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1、精选优质文档-倾情为你奉上单片机原理及应用课程设计报告题 目 六路抢答器 姓 名 偶俊松、刘新春、韩伟伟 专业班级 09 计算机(1)班 指导教师 许 长 安 日 期 2012.6.42012.6.9 目录1.1 数字抢答器的概述.2 1.2设计任务与要求. 21.3系统主要功能. 352.1 单片机控制系统原理图6667778810101011202122基于单片机的六路抢答器1引言单片机把我们带入了智能化的电子领域，许多繁琐的系统若由单片机进行设计，便能收到电路更简单、功能更齐全的良好效果。若把经典的电子系统当作一个僵死的电子系统，那么智能化的现代电子系统则是一个具有“生命”的电子系统。而
2、随着技术的进步，单片机与串口通信的结合更多地应用到各个电子系统中已成一种趋势。本设计就是基于单片机设计抢答系统，通过串口通信动态传输数据，使抢答系统有了更多更完善的功能。单片机系统的硬件结构给予了抢答系统“身躯”，而单片机的应用程序赋予了其新的“生命”，使其在传统的抢答器面前具有电路简单、成本低、运行可靠等特色。对于抢答器我们大家都知道那是用于选手做抢答题时用的，选手进行抢答，抢到题的选手来回答问题。抢答器不仅考验选手的反应速度同时也要求选手具备足够的知识面和一定的勇气。选手们都站在同一个起跑线上，体现了公平公正的原则。1.1 数字抢答器的概述对于抢答器我们大家都知道那是用于选手做抢答题时用的
3、，选手进行抢答，抢到题的选手来回答问题。抢答器不仅考验选手的反应速度同时也要求选手具备足够的知识面和一定的勇气。选手们都站在同一个起跑线上，体现了公平公正的原则。 本实验设计的数字抢答器由主体电路与扩展电路组成。优先编码电路、锁存器、译码电路将参赛队的输入信号在显示器上输出；用控制电路和主持人开关启动报警电路，以上两部分组成主体电路。通过定时电路和译码电路将秒脉冲产生的信号在显示器上输出实现计时功能，构成扩展电路。经过布线、焊接、调试等工作后数字抢答器成形。更具有实用性。1.2 设计任务与要求任务：设计一款数字抢答器基本要求（1）抢答器同时供6名选手或6个代表队比赛，分别用6个按钮S0 S5表
4、示。（2）设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。（3）抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在LED数码管上显示，同时扬声器发出报警声响提示。选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。（4）抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如30秒）。当主持人启动开始键后，定时器进行减计时，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续的时间0.5秒左右。（5）参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。（6）如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统
5、报警并禁止抢答，定时显示器上显示00。优点：与普通抢答器相比，本作品有以下几方面优势具有清零装置和抢答控制，可由主持人操纵避免有人在主持人说“开始”前提前抢答违反规则。具有定时功能，在30秒内无人抢答表示所有参赛选手获参赛队对本题弃权。30秒时仍无人抢答其报警电路工作表示抢答时间耗尽并禁止抢答。1.3 系统主要功能抢答器原理：该抢答器供不多于四个的抢答比赛使用。每个选手的座位前安装一只抢答按钮开关和一只信号灯。主持人的座位前安装一只复原按钮开关、一只蜂鸣器和一只抢答器工作状态指示灯。每当主持人口头发出允许抢答的号令之后，哪个队先按下座位上的按钮开关，该座位的信号灯就先被点亮，同时封锁其他按钮开
