单片机课设--多路抢答器--课程设计报告兼程序(共32页).doc-淘文阁

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1、精选优质文档-倾情为你奉上设计课题：多路抢答器学院：电气与信息工程学院专业：电气工程及其自动化班级：学号：姓名：目录一、任务及设计要求21.任务22.要求2二、系统原理图2三、硬件原理图61.元器件清单62.硬件设计63.软件设计114.性能分析13四、流程图151.总体流程图152.抢答器模块163.北京时间模块流程图17五、程序18六、产品使用说明书271.功能272.使用说明28七、心得体会29八、参考文献，教师评语30一、任务及设计要求1、任务设计一多路抢答器，每组设计一抢答按扭供选手使用2、要求（1）设计一多路数字抢答器（2）设置一个系统清除和抢答控制开关，该开关由主持人控制（3

2、）抢答器具有锁存与显示功能。选手按动按扭，锁存相应的编号，并在LED数码管或LCD上显示，同时系统报警。优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统信号清除为止（4）抢答器具有定时抢答功能。当主持人启动“开始”键后，计时器进行计时，同时绿灯亮（可蜂鸣器替代或显示对应标志）。参赛选手在设定时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，绿灯灭，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，如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警。中途可以暂停。（5）显示定时时间，可倒数显示（6）定时时间进入最后十秒时，可用蜂鸣器提醒（7）显示北京时间，可调整二、系统原理图硬件原理：ADUC8

3、48管脚图如下图所示。Pin14：（P1.0P1.3）作为矩阵式键盘或独立按键的输入，P1口只能用于输入，默认用于模拟输入，作为数字输入使用时应先往P1口相应引脚写0，这里可以用P0&=0xf0。若P2、P3、P0口要作为输入，则应往相应引脚写1。Pin5、6：AVDD、AGND，模拟电源输入。Pin7、8：外部参考电压接入，Pin7接AGND。片内DAC有2.5V内部参考，ADC有1.25V内部参考。Pin9、10：（P1.4、P1.5）两路AD输入，可做差分输入，需要设置ADC的寄存器。Pin11、12：（P1.6、P1.7）各200uA激励电流源，可配合RTD等做应用。Pin13：两路A

4、D输入做普通输入时的电压参考端，AD输入电压不能低于此引脚电压。Pin14：片内DAC输出。Pin15：复位引脚。Pin16、17：单片机RS232接口的RXD（P3.0） TXD（P3.1）。Pin18：（P3.2）外部中断0，用于红外接收和PS/2接口。Pin19：（P3.3）LCD1602，LCD12864A的EN引脚，控制第一位数码管。Pin20、21：DVDD、DGND数字电源输入。Pin22：（P3.4）PS/2接口的data信号。Pin23：（P3.5）LCD1602和LCD12864A的RW。Pin24：（P3.6）LCD1602和LCD12864A的RS。Pin25：LCD

5、12864A的CS1。Pin26：IIC接口时钟信号。Pin27：IIC接口data信号。Pin28：（P2.0）SPI接口时钟信号。Pin29：（P2.1）SPI接口MOSI信号、控制第6位数码管的位码。Pin30：（P2.2）SPI接口MISO信号、控制第7位数码管的位码。Pin31：（P2.3）SPI接口SS信号、控制第8位数码管的位码；P2.03也作为4X4矩阵式键盘的扫描输出信号、步进电机的控制信号、数码管第数码管第6、7、8位位码。但是SPI、4X4矩阵式键盘、步进电机、数码管第6、7、8位功能不能同时实现。Pin32、Pin33：接外部32.768KHz晶振。Pin34、Pin3

6、5：DVDD、DGND。Pin36：（P2.4）LCD12864A的CS2。Pin37：（P2.5）内部PWM模块输出，控制红外LED。Pin38：（P2.6）内部PWM模块输出，控制蜂鸣器。Pin39：（P2.7）内部PWM模块的外部时钟输入（也可以用内部时钟）。Pin40：EA，低电平有效，正常使用时拉低。Pin41：PSEN，在此引脚电平为低时按复位键进入debug模式，可以下载和调试程序。Pin42：ALE。Pin47、Pin48：DGND、DVDD。Pin43、44、45、46、49、50、51、52：P0口、LCD1602和LCD12864的数据总线，数码管的段码。三、硬件原理图

