1、安徽工程大學(xué)機電學(xué)院課程設(shè)計說明書課程設(shè)計名稱： 單片機原理及應(yīng)用課程設(shè)計題目：基于單片機的四路搶答器的設(shè)計指 導(dǎo) 教 師： 王國義 專 業(yè) 班 級：電氣2124 班 學(xué) 生 姓 名： 武云 學(xué) 號：312107040432 起 止 日 期：2014/7/77/18總 評 成 績： 課程設(shè)計任務(wù)書設(shè)計目的：設(shè)計一個基于單片機的四路搶答器包含計時和鎖存功能設(shè)計要求：(1)搶答器同時供4名選手或4個代表隊比賽，分別用4個按鈕 表示。(2)設(shè)置一個系統(tǒng)清除S1和搶答控制開關(guān)S2，該開關(guān)由主持人控制。(3)搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應(yīng)的編號，并在1602液晶屏上顯示，同時蜂鳴器發(fā)

2、出報警聲響提示。選手搶答實行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。(4)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10秒）。當主持人啟動開始鍵后，定時器進行減計時。 (5)如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)禁止搶答，定時顯示器上顯示01s。指導(dǎo)教師（簽名）： 年 月 日 前 言電子技術(shù)和微型計算機的迅速發(fā)展，促進了微型計算機測量和控制技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，單片機的應(yīng)用已經(jīng)滲透到國民經(jīng)濟的各個部門和領(lǐng)域，它起到了越來越重要的作用。它已成為工業(yè)控制領(lǐng)域、智能儀器儀表、尖端武器、日常生活中最廣泛使用的計算機,搶答器就是常見的單片機。隨著我國經(jīng)濟和文

3、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,因此出現(xiàn)了搶答器。搶答器一般是由很多電路組成的，線路復(fù)雜，可靠性不高，功能也比較簡單，特別是當搶答路數(shù)很多時，實現(xiàn)起來就更為困難。因此我們設(shè)計了以單片機為核心的新型智能的搶答器，在保留了原始搶答器的基本功能的同時又增加一系列的實用功能。并簡化其電路結(jié)構(gòu)。控制系統(tǒng)的三個模塊為：顯示模塊、存儲模塊、搶答開關(guān)模塊。該系統(tǒng)通過開關(guān)電路四個按鍵輸入搶答信號，利用1602液晶屏來完成顯示功能，用按鍵來讓選手進行搶答，在液晶屏上顯示搶答最快的號碼及時間，從而實現(xiàn)整個搶答過程。本文主要介紹了單片機搶答器設(shè)計及工作原理，以

4、及它的實際用途。系統(tǒng)工作原理本系統(tǒng)采用AT89C51單片機作為核心。工作時，用按鍵通過開關(guān)電路輸入各路的搶答信號，經(jīng)單片機的處理， 輸出控制信號，單片機控制的智能搶答器設(shè)計。基于單片機的四路搶答器摘 要搶答器可以在競賽、文體娛樂活動（搶答活動）中，能準確、公正、直觀地判斷出搶答成功者。通過搶答者的指示燈、液晶屏顯示和聲音顯示等手段指示出第一搶答者。一般搶答器由單片機以及外圍電路組成，分為四路、八路等不同，四路和八路的差別是，搶答器背面的接口有幾組，和外形基本沒有關(guān)系。本設(shè)計是以四路搶答為基本理念。利用AT89C51單片機及外圍接口實現(xiàn)的搶答系統(tǒng)，利用單片機的定時器/計數(shù)器定時和記數(shù)的原理，將軟

5、、硬件有機地結(jié)合起來，使得系統(tǒng)能夠正確地進行計時，同時能夠正確地顯示時間。用開關(guān)做鍵盤輸出，揚聲器發(fā)生提示。同時系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)：在搶答中，只有開始后搶答才有效，如果在開始搶答前搶答無效；正確按鍵后有聲音提示；搶答時間倒記時顯示，滿時后系統(tǒng)計時自動停止及主控強制復(fù)位；按鍵鎖定，在有效狀態(tài)下，按鍵無效。關(guān)鍵字: 液晶屏， AT89C51 ,按鍵Four Way Responder Based on Single Chip MicrocomputerABSTRACTResponder can contest, sports and entertainment activities (Responder

6、 activities), and accurate, impartial and visually determine the answer winner. Answer by those lights, LCD display and sound display means indicates that the first answer those. General Responder by the microcontroller and peripheral circuits, divided into four differences, such as different eight,

