抢答器 单片机课程设计

课 程 设 计 说 明 书课程名称： 单片机技术 设计题目： 抢答器 院 系： 电子信息与电气工程学院 学生姓名： 学 号： 专业班级： 电子信息工程2011级 指导教师： 2012年 5月 18 日2课 程 设 计 任 务 书设计题目抢答器设计学生姓名所在院系电子信息与电气工程学院专业、年级、班电子信息工程11级设计要求：设计一个可用于表决选择的选择器。1、 具有电源开关及指示灯，具有复位按键；2、 用一位数码管显示抢答选手，用八个LED灯作为选手抢答指示灯;3、 利用查询方式扩展8个外部中断源，由74LS09组成优先权选择电路，作为8个选手按键；4、 P3.3接开关K10，做主持人按键。在任何一位选手在主持人没有按下按键的情况下抢答，没有任何反应；5、 若有人抢答成功，蜂鸣器响一声；6、 如果多为选手同时按下按键，则按位置优先原则，即7号位置优先级最高，0号位置优先级最低。学生应完成的工作：1.硬件电路设计以及程序的编写；2.软硬件结合仿真；3.实物制作并调试；4.课程设计说明书的书写；5.我主要负责硬件的设计。参考文献阅读：1 张伟. 单片机原理及应用M.北京：机械工业出版社.2005.2 薛栋梁. 单片机原理及应用M.北京：中国水利水电出版社.2001.3 高吉祥. 电子技术基础实验与课程设计M.北京：电子工业出版社.2002.4 刘振鹏. 单片微机控制应用技术实操指导书M.北京：机械工业出版社.2007.5 王春明. 微机原理及应用M.北京：高等教育出版社.2004.工作计划：5.4课程设计任务书下达 5.5结合指导老师，完成硬件电路的设计 5.6程序编写5.7进行软硬件联机调试 5.8-5.9课程设计说明书的书写 5.10领元器件5.11焊接电路板 5.12-5.13程序的烧写和电路板调试 5.14交课程设计说明书和焊接电路板任务下达日期：2012 年5月 7 日 任务完成日期：2012 年5月 18 日指导教师（签名）： 学生（签名）： 抢答器摘 要：在知识竞赛中，特别是做抢答题时，在抢答过程中，为了更确切的知道哪一组或哪一位选手先抢答到题，必须要有一个系统来完成这个任务。若在抢答中，只靠人的视觉是很难判断出哪一组先抢答到题的。利用单片机编程来设抢答器，可以使以上问题得以解决。本设计是利用AT89S52单片机及外围接口实现的抢答系统，将软、硬件有机地结合起来。硬件由电源模块把交流变成+5v的直流，通过复位模块实现抢答器的重置，晶振模块提供时钟信号，扬声器模块进行声音的放大，led灯和数码管确定哪位先选手抢到，用了汇编语言编写了程序，protues软件进行仿真，Q编译器进行了程序的调制与编译。具备可靠性好，易扩充，电路简单、成本较低、操作方便等优点。关键词：抢答器；报警；单片机；74LS09或门 目 录1. 设计背景12.设计方案22.1 硬件设计方案22.2软件设计方案23. 方案实施33.1硬件方案实施33.2软件方案实施74. 结果与结论94.1 总体过程分析94.2 总体结论95. 收获与致谢106. 参考文献117. 附件127.1元器件清单127.2 硬件原理图137.3 仿真图147.4 实物图147.5系统程序清单151. 设计背景 在知识竞赛中，特别是做抢答题时，在抢答过程中，为了更确切的知道哪一组或哪一位选手先抢答到题，必须要有一个系统来完成这个任务。若在抢答中，只靠人的视觉是很难判断出哪一组先抢答到题的。利用单片机编程来设抢答器，可以使以上问题得以解决，即使两组的抢答时间相差几微秒，也能轻松的分辨出哪一组先抢答到题的。它的功能实现是有主持人按键来控制总开关，选手们若有一个在规定的时间内抢答成功则其余的选手不可以再抢答，在数码管显示哪位选手抢答。本文主要介绍了抢答器的工作原理及设计，以及它的实际用途。 本系统采用单片机作为整个控制核心。控制系统的三个模块为：复位模块、显示模块、电源模块、抢答开关模块、时钟模块。该系统通过开关电路按键输入抢答信号，利用一个数码管来完成显示功能；用按键来让选手进行抢答，在数码管上显示哪一位选手先答题的，从而实现整个抢答过程。随着我国经济和文化事业的发展，在很多公开竞争场合要求有公正的竞争裁决，诸如证券、股票交易及各种智力竞赛等。其主要应用于各种知识竞赛、文艺活动等2.