...wd......wd......wd...西安文理學(xué)院物理與機(jī)械電子工程學(xué)院專業(yè)課程設(shè)計(jì)報(bào)告專業(yè)班級(jí)測(cè)控技術(shù)與儀器課程51單片機(jī)技術(shù)與設(shè)計(jì)題目基于51單片機(jī)的搶答器設(shè)計(jì)學(xué)號(hào)學(xué)生姓名指導(dǎo)教師2014年5月基于51單片機(jī)的八位搶答器設(shè)計(jì)摘要隨著電子技術(shù)的飛速開展，基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)已應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、電力、電子、智能樓宇等行業(yè)，微型計(jì)算機(jī)作為嵌入式控制系統(tǒng)的主體與核心，代替了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)的常規(guī)電子線路。搶答器作為一種工具，已廣泛應(yīng)用于各種智力和知識(shí)競(jìng)賽場(chǎng)合。但搶答器的使用頻率較低，且有的要么制作復(fù)雜，要么可靠性低。作為一個(gè)單位，如果專門購(gòu)一臺(tái)搶答器雖然在經(jīng)濟(jì)上可以承受，但每年使用的次數(shù)極少，往往因長(zhǎng)期存放使〔電子器件的〕搶答器損壞，再購(gòu)置的麻煩和及時(shí)性就會(huì)影響活動(dòng)的開展，因此設(shè)計(jì)了本搶答器。本設(shè)計(jì)是以八路搶答為根本理念?？紤]到依需設(shè)定限時(shí)答復(fù)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(shí)器/計(jì)數(shù)器定時(shí)和記數(shù)的原理，將軟、硬件有機(jī)地結(jié)合起來，使得系統(tǒng)能夠正確地進(jìn)展計(jì)時(shí)。同時(shí)使液晶顯示屏能夠正確地顯示時(shí)間，并且給出指令的提示，揚(yáng)聲器發(fā)生提示。系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)：在搶答中，只有開場(chǎng)后搶答才有效，如果在開場(chǎng)搶答前搶答為無效；搶答限定時(shí)間和答復(fù)以下問題的時(shí)間可在1-99s設(shè)定；可以顯示是哪位選手有效搶答和無效搶答，正確按鍵后有聲音的提示；搶答時(shí)間和答復(fù)以下問題時(shí)間倒記時(shí)顯示，滿時(shí)后系統(tǒng)計(jì)時(shí)有聲音提示；搶答倒計(jì)時(shí)時(shí)間和答復(fù)以下問題時(shí)間均可通過硬件的按鍵調(diào)整。關(guān)鍵詞:AT89C51；單片機(jī)；液晶顯示屏；搶答器；智能目錄286121引言1167392設(shè)計(jì)任務(wù)與要求概述139562.1題目1112972.2設(shè)計(jì)任務(wù)147162.3設(shè)計(jì)要求1306632.4設(shè)計(jì)目的1223873方案總體設(shè)計(jì)2163563.1方案231043.1.1控制芯片27573.1.2顯示方式218693.1.3程序語(yǔ)言的選擇234373.2原理框圖362744硬件電路設(shè)計(jì)3230594.1搶答器的工作原理3315834.2單元電路設(shè)計(jì)3312844.2.1搶答器電路3223974.2.2發(fā)聲電路設(shè)計(jì)4277684.2.3開場(chǎng)、復(fù)位按鍵輸入電路的設(shè)計(jì)4144524.2.4時(shí)鐘震蕩電路4162274.2.5設(shè)定時(shí)間、加減時(shí)間電路設(shè)計(jì)417604.2.6顯示電路的設(shè)計(jì)512155軟件設(shè)計(jì)647505.1搶答器工作流程614185.2流程框圖6325876電路仿真調(diào)試7251146.1上電準(zhǔn)備狀態(tài)7125166.2開場(chǎng)搶答7267726.3非法搶答8307996.4正常搶答8317217實(shí)驗(yàn)儀器及元器件清單949038設(shè)計(jì)總結(jié)9307149致謝92248110參考文獻(xiàn)109100附錄一系統(tǒng)電路圖1131753附錄二程序清單111引言目前各種各樣的競(jìng)賽越來越多,無論是學(xué)校、工廠、軍隊(duì)還是益智性電視節(jié)目，其中用到搶答器的概率非常大。目前很多搶答器根本上采用小規(guī)模數(shù)字集成電路設(shè)計(jì),使用起來不夠理想。因此設(shè)計(jì)一款更易于使用和區(qū)分度高的搶答器成了非常迫切的任務(wù)?