7、 four, and eight is the answer in the back of the interface has several groups, and the shape does not matter. The design is based on four basic concepts answer. Use AT89C51 microcontroller and peripheral interface Responder system, using single-chip timer / counter timing and counting principle, th

8、e software and hardware organically combined, allows the system to be timed correctly, and be able to display the time correctly. Switch to do with the keyboard output, speaker occur tips. And the system can be achieved: In answer, the only answer is only valid after the start, if the answer before

9、the start, is invalid; the correct key voice prompts; Responder time countdown display, the timer stops automatically when the system is full and the master forced reset; keys locked in the active state, the key is invalid.Keywords: LCD display, AT89C51,Button目錄第1章 緒論71.1引言71.2方案設(shè)計8第2章 硬件電路的工作原理92.1

10、 51單片機的功能簡介92.2液晶屏顯示電路102.3時鐘頻率電路112.4 復(fù)位電路122.5 報警電路12第3章 軟件設(shè)計流程13第4章 系統(tǒng)調(diào)試和結(jié)果分析16小結(jié)18參考文獻19附錄1 元器件清單20附錄2 C語言程序21附錄3 仿真電路圖29第1章 緒論1.1引言隨著技術(shù)的進步，單片機與串口通信的結(jié)合更多地應(yīng)用到各個電子系統(tǒng)中已成一種趨勢。本設(shè)計就是基于單片機設(shè)計搶答系統(tǒng)，通過串口通信動態(tài)傳輸數(shù)據(jù)，使搶答系統(tǒng)有了更多更完善的功能。單片機系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)給予了搶答系統(tǒng)“身軀”，而單片機的應(yīng)用程序賦予了其新的“生命”，使其在傳統(tǒng)的搶答器面前具有電路簡單、成本低、運行可靠等特色。對于搶答器我們

11、大家都知道那是用于選手做搶答題時用的，選手進行搶答，搶到題的選手來回答問題。搶答器不僅考驗選手的反應(yīng)速度同時也要求選手具備足夠的知識面和一定的勇氣。選手們都站在同一個起跑線上，體現(xiàn)了公平公正的原則。搶答器作為一種電子產(chǎn)品，早已廣泛應(yīng)用于各種智力和知識競賽場合，但目前所使用的搶答器有的電路較復(fù)雜不便于制作，可靠性低，實現(xiàn)起來很困難；有的則用一些專用的集成塊，而專用集成塊的購買又很困難。為適應(yīng)高校等多代表隊單位活動的需要而設(shè)計一個多功能搶答器，這種搶答器具有電路簡單，元件普通，易于購買等優(yōu)點，很好地解決了制作者制作困難和難于購買的問題。1.2方案設(shè)計搶答器的工作原理是采用單片機最小系統(tǒng)，用查詢式鍵

12、盤進行搶答。通過搶答按鍵模塊，連接按鍵進行搶答。此電路完成的功能如圖1-1所示，當主持人宣布搶答開始的時候，按下開始按鈕，此時電路進入搶答狀態(tài)，選手的輸入采用了掃描式的輸入，之后把相應(yīng)的信息送往單片機，再由單片機輸出到顯示輸出電路中。此時有人第一按下相應(yīng)的搶答按鈕，經(jīng)過單片機的控制選擇，在液晶屏上顯示相應(yīng)的號碼，并鎖存，同時禁止其他按鈕的輸入。系統(tǒng)是采用模塊化設(shè)計的智能搶答器，主控與參賽者設(shè)為終端分系統(tǒng)。主控分系統(tǒng)有：開始與清零控制按鈕、復(fù)位按鈕、各種相關(guān)顯示調(diào)控功能等。參賽者分系統(tǒng)設(shè)有：搶答按鈕、計時顯示、提示功能等。時鐘電路圖1-1搶答器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖第2章 硬件電路的工作原理2.1 51單

13、片機的功能簡介AT89C51是89系列單片機的標準型，它是與MSC-51系列單片機兼容的。在內(nèi)部含有4KB或8KB可重復(fù)編程的Flash存儲器，可進行1000次擦寫操作。全靜態(tài)工作為0-24MHZ，有3級程序鎖存器，內(nèi)部含有128-256字節(jié)的RAM，有32條可編程I/O口線，2-3個16位定時/計數(shù)器，6-8個中斷源，通用的串行接口，低電壓空閑及電源下降方式。外部定時元件復(fù)位中斷電源系統(tǒng)時鐘ROMCPU定時/計數(shù)器串行I/O口并行I/O口RAM圖2-1 AT89C51單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖AT89C51單片機內(nèi)部由CPU、4KB的FPEROM ，128B的RAM，兩個16位的定時/計數(shù)器T0和T