7、1.元器件清单： MCU:选用ADUC848芯片，core clock为1.MHz。带有PWM脉宽调制功能。数码管：五个共阴极的数码管，用作显示数据。由于I/O的驱动能力有限，因此是用PNP来驱动数码管的段，用NPN来进行数码管的位选。段码在低电平有效，位码在高电平有效键盘：使用矩阵键盘，使用16个按键，最多可以满足13名选手进行抢答。 LED：一个绿色的LED，正极接P25，阴极接地。无源蜂鸣器：采用PWM控制发声。下载程序芯片：与PC机的通信使用RS232协议，使用的通信芯片是MAX2322.硬件设计：（1）电源模块共有如下3种供电方式： 5V电源适配器供电（开关往上拨、插针1

8、下面两脚接跳线帽）。将开关sw4第2、3脚接通（开关往上拨），电源网络DVDD连接到插针1第2脚的输出，将插针1的第1、2脚（插针1下面两脚）接跳线帽，DVDD直接连接到电源适配器输入端，即为5V电源适配器供电模式。712V电源适配器供电（开关往上拨、插针1上面两脚接跳线帽）将开关sw4第2、3脚接通（开关往上拨），电源网络DVDD连接到插针1第2脚的输出，将插针1的第2、3脚（插针1上面两脚）接跳线帽，DVDD连接到稳压芯片7805的输出，而7805的输入端连接到电源适配器输入端，即为712V的电源适配器经7805给学习板供电的模式。USB供电（开关往下拨）。将开关sw4第1、2脚接通（开

9、关往下拨），电源网络DVDD连接到USB电源输入端。（2）数码管DS07：数码管段码。BIT07：数码管位码。MOTORAD：步进电机驱动信号。DISCTRL04：显示控制信号，控制数码管低5位。D08：单片机P0口。（3）8路LED 8个LED接P0口，低电平时LED亮，这样不会影响P0口逻辑电平。LED限流电阻取4.7K，通过LED电流约为0.8mA，在P0口驱动能力范围之内。插针配置：使用该模块，可以接通插针2，（4）蜂鸣器本设计中采用无源电磁式蜂鸣器，蜂鸣器由PWM1（P2.6）控制。PWM1和PWM0均为片内PWM模块的输出。蜂鸣器采用普通NPN三极管。插针配置：使用蜂鸣器，可

10、以接通插针3。（5）按键模块由于P1口（用于行扫描）内部无上拉电阻，为使无键按下时行信号为高电平，故将行信号接上拉电阻，电阻大小10K即可。引脚复用：P2.0P2.3为4X4矩阵式键盘列扫描信号，又复用作步进电机控制信号，SPI信号、P2.1P2.3还复用为数码管第5、6、7位位码控制信号。参与复用的一项功能使用时，其他参与复用的功能则不能使用。插针配置：插针10上面两脚接跳线帽，4X4矩阵式键盘输入，行扫描信号为P1.0P1.3，列扫描信号为P2.02.3。插针10下面两脚接跳线帽，独立按键输入，该模式有4个独立按键可用，按键扫描所用端口为P1.0P1.3。这4个按键为4X4矩阵键盘的左

11、边4个按键。（6）复位与下载复位与下载电路如图进入下载或调试模式的步骤为：按住BTN1(down or debug按键)不要放开；按下BTN2(reset按键)，然后放开BTN2(reset按键)；放开BTN1(down or debug按键)。这样单片机就进入了调试模式，可以下载或调试程序（7）下载程序芯片（MAX 232）3.软件设计（1）软件设计：分析了产品需要具有功能及工程任务和指标。这个多路抢答器功能有多路抢答器，北京时间，及其抢答过程中主持人的开始、暂停、清零，报警器的发声，LED显示。因此将抢答器这个小工程分成X个模块：LED显示模块，发声模块及PWM控制模块，数码管显示模

