单片机系统开发与应用工程实习报告基于AT89S52单片机的抢答器设计

单片机系统开发与应用工程实习报告单片机系统开发与应用工程实习报告选题名称: 基于AT89S52单片机的抢答器设计 系（院）: 计算机工程学院专 业: 班 级: 姓 名: 学 号: 指导教师: 学年学期: 2009 2010 学年 第 2 学期2010年 5 月 30 日12 摘要： 抢答器在现实生活中应用广泛，比如在各类娱乐节目中，像中央电视台的幸运52，开心辞典，因此做一个抢答器是具有现实意义的。抢答器具有人数限制，我们选择做八路抢答器。当某人抢答时，能够显示他的号码，限定他的答题时间，别人不能抢答,主持人要有启动和清空的权利。八路抢答器在抢答过程中，为了知道哪一组或哪一位选手先答题，必须要设计一个系统来完成这个任务。如果在抢答中，靠视觉是很难判断出哪组先答题。利用单片机系统来设计抢答器，使以上问题得以解决，即使两组的抢答时间相差几微秒，也可分辨出哪组优先答题。抢答组数可以在八组以内任意使用，本系统采用AT89S52单片机作为核心，控制系统的四个模块分别为：单片机最小系统、显示模块、显示驱动模块、抢答开关模块。关键词：抢答器；单片机；数码管目录1 课题概述11.1 本次课题的目标12.1 涉及的知识点23 系统设计33.1 AT89S52引脚图33.2 电路原理图64 软件设计74.1 程序设计7总 结10参考文献111 课题概述现在很多文娱活动中都有抢答这一项，需要用到抢答器。在目前的市场上，普通抢答器都需要几百块，价格比较昂贵。本项目设计的抢答器，电路简单，成本较低操作方便，灵敏可靠，具有较高的推广价值。1.1 本次课题的目标AT89S52单片机功能特性描述AT89S52单片机是是一个低功耗、高性能CMOSS位微控制器,片内含通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元,8kBytesISP(In一system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器,片上Flash允许程序存储器在系统可编程,亦适于常规编程器。基于AT89S52单片机设计制作一个抢答器，晶振采用12MHz。具体的设计要求设计一个智力竞赛抢答器，可同时供8名选手或8个代表队参加比赛，编号为0,1,2,3,4,5,6,7，各用一个按钮。给节目主持人设计一个控制开关，用来控制系统的清零和抢答的开始。抢答器具有数据锁存功能，显示功能和声音提示功能。抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，编号立即锁存并在LED数码管上显示选手的编号，同时灯亮且伴随声音提示。此外，要封锁输入电路，禁止其他选手抢答，最先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零。 根据本文的电路求出要显示不同路数的数字所需的编码,将它们存在一个表中待用时取出.8路抢答输入信号由8个按键控制,程序一直判断是否有按键按下,若没有按键按下则循环判断;直到有按键按下后,立即把通过按键输入的信号储存起来然后对8路输入信号进行逐位扫描判断,最后根据扫描结果转入查表程序取数并通过数码管显示输出结果。2 系统分析基于AT89S52单片机抢答器由控制核心AT89S52单片机，复位电路，电源电路，选手按键，主持人按键，声音提示和数码显示等部分组成，系统框图2-1所示。图2-1 抢答器的电路原理图 2.1 涉及的知识点 本项目需要通过学习和查阅资料，掌握和了解如下知识：（1）+5V电源原理及设计。 （2）单片机复位电路工作原理及设计。 （3）单片机晶振电路工作原理及设计。 （4）按键电路的设计。 （5）蜂鸣器驱动电路设计。 （6）数码管特性及使用。 （7）A789S52单片机引脚。 （8）单片机汇编语言及程序设计。3 系统设计3.1 AT89S52引脚图图3-1 AT89S52的引脚分布图At89s52 是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非 易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完 全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于 常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统 可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提 供高灵活、超有效的解决方案。 AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位 定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口， 片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻 辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工 作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结， 单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。8 位微控制器 8K 字节在系统可编程 Flash。P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p1 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。引脚号第二功能：P1.0 T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出P1.1 T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）P1.5 MOSI（在系统编程用）P1.6 MISO（在系统编程用）P1.7 SCK（在系统编程用）P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR）时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址（如MOVX RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p3 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用， 在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。端口引脚 第二功能：P3.0 RXD(串行输入口)P3.1 TXD(串行输出口)P3.2 INTO(外中断0)P3.3 INT1(外中断1)P3.4 TO(定时/计数器0)P3.5 T1(定时/计数器1)P3.6 WR(外部数据存储器写选通)P3.7 RD(外部数据存储器读选通)此外，P3口还接收一些用于FLASH闪存编程和程序校验的控制信号。RST复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。ALE/PROG当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。PSEN程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。EA/VPP外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器的指令。FLASH存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。图3-2 74LS245的引脚分布图74LS245是我们常用的芯片，用来驱动led或者其他的设备，它是8路同相三态双向总线收发器，可双向传输数据。如图3-274LS245还具有双向三态功能，既可以输出，也可以输入数据。当8051单片机的P0口总线负载达到或超过P0最大负载能力时，必须接入74LS245等总线驱动器。当片选端/CE低电平有效时，DIR=“0”，信号由 B 向 A 传输；（接收）DIR=“1”，信号由 A 向 B 传输；（发送）当/CE为高电平时，A、B均为高阻态。由于P2口始终输出地址的高8位，接口时74LS245的三态控制端/1G和/2G接地，P2口与驱动器输入线对应相连。P0口与74LS245输入端相连,/E端接地，保证数据现畅通。8051的/RD和/PSEN相与后接DIR，使得/RD或/PSEN有效时，74LS245输入（P0.iDi），其它时间处于输出（P0.iDi）。3.2 电路原理图 设计出基于AT89S52单片机抢答器的电路原理图如图3-3所示。工作原理为:电源电路为单片机以及其他模块提供标准5V电源。晶振模块为单片机提供时钟标准，使系统各部分能协调工作。复位电路模块为单片机系统提供复位功能。单片机作为主控制器，根据输入信号对系统进行相应的控制。选手按下相应的按键，蜂鸣器发出提示音，直到按键释放。数码管显示最先按下按键选手的编号。选手回答完毕，主持人按下准备按钮，数码管清零，蜂鸣器停止发声，可以进入下一题的抢答。 图3-3 抢答器的电路连接图4 软件设计上电复位后数码管清零，P2.0置高电位，蜂鸣器不发声。循环扫描P3口，看是否有按键按下，如果有按键按下，则转入判断是哪位选手按下的按键，并在数码管上显示选手号；P2.0置低电平，蜂鸣器发声，主持人按键按下，系统重新进入主程序继续进行下一轮抢答。