14、1，4個8位的I/O端P0、P1、P2、P3等組成。單片微機內(nèi)部最核心的部分是CPU。CPU主要功能是產(chǎn)生各種控制信號，控制存儲器、輸入/輸出端口的數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)的算術(shù)運算、邏輯運算以及位操作處理等，CPU按其功能可分為運算器和控制器兩部分。2.2液晶屏顯示電路如圖2-2，使用液晶屏顯示搶答成功者號碼、時間。液晶顯示屏（LCD）具有輕薄短小、低耗電量、無輻射危險，平面直角顯示以及影像穩(wěn)定不閃爍等優(yōu)勢，可視面積大，畫面效果好，分辨率高，抗干擾能力強的特點。圖2-2 液晶屏顯示電路圖2.3時鐘頻率電路單片機必須在時鐘的驅(qū)動下才能工作。在單片機內(nèi)部有一個時鐘振蕩電路，只需要外接一個振蕩源就能產(chǎn)生一定

15、的時鐘信號送到單片機內(nèi)部的各個單元，決定單片機的工作速度。時鐘電路如圖2-3所示。圖2-3 時鐘電路圖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左右的正弦波時鐘信號，其振蕩頻率主要由石英晶振的頻率確定。電路中兩個電容 C1，C2的作用有兩個：一是幫助振蕩器起振；二是對振蕩器的頻率進行微調(diào)。單片機在工作時，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鐘信號的周期稱為時鐘周期。其大小是時鐘信號頻率的倒數(shù)，常用fosc表示。圖中時鐘頻率為12MHz，即fosc=12MHz，則時鐘周期為1/12s。2.4 復(fù)位電路單片機的第9腳RST為

16、硬件復(fù)位端，只要將該端持續(xù)4個機器周期的高電平即可實現(xiàn)復(fù)位，復(fù)位后單片機的各狀態(tài)都恢復(fù)到初始化狀態(tài)，其電路圖如圖2-4所示：圖2-4 復(fù)位電路圖圖2-4中由按鍵RESET1以及電解電容C3、電阻R2構(gòu)成按鍵及上電復(fù)位電路。由于單片機是高電平復(fù)位，所以當按鍵RESET1按下時候，單片機的9腳RESET管腳處于高電平，此時單片機處于復(fù)位狀態(tài)。當上電后，由于電容的緩慢充電，單片機的9腳電壓逐步由高向低轉(zhuǎn)化，經(jīng)過一段時間后，單片機的9腳處于穩(wěn)定的低電平狀態(tài)，此時單片機上電復(fù)位完畢，系統(tǒng)程序從0000H開始執(zhí)行。2.5 報警電路我們知道，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某個口線

17、的“高”電平或低電平，則在該口線上就能產(chǎn)生一定頻率的矩形波，接上喇叭就能發(fā)出一定頻率的聲音，若再利用延時程序控制“高”“低”電平的持續(xù)時間，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。本文設(shè)計如圖2-5所示，此處用到了單片機23腳的IO端口功能，單片機通過內(nèi)部定時器的操作實現(xiàn)交替變換的波形輸出驅(qū)動揚聲器發(fā)聲。圖2-5 報警電路圖第3章 軟件設(shè)計流程本次設(shè)計的搶答器的程序采用的是C程序設(shè)計，C語言的顯著特點是用二進制來編寫程序,程序的各個部分除了必要的信息交流外彼此之間相互獨立。這種結(jié)構(gòu)化方式可使程序?qū)哟吻逦? 便于使用、維護以及調(diào)試。C語言是以函數(shù)形式提供給用戶的,這些函數(shù)可方便的調(diào)