6、关的活动。并且熄灭主持人座位上的状态指示灯和发出 3 声类似于电话振铃的提示声，以“声明”此次抢答动作已经完成。在主持人确认后，按下复原按钮，状态指示灯重新点亮，并且同时发出“笛笛”声，为下一次的抢答作好准备。电路中的蜂鸣器 FM 是一只带有助音腔的压电陶瓷蜂鸣器，用于模拟发出报警声的功率放大器和喇叭。在 FM 发声的同时，灯 D6 也在发光。FM 可以看作是一个电容性负载，本身不能流过直流电流。发声的原理是，作用在两个电极极板的电位在发生变化时，陶瓷材料就发生弯曲，从而振动空气发出声音。FM和 4 只按钮开关 SWaSWd 以及 4 只电阻 RaRd 都是在演示板的基础上额外添加的。由于RB
7、端口内部具有上拉电阻，只要用软件设置其有效，即可省略在4 只端口引脚上外接上拉电阻。按钮开关和指示灯与座位的对应关系如表1.1所示:表1.1 按钮开关和指示灯与座位的对应关系座位主持人席座位1座位2座位3座位4座位5座位6按钮开关SW1 SWaSWbSWcSWdSWeSWf蜂鸣器有有有有有有有2 系统主要硬件电路设计为使硬件电路设计尽可能合理，应注意以下几方面：(1) 尽可能采用功能强的芯片，以简化电路，功能强的芯片可以代替若干普通芯片，随着生产工艺的提高，新型芯片的的价格不断下降，并不一定比若干普通芯片价格的总和高。(2) 留有设计余地。在设计硬件电路时，要考虑到将来修改扩展的方便。因为很少
8、有一锤定音的电路设计，如果现在不留余地，将来可能要为一点小小的修改或扩展而被迫进行全面返工。(3) 程序空间，选用片内程序空间足够大的单片机，本设计采用AT89C51单片机。(4) I/O端口，在样机研制出来后进行现场试用时，往往会发现一些被忽视的问题，而这些问题不是靠单纯的软件措施来解决的。如有些新的信号需要采集，就必须增加输入检测端；有些物理量需要控制，就必须增加输出端。如果在硬件电路设计就预留出一些I/O端口，虽然当时空着没用，那么用的时候就派上用场了。2.1 单片机控制系统原理图如图2-1，P1.0为开始抢答，P1.7为停止，P1.1-P1.6为六路抢答输入，数码管段选P0口，位选P2
9、口低3位，蜂鸣器输出为P3.6口。P3.2为时间加1调整，P3.3为时间减1调整。图2-1 系统原理图2.2 单片机主机系统电路该六路抢答器的设计细分为时钟频率电路的设计，复位电路的设计，显示电路的设计和键盘扫描电路的设计等。2.2.1 时钟频率电路的设计单片机必须在时钟的驱动下才能工作.在单片机内部有一个时钟振荡电路,只需要外接一个振荡源就能产生一定的时钟信号送到单片机内部的各个单元,决定单片机的工作速度。图2-2 外部振荡源电路一般选用石英晶体振荡器。此电路在加电大约延迟10ms后振荡器起振,在XTAL2引脚产生幅度为3V左右的正弦波时钟信号,其振荡频率主要由石英晶振的频率确定。电路中两个
10、电容 C1,C2的作用有两个:一是帮助振荡器起振;二是对振荡器的频率进行微调。C1,C2的典型值为30PF。单片机在工作时,由内部振荡器产生或由外直接输入的送至内部控制逻辑单元的时钟信号的周期称为时钟周期。其大小是时钟信号频率的倒数,常用fosc表示。如时钟频率为12MHz,即fosc=12MHz,则时钟周期为1/12s。2.2.2 复位电路的设计单片机的第9脚RST为硬件复位端,只要将该端持续4个机器周期的高电平即可实现复位,复位后单片机的各状态都恢复到初始化状态，其电路图如图2-3所示:图2-3 复位电路值得注意的是,在设计当中使用到了硬件复位和软件复位两种功能,由上面的硬件复位后的各状态
11、可知寄存器及存储器的值都恢复到了初始值,而前面的功能介绍中提到了倒计时时间的记忆功能,该功能的实现的前提条件就是不能对单片机进行硬件复位,所以设定了软复位功能。软复位实际上就是当程序执行完毕之后,将程序指针通过一条跳转指令让它跳转到程序执行的起始地址。2.2.3 显示电路的设计显示功能与硬件关系极大，当硬件固定后，如何在不引起操作者误解的前提下提供尽可能丰富的信息，全靠软件来解决。2.2.4 键盘扫描电路的设计键盘是人与微机系统打交道的主要设备。关于键盘硬件电路的设计方法也可以在文献和书籍中找到，配合各种不同的硬件电路，这些书籍中一般也提供了相应的键盘扫描程序。站在系统监控软件设计的立场上来看
12、，仅仅完成键盘扫描，读取当前时刻的键盘状态是不够的，还有不少问题需要妥善解决，否则，人们在操作键盘就容易引起误操作和操作失控现象。在单片机应用中键盘用得最多的形式是独立键盘及矩阵键盘。图2-4 独立键盘它们各有自己的特点，其中独立键盘硬件电路简单，而且在程序设计上也不复杂，一般用在对硬件电路要求不高的简单电路中；矩阵键盘与独立键盘有很大区别，首先在硬件电路上它要比独立键盘复杂得多，而且在程序算法上比它要烦琐，但它在节省端口资源上有优势得多，因此它更适合于多按键电路。其次就是消除在按键过程中产生的“毛刺”现象。这里采用最常用的方法，即延时重复扫描法，延时法的原理为：因为“毛刺”脉冲一般持续时间短
