搶答器 單片機課程設計

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1、 課 程 設 計 說 明 書 課程名稱： 《單片機技術》 設計題目： 搶答器 院 系： 電子信息與電氣工程學院 學生姓名： 學 號： 專業(yè)班級： 電子信息工程2011級 指導教師： 2012年 5月 18 日 2 課 程 設 計 任 務 書 設計題目 搶答器設計 學

2、生姓名 所在院系 電子信息與電氣工程學院 專業(yè)、年級、班 電子信息工程11級 設計要求：設計一個可用于表決選擇的選擇器。 1、 具有電源開關及指示燈，具有復位按鍵； 2、 用一位數碼管顯示搶答選手，用八個LED燈作為選手搶答指示燈; 3、 利用查詢方式擴展8個外部中斷源，由74LS09組成優(yōu)先權選擇電路，作為8個選手按鍵； 4、 P3.3接開關K10，做主持人按鍵。在任何一位選手在主持人沒有按下按鍵的情況下搶答，沒有任何反應； 5、 若有人搶答成功，蜂鳴器響一聲； 6、 如果多為選手同時按下按鍵，則按位置優(yōu)先原則，即7號位置優(yōu)先級最高，0號位置優(yōu)先級最低。 學生應完

3、成的工作： 1.硬件電路設計以及程序的編寫； 2.軟硬件結合仿真； 3.實物制作并調試； 4.課程設計說明書的書寫； 5.我主要負責硬件的設計。 參考文獻閱讀： [1] 張偉. 單片機原理及應用[M].北京：機械工業(yè)出版社.2005. [2] 薛棟梁. 單片機原理及應用[M].北京：中國水利水電出版社.2001. [3] 高吉祥. 電子技術基礎實驗與課程設計[M].北京：電子工業(yè)出版社.2002. [4] 劉振鵬. 單片微機控制應用技術實操指導書[M].北京：機械工業(yè)出版社.2007. [5] 王春明. 微機原理及應用[M].北京：高等教育出版社.2004. 工作計劃

4、： 5.4課程設計任務書下達 5.5結合指導老師，完成硬件電路的設計 5.6程序編寫 5.7進行軟硬件聯機調試 5.8-5.9課程設計說明書的書寫 5.10領元器件 5.11焊接電路板 5.12-5.13程序的燒寫和電路板調試 5.14交課程設計說明書和焊接電路板 任務下達日期：2012 年5月 7 日 任務完成日期：2012 年5月 18 日 指導教師（簽名）： 學生（簽名）： 搶答器 摘 要：在知識競賽中，特別是做搶答題時，在搶答過程中，為了更確切的知道哪一組或哪一位選手先搶答到

5、題，必須要有一個系統來完成這個任務。若在搶答中，只靠人的視覺是很難判斷出哪一組先搶答到題的。利用單片機編程來設搶答器，可以使以上問題得以解決。本設計是利用AT89S52單片機及外圍接口實現的搶答系統，將軟、硬件有機地結合起來。硬件由電源模塊把交流變成+5v的直流，通過復位模塊實現搶答器的重置，晶振模塊提供時鐘信號，揚聲器模塊進行聲音的放大，led燈和數碼管確定哪位先選手搶到，用了匯編語言編寫了程序，protues軟件進行仿真，Q編譯器進行了程序的調制與編譯。具備可靠性好，易擴充，電路簡單、成本較低、操作方便等優(yōu)點。 關鍵詞：搶答器；報警；單片機；74LS09或門

6、 目 錄 1. 設計背景 1 2.設計方案 2 2.1 硬件設計方案 2 2.2軟件設計方案 2 3. 方案實施 3 3.1硬件方案實施 3 3.2軟件方案實施 7 4. 結果與結論 9 4.1 總體過程分析 9 4.2 總體結論 9 5. 收獲與致謝 10 6. 參考文獻 11 7. 附件 12 7.1元器件清單 12 7.2 硬件原理圖 13 7.3 仿真圖 14 7.4 實物圖 14 7.5系統程序清單 1

