1、第 25 頁 銅陵學(xué)院課程設(shè)計(jì)學(xué)號： 2013 - 2014學(xué)年 第2學(xué)期 單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)課 程 設(shè) 計(jì) 報 告 題 目： 八 位 競 賽 搶 答 器 專 業(yè)： 班 級： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 成 績： 電氣工程學(xué)院2014年 月 日 課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書學(xué)生班級： 學(xué)生姓名： 學(xué)號： 設(shè)計(jì)名稱： 八位競賽搶答器 起止日期： 指導(dǎo)教師： 設(shè)計(jì)要求：以單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)一個8位競賽搶答器：同時供8名選手或8個代表隊(duì)比賽，分別用8個按鈕S0S7表示。 1.設(shè)置一個系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān)S，開關(guān)由主持人控制。 2.搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按按鈕，鎖存相應(yīng)的編號，并在優(yōu)先搶答選手的編號一

2、直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。 3.搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間由主持人設(shè)定（如30秒）。當(dāng)主持人啟動“開始”鍵后，定時器進(jìn)行減計(jì)時，同時揚(yáng)聲器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)的時間為0.5s左右。 4.參賽選手在設(shè)定的時間內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答的時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。 5.如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報警并禁止搶答，定時顯示器上顯示00。八位競賽搶答器摘要本設(shè)計(jì)是以八路搶答為基本理念?？紤]到需設(shè)定限時回答的功能，利用AT89C51單片機(jī)及外圍接口實(shí)現(xiàn)的搶答系統(tǒng)，利用單片機(jī)的定時器/計(jì)數(shù)器定時和記數(shù)的原理，將軟、硬

3、件有機(jī)地結(jié)合起來，使得系統(tǒng)能夠正確地進(jìn)行計(jì)時，同時使數(shù)碼管能夠正確地顯示時間。用開關(guān)做鍵盤輸出，揚(yáng)聲器發(fā)生提示。先進(jìn)行系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，該電路由顯示電路，搶答電路，晶振電路等部分組成，然后進(jìn)行系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，進(jìn)行軟件的仿真，這次課程設(shè)計(jì)不僅能鍛煉我們的動手能力，而且能夠培養(yǎng)我們對問題的思考能力以及對知識的進(jìn)一步了解。關(guān)鍵詞：AT89C51；搶答器；計(jì)時；報警 目 錄第1章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)51.1 八位競賽搶答器的工作原理51.2 八位競賽搶答器的總體框圖 5第2章 系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)62.1 工作原理62.2 晶振電路62.3 搶答電路72.4 顯示電路82.5 控制電路的設(shè)計(jì)9第3章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)10第

4、4章 系統(tǒng)軟件仿真134.1 KeiluVision2軟件134.2 Proteus軟件仿真144.3 仿真結(jié)果分析15總 結(jié)16參 考 文 獻(xiàn)17附 錄18 第1章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)1.1 八位競賽搶答器的工作原理搶答器的工作原理是采用單片機(jī)最小系統(tǒng)，用程序查詢方式使動態(tài)顯示倒計(jì)時時間并且同時使LED燈亮。主持人按下開始搶答鍵才可以搶答。主持人沒有按下開始搶答按（P3.0），有人搶答則搶答違規(guī)，報警并該組LED燈亮，主持人按下開始搶答開關(guān)重新?lián)尨?。主持人按下開始搶答按紐（P3.0），揚(yáng)聲器響聲提示，數(shù)碼管30秒倒計(jì)時搶答，揚(yáng)聲器響聲提示并該組LED燈亮，30秒內(nèi)有人搶答則開始60秒倒計(jì)時（60秒

