以烙鐵頭接觸松香剛剛冒煙為好。焊接時(shí)

間太短，焊點(diǎn)的溫度過(guò)低，焊點(diǎn)融化不充分，焊點(diǎn)粗糙容易造成虛焊，反之焊

接時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，焊錫容易流淌，并且容易使元件過(guò)熱損壞元件。焊接點(diǎn)的上錫數(shù)

量焊接點(diǎn)上的焊錫數(shù)量不能太少，太少了焊接不牢，機(jī)械強(qiáng)度也太差。而過(guò)多

則容易造成大量的外部與內(nèi)部的脫節(jié)。焊料應(yīng)浸泡在焊點(diǎn)上的所有元件引腳上，

且外形不可區(qū)分。初學(xué)者在焊接時(shí)注意烙鐵的位置和焊點(diǎn)，一般電烙鐵在焊接

的地方來(lái)回移動(dòng)或強(qiáng)行擠壓，這種方法是錯(cuò)誤的。正確的方法是用電烙鐵的錫

襯表面接觸焊點(diǎn)，這樣傳熱面積大，焊接速度快。

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湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

3.4調(diào)試

將電路板焊接好后，在檢查電路板是否能正常工作時(shí)，通常不是直接給電

路板上電，而是按照以下步驟確保每個(gè)步驟都沒(méi)有問(wèn)題，然后再上電。

3.4.1系統(tǒng)的調(diào)試

嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，基于計(jì)算機(jī)技術(shù)，可以對(duì)軟件和硬件進(jìn)行定

制，適用于應(yīng)用系統(tǒng)，對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的特殊

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。一般情況下,嵌入式微型處理器,周邊硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)

及嵌入式操作系統(tǒng)上運(yùn)行的特定的功能,實(shí)行各種各樣的應(yīng)用軟件的4個(gè)部分

組成。嵌入式系統(tǒng)通常包括對(duì)硬件的直接控制，并且限于特定功能。

嵌入式系統(tǒng)自底向上包括四個(gè)主要部分：硬件環(huán)境、硬件抽象層、嵌入式

操作系統(tǒng)和嵌入式應(yīng)用程序。硬件抽象層將上層軟件從下層硬件中分離出來(lái)。

系統(tǒng)的底層驅(qū)動(dòng)與硬件無(wú)關(guān)，上層軟件開(kāi)發(fā)人員不需要關(guān)心底層硬件的具體情

況，可以根據(jù)硬件抽象層提供的接口進(jìn)行開(kāi)發(fā)。當(dāng)使用硬件抽象層API設(shè)計(jì)操

作系統(tǒng)或應(yīng)用程序時(shí)。只要硬件抽象層api可以在底層硬件平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)，操作

系統(tǒng)和應(yīng)用程序代碼就可以移植。

3.4.2具體調(diào)試

(1)具備通關(guān)裝置和搶答控制，主持人操作后有人對(duì)主持人說(shuō)

“開(kāi)始”前搶答是違反規(guī)則的。

(2)具有計(jì)時(shí)功能，在60秒內(nèi)沒(méi)有回答即表示所有隊(duì)員在此情況下棄權(quán)。

(3)60秒時(shí)仍無(wú)人搶答其報(bào)警電路工作表示搶答時(shí)間耗盡并禁止搶答。

(4)要顯示響應(yīng)時(shí)間，按下按鈕減少1秒，按下“-1s”按鈕，時(shí)間LED會(huì)

顯示變化時(shí)間，調(diào)節(jié)范圍為0s~60s。

(5)當(dāng)主機(jī)按下“開(kāi)始”鍵時(shí)，會(huì)有提示音，并立即進(jìn)入倒計(jì)時(shí)(預(yù)設(shè)60秒

時(shí)間)。如果有選手回答問(wèn)題，將會(huì)有提示音，并顯示號(hào)碼。只有第一個(gè)回答問(wèn)

題的選手才是有效的。

(6)如果在倒計(jì)時(shí)過(guò)程中，主機(jī)想要停止倒計(jì)時(shí)可以隨時(shí)按下“停止”鍵，

系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)，等待主機(jī)按下“開(kāi)始”鍵進(jìn)入下一次。

我遇到的問(wèn)題：有時(shí)候在自己創(chuàng)建的元器件的管腳上無(wú)法實(shí)現(xiàn)連線該怎么辦？

分析回答：應(yīng)該是管腳的間距太小了。因?yàn)樵贗SIS中，每個(gè)元器件的管腳

都要占據(jù)一塊區(qū)域，該區(qū)域會(huì)排斥外部的走線。解決這個(gè)問(wèn)題的方法是按住

11

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“CTRL”鍵，行走線，直到線繞過(guò)狹窄的保護(hù)區(qū)。當(dāng)然，最基本的方法是編輯