设计方案2.1 硬件设计方案方案一：比赛活动中，为了更准确、公正、直观地判断出第一个抢答者，通常设置一个抢答器，通过数字显示，灯光及音响等多种手段显示第一抢答者，传统的数电控制电路可靠性虽好，但不能显示台几号给主持人带来一定的麻烦，而模拟电子控制电路可靠性较差。线路复杂，可靠性不高，功能也比较简单，特别是当抢答路数很多时，实现起来就更为困难。方案二：核芯是一片AT89S52利用单片机可以用很少元件实现相同功能，而且单片机性能操作性强。可以只用P0口连接上拉电阻，完成驱动LED的功能，串接按键可以由选手自己控制抢答机会。比较两者，模拟电子控制电路复杂，可靠性不高。而利用单片机可靠性好，易扩充，电路简单，成本较低，操作方便。通过以上分析，采用方案二。2.2软件设计方案方案一：采用静态显示，是指当数码管显示某一字符时，七段数码管的对应段的发光二极管被选中，在这种显示方式下，每段LED都对应一个单片机口线。方案二：采用动态显示，对于多位数码管显示时，每一位数码管轮流显示，当显示间隔时间较短时人眼就分辨不出是动态显示，而是每一位都是一直都在显示。比较两者，静态显示主要的优点是显示稳定，在需要更新显示内容时，CPU才去执行显示更新子程序，这样既节约了CPU的时间，又提高了CPU的工作效率。其不足之处是在需要用于显示的数码管较多时占用硬件资源较多，每个LED数码管需要独占8条输出线。随着显示器位数的增加，需要的I/O口线也将增加。动态显示器的优点是节省硬件资源，成本较低，但是要保证显示器正常显示，CPU必需每隔一段时间执行一次显示子程序，占用CPU大量时间，降低了CPU的工作效率，同时显示亮度较静态显示器低。通过以上分析，结合本课题只提供一位数码管，所以采用方案一。3. 方案实施3.1硬件方案实施（1）硬件电路框图 本系统采用AT89S52单片机作为控制核心，数码管、蜂鸣器等构成八路抢答器，利用了单片机的按键复位电路、定时/中断等电路，设计的抢答器具有实时显示抢答选手的号码的特点，还有复位电路，使其再开始新的一轮的答题和比赛，同时还利用汇编语言编程，使其实现一些基本的功能。系统框图如下图所示。复位电路时钟电路LED显示电路蜂鸣器电路数码管显示电路电源电路 AT89S52单片机图3.1 系统硬件图（2）AT89S52电路AT89S52为 ATMEL 所生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flsah存储器。AT89S52主要功能列举如下：1、拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash2、晶片内部具时钟振荡器（传统最高工作频率可至 12MHz）3、内部程序存储器（ROM）为 8KB4、内部数据存储器（RAM）为 256字节5、32 个可编程I/O 口线6、8 个中断向量源7、三个 16 位定时器/计数器8、三级加密程序存储器9、全双工UART串行通道图3.2单片机电路图（3）复位电路由电容串联电阻构成,由图并结合“电容电压不能突变”的性质，可以知道,当系统一上电，RST脚将会出现高电平,并且,这个高电平持续的时间由电路的RC值来决定.典型的52单片机当RST脚的高电平持续两个机器周期以上就将复位，所以，适当组合RC的取值就可以保证可靠的复位。 复位输入高电平有效，当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上的高电平，使单片机复位。此电路除具有上电复位功能外，若要复位只需按“RST”键，此电源Vcc经电阻分压，在RST端产生一个复位高电平。图3.3复位电路图（4）时钟震荡电路 时钟震荡电路单片机必须在AT89C51的驱动下才能工作，在单片机内部有一个时钟震荡电路，只需要外接一个振荡器就能产生一定的时钟信号送到单片机内部的各个单元，时钟震荡电路 图3.4时钟振荡电路图（5) 数码管显示电路 LED显示器，实现八段数码管的显示数字。从电路上，按数码管的接法不同又分为共阴和共阳两种。它们的发光原理是一样的，只是它们的电源极性不同而已。 图3.5共阴极、共阳极数码管图（6)电源电路电源电路由桥堆2w10和7805构成。电源电路主要用用于为整个系统提供电源。我们日常用电都是220V的交流电，所以在设计电源时要先把交流电整成直流，然后再经过稳压管输出整个系统所需的稳定的直流电压。整流主要采用2W10桥堆和电容滤波以得到基本稳定的输出电压。稳压部分是采用常用的稳压管W7805得到稳定的输出正5V电压。