7、5 1. 設計背景 在知識競賽中，特別是做搶答題時，在搶答過程中，為了更確切的知道哪一組或哪一位選手先搶答到題，必須要有一個系統來完成這個任務。若在搶答中，只靠人的視覺是很難判斷出哪一組先搶答到題的。利用單片機編程來設搶答器，可以使以上問題得以解決，即使兩組的搶答時間相差幾微秒，也能輕松的分辨出哪一組先搶答到題的。它的功能實現是有主持人按鍵來控制總開關，選手們若有一個在規(guī)定的時間內搶答成功則其余的選手不可以再搶答，在數碼管顯示哪位選手搶答。本文主要介紹了搶答器的工作原理及設計，以及它的實際用途。 本系統采用單片機作為整個控制核心?？刂葡到y的三個模塊為：復位模

8、塊、顯示模塊、電源模塊、搶答開關模塊、時鐘模塊。該系統通過開關電路按鍵輸入搶答信號，利用一個數碼管來完成顯示功能；用按鍵來讓選手進行搶答，在數碼管上顯示哪一位選手先答題的，從而實現整個搶答過程。隨著我國經濟和文化事業(yè)的發(fā)展，在很多公開競爭場合要求有公正的競爭裁決，諸如證券、股票交易及各種智力競賽等。其主要應用于各種知識競賽、文藝活動等 2.設計方案 2.1 硬件設計方案 方案一：比賽活動中，為了更準確、公正、直觀地判斷出第一個搶答者，通常設置一個搶答器，通過數字顯示，燈光及音響等多種手段顯示第一搶答者，傳統的數電控制電路可靠性雖好，

9、但不能顯示臺幾號給主持人帶來一定的麻煩，而模擬電子控制電路可靠性較差。線路復雜，可靠性不高，功能也比較簡單，特別是當搶答路數很多時，實現起來就更為困難。 方案二：核芯是一片AT89S52利用單片機可以用很少元件實現相同功能，而且單片機性能操作性強。可以只用P0口連接上拉電阻，完成驅動LED的功能，串接按鍵可以由選手自己控制搶答機會。 比較兩者，模擬電子控制電路復雜，可靠性不高。而利用單片機可靠性好，易擴充，電路簡單，成本較低，操作方便。 通過以上分析，采用方案二。 2.2軟件設計方案 方案一：采用靜態(tài)顯示，是指當數碼管顯示某一字符時，七段數碼管的對應段的發(fā)光二極管被選中，在這種顯示方

10、式下，每段LED都對應一個單片機口線。 方案二：采用動態(tài)顯示，對于多位數碼管顯示時，每一位數碼管輪流顯示，當顯示間隔時間較短時人眼就分辨不出是動態(tài)顯示，而是每一位都是一直都在顯示。 比較兩者，靜態(tài)顯示主要的優(yōu)點是顯示穩(wěn)定，在需要更新顯示內容時，CPU才去執(zhí)行顯示更新子程序，這樣既節(jié)約了CPU的時間，又提高了CPU的工作效率。其不足之處是在需要用于顯示的數碼管較多時占用硬件資源較多，每個LED數碼管需要獨占8條輸出線。隨著顯示器位數的增加，需要的I/O口線也將增加。動態(tài)顯示器的優(yōu)點是節(jié)省硬件資源，成本較低，但是要保證顯示器正常顯示，CPU必需每隔一段時間執(zhí)行一次顯示子程序，占用CPU大量時間

11、，降低了CPU的工作效率，同時顯示亮度較靜態(tài)顯示器低。 通過以上分析，結合本課題只提供一位數碼管，所以采用方案一。 3. 方案實施 3.1硬件方案實施 （1）硬件電路框圖 本系統采用AT89S52單片機作為控制核心，數碼管、蜂鳴器等構成八路搶 答器，利用了單片機的按鍵復位電路、定時/中斷等電路，設計的搶答器具有實時顯示搶答選手的號碼的特點，還有復位電路，使其再開始新的一輪的答題和比賽，同時還利用匯編語言編程，使其實現一些基本的功能。系統框圖如下圖所示。 復位電路 時鐘電路 LED顯示電路 蜂鳴器電路 數碼管顯示電路 電源電路 AT89S52單片機

12、 圖3.1 系統硬件圖 （2）AT89S52電路 AT89S52為 ATMEL 所生產的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統可編程Flsah存儲器。 AT89S52主要功能列舉如下： 1、擁有靈巧的8位CPU和在系統可編程Flash 2、晶片內部具時鐘振蕩器（傳統最高工作頻率可至 12MHz） 3、內部程序存儲器（ROM）為 8KB 4、內部數據存儲器（RAM）為 256字節(jié) 5、32 個可編程I/O 口線 6、8 個中斷向量源 7、三個 16 位定時器/計數器 8、三級加密程序存儲器 9、全雙工UART串行通道 圖3.2單片機電路圖