程序流程图如下图4-1。 图4-1 抢答器系统工作的流程图4.1 程序设计 程序代码ORG000JMP BEGIN TABLE: ; 共阴极数码管显示代码表DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H ; 01234DB 6DH,7DH,07H,7FH,90H ; 56789DELAY: MOVR5,#20 ; 延时2020ms子程序 LOOP4: MOVR6,#50 LOOP5: MOVR7,#100DJNZR7,$DJNZ6, LOOP5DJNZR5, LOOP4RETBEGIN: MOVP2, #0FFH ;P2口置高电平，准备接收信号 MOV R4,#0 ; R4的位标志值清零。MOVA, R4 ; R4位标志值送A寄存AGAIN: MOV DPTR,#TABLE ;共阴极数码管代码表首址送 MOVCA, A+DPTR;取出显示0的代码送P口显示 MOV P1, ALOOP1: MOVA,P3 ;接收P3口的抢答信号。 CPL A ;抢答信号求反JZ LOOP1 ;如果没有抢答信号再返回LOOP1LOOP2: RRC A;有抢答信号则逐次移动判断是那一位抢答INC R4 ;每移一次位，R4位标志值加1JNC LOOP2 ;如果没有遇到抢答信号返回LOOP1继续移位MOV A,R4 ;遇到抢答信号把R4位标志的只送AMOVCA,A+DPTR ;找到相应位的显示代码MOVP1,A;送P1口显示LOOP3: JNB P2.2, BEGIN ;若主持人按了复位信号健则转向程序复位CPL P2.0 ;若没按复位信号键，则通过P2.2给出高低信号驱动蜂鸣器LCALLDELAY ;调用延时程序SJMP LOOP3 ;P2.2口反复间隔0.4秒变化，驱动蜂鸣器 END对于本次试验输入端有P3P2组成，P1口接数码管主持人接P2口控制清零键，当按下复位键后选手们开始抢答，当系统检测到已经有人按下键后自动锁住，其他选手不再可以按键，一次右移寻找按键的选手号，数码管显示。确定是哪位选手按下的键见LOOP1，P3口开始接收的高电平当有人按键式P3置低电平，累加器A电平，取反为高电平1，JZ LOOP1如果没有高电平就不停地循环直到找到为止。如果有高电平让累加A,一一寻找是哪位选手按下的按键。总结 三月十六日，我开始了我的课程设计，时至今日，基本完成。从最初的茫然，到慢慢的进入状态，再到对思路逐渐的清晰，整个过程难以用语言来表达。历经了几天的奋战，紧张而又充实的设计终于落下了帷幕。回想这段日子的经历和感受，我感慨万千，在这次设计的过程中，我拥有了无数难忘的回忆和收获。这次课程设计虽然不能说是改变了我人生的轨迹，单至少让我眼前空然明亮，不再是那么迷茫了，在课程设计之前，自己并没有多少这方面的经验，就像对于AT89S52单片机而言，之前我对它的认识非常少，连它有几个引脚，引脚的分布等都很糊涂啊，本来就想这么混下去的，单经过这次课程设计我理解很多以前没接触过的技术啦，经验啊等等让我对单片机这块有了新的认识和新的想法，计算机是一门靠不断地实践提升自己能力的学科，这次课程设计中主要涉及到了PROTEL99SE的制图，电路的焊接技术，汇编语言的理解和编程，单片机的程序烧入调试等等，在这之前制图技术也不咋的，通过这次提前几个周的联系制图，手法和熟练度都大大的得到了提升。焊烙铁的手也不再发抖了，汇编编程也不再那么生疏了，作为一个计算机编程的学生，对于汇编一直很茫然，一直让我很苦恼，通过这次实践，提升真的很大，对自己以后的学习和工作更加有信心了。其次，通过本实验，在单片机的学习上最大的收获就是LED显示器，数码管显示组了，对共阴和共阳数码管有了更深入的认识和了解 ，学会了电路的检查，分析电路，软件仿真和硬件仿真，单片机的使用和调试。最后完成了属于自己的作品。在这次毕业设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。 在此更要感谢我的老师，是你们的细心指导和关怀，使我能够顺利的完成设计。在我的课程设计中无不倾注着老师们辛勤的汗水和心血。老师的严谨治学态度、渊博的知识、无私的奉献精神使我深受启迪。从尊敬的老师身上，我不仅学到了扎实、宽广的专业知识，也学到了做人的道理。在此我要向我的老师致以最衷心的感谢和深深的敬意。参考文献1 杨居义.单片机课程设计指导.北京：清华大学出版社，20092 李广弟，朱月秀.单片机基础(第3版).北京：北京航空航天大学出版社，20073 肖洪兵.跟我学用单片机.北京：北京航空航天大学出版社，20024 何立民.单片机高级教程(第1版).北京：北京航空航天大学出版社，20015 徐惠民，安德宁.单片微型计算机原理接口与应用(第1版).北京：北京邮电大学出版社，1996指导教师评语