如图5所示：图3.6电源电路图（7）报警电路设计 报警电路用于报警，当遇到报警信号时，发出警报。一般喇叭是一种电感性图3.6报警电路图。因此，最简单的喇叭驱动方式就是利用晶体管，在下图中电阻R为限流电阻，在此利用晶体管的高电流增益，以达到电路快速饱和的目的。不过，如果要由P2输出到此电路，还需要连接一个10K的上拉电阻。 选手在设定的时间内抢答时，实现了优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答。如果再次抢答必须由主持人再次作清除和开始状态开关。 图3.7 蜂鸣器电路图3.2软件方案实施初始化开始是否有外部中断？中断初始化外部中断1子程序外部中断0子程序结束是否有外部中断1？是否有外部中断1？为了能够达到抢答的公平、公正、合理，应该主持人发布抢答命令按下SRST2按键，程序开始打开定时中断开始倒计时，然后调用键盘扫描子程序，编写键盘扫描程序。当在扫描到有人按下了答题键，马上关闭T0、调用显示程序、封锁键盘。 图3.8 主程序流程图按键扫描程序流程图开外部中断1有抢答？P1.7低电平？P1.6低电平？键盘消抖数码管显示8、LED闪烁、蜂鸣器响一声P1.5低电平？P1.4低电平？P1.3低电平？P1.2低电平？P1.1低电平？有中断1？返回数码管显示7、LED闪烁、蜂鸣器响一声数码管显示6、LED闪烁、蜂鸣器响一声数码管显示5、LED闪烁、蜂鸣器响一声数码管显示4、LED闪烁、蜂鸣器响一声数码管显示3、LED闪烁、蜂鸣器响一声数码管显示2、LED闪烁、蜂鸣器响一声数码管显示1、LED闪烁、蜂鸣器响一声中断1处理程序图3.9外部中断0处理程序图4. 结果与结论4.1 总体过程分析总结以下要点：在设计程序之前，设计者必学对所用单片机的内部结构有一个系统的了解，知道该单片 机内有哪些资源；要有一个清晰的思路和一个完整的的软件流程图；在设计程序时，不能妄想一次就将整个程序设计好，反复修改、不断改进是程序设计的必经之路；要养成注释程序的好习惯，一个程序的完美与否不仅仅是实现功能，而应该让人一看就能明白你的思路，这样也为资料的保存和交流提供了方便；在设计课程过程中遇到问题是很正常的，但我们应该将每次遇到的问题记录下来，并分析清楚，以免下次再碰到同样的问题。4.2 总体结论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。此次的课程设计树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活都有非常重要的影响，而且大大的提高了动手能力，使我充分的体会到了创造过程中的探索的艰难和成功的喜悦。虽然这次做出的作品还存在很多需要改进的地方，比如说蜂鸣器不响。但是在整个设计过程中所学习到的东西是这次实训所得到的最大收获跟财富，使我终身受益。，我真诚的接受老师和同学的批评和指正。本抢答器具有以下优点：可靠性好，易扩充，电路简单、成本较低、操作方便。5. 收获与致谢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习了相关教科书中的内容。此次的课程设计树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活都有非常重要的影响，而且大大的提高了动手能力，使我充分的体会到了创造过程中的探索的艰难和成功的喜悦。虽然这次做出的作品还存在很多需要改进的地方，但是在整个设计过程中所学习到的东西是这次实训所得到的最大收获跟财富，使我终身受益。这两个周的单片机课程设计实习很快要结束了，在这个过程中我深刻的认识到了自己的不足，也获得了很多难得的经验和知识。在本课程设计即将完成之际，我要对所有支持和帮助我的老师和同学表示衷心的感谢。虽然文章中有很多不足，但是在学习的过程中苦中带甜，而且巩固了很多软件学习。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。首先我要感谢我们的指导老师。宋老师虽身负教学、毕业设计重任，仍抽出时间，不时召集。她的平易近人和认真负责的态度让我深受感动，她也给了我们精确地的指导，让我学到了很多知识，其次要感谢我们的单片机课程老师丁老师，在相关知识的积累和应用上给了我们极大的帮助。其次我要感谢我的室友，虽然经过无数次的争论，但是最终还是得到了统一的结果。