13、（3）復位電路 由電容串聯電阻構成,由圖并結合“電容電壓不能突變”的性質，可以 知道,當系統一上電，RST腳將會出現高電平,并且,這個高電平持續(xù)的時間由 電路的RC值來決定.典型的52單片機當RST腳的高電平持續(xù)兩個機器周期以 上就將復位，所以，適當組合RC的取值就可以保證可靠的復位。 復位輸入高電平有效，當振蕩器工作時，RST引腳出現兩個機器周期以上 的高電平，使單片機復位。此電路除具有上電復位功能外，若要復位只需按 “RST”鍵，此電源Vcc經電阻分壓，在RST端產生一個復位高電平。 圖3.3復位電路圖 （4）時鐘震蕩電路 時鐘震蕩電路單片機必須在A

14、T89C51的驅動下才能工作，在單片機內部有 一個時鐘震蕩電路，只需要外接一個振蕩器就能產生一定的時鐘信號送到單片 機內部的各個單元，時鐘震蕩電路 圖3.4時鐘振蕩電路圖 （5) 數碼管顯示電路 LED顯示器，實現八段數碼管的顯示數字。從電路上，按數碼管的接法不同又分為共陰和共陽兩種。它們的發(fā)光原理是一樣的，只是它們的電源極性不同而已。 圖3.5共陰極、共陽極數碼管圖 （6)電源電路 電源電路由橋堆2w10和7805構成。電源電路主要用用于為整個系統提供電源。我們日常用電都是220V的交流電，所以在設計電源

15、時要先把交流電整成直流，然后再經過穩(wěn)壓管輸出整個系統所需的穩(wěn)定的直流電壓。整流主要采用2W10橋堆和電容濾波以得到基本穩(wěn)定的輸出電壓。穩(wěn)壓部分是采用常用的穩(wěn)壓管W7805得到穩(wěn)定的輸出正5V電壓。如圖5所示： 圖3.6電源電路圖 （7）報警電路設計 報警電路用于報警，當遇到報警信號時，發(fā)出警報。一般喇叭是一種電感 性圖3.6報警電路圖。因此，最簡單的喇叭驅動方式就是利用晶體管，在下 圖中電阻R為限流電阻，在此利用晶體管的高電流增益，以達到電路快速飽和 的目的。不過，如果要由P2輸出到此電路，還需要連接一個10K的上拉電阻。 選手在設定的時間內搶答時，實現了優(yōu)先判斷、編號鎖

16、存、編號顯示、揚 聲器提示。當一輪搶答之后，定時器停止、禁止二次搶答。如果再次搶答必須 由主持人再次作"清除"和"開始"狀態(tài)開關。 圖3.7 蜂鳴器電路圖 3.2軟件方案實施 初始化 開始 是否有外部中斷？ 中斷初始化 外部中斷1子程序 外部中斷0子程序 結束 是否有外部中斷1？ 是否有外部中斷1？ 為了能夠達到搶答的公平、公正、合理，應該主持人發(fā)布搶答命令按下SRST2按鍵，程序開始打開定時中斷開始倒計時，然后調用鍵盤掃描子程序，編寫鍵盤掃描程序。當在掃描到有人按下了答題鍵，馬上關閉T0、調用顯示程序、封鎖鍵盤。

17、 圖3.8 主程序流程圖 按鍵掃描程序流程圖 開外部中斷1 有搶答？ P1.7低電平？ P1.6低電平？ 鍵盤消抖 數碼管顯示8、LED閃爍、蜂鳴器響一聲 P1.5低電平？ P1.4低電平？ P1.3低電平？ P1.2低電平？ P1.1低電平？ 有中斷1？ 返回 數碼管顯示7、LED閃爍、蜂鳴器響一聲 數碼管顯示6、LED閃爍、蜂鳴器響一聲 數碼管顯示5、LED閃爍、蜂鳴器響一聲 數碼管顯示4、LED閃爍、蜂鳴器響一

