1、抢答器 单片机课程设计说明书 抢答器 专业班级： 10自动化03班 学生姓名： 陈升奇 指导教师： 王欣 学号 ： 1002150303 一、 设计要求及任务目的1.1设计要求本系统采用AT89C51单片机作为中央处理器。其主要任务收集按键的信息，判断按键时否按下来执行相应彩灯的点亮方式1. 设计一款6路或以上的抢答器； 2.设计一个抢答控制开关（开始抢答后才允许答题者抢答），供主持人用； 3.设定抢答时间限制，超过时间后，该题作废； 4.*6路抢答器对应6个LED灯，显示当前对应的答题者； 5.*可以实现抢答犯规时，显示器显示犯规选手的编号；6.*实现其他除15中提到的功能（创新部分）。1.
2、2任务目的目的1：熟悉相关数字芯片的功能和使用方法；目的2：通过实验掌握显示的接口电路及程序设计，熟悉各种操作指令，子程序的调用以及中断知识和计数器的计数。 二、 设计内容及总体方案2.1 AT89c51单片机2.1.1芯片介绍AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C51是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造
3、技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 GND：接地 P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信
4、号。 RST：复位输入PSEN：外部程序存储器的选通信号 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入XTAL2：来自反向振荡器的输出。 2.1.4振荡器特性XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。2.1.2管脚说明图2.1.3AT89C51引脚 三、硬件电路设计单片机（SCM）是单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）的简称。它是把中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、I/O接口电路、定时/计数器以及输入输出适配器都集成在一块芯片上，构成一个完整的微型计算机。随着SCM在技术上、体系上不断扩展其控制功能，国际上已经采用MCU
5、（MicroControllerUnit）代替单片机的名词。它的最大优点是体积小，可放在仪表内部。但存储量小，输入输出适配器简单，功能较低。目前，单片机在民用和工业测控领域得到最广泛的应用，早已深深地融入人们的生活中。近年来，AT89C51在我国非常流行，它最大的特点是内部有可以多次重复编程的闪烁ROM,并且闪烁ROM可以直接用编程器来擦写（电擦写），使用起来比较方便。一个单片机应用系统的硬件电路设计包含有两部分内容：一是系统扩展，即单片机内部的功能单元，如ROMRAMI/O口定时/记数器中断系统等能量不能满足应用系统的要求时，必须在片外进行扩展，选择适当的芯片，设计相应的电路。二是系统配置，
6、既要按照系统功能要求配置外围设备，如键盘显示器打印机A/DD/A转换器等，又要设计合适的接口电路。3.1 总体设计如图3-1，P1.0为开始抢答，P1.7为停止，P1.1-P1.6为6路抢答输入，数码管段选P0口，位选P2口低3位，蜂鸣器输出为P3.6口。其中复位电路中电容C1取22F,是给RST脚持续2个机器周期的充电时间，电阻R1取1k，是控制时间大小；外部振荡电路中C2、C3是微调电容，取值30pF，一是帮助振荡器起振，二是对对振荡器的频率进行微调，X1为振荡器；S1-S6为选手抢答按键；K1为抢答开始按键；K2为结束按键；U1-U3为非门，对电平取反；R2-R8为上拉电阻，使P0口输出
7、高电平。 图3-1 抢答器硬件电路图3.2 单元设计 3.2.1 外部振荡电路图3-2 外部振荡电路一般选用石英晶体振荡器。此电路在加电大约延迟10ms后振荡器起振,在XTAL2引脚产生幅度为3V左右的正弦波时钟信号,其振荡频率主要由石英晶振的频率确定。电路中两个电容 C1,C2的作用有两个:一是帮助振荡器起振;二是对振荡器的频率进行微调。C1,C2的典型值为30PF。3.2.2 复位电路的设计单片机的第9脚RST为硬件复位端,只要将该端持续4个机器周期的高电平即可实现复位,复位后单片机的各状态都恢复到初始化状态，其电路图如图4所示:图3-3复位接口外接电路在方案中使用到了硬件复位和软件复位两