，F(xiàn)在單片機(jī)已進(jìn)入各個(gè)領(lǐng)域,以其功耗小、智能化而著稱。所以假設(shè)利用單片機(jī)來設(shè)計(jì)搶答器,便使以上問題得以解決。針對(duì)以上情況,本課程設(shè)計(jì)出以AT89C51單片機(jī)為核心的八路搶答器。它能根據(jù)不同的搶答輸入信號(hào),經(jīng)過單片機(jī)的控制處理并產(chǎn)生不同的與輸入信號(hào)相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào),最后通過液晶顯示屏顯示相應(yīng)的路數(shù)和答題時(shí)間以及各項(xiàng)命令等，使競(jìng)賽真正到達(dá)公正、公開、公平。2設(shè)計(jì)任務(wù)與要求概述2.1題目8路比賽搶答器2.2設(shè)計(jì)任務(wù)利用8051單片機(jī)中斷系統(tǒng)，制作一個(gè)有8個(gè)按鍵的比賽搶答器，可供8名選手比賽的搶答，每組設(shè)置一個(gè)搶答按鈕，按鈕的編號(hào)與選手的編號(hào)對(duì)應(yīng)，主持人設(shè)置控制開關(guān)，用來控制系統(tǒng)的清零和搶答的開場(chǎng)，在有人按鍵時(shí)進(jìn)展對(duì)應(yīng)選手顯示。2.3設(shè)計(jì)要求1完成系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)；2采用匯編或C語(yǔ)言編程；3采用Proteus、KeilC等軟件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的仿真調(diào)試；4論文要求思路清晰，構(gòu)造合理，語(yǔ)言流暢，書寫格式符合要求。2.4設(shè)計(jì)目的1綜合運(yùn)用相關(guān)課程中所學(xué)的理論知識(shí)去完成這一設(shè)計(jì)課題。2通過查閱手冊(cè)和相關(guān)文獻(xiàn)資料，培養(yǎng)自己獨(dú)立分析和解決問題的能力。3進(jìn)一步熟悉單片機(jī)和常用接口電路，加深對(duì)專業(yè)知識(shí)和理論知識(shí)學(xué)習(xí)的認(rèn)識(shí)和理解。4學(xué)會(huì)電路的設(shè)計(jì)與程序的調(diào)試。5學(xué)會(huì)撰寫課程設(shè)計(jì)論文。6培養(yǎng)嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(fēng)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。3方案總體設(shè)計(jì)3.1方案3.1.1控制芯片我們采用51系列單片機(jī)AT89C51作為控制核心，該系統(tǒng)可以完成運(yùn)算控制、信號(hào)識(shí)別以及顯示功能的實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)技術(shù)比擬成熟，應(yīng)用起來方便、簡(jiǎn)單并且單片機(jī)周圍的輔助電路也比擬少，便于控制和實(shí)現(xiàn)。整個(gè)系統(tǒng)具有極其靈活的可編程性，能方便地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)展功能的擴(kuò)張和更改。MCS-51單片機(jī)特點(diǎn)如下：a、可靠性好：?jiǎn)纹瑱C(jī)按照工業(yè)控制要求設(shè)計(jì)，抵抗工業(yè)噪聲干擾優(yōu)于一般的CPU，程序指令和數(shù)據(jù)都可以寫在ROM里，許多信號(hào)通道都在同一芯片，因此可靠性高，易擴(kuò)大。b、單片機(jī)有一般電腦所必須的器件，如三態(tài)雙向總線，串并行的輸入及輸出引腳，可擴(kuò)大為各種規(guī)模的微電腦系統(tǒng)。c、控制功能強(qiáng)：?jiǎn)纹瑱C(jī)指令除了輸入輸出指令，邏輯判斷指令外還有更豐富的條件分支跳躍指令。3.1.2顯示方式在實(shí)現(xiàn)根本功能時(shí)，我們采用了四位數(shù)碼管顯示，后兩位顯示倒計(jì)時(shí)時(shí)間，第一位顯示搶答組號(hào)，第三位置空，在此根基上還在程序里加了更改搶答時(shí)間和倒計(jì)時(shí)時(shí)間的模塊，也可通過數(shù)碼管顯示，成為一個(gè)比擬完整的系統(tǒng)。后來在實(shí)現(xiàn)拓展功能時(shí)，我們想?yún)⒓诱Z(yǔ)音顯示的模塊，發(fā)現(xiàn)proteus軟件無法仿真，就改為用液晶顯示屏1602顯示。1602液晶顯示屏也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器〔CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，它可以通過簡(jiǎn)短的英文提示和數(shù)字使人明確看到比賽進(jìn)展的整個(gè)過程。