18、聲 數碼管顯示3、LED閃爍、蜂鳴器響一聲 數碼管顯示2、LED閃爍、蜂鳴器響一聲 數碼管顯示1、LED閃爍、蜂鳴器響一聲 中斷1處理程序 圖3.9外部中斷0處理程序圖 4. 結果與結論 4.1 總體過程分析 總結以下要點：在設計程序之前，設計者必學對所用單片機的內部結構有一個系統的了解，知道該單片 機內有哪些資源；要有一個清晰的思路和一個完整的的軟件流程圖；在設計程序時，不能妄想一次就將整個程序設計好，反復修改、不斷改進是程序設計的必經之路；要養(yǎng)成注釋程序的好習慣，一個程序的完美與否不僅僅是實現功能，而應該讓人一看就能明白你的思路，這樣也為資料的保存和交流

19、提供了方便；在設計課程過程中遇到問題是很正常的，但我們應該將每次遇到的問題記錄下來，并分析清楚，以免下次再碰到同樣的問題。 4.2 總體結論 通過此次的課程設計，讓我更進一步的鞏固了單片機的各種知識。此次的課程設計樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學習工作生活都有非常重要的影響，而且大大的提高了動手能力，使我充分的體會到了創(chuàng)造過程中的探索的艱難和成功的喜悅。雖然這次做出的作品還存在很多需要改進的地方，比如說蜂鳴器不響。但是在整個設計過程中所學習到的東西是這次實訓所得到的最大收獲跟財富，使我終身受益。，我真誠的接受老師和同學的批評和指正。本搶答器具有以下優(yōu)點：可靠性好，易擴充，電路簡

20、單、成本較低、操作方便。 5. 收獲與致謝 通過此次的課程設計，讓我更進一步的鞏固了單片機的各種知識。但在設計的過程中，遇到了很多的問題，有一些知識已經不太清楚了，但是通過一些資料又重新的翻閱并且認真的復習了相關教科書中的內容。此次的課程設計樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學習工作生活都有非常重要的影響，而且大大的提高了動手能力，使我充分的體會到了創(chuàng)造過程中的探索的艱難和成功的喜悅。雖然這次做出的作品還存在很多需要改進的地方，但是在整個設計過程中所學習到的東西是這次實訓所得到的最大收獲跟財富，使我終身受益。 這兩個周的單片機課程設計實習很快要結束了，在這個過程中我深刻的認識到

21、了自己的不足，也獲得了很多難得的經驗和知識。在本課程設計即將完成之際，我要對所有支持和幫助我的老師和同學表示衷心的感謝。雖然文章中有很多不足，但是在學習的過程中苦中帶甜，而且鞏固了很多軟件學習。這次學習給我留下了深刻的印象，使我受益匪淺。而且對于論文的總體構思也有了很多經驗，相信自己經過這一次的訓練與學習，對于今后會更加努力，做得最好。首先我要感謝我們的指導老師。宋老師雖身負教學、畢業(yè)設計重任，仍抽出時間，不時召集。她的平易近人和認真負責的態(tài)度讓我深受感動，她也給了我們精確地的指導，讓我學到了很多知識，其次要感謝我們的單片機課程老師丁老師，在相關知識的積累和應用上給了我們極大的幫助。其次我要感

22、謝我的室友，雖然經過無數次的爭論，但是最終還是得到了統一的結果。這些都是大家的功勞。謝謝老師，謝謝幫助我的人。 這篇論文更傾注了她的大量心血。從初稿到定稿，宋老師不厭其煩，一審再審，大到篇章布局的偏頗，小到語句格式的瑕疵，以指出。同時，我要感謝傳播與藝術學院所有給我上過課老師，是他們傳授給我方方面面的知識，拓了我的知識面，培養(yǎng)了我的功底，對論文的完成不無裨益。我還要感謝學院的各位工作人員。 他們細致的工作使我和同學們的學習和生活井然有序。 6. 參考文獻 [1] 張偉. 單片機原理及應用[M].北京：機械工業(yè)出版社.2005. [2] 薛棟梁. 單片機原理及應用[M].

23、北京：中國水利水電出版社.2001. [3] 高吉祥. 電子技術基礎實驗與課程設計[M].北京：電子工業(yè)出版社.2002. [4] 劉振鵬. 單片微機控制應用技術實操指導書[M].北京：機械工業(yè)出版社.2007. [5] 王春明. 微機原理及應用[M].北京：高等教育出版社.2004. 7. 附件 7.1元器件清單 器件名 型號與規(guī)格 數量 單片機 STC89S52 1 晶振 12MHz 1 瓷片電容 20pF和0.33uF，0.1uF 各2 電解電容 10uF和1000u