8、种功能,由上面的硬件复位可使寄存器及存储器的值都恢复到初始值,而前面的功能提到了倒计时间需要有记忆功能,该功能实现的前提条件就是不能对单片机进行硬件复位,所以设定了软复位功能。软复位实际上就是当程序执行完毕之后,将程序指针通过一条跳转指令让它跳转到程序执行的起始地址。3.2.3 显示电路的设计显示电路使用了七段数码管7SEG-MPX4-CC，它是共阴极的，由高电平点亮。图3-4 阴极七段数码管3.2.4 按钮输入电路的设计抢答器的输入按钮使用常开开关， 图3-5 抢答按键这些常开开关组成了抢答按键，硬件电路简单，在程序设计上也不复杂，只要在程序中消除在按键过程中产生的“毛刺” 现象就可以了。这
9、里采用最常用的方法即延时法，其的原理为：因为“毛刺”脉冲一般持续时间短，约为几ms，而按键的时间一般远远大于这个时间,所以当单片机检测到有按键动静后再延时一段时间(这里取10ms)后再判断此电平是否保持原状态,如果是则为有效按键，否则无效。3.2.5 发声这里能利用程序来控制单片机P3.6口线反复输出高电平或低电平，即在该口线上产生一定频率的矩形波，接上扬声器就能发出一定频率的声音，再利用延时程序控制“高”“低”电平的持续时间，就能改变输出频率，从而改变音调，使扬声器发出不同的声音。 四、软件设计4.1 程序系统结构图硬件电路确定后，软件的编程要与硬件相匹配，软硬件才能结合完成所要实现的功能。
10、由功能分析得到以下的软件结构图： 图4-1 软件系统结构图4.2 程序流程图整个程序主要由定时器T0、定时器T1和主程序构成。定时器T0用于使扬声器发声，当需要响铃时，把响铃标志位置一，每次中断都对P3.6取反，扬声器发声，改变定时器初值，可改变扬声器频率。定时器程流程图如图4-2所示： 图4-2 响铃程序流程图 图4-3 倒计时中断流程图定时器T1用于倒计时，每次中断为50ms，当计数标志为20时即为一秒，显示数字减一。其流程图如图4-3所示；主程序协调三个中断一起工作，实现抢答功能,其流程图如下：图4-5 主程序流程图 五.上机运行及调试结果调试：(1) 开机按电源开关，显示屏右边数码管亮
11、，数码管显示“FF F”。(2) 测试各组抢答按键试按一下各组的抢答按钮，应立即显示该组的组别数字，同时机内喇叭发出叮咚的提示音，按K2键，返回“FF F”状态。(3) 启动抢答倒计时，开始抢答“FF F”状态下，当主持人宣布抢答开始时，马上按一下K1键，屏幕显示所设定的抢答倒计时时间并开始倒计时，提示倒计时时间马上临近结束。倒计时到5以后，仪器发出叮咚的快要结束提示音，等到倒计时到0以后，显示屏返回“FF F”待命状态。在抢答倒计时中，如果有参赛组抢答，仪器屏幕立即显示该组的组别号和倒计时，同时发出叮咚的抢答成功提示音。需要返回“FF F”待命状态，按K2键即可。(4) 启动答题倒计时在有参
12、赛组抢答成功后,屏幕显示所设定的答题倒计时时间并开始倒计时，等倒计时到5以后，仪器一直发出叮咚的快要结束提示音。倒计时到0以后，显示屏返回“FF F”待命状态。(5) 提前取消倒计时无论是抢答还是答题的倒计时时间，需要提前退出，只要按一下K2键，即可返回到“FF F”待命状态。 (9) 违规抢答当主持人读题过程中，而未宣布抢答开始时按下抢答按钮。主显示屏将显示该违规组号，及发出提示音。通过调试，结果完全符合抢答器设计要求。 六. 总 结通过此次的课程设计，让我更进一步的巩固了单片机的各种知识。但在设计的过程中，遇到了很多的问题，有一些知识已经不太清楚了，但是通过一些资料又重新的翻阅并且认真的复
13、习了相关教科书中的内容。弄懂相关的知识后，我就着手程序的编写，通过对相关知识的复习的查询，终于将程序写出来啦，并且向其他同学问自己程序的错误及不合理处，终于完成啦程序的编写。然后又用keil仿真软件对程序进行调试，改正错误的地方终于完成啦该设计的软件部分。对于硬件部分，特别是Proteus仿真软件的使用，不知是由于电脑的问题还是怎么，这个软件的安装就花了我很长的时间，好不容易安装好了，又对软件的使用一点都不熟悉，要从头开始学起，对着老师发给我们的例图进行仿真画图，刚刚开始时候真的很难下手，因为是英文版的软件，很多东西都看不太明白，都是通过自己一个个上网查询，才把仿真图画了出来，然后把写好的程序
14、导入芯片，进行仿真，当看到程序正常运行的那一刻，心中真是有几分的喜悦。终于完成啦硬件部分的设计。虽然这次单片机抢答器设计很简单，但是由于是第一次搞这个所以还是花费了不小的精力，但是能成功也很欣慰啊。这次学习给我留下了深刻的印象，使我受益匪浅。而且对于论文的总体构思也有了很多经验，相信自己经过这一次的训练与学习，对于今后会更加努力，做得最好。对于这次课程设计，知识的收获固然很重要，但是精神上的收获更难得，因为他让我明白啦坚持不懈和学无止境。有困难不怕，只要坚持就能胜利。我相信这次课程设计一定会是我大学里的一次非常重要的回忆。 参考文献151单片机原理与实践/高卫东，辛友顺，韩彦征编著.北京航空航