18、用,并具有多種循環(huán)、條件語句控制程序流向,從而使程序完全結(jié)構(gòu)化。雖然C語言也是強類型語言，但它的語法比較靈活，允許程序編寫者有較大的自由度。本次設(shè)計的主程序中包括時鐘設(shè)計程序，定時器中斷子程序，數(shù)碼管顯示程序以及按鍵控制子程序。搶答器主流程圖如圖3-1所示：圖3-1 搶答器主程序流程圖搶答器定時中斷流程圖如圖3-2：圖3-2 搶答器定時器中斷流程圖第4章 系統(tǒng)調(diào)試和結(jié)果分析統(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。我們設(shè)計好的硬件電路和軟件程序，只有經(jīng)過聯(lián)合調(diào)試，才能驗證其正確性；軟硬件的配人情況以及是否達到設(shè)計任務(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)成實用

19、產(chǎn)品。軟件調(diào)試一般包括分塊調(diào)試和聯(lián)機調(diào)試兩個階段。程序的分塊調(diào)試一般在單片機開發(fā)裝置上進行，可根據(jù)所調(diào)程序功能塊的入口參量初值編制一個特殊的程序段，并連同被調(diào)程序功能塊一起在開發(fā)裝置上運行；也可配合對應(yīng)硬件電路單獨運行某程序功能塊，然后檢查是否正確，如果執(zhí)行結(jié)果與預(yù)想的不一致，可以通過單步運行或設(shè)置斷點的方法，查出原因并加以改正，直到運行結(jié)果正確為止。這時該程序功能塊已調(diào)試完畢，可去掉附加程序段。其它程序功能塊可按此法進行調(diào)試。程序聯(lián)機調(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)成一個完整程序，在所研制的硬件電路上運行。從而試驗程序整體運行的完整性、正確性和與硬件電路的配合情況。在聯(lián)調(diào)中可能會

20、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，調(diào)試人員應(yīng)創(chuàng)造條件進行模擬調(diào)試。在聯(lián)調(diào)中如發(fā)現(xiàn)硬件問題也應(yīng)及時修正，直到單片機系統(tǒng)的軟件、硬件全部調(diào)試成功為止。系統(tǒng)調(diào)試完成后，還要進行一段時間的試運行，從而檢驗系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力，驗證系統(tǒng)功能是否達到設(shè)計要求，是否達到預(yù)期的效果。1）圖4-1為主持人按下清零鍵后的截圖，此時液晶屏兩項均顯示0.圖4-12）主持人按下啟動鍵后的截圖，液晶屏顯示從10秒開始倒計時。如圖4-2：圖4-23）選手按下時的截圖，顯示對應(yīng)的選手編號，例如2號選手，如圖4-3所示：圖4-3本設(shè)計具有清零裝置和搶答控制，可由主持人操縱。具有定時功能，在

21、10S內(nèi)無人搶答表示所有參賽選手對本題棄權(quán)。10S時仍無人搶答其報警電路工作表示搶答時間耗盡并禁止搶答。電路中的六個按鍵從上到下分別是清零鍵、開始鍵和四組選手的按鍵。仿真現(xiàn)象及調(diào)試結(jié)果如圖4-1、圖4-2、圖4-3所示。小結(jié)本文研究與設(shè)計的四路多功能搶答器采用了通用的電子元器件，利用AT89C51單片機及外圍接口實現(xiàn)搶答系統(tǒng)，利用單片機的定時器/計數(shù)器定時和記數(shù)的原理，將軟、硬件有機地結(jié)合起來。相較于傳統(tǒng)亮燈指示搶答選手的設(shè)計，本次設(shè)計中采用了液晶屏顯示搶答選手號碼的方式，顯示結(jié)果更加直觀。搶答電路中還加入了計時模塊與報警模塊，在主持人宣布搶答開始打開搶答計時開關(guān)的同時，液晶屏顯示剩余搶答時間

22、，若倒計時結(jié)束仍無人搶答，報警器響起提示主持人時間到并禁止選手搶答。這些設(shè)計都提高了搶答效率，方便了主持人的操作。對于單片機類設(shè)計，其硬件電路是比較簡單的，主要是解決程序設(shè)計中的問題。而程序設(shè)計是一個很靈活的東西，它反映了你解決問題的邏輯思維和創(chuàng)新能力。因此在整個設(shè)計過程中大部分時間是用在程序上面的。很多子程序是可以借鑒書本上的，但怎樣銜接各個子程序才是關(guān)鍵的問題所在，這需要對單片機的結(jié)構(gòu)很熟悉。因此可以說單片機的設(shè)計是軟件和硬件的結(jié)合，二者是密不可分的。當然，在設(shè)計過程中由于時間倉促有很多地方難免存在不足之處，硬件設(shè)計已經(jīng)基本完成，在軟件設(shè)計中有些功能還尚未開發(fā)出來。我們還可以將設(shè)計的擴展功