13、，约为几ms，而我们按键的时间一般远远大于这个时间,所以当单片机检测到有按键动静后再延时一段时间(这里我们取10ms)后再判断此电平是否保持原状态,如果是则为有效按键，否则无效。2.3 发声我们知道，声音的频谱范围约在几十到几千赫兹，若能利用程序来控制单片机某个口线的“高”电平或低电平，则在该口线上就能产生一定频率的矩形波，接上喇叭就能发出一定频率的声音，若再利用延时程序控制“高”“低”电平的持续时间，就能改变输出频率，从而改变音调，使喇叭发出不同的声音。3 系统软件设计软件任务分析和硬件电路设计结合进行，哪些功能由硬件完成，哪些任务由软件完成，在硬件电路设计基本定型后，也就基本上决定下来了。
14、3.1 主程序系统结构图系统初始化模块按键模块正 常 抢 答 模 块非 法 抢 答 模 块发声模块显示数码管模块图3-1 软件系统结构图3.2 程序流程图在本设计中包括了以下八个主要的程序：主程序、非法抢答序、抢答时间调整程序、回答时间调整程序、倒计时程序、正常抢答处理程序、犯规处理程序、显示及发声程序。主流程图如3-2所示：初始化显示88NY开始键按下？选手抢答？YNY发出提示音、显示抢答倒计时、开始倒计时Y犯规发出提示音选手抢答？显示 F 和 犯规选手号、锁存抢答器YNY发出提示音、显示选手号、锁存抢答器、主持人按下复位键图3-2 程序设计流程图3.3 系统程序P1.0为开始抢答，P1.7
15、为停止，p1.1-p1.6为六路抢答输入数码管段选P0口，位选P2口，蜂鸣器输出为P3.6口。程序代码见附件。4 调试及性能分析 仿真模拟以及说明：说明:系统初始化，等待主持人按下开始键。说明：主持人按下开始键，数码管显示倒计时，等待选手在规定时间内抢答。说明：3号选手在规定的时间内第一个抢答，数码管显示所抢答的选手号，抢答器锁存，等待主持人按下复位键，初始化系统。说明：犯规抢答，没等主持人按下开始键就抢答，显示器显示犯规选手号，同时也锁存抢答器，等待主持人按下复位键，初始化系统。性能分析（1）具有清零装置和抢答控制，可由主持人操纵避免有人在主持人说“开始”前提前抢答违反规则。（2）具有定时功
16、能，在30秒内无人抢答表示所有参赛选手获参赛队对本题弃权。（3）30秒时仍无人抢答其报警电路工作表示抢答时间耗尽并禁止抢答。 （4）主持人按抢答开始键，会有提示音，并立刻进入抢答倒计时（预设30s抢答时间），如有选手抢答，会有提示音，并会显示其号数，不进行抢答查询，所以只有第一个按抢答的选手有效。倒数时间到小于等于5s会连续不断提示音。 （5）如倒计时期间，主持人想停止倒计时可以随时按复位按键，系统会自动进入准备状态，等待主持人按抢答开始进入下次抢答计时。 （6）如果主持人未按抢答开始键，而有人按了抢答按键，犯规抢答，LED上就会显示F和犯规号数，直到按下复位 键为止。结 束 语基于单片机应用
17、系统设计比较的难,从未接触过任何的应用系统的设计,对老师要求我们做的应用系统的设计根本无从下手,于是从图书馆借了几本有关单片机的应用系统的实例书籍，并且在网上参考了较多本实例的应用知识，了解了系统设计报告的写法和结构。参考了网上较多的实例，实在话，让我自己亲手动手去做实在不能完成，只有通过图书馆借的书和通过网络才可完成。这一定程度上也提高了网上搜索信息的能力。在借鉴了网上的信息，同时添加了自己借的书中的一些内容，整合成了这篇设计。共花了我三天时间，一直是呆在寝室做这个系统设计，除了吃饭出去一下，这三天时间有两天是花在在网上搜索本系统设计有关的知识。在网上发现很多优秀的产品多是基于单片机来制作成
18、。感知单片机的应用范围实在太广了，小到一个小小的抢答器，就是我做的作品，大到航天卫星，与我们日常生活是栩栩相关。今天总算完成了设计，心中还是蛮开心的，这并不是说我想偷懒或者是想偷工减料，草草完事，而是依靠自己完成了这个设计文档，在还未做之前，一直在想这个设计文档该如何完成.心里真的没底，就连上睡觉的时候也在想着这问题，而今天我完成了。有点感触就是：任何事情只要去做，多多去尝试，努力的要以自己去做为前提的心态，那么任何事情即使做的不好，也会受益很多，不是有句话叫做：心态决定的成败的话吗，实在是有理。参考文献1单片机课程设计实例指导，李光飞，北京航天航空大学出版社，20042单片机原理及接口技术（