3.1.3程序語(yǔ)言的選擇一開場(chǎng)實(shí)現(xiàn)根本功能時(shí)，使用數(shù)碼管作為顯示，采用了匯編語(yǔ)言，比擬高效，條理也清晰；后來做拓展功能時(shí)改用液晶顯示屏顯示，發(fā)現(xiàn)液晶顯示屏使用c語(yǔ)言編程更便捷高效，就整體使用了c語(yǔ)言。3.2原理框圖搶答按扭搶答按扭優(yōu)先編碼器碼電路鎖存器譯碼電路譯碼顯示主持人按鈕開關(guān)控制電路報(bào)警電路秒脈沖產(chǎn)生電路定時(shí)電路譯碼電路顯示電路圖3.1原理框圖4硬件電路設(shè)計(jì)4.1搶答器的工作原理用單片機(jī)的兩個(gè)外部中斷作為修改時(shí)間的選擇按鈕，選擇修改搶答倒計(jì)時(shí)時(shí)間還是答復(fù)以下問題時(shí)間；用定時(shí)器1作為時(shí)間的控制。4.2單元電路設(shè)計(jì)4.2.1搶答器電路該電路有八個(gè)按鈕分別接于P1.0~P1.7可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能：一是分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號(hào)，同時(shí)譯碼顯示電路顯示編號(hào)；二是制止其他選手按鍵操作無效。如有再次搶答需由主持人將S開關(guān)重新置,“去除〞然后再進(jìn)展下一次搶答。如圖4.1圖4.1搶答器電路4.2.2發(fā)聲電路設(shè)計(jì)用P3.6口和揚(yáng)聲器相連，主持人將控制開關(guān)撥到"開場(chǎng)"位置時(shí)，會(huì)發(fā)聲，搶答電路和定時(shí)電路進(jìn)人正常搶答工作狀態(tài)；當(dāng)參賽選手按動(dòng)搶答鍵時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時(shí)電路停頓工作。如圖4.24.2.3開場(chǎng)、復(fù)位按鍵輸入電路的設(shè)計(jì)復(fù)位是計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要工作狀態(tài)。開場(chǎng)和復(fù)位鍵分別接于P3.0和P3.1口，在單片機(jī)工作時(shí)，接電之前，斷電后也要復(fù)位。在搶答器中復(fù)位則為定時(shí)做鋪墊，在搶答之前要復(fù)位，搶答完也要復(fù)位。按了復(fù)位鍵，顯示屏的狀態(tài)是“start……〞。如圖4.3圖4.2發(fā)聲電路圖4.3開場(chǎng)、復(fù)位電路4.2.4時(shí)鐘震蕩電路CPU的操作需要準(zhǔn)確的定時(shí)，可用一個(gè)晶體振蕩器產(chǎn)生穩(wěn)定的時(shí)鐘脈沖來控制AT89C51單片機(jī)上的XTAL1和XTAL2分別為振蕩電路的輸入和輸出。如圖4.44.2.5設(shè)定時(shí)間、加減時(shí)間電路設(shè)計(jì)該電路主要是對(duì)答題時(shí)間和搶答時(shí)間調(diào)整設(shè)計(jì)的，搶答時(shí)間接P3.2，答題時(shí)間接P3.3，加一秒接P3.4，減一秒接P3.5。如圖4.5圖4.4時(shí)鐘振蕩電路圖4.5加減時(shí)間電路4.2.6顯示電路的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)通過液晶顯示屏來顯示各提示信息。如圖4.6圖4.6顯示時(shí)間電路5軟件設(shè)計(jì)5.1搶答器工作流程為了能夠到達(dá)搶答的公平、公正、合理，應(yīng)該在主持人發(fā)布搶答命令之前必須先設(shè)定搶答的時(shí)間，因而在編開場(chǎng)搶答前的程序得先編寫設(shè)定時(shí)間的程序，當(dāng)時(shí)間設(shè)好了之后，主持人發(fā)布搶答命令按下P3.0按鍵，程序開場(chǎng)翻開定時(shí)中斷開場(chǎng)倒計(jì)時(shí)，然后調(diào)用鍵盤掃描子程序，編寫鍵盤掃描程序。當(dāng)在掃描到有人按下了答題鍵，馬上關(guān)閉T0、調(diào)用顯示程序、封鎖鍵盤。接通電源后，液晶顯示屏顯示“Ready……〞，搶答器處于制止?fàn)顟B(tài)，處于等待開場(chǎng)狀態(tài)，此時(shí)有人搶答，會(huì)顯示“error〞，也可以調(diào)整搶答時(shí)間和答復(fù)以下問題時(shí)間，；主持人將開關(guān)置，“開場(chǎng)〞狀態(tài)，宣布“開場(chǎng)〞搶答器工作，顯示屏顯示“go！〞，揚(yáng)聲器給出聲響提示，定時(shí)器倒計(jì)時(shí)；選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)搶答時(shí)，搶答器完成，顯示組號(hào)，并且倒計(jì)時(shí)，時(shí)間到揚(yáng)聲器提示。