元件，引腳間距比較大。

主機(jī)密鑰控制主開(kāi)關(guān),按下開(kāi)關(guān)然后開(kāi)始,數(shù)碼管為0到60,和球員們必須

在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答,如果我們沒(méi)有60秒搶答搶答,如果玩家有一個(gè)規(guī)定

的時(shí)間內(nèi)搶答成功,其余選手不能再爭(zhēng)先回答，即選手爭(zhēng)先回答成功。

5系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件任務(wù)分析與硬件電路設(shè)計(jì)相結(jié)合，硬件完成功能，軟件完成任務(wù)。硬

件電路設(shè)計(jì)基本定稿后，就基本確定了。

5.1軟件設(shè)計(jì)環(huán)境

設(shè)計(jì)軟件在KeiluVision4環(huán)境下進(jìn)行設(shè)計(jì)。KeiluVision4軟件提供了豐

富的庫(kù)功能和強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，完整的Windows界面。另一個(gè)重要的

一點(diǎn)是，您只需要查看編譯后的匯編代碼就可以看到Keil的優(yōu)勢(shì)。Keil

uVision4界面如圖5-1所示。

圖5-1KeiluVision4界面

μVision和Ishell分別是針對(duì)Windows和Dos的C51集成開(kāi)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(kāi)發(fā)過(guò)程。開(kāi)發(fā)人員可以使用IDE

本身或其他編輯器編輯C或匯編源文件。然后分別用C51和C51編譯器編譯目

標(biāo)文件(.obj)。對(duì)象文件可以由LIB51生成，也可以由L51連接庫(kù)文件生成絕

對(duì)對(duì)象文件(.abs)。Abs文件由OH51轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)十六進(jìn)制文件，用于源級(jí)調(diào)試，

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調(diào)試器dScope51或tScope51。模擬器也可以直接使用它們來(lái)調(diào)試目標(biāo)板，或者

直接將它們寫(xiě)入程序內(nèi)存(如EPROM)。

KeiluVision提供用于創(chuàng)建應(yīng)用程序的構(gòu)建模式和用于調(diào)試應(yīng)用程序的調(diào)

試模式你可以使用集成。的KeiluVision模擬器或直接在硬件上調(diào)試應(yīng)用程序，如Keil

ULINKUSB-JTAG系列適配器。開(kāi)發(fā)人員還可以使用其他AGDI適配器或外部第三

方工具來(lái)分析應(yīng)用程序。我們可以很容易地區(qū)分菜單欄、工具欄、項(xiàng)目管理

區(qū)、程序代碼區(qū)和信息輸出窗口。

圖5-2燒錄程序界面

在菜單Edit-->Configuration-->Colors&Fonts里邊，可以進(jìn)行字體類型、

顏色、大小的設(shè)置。本設(shè)計(jì)采用的C語(yǔ)言編程，所以我們?cè)赪indow欄中選擇

8051:EditorCFiles，OUTPUT選擇勾選輸出HEX文件，這個(gè)文件將在接下來(lái)的

調(diào)試過(guò)程與最終系統(tǒng)運(yùn)行用到。（燒錄界面見(jiàn)圖5-2）

5.2程序流程圖

在本設(shè)計(jì)中包括了以下八個(gè)主要的程序：主程序；非法搶答序；搶答時(shí)間

調(diào)整程序；倒計(jì)時(shí)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。

主流程圖如圖5-3，5-4，5-5所示：

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圖5-3定時(shí)器程序流程圖

圖5-4總程序流程圖

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圖5-5外部中斷的程序流程圖

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6產(chǎn)品使用說(shuō)明

外觀介紹：搶答器包含單片機(jī)最小系統(tǒng)，共設(shè)有8個(gè)選手按鍵，1個(gè)主持人

按鍵（包含確定/加/減）以及1個(gè)復(fù)位按鈕，蜂鳴器和數(shù)碼顯示器及其配套驅(qū)

動(dòng)電路。

在比賽開(kāi)始前主持人可以先對(duì)搶到的時(shí)間進(jìn)行設(shè)置，通過(guò)主持人+-鍵調(diào)節(jié)