19、第3版），李朝青，北京航空航天大学出版社，20023单片机系统设计与实例指导，冯育长，西安电子科技大学出版社，20074单片机原理及应用，张刚毅，高等教育出版社，2010附件：OK EQU 20H RING EQU 22H ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003H AJMP INT0SUB ORG 000BH AJMP T0INT ORG 0013H AJMP INT1SUB ORG 001BH AJMP T1INT ORG 0040HMAIN: MOV R1,#1EH MOV R2,#1EH MOV TMOD,#11H MOV TH0,#0F0H MOV TL0,#0FFH
20、 MOV TH1,#3CH MOV TL1,#0B0H SETB EA SETB ET0 SETB ET1 SETB EX0 SETB EX1 CLR OK CLR RING SETB TR1 SETB TR0START: MOV R5,#08H MOV R4,#08H ACALL DISPLAY JB P1.0,NEXT ACALL DELAY JB P1.0,NEXT ACALL BARK MOV A,R1 MOV R6,A SETB OK MOV R3,0AH AJMP COUNTNEXT: JNB P1.1,FALSE1 JNB P1.2,FALSE2 JNB P1.3,FALSE3
21、JNB P1.4,FALSE4 JNB P1.5,FALSE5 JNB P1.6,FALSE6 AJMP STARTFALSE1: ACALL BARK MOV R5,#0BH MOV R4,#01H CLR TR1 AJMP ERROR FALSE2: ACALL BARK MOV R5,#0BH MOV R4,#02H CLR TR1 AJMP ERRORFALSE3: ACALL BARK MOV R5,#0BH MOV R4,#03H CLR TR1 AJMP ERRORFALSE4: ACALL BARK MOV R5,#0BH MOV R4,#04H CLR TR1 AJMP ER
22、RORFALSE5: ACALL BARK MOV R5,#0BH MOV R4,#05H CLR TR1 AJMP ERRORFALSE6: ACALL BARK MOV R5,#0BH MOV R4,#06H CLR TR1 AJMP ERROR INT0SUB:MOV A,R1 MOV B,#0AH DIV AB MOV R5,A MOV R4,B MOV R3,#0AH ACALL DISPLAY JNB P3.2,INC0 JNB P3.3,DEC0 JNB P1.7,BACK0 AJMP INT0SUBINC0: MOV A,R1 CJNE A,#63H,ADD0 MOV R1,#
23、00H ACALL DELAY1 AJMP INT0SUBADD0: INC R1 ACALL DELAY1 AJMP INT0SUBDEC0: MOV A,R1 JZ SETR1 DEC R1 ACALL DELAY1 AJMP INT0SUBSETR1: MOV R1,#63H ACALL DELAY1 AJMP INT0SUBBACK0: RETIINT1SUB:MOV A,R2 MOV B,#0AH DIV AB MOV R5,A MOV R4,B ACALL DISPLAY JNB P3.2,INC1 JNB P3.3,DEC1 JNB P1.7,BACK1 AJMP INT1SUB
24、INC1: MOV A,R2 CJNE A,#63H,ADD1 MOV R2,#00H ACALL DELAY1 AJMP INT1SUBADD1: INC R2 ACALL DELAY1 AJMP INT1SUBDEC1: MOV A,R2 JZ SETR2 DEC R2 ACALL DELAY1 AJMP INT1SUBSETR2: MOV R2,#63H ACALL DELAY1 AJMP INT1SUBBACK1: RETICOUNT: MOV R0,#00H MOV TH1,#3CH MOV TL1,#0B0HRECOUNT: MOV A,R6 MOV B,#0AH DIV AB M