當(dāng)一輪搶答之后，定時(shí)器停頓、制止二次搶答、定時(shí)器顯示剩余時(shí)間。如果再次搶答必須由主持人再次操作"開場(chǎng)、停頓"狀態(tài)開關(guān)。5.2流程框圖圖5.1流程框圖6電路仿真調(diào)試6.1上電準(zhǔn)備狀態(tài)圖6.1上電準(zhǔn)備狀態(tài)6.2開場(chǎng)搶答圖6.2開場(chǎng)搶答6.3非法搶答圖6.3非法搶答6.4正常搶答圖6.4正常搶答7實(shí)驗(yàn)儀器及元器件清單表7-1實(shí)驗(yàn)儀器及元器件清單器件名稱規(guī)格型號(hào)數(shù)量微處理器AT89C511極性電容1uF1電阻(排阻)RESPACK89電容10uF2晶振12MHZ1按鈕15液晶顯示屏LM020L1揚(yáng)聲器BUZZER18設(shè)計(jì)總結(jié)通過這次課程設(shè)計(jì)，我更進(jìn)一步地認(rèn)識(shí)了搶答器的工作原理，掌握了它的調(diào)整及測(cè)試方法。本系統(tǒng)通過采用AT89C51單片機(jī)作為核心，以八個(gè)按鍵輸入搶答信號(hào)，以液晶顯示屏顯示，根據(jù)燒錄到單片機(jī)中的程序控制整個(gè)系統(tǒng)的工作流程，整體性好，效率高，實(shí)現(xiàn)了搶答器的智能化。在這過程之中也遇到了一些問題，比方對(duì)匯編語(yǔ)言理解還不夠，將其轉(zhuǎn)化為C語(yǔ)言時(shí)在時(shí)序上出現(xiàn)一些問題，還有C語(yǔ)言根基也需要加強(qiáng)，編程能力有待提高。9致謝通過此次的課程設(shè)計(jì)，讓我更進(jìn)一步的穩(wěn)固了單片機(jī)的各種知識(shí)。但在設(shè)計(jì)的過程中，遇到了很多的問題，有一些知識(shí)已經(jīng)不太清楚了，但是通過一些資料又重新的翻閱并且認(rèn)真的復(fù)習(xí)了相關(guān)教科書中的內(nèi)容。此次的課程設(shè)計(jì)樹立了對(duì)自己工作能力的信心，相信會(huì)對(duì)今后的學(xué)習(xí)工作生活都有非常重要的影響，而且大大的提高了動(dòng)手能力，使我充分的體會(huì)到了創(chuàng)造過程中的探索的困難和成功的喜悅。雖然這次做出的作品還存在很多需要改良的地方，但是在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中所學(xué)習(xí)到的東西是這次實(shí)訓(xùn)所得到的最大收獲跟財(cái)富，使我終身受益。最后，我要感謝指導(dǎo)教師教師和楊浩輝同學(xué)在我將系統(tǒng)的匯編語(yǔ)言改為C語(yǔ)言時(shí)對(duì)我無私的幫助。10參考文獻(xiàn)【1】戴梅蕚史嘉權(quán)編著，《微型計(jì)算機(jī)技術(shù)及應(yīng)用》〔第四版〕清華大學(xué)出版社，北京，2008.3【2】〔美〕BruceEckel著陳昊鵬譯《JAVA編程思想》〔第四版〕，機(jī)械工業(yè)出版社，北京，2007.6〔2013.11重印〕【3】馮博琴吳寧主編，《微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)》〔第三版〕，清華大學(xué)出版社，北京密云膠印廠，2011.6【4】張毅剛等編著，《新編MSC-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)》〔第三版〕，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，哈爾濱東林印務(wù)，2008.4附錄一系統(tǒng)電路圖圖附錄系統(tǒng)電路圖附錄二程序清單#include<reg51.h>//包含單片機(jī)的頭文件#include<intrins.h>//包含_nop_()函數(shù)定義的頭文件sbitRS=P2^0;//存放器選擇位，將RS位定義為P2.0引腳sbitRW=P2^1;//讀寫選擇位，將RW位定義為P2.1引腳sbitE=P2^2;sbitring=P3^6;sbitstart=P3^0;sbitok=P3^1;sbitadd=P3^4;sbitsub=P3^5;sbitD0=P1^0;sbitD1=P1^1;sbitD2=P1^2;sbitD3=P1^3;sbitD4=P1^4;sbitD5=P1^5;sbitD6=P1^6;sbitD7=P1^7;unsignedcharnum=0;unsignedchara=30,b=60,n=0,qd,hd,d;voiddisplay();voiddelay1ms(){unsignedchari,j;for(i=0;i<10;i++)for(j=0;j<33;j++);}voiddelay(unsignedcharn){unsignedchari;for(i=0;i<n;i++)delay1ms();}voidnopp(unsignedcharn){unsignedchari;for(i=0;i<n;i++)_nop_();}bitlcd_bz(){bitresult;RS=0;//根據(jù)規(guī)定，RS為低電平，RW為高電平時(shí)，可以讀狀態(tài)RW=1;E=1;//E=1，才允許讀寫 