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1、精选优质文档-倾情为你奉上课 程 设 计课 程 嵌入式系统应用训练 题 目 电子抢答器系统设计 学 院 专业班级 学生姓名 学生学号 指导教师 专心-专注-专业目 录1 任务和要求(1)任务：设计一个可供7个选手使用的抢答器。有倒计时，显示台号，提示音，报警音等基本功能。(2)基本性能要求 抢答器可供7位选手使用。 答题时间为30s，显示答题台号。 主持人控制该系统的开始和复位。 超时报警。抢答器通电或按键复位后自动显示系统提示符“P.”。主持人按下开始按钮后，抢答开始，若10s内无人抢答，蜂鸣器发出声响。若在主持人按下开始按钮之前有人按下抢答器，抢答违规，显示器显示违规台号，该路指示灯亮，其
2、它按钮不能起作用。抢答开始后，显示器显示最先按下的一路，蜂鸣器响，答题时间30s，30s内没有答完题的按照超时处理。主持人通过复位按键消除显示的数字，消除蜂鸣器声响，控制显示灯的关断。2 总体方案设计与选择2.1 硬件设计方案硬件电路由6部分，即单片机抢答按键输入电路，包括7个选手输入按键，提供选手抢答信号；数码管显示电路，显示倒计时和抢到的选手号；蜂鸣音频电路，提供报警和提示音；LED显示电路，辅助显示抢到的选手号；复位电路，单片机正常工作需要；晶体振荡电路电路，提供时钟信号。2.2 软件设计方案软件部分主要完成功能是键盘的按键识别、抢答计时显示及调整、超时报警、显示抢到选手的号码。占用单片
3、机资源情况为：P1.0口由主持人控制，为抢答开始键和主持人复位键；P1.1-P1.7是七组抢答的输入口；P2.0-P2.7口为数码管的段选控制口；P3.1口为蜂鸣器控制口。3 系统硬件电路设计3.1 硬件框图设计根据预定方案确定系统框图如图1。单片机显示电路蜂鸣器晶振电路复位电路键盘电路图1 电子抢答器系统框图3.2 硬件原理图设计（1）控制核心系统采用AT89C51单片机作为控制核心，可以完成运输控制、信号识别及显示功能的实现。AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压
4、、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。其技术较为成熟，应用起来较为方便、简单并且单片机周围的辅助电路也比较少，便于控制和实现。整个系统具有极其灵活的可编程性，能够方便进行功能的扩展和更改。目前，AT89C51单片机已为很多嵌入式控制系统提供了多例灵活性高并且价廉的方案。AT89C51单片机引脚图见图2。图2 AT89C51单片机引脚图（2） 抢答按键输入单元选手按键输入单元共采用7个BUTTON按钮，7个按键分别连接在P1.1-P1.7口上，每个独立式按键单独占有一根I/O口线，每根I/O口线上的工作状态不会影响其他I/O口线的工作状态，即一个按键对应着一个端口输入，可采用查询方式判断按
5、键是否按下，1-7路的信息可以直接传输到P1.1-P1.7口线上。选手抢答按键电路，见图3。图3 选手抢答按键电路（3） 数码管显示单元显示单元采用两个八段的数码管显示，它是共阳极型的由低电平点亮数码管显示器。显示由P2.0-P2.7口输出的数字代码，段码采用同相驱动，输入端加低电平，选中的数码段被点亮。数码管显示单元电路，见图4。图4 数码管显示单元电路（4） 蜂鸣音频单元在芯片外接蜂鸣器，用以发出报警声。蜂鸣硬件电路比较简单，在P3.1口接上一只三极管、电阻和蜂鸣器即可。在主持人发出抢答信号后，检查到有参赛者按键抢答或有参赛者违规现象时蜂鸣器发出蜂鸣声。蜂鸣音频单元电路，见图4。（5） L
6、ED显示单元提示灯采用LED发光二极管，其本质为PN结，在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光。将7个LED的阴极接在P3.0-P3.7口，阳极接一个高电平。LED显示单元电路，见图5。图5 蜂鸣音频单元电路和LED显示单元电路（6） 复位电路单元外部中断和内部中断并存，单片机有硬件复位端，只要输入持续4个周期的高电平即可实现复位。硬件复位后的寄存器和存储器都可恢复到初始值。本设计中有倒计时时间记忆功能，所以不能对单片机进行硬件复位，只能进行软件复位，系统复位电路，见图6，主持人按键电路见图7。图6 系统复位电
7、路图7 主持人按键电路（7） 晶体振荡电路单元晶振为系统提供基本的时钟信号，通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步。给单片机提供工作信号脉冲，系统中单片机的工作速度是每秒12M。晶振电路，见图8。图8 晶振电路3 应用程序设计3.1 程序流程图系统主程序框图见附录1。3.2 应用程序设计（1） 显示程序：显示程序通过数码管显示器将抢答者的组号、抢答时间及回答倒计时时间显示出来，让大家有直观的了解。 （2） 复位程序：复位电路是帮助主持人控制抢答器用的。 （3）蜂鸣程序：蜂鸣程序是一个子程序，只在数码管显示时调用程序，就会实现蜂鸣。 （4）延时程序：该系统有两段延时子程序，一段用于30s的