時(shí)間長(zhǎng)短，按主持人鍵確定。比賽開(kāi)始蜂鳴器會(huì)鳴叫一聲提示比賽開(kāi)始，數(shù)碼

顯示管開(kāi)始倒計(jì)時(shí)，正式進(jìn)入搶答環(huán)節(jié)。在比賽進(jìn)入倒計(jì)時(shí)最后5s時(shí)如果還未

有人搶答，蜂鳴器會(huì)發(fā)出鳴叫提示搶答即將結(jié)束。如果有人在搶答未開(kāi)始就進(jìn)

行了搶答數(shù)碼管上會(huì)顯示犯規(guī)的選手編號(hào)。除此之外，還額外設(shè)計(jì)了臨時(shí)出現(xiàn)

突發(fā)狀況時(shí)的解決方案需要暫停計(jì)時(shí)，主持人只需要按下“主持人”鍵即可實(shí)

現(xiàn)即時(shí)暫停，當(dāng)再次按下時(shí)搶答恢復(fù)。

正常搶答開(kāi)始，選手通過(guò)按下對(duì)應(yīng)編號(hào)的按鈕進(jìn)行搶答，數(shù)碼顯示管會(huì)顯

示最快按下按鈕選手的編號(hào)，表示搶答成功。

7設(shè)計(jì)小結(jié)

經(jīng)過(guò)近兩個(gè)星期的努力,在老師和同學(xué)的討論和幫助下,我成功地完成了八

路搶答器的設(shè)計(jì)，通過(guò)此次課程設(shè)計(jì)，我重新認(rèn)識(shí)到了對(duì)書(shū)本上的知識(shí)。在搶

答器設(shè)計(jì)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)了很多細(xì)節(jié)性的問(wèn)題，也出現(xiàn)了很多錯(cuò)誤，經(jīng)過(guò)和同學(xué)

們研究、以及和指導(dǎo)老師的商討最后都得到了圓滿的解決，測(cè)試各個(gè)功能搶答、

暫停、報(bào)警等功能正常，和預(yù)期中的結(jié)果一致。感覺(jué)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力是非常有必

要的！通過(guò)此次的搶答器的設(shè)計(jì)，讓我重新拾起了以前所學(xué)習(xí)的電路基礎(chǔ)知識(shí)

和C語(yǔ)言程序編程，也使我加深了對(duì)單片機(jī)及接口技術(shù)的理解和應(yīng)用，但由于

知識(shí)儲(chǔ)備的局限，設(shè)計(jì)產(chǎn)品中可能會(huì)存在著一些不足，我真誠(chéng)的接受老師和同

學(xué)的批評(píng)和指正。

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)：

(1)電路采用模塊化設(shè)計(jì)方案，硬件電路比較簡(jiǎn)單，制作方便。

(2)模塊化硬件，調(diào)試方便，能夠?qū)蝹€(gè)模塊進(jìn)行測(cè)試，互相獨(dú)立。

(3)C語(yǔ)言編程，可讀性強(qiáng)，可移植性好。

(4)得益于單片機(jī)微處理器，系統(tǒng)穩(wěn)定，高效節(jié)能。

本課題綜合了《數(shù)字電子技術(shù)》、《C語(yǔ)言編程設(shè)計(jì)》、《單片機(jī)原理及應(yīng)

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用》等課程相關(guān)知識(shí)，完成了基于單片機(jī)一個(gè)搶答器設(shè)計(jì)，具有完善的報(bào)警系

統(tǒng)，以及多參數(shù)檢測(cè)。具體體現(xiàn)在：搶答器實(shí)現(xiàn)功能多樣，可以滿足不同的使

用場(chǎng)景，本設(shè)計(jì)是在經(jīng)過(guò)本人深入分析比較后得出本系統(tǒng)應(yīng)用的設(shè)計(jì)方案；本

設(shè)計(jì)涉及多方面的技術(shù)，綜合應(yīng)用了單片機(jī)、數(shù)字電子技術(shù)、C語(yǔ)言程序等相關(guān)

技術(shù)；本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要將單片機(jī)最小系統(tǒng)和按鈕，蜂鳴器、數(shù)碼顯示管、等

進(jìn)行綜合利用，具有較高綜合性；系統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在成本與可靠性之間的沖突，

該課題結(jié)合工程實(shí)際，設(shè)計(jì)了基于AT89C51單片機(jī)的搶答器。

我首先要感謝我的畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師。老師對(duì)我的設(shè)計(jì)方向做出了指導(dǎo)性

的意見(jiàn)和推薦，在論文撰寫(xiě)過(guò)程中及時(shí)對(duì)我遇到的困難和疑惑給予悉心指點(diǎn)，

提出了許多有益的改善性意見(jiàn)，投入了超多的心血和精力。蔣望金老師對(duì)我的

幫忙和關(guān)懷表示誠(chéng)摯的謝意!