12、块，按键扫描模块，功能选择模块。（2）数码管扫描：采用动态扫描法。先选中位选，再将七段码送出，延时一段时间，接着是点亮下一个，完成一轮后则扫描程序结束。全过程由display(unsigned char duan,unsigned char wei)函数实现。但是，关键在于延时选择多长时间，延时太短则数码管点不亮或是不清晰，延时太长则会不连续或是影响后面的程序的执行如键盘扫描，而这个时间是需要调试的。（3）键盘扫描：aduc848芯片比较特殊性，其P1口不具备驱动能力只能读入，而且读入前要先将P1口置0，这点与AT89C51完全不同，如果不仔细阅读说明书，按键的的扫描将是永远无解。键盘还有另一

13、个问题，就是使用“闭环”还是“开环”。“闭环”的按键就是等待按键直到有按键按下才会退出按键扫描，而“开环”则不需要等到按键，只要没有按键就执行其后面的程序但是有一点，他必须用在循环中，而且一般是用在while（1）之中，进行循环扫描。关于延时程序，也是要考虑的，如果程序写了但是没有调用就会占用code和data区，而data区直接寻址仅仅128B，故延时选择合适的延时时间作为单位。（4）北京时间：运用定时器0，16位计数方式实现。计数器是加一计数器，当加到65535，即1s钟时定时器产生中断，同时对现实的时间进行刷新。由于在本产品的设计中我们只采用了一个中断，因此不存在中断的优先级，中断的嵌套

14、。因此不会对中断的发生时间产生影响。同时core clock的稳定，保证了时钟的稳定可靠。（5）倒计时与报警提示：倒计时采用延时程序完成，利用1 ms延时函数delay1ms(unsigned char),执行1000后延时就为1s。每个1s对数码管显示的段码进行刷新。报警功能通过蜂鸣器实现，在特定的时间给蜂鸣器占空比为50%的，频率不相同的脉冲波，发出不同的报警提示音。抢答开始提示有一盏绿色的LED来反映。但允许抢答时刻，给抢答器的控制引脚送高电平，抢答器发光，当抢答暂停、抢答时间到、已抢答中任一种情况发生时，绿灯熄灭。4.性能分析（1）通过按键实现选手的抢答，主持人的开始，暂停，清零，北

15、京时间调节信号。由于按键是有限的，用较少的按键实现这些功能则需要按键的复用，也就是不同模块中按键的功能是不同的。选手抢答需要在检测到按键时，通过行扫描法分析判断抢答成功选手的按键编号。主持人开始按键按下时倒计时开始。暂停按键按下时，程序进入死循环，同时倒计时暂停，跳出死循环的方法就是按下开始按键。清零按键按下时，抢答程序结束，屏幕显示北京时间，等待下一次抢答。北京时间调节，通过四个按键实现时和分的加减，同时不影响定时器工作。（2）警告声音是采用无源蜂鸣器发声。利用PWM给蜂鸣器不同频率的占空比都为50%的脉冲波，再通过延时发出声音。为了声音的不同，采用了不同的频率，有1000Hz，500Hz,

16、333Hz,200Hz.（3）北京时间功能采用T0计时器中断来实现。ADuC848的core clock频率默认为1.MHz，定时器0的时钟为core clock，=65536*24。故将定时器0设置为16位计数模式，且初值为0，无需在定时器溢出中断中给定时器赋初值（中断溢出就开始执行中断程序，计数器为加法计数器，从0加到65536）。每65536个core clock周期将产生一次中断，在中断处理程序中累计中断次数，当有24次中断产生时即为1秒，进行计时。同时产生中断，在数码管上显示。（4）由于矩阵键盘和左边三位数码管I/O口冲突，为了显示的避免误操作，采用了五位数码管显示，用电子手表的形式