这些都是大家的功劳。谢谢老师，谢谢帮助我的人。这篇论文更倾注了她的大量心血。从初稿到定稿，宋老师不厌其烦，一审再审，大到篇章布局的偏颇，小到语句格式的瑕疵，以指出。同时，我要感谢传播与艺术学院所有给我上过课老师，是他们传授给我方方面面的知识，拓了我的知识面，培养了我的功底，对论文的完成不无裨益。我还要感谢学院的各位工作人员。他们细致的工作使我和同学们的学习和生活井然有序。 6. 参考文献 1 张伟. 单片机原理及应用M.北京：机械工业出版社.2005. 2 薛栋梁. 单片机原理及应用M.北京：中国水利水电出版社.2001. 3 高吉祥. 电子技术基础实验与课程设计M.北京：电子工业出版社.2002. 4 刘振鹏. 单片微机控制应用技术实操指导书M.北京：机械工业出版社.2007. 5 王春明. 微机原理及应用M.北京：高等教育出版社.2004.7. 附件7.1元器件清单器件名型号与规格数量单片机STC89S521晶振12MHz1瓷片电容20pF和0.33uF，0.1uF各2电解电容10uF和1000uF,220uF各1二极管1N40011LED指示灯9数码管共阳极数码管1位1三极管9013174LS092电阻4.7K8电阻2208电阻10K2电阻1K2电阻4708三端稳压器78051蜂鸣器1桥堆2W101插座40脚IC插座1开关拨动开关1开关按键10万用板17.2 硬件原理图图7.1 硬件原理图7.3 仿真图图7.2 硬件仿真图7.4 实物图图7.3实物图7.5系统程序清单 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H LJMP IN0 ORG 0013H LJMP IN1 ORG 1000HMAIN:MOV SP,#60H LCALL ZDISP MOV A,#7FH MOV P1,A MOV A,#0FFH MOV P2,A CLR EX0 SETB EX1 SETB IT1 SETB PT1 SETB EA SJMP $;*主持人按键* IN1:SETB EX0 SETB IT0 SETB EA SETB PT1 MOV A,#40H MOV P1,A SETB P1.7 LCALL DELAY1S CLR P1.7 RETI;*抢答程序* IN0:SETB EX1 SETB IT1 SETB PT1 SETB EA CLR EX0 CLR IT0 MOV A,P0 LCALL DELAY CJNE A,P0,FINISH LCALL CLZFINISH:RETI;*按键扫描程序*CLZ:JB P0.7,K6 MOV A,#80H MOV P1,A MOV R4,#5LP7:CLR P2.7 LCALL DELAY1S SETB P2.7 LCALL DELAY1S DJNZ R4,LP7 AJMP INTR 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 LCALL 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 LCALL 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 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;*键盘消抖延时程序*DELAY: MOV R2,#40 LOP0: MOV R3,#125LOP1: DJNZ R3,LOP1 DJNZ R2,LOP0 RET;*0.5S延时*DELAY1S:MOV R7,#20 LOOP3:MOV R6,#100 LOOP2:MOV R5,#250LOOP1:DJNZ R5,LOOP1 DJNZ R6,LOOP2DJNZ R7,LOOP3RET;*自检*ZDISP:MOV A,#80H MOV P1,A MOV A,#00H MOV P2,A LCALL DELAY1S RET END指导教师评语：课程设计报告成绩： ，占总成绩比例： 30% 课程设计其它环节成绩：环节名称： 考勤 ，成绩： ，占总成绩比例： 20% 环节名称： 综合 ，成绩： ，占总成绩比例： 50% 总 成 绩： 指导教师签字：年 月 日本次课程设计负责人意见：负责人签字：年 月 日20