同時(shí)，還要感謝本校移動(dòng)互聯(lián)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)的授課老師們和所有同學(xué)們，

大家在畢業(yè)設(shè)計(jì)中互相學(xué)習(xí)，互相幫忙，共同度過(guò)了一段完美難忘的時(shí)光。

此外，還要感謝朋友以及同學(xué)們?cè)谡撐木帉?xiě)中帶給的大力支持和幫忙，給

我?guī)?lái)極大的啟發(fā)。也要感謝參考文獻(xiàn)中的作者們，透過(guò)他們的研究文章，使

我對(duì)研究課題有了很好的出發(fā)點(diǎn)。

最后，謝謝論文評(píng)閱老師們的辛苦工作。衷心感謝我的家人、朋友，以及

同學(xué)們，正是在他們的鼓勵(lì)和支持下我才得以順利完成此次畢業(yè)設(shè)計(jì)。

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湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

附錄1電路原理圖

19移動(dòng)互聯(lián)一班唐濤

附錄2PCB設(shè)計(jì)圖

19互聯(lián)

1班唐濤

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附錄3作品實(shí)物照

19互聯(lián)1班唐濤

19

19互聯(lián)1班唐濤

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附錄4程序代碼

1.#include<reg52.h>//調(diào)用單片機(jī)頭文件

2.#defineucharunsignedchar//無(wú)符號(hào)字符型宏定義變量范圍

0~255

3.#defineuintunsignedint//無(wú)符號(hào)整型宏定義變量范圍

0~65535

4.

5.//數(shù)碼管段選定義

012345678

9

6.ucharcodesmg_du[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x

90,

7.//ABCDEF不顯示

8.0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e,0xff};//斷碼

9.

10.sbitsmg_w1=P3^3;//數(shù)碼管位選定義8

11.sbitsmg_w2=P3^4;

12.sbitsmg_w3=P3^5;

13.sbitsmg_w4=P3^6;

14.sbitbeep=P3^7;//蜂鳴器IO口定義

15.

16.

17.ucharflag_start;//開(kāi)始搶答標(biāo)志位

18.ucharflag_stop;//搶答違規(guī)標(biāo)志位

19.

20.uchardis_smg[4]={0xc0,0xbf,0xa4,0xb0};//數(shù)碼管顯示緩沖區(qū)

21.ucharsmg_i=4;//顯示數(shù)碼管的個(gè)位數(shù)

22.uchars,s_time=30;//時(shí)間

23.ucharflag_num;//號(hào)碼

24.ucharmenu_1;//菜單設(shè)置變量

25.bitflag_200ms=1;//200ms的標(biāo)志位

26.ucharflag_get;//搶答

27.uchari;

28.

29.

30./***************************數(shù)碼管位選函數(shù)

****************************/

31.voidsmg_we_switch(uchari)

32.{

20

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

33.switch(i)

34.{

35.case0:smg_w1=0;smg_w2=1;smg_w3=1;smg_w4

=1;break;

36.case1:smg_w1=1;smg_w2=0;smg_w3=1;smg_w4

=1;break;

37.case2:smg_w1=1;smg_w2=1;smg_w3=0;smg_w4

=1;break;

38.case3:smg_w1=1;smg_w2=1;smg_w3=1;smg_w4

=0;break;

39.}

40.}

41.

42.

43./********************************************************************

44.*名稱:delay_1ms()

45.*功能:延時(shí)1ms函數(shù)

46.*輸入:q

47.*輸出:無(wú)

48.**********************************************************************

*/

49.voiddelay_1ms(uintq)//延時(shí)1ms函數(shù)

50.{

51.uinti,j;

52.for(i=0;i<q;i++)

53.for(j=0;j<120;j++);

54.}

55.

56.