8、抢答倒计时时间，另一段用于30s的回答倒计时时间。部分主要程序如见附录2。4 仿真与结果4.1 Proteus软件仿真Proteus的ISIS是Lab Center出品的电路分析实物仿真系统，可仿真各种电路和IC，并支持单片机，元件库齐全，使用方便，是不可多得的专业的单片机软件仿真系统。如图4.1所示，当主持人按下开始键后，启动开始抢答，数码管上显示的“30s代表抢答时间，系统预设30s倒计时抢答，如在10s内无人抢答，系统报警，视选手放弃抢答机会；同样在抢答成功后有30s的回答时间，在规定时间内回答完并按下按键，才算是正确抢答成功。在Keil软件中输入汇编语言程序，将其转换成.hex文件，将
9、文件导入Proteus软件中的AT89C51芯片运行并观察结果。仿真结果：（1）提示符“P.”，见图9。图9 显示提示符“P.” （2）抢答倒计时，见图10。图10 显示倒计时（3） 选手抢答成功，图11为7号选手抢答成功。图11 显示7号选手抢答成功参考文献1 陈忠平.基于Proteus的51系列单片机设计与仿真M.北京：电子工业出版社，20122 严敏.基于单片机8路抢答器的设计与实现J.宁波职业技术学院学报，2017,033 徐刚强，陈忠平等.单片机原理及接口应用指导（第2版）M.北京：清华大学出版社，20114 袁东等.51单片机典型应用30例M.北京：清华大学出版社,20165 马忠
10、梅.单片机应用程序设计（第四版）J.电子世界，2014,146 任向民等.高级汇编语言程序设计实用教程M.北京：清华大学出版社,20157 王永刚.基于嵌入式架构的单片机系统设计J.电脑知识与技术,2013,9（32）8胡传芳.八路数字显示抢答器设计J.信息与电脑(理论版),.2012,129封伯燕.8路抢答器的制作原理及制作过程J.重庆三峡学院学报.2012,0310洪月好.Proteus在电子设计中的应用J.上海电力学院学报.2011,0311吕红娟.单片机控制的八路抢答器的设计与制作J.现代电子技术.2014,18 开始结束显示字符“P.”定时器初始化主持人是否按键？10s内有选手按键？
11、选手按键？违规抢答蜂鸣报警正常抢答显示台号30s内答完？主持人按键复位超时报警附 录1系统主程序框图附 录2 主要程序;系统起始程序区 ORG 0000H START: LJMP MAIN ORG 000BH LJMP PTT0 ORG 001BH LJMP PTT1;系统监控程序区 ORG 0030H MAIN: MOV SP, #5FH MOV TMOD, #11H MOV R0, #20H ;RAM区首地址 MOV R7, #96 ;RAM区单元个数 ML: MOV R0, #00H INC R0 DJNZ R7, ML MOV P3, #0FFH MOV R4, #20 MOV R3,
12、 #20 SETB EA SETB ET0 SETB ET1 MOV TH0, #3CH MOV TL0, #0B0H MOV TH1, #3CH MOV TL1, #0B0H CLR 3FH CLR 40H QISHI: LCALL DISP MOV DPTR, #DISBH ;系统初始化后提示符“P.”字符代码表首地址 MOV R5, #08H MOV R0, #78HDISPTSF:CLR A MOVC A, A+DPTR MOV R0, A INC R0 INC DPTR DJNZ R5, DISPTSF LCALL DISP LCALL KEY JB 20H.1, FG1 JB 20
13、H.2, FG2 JB 20H.3, FG3 JB 20H.4, FG4 JB 20H.5, FG5 JB 20H.6, FG6 JB 20H.7, FG7 JNB 20H.0, QISHI LJMP KAISHI ;提前抢答违规程序区 FG1: MOV 7BH, #01H ;1号犯规 CLR P3.0 ;1号违规指示灯亮 LCALL KEY JB 20H.0, QISHI2 LJMP FGDISP;蜂鸣程序区 KAISHI:MOV 7FH, #10H ;主持人按下开始键 SETB TR0 MOV 78H, #00H MOV 79H, #03H KAI: LCALL DISP LCALL KE
14、Y JB 20H.1, QD1 JB 20H.2, QD2 JB 20H.3, QD3 JB 20H.4, QD4 JB 20H.5, QD5 JB 20H.6, QD6 JB 20H.7, QD7 LCALL DISP JB 3FH, FM ;蜂鸣器10秒过后鸣叫（高电平有效） LJMP KAI FM:CLR P3.1 ;蜂鸣器鸣叫 CLR 3FH SETB TR1 LJMP KAI;抢答成功程序区QD1: MOV 7BH, #01H ;1号抢到 CLR P3.1 ;蜂鸣器鸣叫 LCALL DAOSHI LJMP HUIDA1;超时违规程序区 CHAO1: CLR P3.0 ;1号超时:违规指示灯亮 CLR P3.1 ;蜂鸣器鸣叫 MOV 7FH, #01H ;数码管显示违规台1号 MOV 7BH, #10H LCALL DISP LCALL KEY JB 20H.0, KAISHI1 LJMP CHAO1