5、內(nèi)必須回答完問題），最后五秒倒計(jì)時警報。從而完成一次搶答或者一次知識競賽的任務(wù)。1.2 競賽搶答器總體框圖AT89C51晶振電路搶答電路復(fù)位電路顯示電路圖1 總體設(shè)計(jì)框圖第2章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1 工作原理通過鍵盤改變搶答的時間，原理與鬧鐘時間的設(shè)定相同，將定時時間的變量置為全局變量后，通過鍵盤掃描程序使每按下一次按鍵，時間加1（超過30時置0）。同時單片機(jī)不斷進(jìn)行按鍵掃描，當(dāng)參賽選手的按鍵按下時，用于產(chǎn)生時鐘信號的定時計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，同時將選手編號（按鍵號）和搶答時間分別顯示在LED上。2.2 晶振電路 該晶振電路使用的是內(nèi)部時鐘電路，晶振的頻率為12MHZ，提供89C51的時鐘脈沖使89C

6、51工作。復(fù)位電路使用的是按鍵與上電復(fù)位，復(fù)位電路是單片機(jī)初始化，使單片機(jī)重新開始執(zhí)行程序。當(dāng)復(fù)位開關(guān)按下RST由低電平變?yōu)楦唠娖?，則程序從頭開始執(zhí)行，在此次課程設(shè)計(jì)電路中當(dāng)一個問題結(jié)束主持人后按下復(fù)位開關(guān)后進(jìn)行下一題的準(zhǔn)備。晶振電路電路圖如下頁圖2所示： 圖2 晶振電路電路圖2.3 搶答電路AT89C51的P1口做一個為選手搶答的輸入按鍵引腳，P1.0至P1.7輪流輸出低電位，給每一個選手編號1至8，當(dāng)選手按下按鈕時，P1口個端口的電平變化從P1口輸入，經(jīng)單片機(jī)處理后從P0輸出由LED燈顯示出來此組。搶答電路電路圖如圖3： 圖3 搶答電路電路圖2.4 顯示電路此電路包括顯示和驅(qū)動，顯示采用數(shù)

7、碼管和LED燈，驅(qū)動用P2和P0口，違規(guī)者編號和正常搶答者編號將通過與P0口相連的LED燈顯示出來，搶答30秒倒計(jì)時和回答問題時間60秒倒計(jì)時由P3口上的數(shù)碼管采用動態(tài)顯示。為了保證LED燈和數(shù)碼管有合適的壓降在連接電路為它們相應(yīng)地串連上了電阻。顯示電路電路圖如圖4：圖4 顯示電路電路圖2.5 控制電路的設(shè)計(jì)當(dāng)賽事進(jìn)行時，提示開始作答和復(fù)位時還需要主持人對搶答器進(jìn)行控制，其提示是通過揚(yáng)聲器發(fā)出聲音來實(shí)現(xiàn)的。這就需要我們進(jìn)行控制電路的設(shè)計(jì)。其電路圖如圖5：圖5 控制電路第3章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)智力競賽搶答器要求有計(jì)時記憶功能,一次時間設(shè)置完,復(fù)位后不需重新進(jìn)行時間設(shè)定，通過鍵盤掃描輸出按鍵信息，當(dāng)在

8、掃描到有人按下了答題鍵，馬上關(guān)調(diào)用顯示程序、封鎖鍵盤。再通過單片機(jī)將它轉(zhuǎn)換成能在七段數(shù)碼管上顯示字型碼。非 法 搶 答 模 塊正 確 搶 答 模 塊 調(diào) 整 搶 答 時 間 調(diào) 整 回 答 時 間 數(shù)據(jù)顯示模塊系 統(tǒng) 初 始 化 模 塊按 鍵 模 塊圖6 軟件設(shè)計(jì)當(dāng)搶答完畢時,會在數(shù)碼管上顯示搶答者數(shù)字號碼提示以表示搶答成功.在顯示時使用的是七段數(shù)碼管顯示，在本設(shè)計(jì)中根據(jù)實(shí)際情況采用的是動態(tài)顯示方法.并通過查表法將其在數(shù)碼管上顯示出來,其中P1口為字型碼輸入端,P2口低6位為字選段輸入端.通過查表將字型碼送給7段數(shù)碼管顯示的數(shù)字。軟件去抖動,如果"開始鍵"按下就向下執(zhí)行,否