17、显示北京时间。抢答器模式下，右起第五位数码管显示选手编号，右起最后两位显示抢答剩余时间，当抢答时间到没选手抢答时，结果显示特殊符号。（5）抢答开始提示有一个绿色的LED实现，通过P25给高电平时发光。四流程图1. 总体流程图开始初始化按键扫描按键判断抢答模式时钟调节北京时间模式模式13号键Else10、1114、15键 2. 抢答器模块流程图抢答模式初始化限时30s绿灯亮Limit=0？数码管扫描，延时1sLimit=10?发出最后10s警报，响2s按键扫描按键判断Limit数码管扫描按键判断？按键扫描Led灯熄灭抢答成功提示音响一次数码管扫描Limit=0？时间到30s警告按键判断按键扫描北

18、京时间模式YNYYNNElseElseElse按键01214号键13号键15号键返回段码绿灯灭3. 北京时间模块流程图Sec59？NYMin+Min59NMin59Min=0Hour+YHour23NHour=0数码管扫描按键扫描按键判断13号Else15号抢答模式10号11号14号Hour23Min1Min1Hour+Hour=0Min+Min=0Hour-Hour=23Min-Min=59YYYYNNNNSec+T0初值为0每过1sT0中断一次Y五、程序程序分模块进行测试，然后将模块整合成函数，和主函数编写在一个文件中。#include aduc848.h/*蜂鸣器的I/O端口*/sbit

19、 fmq = P26;/蜂鸣器的控制端口/*LED绿灯的I/O端口*/sbit LED = P25;/*北京时间显示参数*/unsigned char hour=0;unsigned char min=0;unsigned char sec=0;unsigned char flag;/*中断计数*/unsigned char InterruptCounter=0;/定义中断计数变量并赋初值0/*延时函数1ms*/void delay1ms(unsigned int time)while(time-)unsigned char a;for(a = 0;a = 114;a+); /1/12.58*

20、12*105=1ms/*PWM发生的延时函数（为了发声）*/void delay500us(unsigned char music) /500us基准延时程序unsigned char j;while(music-)for(j=0;j57;j+) ; void delayxus() /xus基准延时程序unsigned char j;for(j=0;j20;j+) ; /*PWM控制的发声函数，都是50%的占空比，4个不同的频率（为了发声）*/void buzzer1000Hz() fmq=1;delay500us(1);fmq=0;delay500us(1);void buzzer500Hz

21、() fmq=1;delay500us(2);fmq=0;delay500us(2);void buzzer333Hz() fmq=1;delay500us(3);fmq=0;delay500us(3);void buzzer200Hz() fmq=1;delay500us(5);fmq=0;delay500us(5);void buzzerhigh()fmq=1;delayxus();fmq=0;delayxus(); /*键盘扫描*/*子程序功能：扫描矩阵按键，返回键值入口参数：无出口参数：按键键值占用资源：ROM中的数组注意：（1）此子程序是开环的，应当用在循环中对于按键的处理，应当先

22、判断是否为有效按键值，返回0xff表示无按键（2）需要调用其他的子程序 void delay_ms(uchar k); （3）使用到了其他文件的管脚定义： P1 、P2故在调用此函数之前必须现包含相关管脚的宏定义文件：#include否则，将会出现没有管脚定义的错误*/unsigned char keyscan(void)unsigned char mov4=0x07,0x0b,0x0d,0x0e; /检测的P2口定义，表示4列unsigned char i,k; unsigned char keyvalue; P1&=0xf0;P2&=0xf0;if(P1&0x0f)!=0x0f)del

23、ay1ms(5);if(P1&0x0f)!=0x0f)for(i=0;i4;i+)P2=(P2&0xf0)|movi; /保证P2的高四位不受影响则用或，但是又要保证其低四位为给定值/所以，先将读进的P2的进行与使高四位保持不变，低四位清零，在同给定的值或if(P1&0x0f)!=0x0f)break;for(k=0;k4;k+)if(P1&0x0f)=mov3-k)break;keyvalue=i+k*4;while(P1&0x0f)!=0x0f);return keyvalue;return 0xff;/*段码定义*/ 0 F段码/第17为表示没人作答时的情况,三横/18.19两个是给时钟