25、OV 30H,A MOV 31H,B MOV R5,30H MOV R4,31H MOV A,R6 SUBB A,#07H JNC LARGER MOV A,R0 CJNE A,#0AH,FULL CLR RING AJMP CHECKFULL: CJNE A,#14H,CHECK SETB RING MOV A,R6 JZ QUIT MOV R0,#00H DEC R6 AJMP CHECKLARGER: MOV A,R0 CJNE A,#14H,CHECK DEC R6 MOV R0,#00HCHECK: JNB P1.7,QUIT ACALL DISPLAY JB OK,ACCOUT A
26、JMP RECOUNTACCOUT: JNB P1.1,TRUE1 JNB P1.2,TRUE2 JNB P1.3,TRUE3 JNB P1.4,TRUE4 JNB P1.5,TRUE5 JNB P1.6,TRUE6 AJMP RECOUNTQUIT: CLR OK CLR RING AJMP STARTTRUE1: ACALL BARK MOV R5,#0AH MOV R4,#01H CLR TR1 CLR OK AJMP ERRORTRUE2: ACALL BARK MOV R5,#0AH MOV R4,#02H MOV R3,#0AH CLR TR1 CLR OK AJMP ERRORT
27、RUE3: ACALL BARK MOV R5,#0AH MOV R4,#03H CLR TR1 CLR OK AJMP ERRORTRUE4: ACALL BARK; MOV R5,#0AH MOV R4,#04H CLR TR1 CLR OK AJMP ERRORTRUE5: ACALL BARK MOV R5,#0AH MOV R4,#05H CLR TR1 CLR OK AJMP ERRORTRUE6: ACALL BARK MOV R5,#0AH MOV R4,#06H CLR TR1 CLR OK AJMP ERRORERROR: MOV R0,#00H MOV TH1,#3CH
28、MOV TL1,#0B0HHERE: MOV A,R0 CJNE A,#0AH,FLASH CLR RING MOV R4,#0AH MOV R5,#0AH AJMP CHECK1FLASH: CJNE A,#14H,CHECK1 SETB RING MOV R0,#00H MOV R5,#0BH MOV R4,#0BH AJMP CHECK1CHECK1: JNB P1.7,QUIT1 ACALL DISPLAY AJMP HEREQUIT1: CLR RING CLR OK AJMP STARTDISPLAY: MOV DPTR,#DAT1 MOV A,R5 MOVC A,A+DPTR M
29、OV P2,#01H MOV P0,A ACALL DELAY MOV DPTR,#DAT2 MOV A,R4 MOVC A,A+DPTR MOV P2,#02H MOV P0,A ACALL DELAY RETDAT1: DB 00H,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,71HDAT2: DB 3fh,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,71HDELAY1: MOV 35H,#08HLOOP0: ACALL DISPLAY DJNZ 35H,LOOP0 RETDELAY: MOV 32H,#12HLOOP: MOV 33H,#0AFHLOOP1: DJNZ 33H,LOOP1 DJNZ 32H,LOOP RETBARK: SETB RING ACALL DELAY1 ACALL DELAY1 CLR RING RETT0INT:MOV TH0,#0ECH MOV TL0,#0FFH JNB RING,OUT CPL P3.6 OUT: RETIT1INT: MOV TH1,#3CH MOV TL1,#0B0H INC R0 RETIEND专心-专注-专业