9、者跳到開始。采用倒計(jì)時程序，使其具有倒計(jì)時功能?；卮鸬褂?jì)時30秒。搶答時間5秒。采用發(fā)聲警報（由于沒有驅(qū)動器，因此就用綠燈換了），起到報警作用。其程序的流程圖如下頁圖7初始化顯示FFF開始鍵按下？加一鍵按下？減一鍵按下？去抖動回答時間非法搶答處理調(diào)整搶答時間顯示犯規(guī)正常顯示搶答號并倒計(jì)時Y YY圖7 程序流程1、如果想調(diào)節(jié)搶答時間或答題時間,按"搶答時間調(diào)節(jié)"鍵或"答題時間調(diào)節(jié)"鍵進(jìn)入調(diào)節(jié)狀態(tài),此時會顯示現(xiàn)在設(shè)定的搶答時間或回答時間值,如想加一秒按一下"加1s"鍵,如果想減一秒按一下"-1s"鍵，時間LED上會顯示

10、改變后的時間，調(diào)整范圍為0s99s,0s時再減1s會跳到99，99s時再加1s會變到0s。2、主持人按搶答“開始"鍵，會有提示音，并立刻進(jìn)入搶答倒計(jì)時（預(yù)設(shè)30s搶答時間），如有選手搶答，會有提示音，并會顯示其號數(shù)并立刻進(jìn)入回答倒計(jì)時（預(yù)設(shè)60s搶答時間），不進(jìn)行搶答查詢，所以只有第一個按搶答的選手有效。倒數(shù)時間到小于5s會每秒響一下提示音。3、如倒計(jì)時期間，主持人想停止倒計(jì)時可以隨時按"停止"按鍵，系統(tǒng)會自動進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)，等待主持人按"搶答開始"進(jìn)入下次搶答計(jì)時。4、如果主持人未按搶答“開始”鍵，而有人按了搶答按鍵，犯規(guī)搶答，LED上不斷閃爍

11、FFF和犯規(guī)號數(shù)并響個不停，直到按下"停止"鍵為止。第4章 系統(tǒng)軟件仿真4.1 KeiluVision2軟件本課題用到了偉福軟件，集成調(diào)試環(huán)境，集成了編輯器、編譯器、調(diào)試器，支持軟件模擬，支持項(xiàng)目管理功能強(qiáng)大的觀察窗口,支持所有的數(shù)據(jù)類型。樹狀結(jié)構(gòu)顯示，一目了然，支持ASM（匯編）、C語言,多語言多模塊源程序混合調(diào)試，在線直接修改、編譯、調(diào)試源程序，錯誤指令定位。功能很強(qiáng)大。用于對程序的調(diào)試、編譯和生成HEX文件。其界面如圖4.1：圖8 KeiluVision2軟件界面4.2 Proteus軟件仿真 系統(tǒng)仿真還用到了Proteus軟件，可通過仿真可以完全顯示出所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功

12、能,對于程序的調(diào)試等有很大的幫助。系統(tǒng)仿真時首先要在使用偉福編譯器，把所寫的程序進(jìn)行編譯，同時在仿真器里設(shè)置生成hex文件，編譯無錯誤時進(jìn)行Proteus仿真，加載目標(biāo)代碼文件打開元器件單片機(jī)屬性窗口，在“ProgramFile”欄中添加上面編譯好的目標(biāo)代碼文件“hh.hex”；在“ClockFrequency”欄中輸入晶振頻率為12MHz。仿真：單擊按鈕，啟動仿真，結(jié)果如下頁圖所示： 圖9 仿真結(jié)果圖4.3 仿真結(jié)果分析通過電路的仿真，可以看出基于AT89C51單片機(jī)控制的搶答器在PROTEUS軟件上很好的實(shí)現(xiàn)搶答報警、搶答成功顯示、搶答倒計(jì)時等一系列功能。當(dāng)仿真運(yùn)行開始時，各個模塊處于初始