23、能增強：1、可以增加記分模塊，可以設(shè)定初始積分，并記錄每次搶答完成后的積分。2、將搶答按鍵用無線實現(xiàn)，如紅外線，使搶答者可以遠距離進行搶答，并簡化按鍵模塊的線路布置。如果提供相應(yīng)的器材及時間上的寬限，一定可以完成上述擴展功能，進一步完善作品。參考文獻1 于海生等，微型計算機控制技術(shù)M，北京：清華大學(xué)出版社，2008.2 郭天祥，51單片機C語言教程入門、提高、開發(fā)、拓展全攻略M，電子工業(yè)出版社3 The measurement of oil consumption on engineA.Proceedings of 4th International Symposium on Test and

24、 Measurement(Volume 2)C,20014李增生.對搶答器的改進J.電子制作,2000,(12).5蔡朝陽.單片機控制實習與專題制作M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，20066丁建偉.搶答器電路設(shè)計J.蘭州工業(yè)高等專科學(xué)校學(xué)報，2008，（04）7胡學(xué)海.單片機原理及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計M.北京：北京電子工業(yè)出版社，2005附錄1 元器件清單元件名稱型號數(shù)量單片機AT89C511電解電容10uf1開 關(guān)Button7電 阻R（200）1電 阻R（600）1電 阻R（10k）9晶 振CRYSTAL1電 容10uf2液晶屏16021電 源5v2附錄2 C語言程序#include#defin

25、e uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar num;/定義中斷變量，num計滿20表示1秒時間到uchar num1;/十秒倒計時顯示初始值uchar flag1,flag2;/清零鍵及開始鍵按下標志位uchar flag3,flag4=0;/定義鍵盤按下標志位#define LCDPORT P0sbit LCD1602_RS = P20;sbit LCD1602_EN = P21;sbit sp=P22;/定義蜂鳴器端口sbit clear=P10;/定義清零鍵sbit start=P11;/開始鍵sbit key1=P12;sbi

26、t key2=P13;sbit key3=P14;sbit key4=P15;/key1到key4為選手按鍵void delay(uint z)/延時函數(shù)uint i,j;for(i=z;i0;i-)for(j=110;j0;j-);void WriteCmd_1602(unsigned char cmd)LCD1602_RS = 0;LCDPORT = cmd;delay(1);LCD1602_EN = 1;delay(1);LCD1602_EN = 0;void WriteByte_1602(unsigned char date)LCD1602_RS = 1;LCDPORT = date;

27、delay(1);LCD1602_EN = 1;delay(1);LCD1602_EN = 0;void Init_1602()LCD1602_EN = 0;WriteCmd_1602(0x38);WriteCmd_1602(0x0c); /光標不顯示地址 WriteCmd_1602(0x06);WriteCmd_1602(0x01);void beep()/定義蜂鳴器函數(shù)sp=0;delay(500);sp=1;/delay(500);void dis(uchar * p)while(*p != 0)WriteByte_1602(*p+);void display_init()WriteCm

28、d_1602(0x80);dis(Serial Number:);WriteCmd_1602(0x80 + 0x40);dis(Surplus Time:);WriteCmd_1602(0x80 + 0x40 + 13);dis(00s);void display_num(uchar a) /選手編號顯示函數(shù) WriteCmd_1602(0x80 + 15);WriteByte_1602(a);void clr()/清零函數(shù)(主持人按下清零鍵后數(shù)碼管顯示0) WriteCmd_1602(0x80 + 15);WriteByte_1602(0);void dis10s()/十秒倒計時顯示函數(shù)uc

29、har shi,ge;shi=num1/10;ge=num1%10;WriteCmd_1602(0x80 + 0x40 + 13);WriteByte_1602(shi + 0x30);WriteCmd_1602(0x80 + 0x40 + 14);WriteByte_1602(ge + 0x30); void player()/選手按鍵檢測函數(shù)if(key1=0&flag4=0)delay(10);if(key1=0&flag4=0)display_num(1);TR0=0;flag1=flag2=0;flag4=1;beep();while(!key1);if(key2=0&flag4=0)delay(10);if(key2=0&flag4=0)display_num(2);TR0=0;flag1=flag2=0;flag4=1;beep();while(!key2);if(key