15、天大学出版社2刘红玲、邵晓根，微机原理与接口技术，中国电力出版社，2006年第一版3冯博琴，微型计算机原理及接口技术，清华大学出版社4 任致程，经典集成电路400例机械工业出版社，20025 张毅刚，单片机原理及应用，高等教育出版社6沈美明，IBM-PC汇编语言程序设计，清华大学出版社附录：程序代码：P1.0为开始抢答，P1.7为停止，P1.1-P1.6为6路抢答输入，数码管段选P0口，位选P2的低三位口，蜂鸣器输出为P3.6口。OK EQU 20H;抢答开始标志位 RING EQU 22H;响铃标志位 ORG 0000H lJMP MAIN ORG 000BH AJMP T0INT ORG
16、001BH AJMP T1INT ORG 0040HMAIN: MOV R1,#0FH; 初设抢答时间为15s MOV R2,#0AH; 初设答题时间为10s MOV TMOD,#11H; 设置未定时器/模式1 MOV TH0,#0F0H MOV TL0,#0FFH; 越高发声频率越高,越尖 MOV TH1,#3CH MOV TL1,#0B0H; 50ms为一次溢出中断 SETB EA SETB ET0 SETB ET1; 允许2个中断,T0/T1 CLR OK SETB RING SETB TR1 SETB TR0; 允许计数运行控制位，一开始就运行定时器,以开始显示FFF.如果想重新计数,
17、重置TH1/TL1就可以了START: MOV R5,#0bH MOV R4,#0bH MOV R3,#0bH SETB OK; 抢答标志位,用于COUNT只程序中判断是否查询抢答 ACALL DISPLAY; 未开始抢答时候显示FFF JB P1.0,NEXT ACALL DELAY JB P1.0,NEXT;去抖动,如果开始键按下就向下执行,否者跳到非法抢答查询 ACALL BARK;按键发声 MOV A,R1 MOV R6,A; 送R1-R6,因为R1中保存了抢答时间 MOV R3,#0AH; 抢答只显示计时,灭号数 AJMP COUNT;进入倒计时程序,查询有效抢答的程序在COUNT里
18、面NEXT: JNB P1.1,FALSE1 JNB P1.2,FALSE2 JNB P1.3,FALSE3 JNB P1.4,FALSE4 JNB P1.5,FALSE5 JNB P1.6,FALSE6 AJMP STARTFALSE1: ACALL BARK; 按键发声 MOV R3,#01H AJMP ERRORFALSE2: ACALL BARK MOV R3,#02H AJMP ERRORFALSE3: ACALL BARK MOV R3,#03H AJMP ERRORFALSE4: ACALL BARK MOV R3,#04H AJMP ERRORFALSE5: ACALL BAR
19、K MOV R3,#05H AJMP ERRORFALSE6: ACALL BARK MOV R3,#06H AJMP ERRORCOUNT: MOV R0,#00H; 重置定时器中断次数 MOV TH1,#3CH MOV TL1,#0B0H;重置定时器RECOUNT: MOV A,R6; R6保存了倒计时的时间,之前先将抢答时间或回答时间给R6 MOV B,#0AH DIV AB; 除十分出个位/十位 MOV 30H,A; 十位存于(30H) MOV 31H,B; 个位存于(31H) MOV R5,30H; 取十位 MOV R4,31H; 取个位 MOV A,R6 SUBB A,#07H J
20、NC LARGER;大于5s跳到LARGER,小于等于5s会提醒 MOV A,R0 CJNE A,#0AH,FULL;1s中0.5s向下运行 SETB RING AJMP CHECKFULL: CJNE A,#14H,CHECK; 下面系1s的情况,响并显示号数并清R0,重新计时 CLR RING MOV A,R6 JZ QUIT; 计时完毕 MOV R0,#00H DEC R6; 一秒标志减1 AJMP CHECKLARGER: MOV A,R0 CJNE A,#14H,CHECK; 如果1s向下运行,否者跳到查停/显示 DEC R6; 计时一秒R6自动减1 MOV R0,#00HCHECK