24、F,220uF 各1 二極管 1N4001 1 LED指示燈 9 數碼管 共陽極數碼管1位 1 三極管 9013 1 74LS09 2 電阻 4.7K 8 電阻 220 8 電阻 10K 2 電阻 1K 2 電阻 470 8 三端穩(wěn)壓器 7805 1 蜂鳴器 1 橋堆 2W10 1 插座 40腳IC插座 1 開關 撥動開關 1 開關 按鍵 10 萬用板 1 7.2 硬件原理圖

25、 圖7.1 硬件原理圖 7.3 仿真圖 圖7.2 硬件仿真圖 7.4 實物圖 圖7.3實物圖 7.5系統程序清單 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H LJMP IN0 ORG 0013H LJMP IN1 ORG 1000H MAIN:MOV SP,#60H LCALL ZDISP MOV A,#7FH MOV P1,A MOV A,#0FFH MOV P2,A CLR EX0 SETB EX1

26、 SETB IT1 SETB PT1 SETB EA SJMP $ ;*******主持人按鍵****** IN1:SETB EX0 SETB IT0 SETB EA SETB PT1 MOV A,#40H MOV P1,A SETB P1.7 LCALL DELAY1S CLR P1.7 RETI ;******搶答程序***** IN0:SETB EX1 SETB IT1 SETB PT1 SETB

27、EA CLR EX0 CLR IT0 MOV A,P0 LCALL DELAY CJNE A,P0,FINISH LCALL CLZ FINISH:RETI ;*******按鍵掃描程序****** CLZ:JB P0.7,K6 MOV A,#80H MOV P1,A MOV R4,#5 LP7:CLR P2.7 LCALL DELAY1S SETB P2.7 LCALL DELAY1S DJNZ R4,LP7 AJMP IN

28、TR K6:JB P0.6,K5 MOV A,#0F8H MOV P1,A MOV R4,#5 LP6:CLR P2.6 LCALL DELAY1S SETB P2.6 LCALL DELAY1S DJNZ R4,LP6 AJMP INTR K5:JB P0.5,K4 MOV A,#82H MOV P1,A MOV R4,#5 LP5:CLR P2.5 LCALL DELAY1S SETB P2.5 LCAL

29、L DELAY1S DJNZ R4,LP5 AJMP INTR K4:JB P0.4,K3 MOV A,#92H MOV P1,A MOV R4,#5 LP4:CLR P2.4 LCALL DELAY1S SETB P2.4 LCALL DELAY1S DJNZ R4,LP4 AJMP INTR K3:JB P0.3,K2 MOV A,#99H MOV P1,A MOV R4,#5 LP3:CLR P2.3 L

30、CALL DELAY1S SETB P2.3 LCALL DELAY1S DJNZ R4,LP3 AJMP INTR K2:JB P0.2,K1 MOV A,#0B0H MOV P1,A MOV R4,#5 LP2:CLR P2.2 LCALL DELAY1S SETB P2.2 LCALL DELAY1S DJNZ R4,LP2 AJMP INTR K1:JB P0.1,KEY MOV A,#0A4H MOV

31、P1,A MOV R4,#5 LP1:CLR P2.1 LCALL DELAY1S SETB P2.1 LCALL DELAY1S DJNZ R4,LP1 AJMP INTR KEY:MOV A,#0F9H MOV P1,A MOV R4,#5 LP0:CLR P2.0 LCALL DELAY1S SETB P2.0 LCALL DELAY1S DJNZ R4,LP0 INTR:RET ;******鍵盤消抖延時程

32、序***** DELAY: MOV R2,#40 LOP0: MOV R3,#125 LOP1: DJNZ R3,LOP1 DJNZ R2,LOP0 RET ;******0.5S延時******* DELAY1S:MOV R7,#20 LOOP3:MOV R6,#100 LOOP2:MOV R5,#250 LOOP1:DJNZ R5,LOOP1 DJNZ R6,LOOP2 DJNZ R7,LOOP3 RET ;********自檢******** ZDISP:

33、MOV A,#80H MOV P1,A MOV A,#00H MOV P2,A LCALL DELAY1S RET END 指導教師評語： 課程設計報告成績： ，占總成績比例： 30% 課程設計其它環(huán)節(jié)成績： 環(huán)節(jié)名稱： 考勤 ，成績： ，占總成績比例： 20% 環(huán)節(jié)名稱： 綜合 ，成績： ，占總成績比例： 50% 總 成 績： 指導教師簽字： 年 月 日 本次課程設計負責人意見： 負責人簽字： 年 月 日 20