13、階段。此時無狀態(tài)顯示，但此時搶答鍵和蜂鳴器都處于開啟狀態(tài)，若此時有選手按下?lián)尨疰I，則蜂鳴器會發(fā)出報警聲音，并且在數(shù)碼管上顯示規(guī)范的選手編號。主持人重新按下開始鍵，此時表示搶答正式開始，并且數(shù)碼管顯示倒計(jì)時，同時蜂鳴器發(fā)出聲音提醒選手搶答正式開始了。選手搶答成功，同時也進(jìn)入倒計(jì)時答題時間。從仿真的測試結(jié)果來看，此設(shè)計(jì)還是能比較好的實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)?？?結(jié) 通過這一周的課程設(shè)計(jì)，我學(xué)到了不少的知識。把以前沒有學(xué)好的模擬電路的知識進(jìn)行了補(bǔ)充和加強(qiáng)。這使我受益很大。加深了我對于單片機(jī)和數(shù)字電路的認(rèn)識，相信在以后的學(xué)習(xí)和工作中碰到這些基礎(chǔ)的元器件我會更加得心應(yīng)手。通過查閱大量的資料，我獲得了以前在課堂上學(xué)不

14、到的東西，我想這對于以后的畢業(yè)設(shè)計(jì)，或者工作也好，都是很有幫助的。我很認(rèn)真地對待這個過程中的每一個細(xì)節(jié)，希望自己能做得更好。希望今后還有這樣的機(jī)會，能夠讓我學(xué)到更多的知識。在此次的數(shù)字鐘設(shè)計(jì)過程中,更進(jìn)一步地熟悉了芯片的結(jié)構(gòu)及掌握了各芯片的工作原理和其具體的使用方法。在設(shè)計(jì)電路中,往往是先仿真后連接實(shí)物圖,但有時候仿真和電路連接并不是完全一致的,因此在實(shí)際的電路連接中往往容易遺漏。在設(shè)計(jì)電路的連接圖中出錯的主要原因都是接線和芯片的接觸不良以及接線的錯誤所引起的，在以后的設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行了修改、改正。參 考 文 獻(xiàn)1張偉，單片機(jī)原理及應(yīng)用，機(jī)械工業(yè)出版社，20052張鑫，單片機(jī)原理及應(yīng)用，電子工業(yè)

15、出版社，20053曹國清，數(shù)學(xué)電路與邏輯設(shè)計(jì)中國礦業(yè)大學(xué)出版社，20044任致程，經(jīng)典集成電路400例機(jī)械工業(yè)出版社，20025薛棟梁，單片機(jī)原理及應(yīng)用，中國水利水電出版社，20016吳金戎,沈慶陽等，8051單片機(jī)實(shí)踐與應(yīng)用，清華大學(xué)出版社，2001附 錄（1）總電路圖圖10 總電路圖（2）程序代碼1主程序OKEQU20HRINGEQU22HORG0000HAJMPMAINORG0003HAJMPINT0SUBORG000BHAJMPT0INTORG0013HAJMPINT1SUBORG001BHAJMPT1INTORG0040HMAIN:MOVR1,#30MOVR2,#60MOVTMOD,

16、#11HMOVTH0,#0F0HMOVTL0,#0FFHMOVTH1,#3CHMOVTL1,#0B0HSETBEASETBET0SETBET1SETBEX0SETBEX1CLROKCLRRINGSETBTR1SETBTR02查詢程序START:MOVR5,#0BHMOVR4,#0BHMOVR3,#0BHACALLDISPLAYJBP3.0,NEXTACALLDELAYJBP3.0,NEXTACALLBARKMOVA,R1MOVR6,ASETBOKMOVR7,#01HMOVR3,#0AHAJMPCOUNTNEXT:JNBP1.0,FALSE1JNBP1.1,FALSE2JNBP1.2,FALSE

17、3JNBP1.3,FALSE4JNBP1.4,FALSE5JNBP1.5,FALSE6JNBP1.6,FALSE7JNBP1.7,FALSE8AJMPSTART3非法搶答處理程序FALSE1:MOVR3,#01HAJMPERRORFALSE2:MOVR3,#02HAJMPERRORFALSE3:MOVR3,#03HAJMPERRORFALSE4:MOVR3,#04HAJMPERRORFALSE5:MOVR3,#05HAJMPERRORFALSE6:MOVR3,#06HAJMPERRORFALSE7:MOVR3,#07HAJMPERRORFALSE8:MOVR3,#08H4搶答、回答時間調(diào)整程序