24、小时和分钟之间的标志位unsigned char code table19=0x03,0x9f,0x25,0x0d,0x99,0x49,0x41,0x1f,0x01,0x09,0x11,0xc1,0x63,0x85,0x61,0x71,0xd9,0xfd,0xff; /*位码定义*/sbit bit0 = P33;sbit bit1 = P35;sbit bit2 = P36;sbit bit3 = P37;sbit bit4 = P24;sbit bit5 = P21;sbit bit6 = P22;sbit bit7 = P23;/*显示函数参数为段码+位码每次只打开一个数码管，即只有一个

25、bit为有效*/display(unsigned char duan,unsigned char wei)switch(wei)case 0:bit0 = 1;bit1 = 0;bit2 = 0;bit3 = 0;bit4 = 0;bit5 = 0;bit6 = 0;bit7 = 0;P0=tableduan;break;case 1:bit0 = 0;bit1 = 1;bit2 = 0;bit3 = 0;bit4 = 0;bit5 = 0;bit6 = 0;bit7 = 0;P0=tableduan;break;case 2:bit0 = 0;bit1 = 0;bit2 = 1;bit3 =

26、 0;bit4 = 0;bit5 = 0;bit6 = 0;bit7 = 0;P0=tableduan;break;case 3:bit0 = 0;bit1 = 0;bit2 = 0;bit3 = 1;bit4 = 0;bit5 = 0;bit6 = 0;bit7 = 0;P0=tableduan;break;case 4:bit0 = 0;bit1 = 0;bit2 = 0;bit3 = 0;bit4 = 1;bit5 = 0;bit6 = 0;bit7 = 0;P0=tableduan;break;case 5:bit0 = 0;bit1 = 0;bit2 = 0;bit3 = 0;bit

27、4 = 0;bit5 = 1;bit6 = 0;bit7 = 0;P0=tableduan;break;case 6:bit0 = 0;bit1 = 0;bit2 = 0;bit3 = 0;bit4 = 0;bit5 = 0;bit6 = 1;bit7 = 0;P0=tableduan;break;case 7:bit0 = 0;bit1 = 0;bit2 = 0;bit3 = 0;bit4 = 0;bit5 = 0;bit6 = 0;bit7 = 1;P0=tableduan;break;default:break;/*抢答程序*/void qiangda()unsigned char li

28、mite;/限时30s的抢答时间unsigned char return1;/抢答的按键编号unsigned char rst;/清零键/unsigned char stop;/暂停键14unsigned char shi;unsigned char ge;unsigned char num;rst = 0;return1 = 0xff;limite = 30;/*扫描选手按键和倒计时的代码*/while(limite!=0)shi = limite/10;/显示倒计时 ge = limite%10; for(num = 0;num50;num+) /20ms50ms=1sdisplay(sh

29、i,1); delay1ms(10); display(ge,0); delay1ms(10);/*最后10s的报警程序由于光的速度比声音快，所以就先出现光然后发出声音*/if(limite=10|limite=9)buzzerhigh();return1 = keyscan();if( return1 = 0|return1 = 1|return1 = 2|return1 = 3|return1 = 4|return1 = 5|return1 = 6|return1 = 7|return1 = 8|return1 = 9|return1 = 10|return1 = 11|return1 =

30、 12)/假如有人回答的了就跳出按键扫描的循环程序,0xff是在按键扫描里面定义的unsigned char beep1;LED = 0;/表示有人抢答的时候绿灯熄灭/*抢答成功后的声音，*/for(beep1=0;beep1100;beep1+)buzzer1000Hz();goto loop; /当有按键按下的时候跳出for循环/*14号按键作为暂停按键，这里注意不要再设定一个参数作为停止键的按键扫描，因为这样子会打乱时序，按键扫描需要较长的时间，导致这里无法执行goto的跳出循环程序*/*暂停程序*/if(return1 = 14)while(keyscan()!=13)display(

32、beep2;LED = 0;/有人抢答的时候绿灯熄灭/*抢答成功后的声音，*/for(beep2=0;beep2100;beep2+)buzzer1000Hz();goto loop; /当有按键按下的时候跳出for循环 if(limite=0) LED = 0;/时间到了之后没人抢答灯也会熄灭抢答的时候绿灯熄灭 return1 = 16;/16表示0x6d，显示雷电表示木有人抢答 loop: while(rst!=15) rst = keyscan();/扫描，直到扫到清零键 if(limite =0)/没有人抢答时刻的发声程序 buzzer500Hz(); shi = limite/10;