57./********************獨(dú)立按鍵程序*****************/

58.ucharkey_can;//按鍵值

59.voidkey()//獨(dú)立按鍵程序

60.{

61.staticucharkey_new;

62.key_can=20;

63.P2|=0xff;

64.if((P2&0xff)!=0xff)//按鍵按下

65.{

66.delay_1ms(1);//按鍵消抖動(dòng)

67.if(((P2&0xff)!=0xff)&&(key_new==1))

68.{//確認(rèn)是按鍵按下

21

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

69.key_new=0;

70.switch(P2&0xff)

71.{

72.case0xfe:key_can=1;break;//得到按鍵值

73.case0xfd:key_can=2;break;//得到按鍵值

74.case0xfb:key_can=3;break;//得到按鍵值

75.case0xf7:key_can=4;break;//得到按鍵值

76.case0xef:key_can=5;break;//得到按鍵值

77.case0xdf:key_can=6;break;//得到按鍵值

78.case0xbf:key_can=7;break;//得到按鍵值

79.case0x7f:key_can=8;break;//得到按鍵值

80.}

81.//dis_smg[0]=smg_du[key_can];//顯示按鍵值

82.}

83.}

84.else

85.key_new=1;

86.}

87.

88.

89./********************獨(dú)立按鍵程序*****************/

90.ucharkey_scan;//按鍵值

91.voidkey_1()//主持人獨(dú)立按鍵程序

92.{

93.staticucharkey_new;

94.key_scan=20;

95.P3|=0x03;

96.if((P3&0x03)!=0x03)//按鍵按下

97.{

98.delay_1ms(1);//按鍵消抖動(dòng)

99.if(((P3&0x03)!=0x03)&&(key_new==1))

100.{//確認(rèn)是按鍵按下

101.key_new=0;

102.switch(P3&0x03)

103.{

104.case0x01:key_scan=9;break;//得到按鍵值

105.case0x02:key_scan=10;break;//得到按鍵值

106.}

107.//dis_smg[0]=smg_du[key_scan];//顯示按鍵值

108.}

109.}

22

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

110.else

111.key_new=1;

112.}

113.

114./******************按鍵處理函數(shù)*****************/

115.voidkey_with()//按鍵處理函數(shù)

116.{

117.if(key_scan==10)//設(shè)置按鍵

118.{

119.menu_1++;

120.if(menu_1==1)

121.{

122.dis_smg[0]=smg_du[s_time%10];//顯示設(shè)置值

123.dis_smg[1]=smg_du[s_time/10%10];//顯示設(shè)置值

124.dis_smg[2]=0xbf;

125.dis_smg[3]=smg_du[10];//顯示A

126.}

127.if(menu_1>1)

128.menu_1=0;

129.}

130.if(key_scan==9)//開(kāi)始搶答鍵

131.{

132.flag_start=1;

133.for(i=0;i<2;i++)

134.{

135.beep=~beep;

136.delay_1ms(20);

137.}

138.}

139.if(key_can<9)

140.if(menu_1==0)

141.{

142.if(flag_get==0)//沒(méi)有搶答

143.{

144.if(key_can==1)

145.flag_num=1;//1號(hào)選手

146.if(key_can==2)

147.flag_num=2;//2號(hào)選手

148.if(key_can==3)

149.flag_num=3;//3號(hào)選手

150.if(key_can==4)

23

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

151.flag_num=4;//4號(hào)選手

152.if(key_can==5)

153.flag_num=5;//5號(hào)選手

154.if(key_can==6)

155.flag_num=6;//6號(hào)選手

156.if(key_can==7)

157.flag_num=7;//7號(hào)選手

158.if(key_can==8)

159.flag_num=8;//8號(hào)選手

160.}

161.if(flag_start==1)//開(kāi)始搶答

162.{

163.flag_stop=0;

164.flag_get=1;//已經(jīng)搶答

165.}

166.else

167.{

168.flag_stop=1;//違規(guī)了

169.}

170.}

171.if(menu_1==1)

172.{

173.if(key_can==8)//加鍵

174.{

175.s_time++;//設(shè)置倒計(jì)時(shí)加1

176.if(s_time>=99)

177.s_time=99;

178.dis_smg[0]=smg_du[s_time%10];//顯示設(shè)置值

179.dis_smg[1]=smg_du[s_time/10%10];//顯示設(shè)置值

180.}

181.if(key_can==7)

182.{

183.if(s_time>3)

184.s_time--;//設(shè)置倒計(jì)時(shí)減1

185.dis_smg[0]=smg_du[s_time%10];//顯示設(shè)置值

186.dis_smg[1]=smg_du[s_time/10%10];//顯示設(shè)置值

187.}

188.}

189.}

190.

191./******************倒計(jì)時(shí)處理*****************/

24

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

192.voiddjs_dis()//倒計(jì)時(shí)處理

193.{

194.staticucharvalue;

195.if((flag_start==1)&&(flag_stop==0))

196.{

197.value++;

198.if(value>=5)//1s

199.{

2