nopp(4);//空操作四個(gè)機(jī)器周期，給硬件反響時(shí)間result=(bit)(P0&0x80);//將忙碌標(biāo)志電平賦給resultE=0;returnresult;}voidWriteInstruction(unsignedchardictate){while(lcd_bz()==1);//如果忙就等待RS=0;//根據(jù)規(guī)定，RS和R/W同時(shí)為低電平時(shí)，可以寫入指令RW=0;E=1;//E置低電平nopp(2);//空操作兩個(gè)機(jī)器周期，給硬件反響時(shí)間P0=dictate;//將數(shù)據(jù)送入P0口，即寫入指令或地址nopp(4);//空操作四個(gè)機(jī)器周期，給硬件反響時(shí)間E=1;//E置高電平(正跳變)nopp(4);//空操作四個(gè)機(jī)器周期，給硬件反響時(shí)間E=0;//當(dāng)E由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊開場(chǎng)執(zhí)行命令}voidWriteData(unsignedchary){while(lcd_bz()==1);RS=1;//RS為高電平，RW為低電平時(shí)，可以寫入數(shù)據(jù)RW=0;E=1;//E置低電平P0=y;//將數(shù)據(jù)送入P0口，即將數(shù)據(jù)寫入液晶模塊nopp(4);//空操作四個(gè)機(jī)器周期，給硬件反響時(shí)間E=1;//E置高電平(正跳變)nopp(4);//空操作四個(gè)機(jī)器周期，給硬件反響時(shí)間E=0;//當(dāng)E由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊開場(chǎng)執(zhí)行命令}voidLcdInitiate(void){delay(15);//延時(shí)15ms，首次寫指令時(shí)應(yīng)給LCD一段較長(zhǎng)的反響時(shí)間WriteInstruction(0x30);//顯示模式設(shè)置：8位數(shù)據(jù),16×2顯示，5×7點(diǎn)陣，delay(5);//延時(shí)5ms WriteInstruction(0x38);delay(5);WriteInstruction(0x0c);//顯示模式設(shè)置：顯示開，有光標(biāo)，光標(biāo)閃爍delay(5);WriteInstruction(0x06);//顯示模式設(shè)置：光標(biāo)右移，字符不移delay(5);WriteInstruction(0x01);//清屏幕指令，將以前的顯示內(nèi)容去除delay(5);}voidDisplay(unsignedcharstring[]){unsignedchari; i=0;while(string[i]!='\0'){//顯示字符WriteData(string[i]);i++;}}/*voidbark(){ ring=1; delay(10); ring=0;}*/voidanswer(){ ring=1; delay(500); ring=0; WriteInstruction(0x01); delay(1); Display("go!"); TR1=1;qd=1;d=a; while(1){ //TR0=1; if(!D0){n=1; break;} if(!D1){n=2; break;} if(!D2){n=3; break; } if(!D3){n=4; break; } if(!D4){n=5; break; } if(!D5){n=6; break; } if(!D6){n=7; break; } if(!D7){n=8; break;} } WriteInstruction(0x01); switch(n) { case1:Display("number:1");hd=1;break; case2:Display("number:2");hd=1;break; case3:Display("number:3");hd=1;break; case4:Display("number:4");hd=1;break; case5:Display("number:5");hd=1;break; case6:Display("number:6");hd=1;break; 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