18、=INT0(搶答時間R1調(diào)整程序)=INT0SUB:MOVA,R1MOVB,#0AHDIVABMOVR5,AMOVR4,BMOVR3,#0AHACALLDISPLAYJNBP3.4,INC0JNBP3.5,DEC0JNBP3.1,BACK0AJMPINT0SUBINC0:MOVA,R1CJNEA,#63H,ADD0MOVR1,#00HACALLDELAY1AJMPINT0SUBADD0:INCR1ACALLDELAY1AJMPINT0SUBDEC0:MOVA,R1JZSETR1DECR1ACALLDELAY1AJMPINT0SUBSETR1:MOVR1,#63HACALLDELAY1AJMPI

19、NT0SUBBACK0:RETI;=INT1(回答時間R2調(diào)整程序)=INT1SUB:MOVA,R2MOVB,#0AHDIVABMOVR5,AMOVR4,BMOVR3,#0AHACALLDISPLAYJNBP3.4,INC1JNBP3.5,DEC1JNBP3.1,BACK1AJMPINT1SUBINC1:MOVA,R2CJNEA,#63H,ADD1MOVR2,#00HACALLDELAY1AJMPINT1SUBADD1:INCR2ACALLDELAY1AJMPINT1SUBDEC1:MOVA,R2JZSETR2DECR2ACALLDELAY1AJMPINT1SUBSETR2:MOVR2,#63

20、HACALLDELAY1AJMPINT1SUBBACK1:RETI5倒計(jì)時程序REPEAT:MOVA,R2MOVR6,ACLRRINGCOUNT:MOVR0,#00HMOVTH1,#3CHMOVTL1,#0B0HRECOUNT:MOVA,R6MOVB,#0AHDIVABMOV30H,AMOV31H,BMOVR5,30HMOVR4,31HMOVA,R6SUBBA,#07HJNCLARGERMOVA,R0CJNEA,#0AH,FULLCLRRINGAJMPCHECKFULL:CJNEA,#14H,CHECKSETBRINGMOVA,R6JZQUITMOVR0,#00HDECR6AJMPCHECKL

21、ARGER:MOVA,R0CJNEA,#14H,CHECKDECR6MOVR0,#00HCHECK:JNBP3.1,QUITJNBOK,CHECKKAJMPNEXTTCHECKK:JNBP3.0,REPEATNEXTT:ACALLDISPLAYJBOK,ACCOUTAJMPRECOUNTACCOUT:MOVA,36HJNBACC.0,TRUE1JNBACC.1,TRUE2JNBACC.2,TRUE3JNBACC.3,TRUE4JNBACC.4,TRUE5JNBACC.5,TRUE6JNBACC.6,TZ1JNBACC.7,TZ2AJMPRECOUNTTZ1:JMPTRUE7TZ2:JMPTRU

22、E8QUIT:CLROKCLRRINGAJMPSTART6正常搶答處理程序TRUE1:ACALLBARKMOVA,R2MOVR6,AMOVR3,#01HCLROKAJMPCOUNTTRUE2:ACALLBARKMOVA,R2MOVR6,AMOVR3,#02HCLROKAJMPCOUNTTRUE3:ACALLBARKMOVA,R2MOVR6,AMOVR3,#03HCLROKAJMPCOUNTTRUE4:ACALLBARKMOVA,R2MOVR6,AMOVR3,#04HCLROKAJMPCOUNTTRUE5:ACALLBARKMOVA,R2MOVR6,AMOVR3,#05HCLROKAJMPCOUNTTRUE6:ACALLBARKMOVA,R2MOVR6,AMOVR3,#06HCLROKAJMPCOUNTTRUE7:ACALLBARKMOVA,R2MOVR6,AMOVR3,#07HCLROKAJMPCOUNTTRUE8:ACALLBARKMOVA,R2MOVR6,AMOVR3,#08HCLROKAJMPCOUNT7犯規(guī)搶答程序ERROR:MOVR0,#00HMOVTH1,#3