21、: JNB P1.7,QUIT; 如按下停止键退出 ACALL DISPLAY JB OK,ACCOUT; 如果是抢答倒计时,如是则查询抢答,否者跳过查询继续倒数(这里起到锁抢答作用) AJMP RECOUNTACCOUT: JNB P1.1,TRUE1 JNB P1.2,TRUE2 JNB P1.3,TRUE3 JNB P1.4,TRUE4 JNB P1.5,TRUE5 JNB P1.6,TRUE6 AJMP RECOUNTQUIT: CLR OK; 如果按下了停止键执行的程序 SETB RING AJMP STARTTRUE1: ACALL BARK; 按键发声 MOV A,R2 MOV
22、R6,A; 抢答时间R2送R6 MOV R3,#01H CLR OK; 因为答题的计时不再查询抢答,所以就锁了抢答 AJMP COUNTTRUE2: ACALL BARK; MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#02H CLR OK AJMP COUNTTRUE3: ACALL BARK; MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#03H CLR OK AJMP COUNTTRUE4: ACALL BARK; MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#04H CLR OK AJMP COUNTTRUE5: ACALL BARK; MOV A,R2 MOV R6
23、,A MOV R3,#05H CLR OK AJMP COUNTTRUE6: ACALL BARK; MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#06H CLR OK AJMP COUNTERROR: MOV R0,#00H MOV TH1,#3CH MOV TL1,#0B0H MOV 34H,R3; 犯规号数暂存与(34H)HERE: MOV A,R0 CJNE A,#0AH,FLASH; 0.5s向下运行-灭并停响 SETB RING MOV R3,#0AH MOV R4,#0AH MOV R5,#0AH; 三灯全灭 AJMP CHECK1FLASH: CJNE A,#14H,CH
24、ECK1; 下面系1s的情况,响并显示号数并清R0,重新计 CLR RING MOV R0,#00H MOV R3,34H; 取回号数 MOV R5,#0BH MOV R4,#0BH; 显示FF和号数 AJMP CHECK1CHECK1: JNB P1.7,QUIT1 ACALL DISPLAY AJMP HEREQUIT1: SETB RING CLR OK AJMP START ;出口参数：无DISPLAY:MOV DPTR,#DAT1; 查表显示程序,利用P0口做段选码口输出/P2低三位做位选码输出 MOV A,R5 MOVC A,A+DPTR MOV P2,#0fbH MOV P0,A
25、 ACALL DELAY MOV DPTR,#DAT2 MOV A,R4 MOVC A,A+DPTR MOV P2,#0feH MOV P0,A ACALL DELAY MOV A,R3 MOVC A,A+DPTR MOV P2,#0fdH MOV P0,A ACALL DELAY RETDAT1: DB 00H,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,71H ;灭,1,2,3,4,5,6,7,8,9,灭,FDAT2: DB 3fh,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,71H ;第一个为零,其他与上相同,因为十
26、位如果为零显示熄灭DELAY1: MOV 35H,#08HLOOP0: ACALL DISPLAY DJNZ 35H,LOOP0 RETDELAY: MOV 32H,#12HLOOP: MOV 33H,#0AFHLOOP1: DJNZ 33H,LOOP1 DJNZ 32H,LOOP RETBARK: CLR RING ACALL DELAY1 SETB RING; 按键发声 RETT0INT: MOV TH0,#0ECH MOV TL0,#0FFH JB RING,OUT CPL P3.6 ; RING标志位为0时候P3.6口不短取反使喇叭发出一定频率的声音OUT: RETIT1INT: MOV TH1,#3CH MOV TL1,#0B0H INC R0 RETI END