33、 ge = limite%10; display(return1,3);/显示上面的抢答结果 delay1ms(5);/数码管显示延迟5ms display(shi,1); delay1ms(5); display(ge,0); delay1ms(5); /*清零之后就该回到北京时间模式了清零之后就是qiangda（）程序运行结束回到主函数*/*主函数*/void main(void)/unsigned char begin;/开始按键,13unsigned char adjust;/调整时间的按键P2 &= 0xe1;/初始化，一开始全灭P3 &= 0x17;TMOD=0x01;/配置定时

34、器0为16位模式，时钟是core clock，默认为1.MHz IE=0x82;/使能定时器0中断和全局中断 TH0=0X00; TL0=0X00; TR0=1;/开启定时器0while(1)/*时间的调整代码*/adjust = keyscan();if(adjust!=0xff)switch(adjust)case 10:if(hour=23)hour = 0;elsehour+;break;case 14:if(hour=0)hour = 23;elsehour-;break;case 11:if(min=59)min = 0;elsemin+;break;case 15:if(min=

35、0)min = 59;elsemin-;break;/*时间的显示代码*/display(min%10),0);delay1ms(5);display(min/10),1);delay1ms(5);display(flag,2);delay1ms(5);display(hour%10),3);delay1ms(5);display(hour/10),4);delay1ms(5);/*抢答程序的入口，参数意义。qiangda：表示抢答开始键，qiang（）表示抢答器函数*/if(adjust = 13)unsigned char beep;/抢答成功时刻的提示声音for(beep=0;beep=

36、24)/T = 1/1.MHZ;24*T65536 = 1s;定时器默认初值为65536，因此中断中不用重新给初值 InterruptCounter=0;/*开始执行计时程序*/sec+;/*标志位更新代码*/if(sec%2 = 0)flag = 17;elseflag = 18;/*时分秒更新代码*/if(sec=60)sec = 0;min+;if(min=60)min = 0;hour+;if(hour=24)hour = 0; 六、多路抢答器使用说明书1、功能列表功能1多路抢答器，最多13路功能2北京时间2. 产品特点（1）一多路数字抢答器（2）一个系统清除和抢答控制开关，该开关由主

37、持人控制（3）抢答器具有锁存与显示功能。选手按动按扭，锁存相应的编号，并在LED数码管或LCD上显示，同时系统报警。优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统信号清除为止（4）抢答器具有定时抢答功能。当主持人启动“开始”键后，计时器进行计时，同时绿灯亮（可蜂鸣器替代或显示对应标志）。参赛选手在设定时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，绿灯灭，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，如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警。中途可以暂停。（5）显示定时时间，可倒数显示（6）定时时间进入最后十秒时，可用蜂鸣器提醒（7）显示北京时间，可调整 3.使用说明本产品

38、有三项功能，共有16个按键，可对秒表进行设置。在不同的功能项目下，按键具有不同的作用，详情见下表。功能模块按键抢答器模式北京时间模式13号按键主持人控制的开始按键无09，12，13号按键抢答选手的抢答按键无10号按键抢答选手的抢答按键小时数加111号按键抢答选手的抢答按键分钟数加114号按键主持人控制的暂停按键小时数减115号按键主持人控制的清零按键分钟数减1七、心得体会这次的单片机课程设计让我收获颇丰。首先，我意识到平时扎实的基础是关键，只有平时学得牢，在面对课题时思路才会敏捷，在面对问题时才会快速找到症结所在并找到解决之道。其次，程序设计是个很复杂的过程，在大的构思实现之后我们往往还要在很多的细节上对程序加以改进。在过去的大学学习中，我们大多数接触的是专业课，我们在课堂上学习的也都是专业课的理论知识，为了锻炼我们的实践能力把所学的专业理论知识运用到实践中去，课程设计为我们搭建了这样一个练习的平台。

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