51单片机三路抢答器.doc

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1、单片机课程设计题 目：三 路 抢 答 器 专 业 班 级：应用电子（对口）姓 名：徐 发 金 学 号：0 指 导 老 师： 陆 程 2012-12-16摘 要本设计是以抢答为基本理念。考虑到依需设定限时回答的功能，利用STC89C52单片机及外围接口实现的抢答系统，利用单片机的定时器/计数器定时和记数的原理，将软、硬件有机地结合起来，使得系统能够正确地进行计时，同时使数码管能够正确地显示时间。同时系统能够实现：在抢答中，只有开始后抢答才有效，如果在开始抢答前抢答为无效，相应犯规灯亮；开始后抢答，即正确按键后，相应成功指示灯亮，并开始倒计时，回答问题的时间限定为10秒，满时后系统计时自动复位及主

2、控复位；按键锁定，在有效状态下，按键无效非法。关键词: STC89C52；LED灯；数码管；抢答器；计时目录设计要求11方案12系统的主要功能23抢答器的硬件设计231 STC89C52简介23、2 LED灯533 8255接口芯片634 数码管显示模块735 按键模块736 外部中断0和外部中断184抢答器的软件设计941 主程序流程及分析942 总程序模块105 调试结果及分析14设计心得体会 15参考文献16附录一：总体原理图17抢答器设计要求1、一位主持人与3位抢答者，复位后，甲乙丙的绿、红灯全亮，开始键、复位键的指示灯全暗；主持人按复位键则仅复位指示灯亮，其他都暗，准备开始；主持人按

3、开始键，开始灯亮，允许甲乙丙抢答，此时优先者则相应成功指示灯亮，如允许前抢就相应犯规灯亮；答题开始进行倒计时，到规定时间不允许答题，并返回复位状态。2、具有抢答控制和倒计时显示功能。3、控制器应有复位控制、开始控制、抢答控制和状态指示等功能，并有答题时间控制和显示功能。1方案采用宏晶公司的STC89C52作为系统控制器的CPU方案。原理框图如图1所示：图1 原理方框图2系统的主要功能本系统是借用单片机采用模块化设计的抢答器，包括3路抢答按钮、开始按钮、复位按钮，指示灯显示，倒计时显示部分。用中断0和中断1的控制按钮做复位与开始控制。同时系统能够实现：在抢答中，只有开始后抢答才有效，如果在开始抢

4、答前抢答为无效，相应犯规灯亮；主持人按键开始后，选手开始抢答为有效，相应成功指示灯亮，并开始倒时，回答问题的时间限定为10秒，满时后系统计时自动复位及主控复位。 3抢答器的硬件设计31 STC89C52简介STC89C52引脚图如图2所示：图2 STC89C52引脚图主要性能： 与MCS-51单片机产品兼容8K字节在系统可编程Flash存储器 1000次擦写周期 全静态操作：0Hz33Hz 三级加密程序存储器 32个可编程I/O口线 三个16位定时器/计数器 八个中断源 全双工UART串行通道 低功耗空闲和掉电模式 掉电后中断可唤醒 看门狗定时器 双数据指针 掉电标识符 功能特性描述： STC

5、89C52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。使用宏晶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， 亦适于常规编器。 在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52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。STC89C52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，STC89C5

6、2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。 VCC : 电源 GND: 地 P0 口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。 P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的

7、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），具体如下表所示。在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。 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 MIS

8、O（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

9、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，p2 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STC89S52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。 P3.0 RXD（串行输入） P3.1 TXD（串行输出） P3.2 INT0(外部中断0) P3.3 INT0(外部中断0) P3.4 T0（定时器0外部输入） P3.5 T1（定时器1外部输入） P3.6

10、 WR(外部数据存储器写选通) P3.7 RD(外部数据存储器写选通) RST: 复位输入。晶振工作时，RST脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，RST 脚输出96个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。 ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8 位地址的输出脉冲。在flash编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，

11、ALE脉冲将会跳过。 如果需要，通过将地址为8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作将无效。这一位置“1”，ALE 仅在执行MOVX 或MOVC指令时有效。否则，ALE 将被微弱拉高。这个ALE 使能标志位 （地址为8EH的SFR的第0位） 的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。 PSEN:外部程序存储器选通信号 （PSEN） 是外部程序存储器选通信号。 当STC89C52从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，PSEN将不被激活。 EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H 到FFFFH的外部程序存储器读取指令，EA必

12、须接GND。为了执行内部程序指令，EA应该接VCC。在flash编程期间，EA也接收12伏VPP电压。 XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。 XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。 3、2 LED灯 LED灯示意图如图3所示：图3 LED灯示意图单片机的P1.0P1.7分别接到D4-D11这8个LED灯。33 8255接口芯片 单片机系统里常用的82551芯片是一个典型的可编程通用并行接口芯片，用来扩展单片机的端口，它具有3个8位的并行口，有三种工作方式,可作为单片机与各种外部设备连接的接口电路。 8255的引脚图如图4所示。 图4 8255的引脚图8255引脚功能说明：

13、RESET:复位输入线，当该输入端外于高电平时，所有内部寄存器（包括控制寄存器）均被清除，所有I/O口均被置成输入方式。 PA0PA7:端口A输入输出线，一个8位的数据输出锁存器/缓冲器， 一个8位的数据输入锁存器。 PB0PB7:端口B输入输出线，一个8位的I/O锁存器， 一个8位的输入输出缓冲器。 PC0PC7:端口C输入输出线， 一个8位的数据输出锁存器/缓冲器， 一个8位的数据输入缓冲器。端口C可以通过工作方式设定而分成2个4位的端口， 每个4位的端口包含一个4位的锁存器，分别与端口A和端口B配合使用，可作为控制信号输出或状态信号输入端口。 CS:片选信号线，当这个输入引脚为低电平时，

14、表示芯片被选中，允许8255与CPU进行通讯。 RD:读信号线，当这个输入引脚为低电平时，允许8255通过数据总线向CPU发送数据或状态信息，即CPU从8255读取信息或数据。 WR:写入信号，当这个输入引脚为低电平时，允许CPU将数据或控制字写8255。 D0D7:三态双向数据总线，8255与CPU数据传送的通道，当CPU 执行输入输出指令时，通过它实现8位数据的读/写操作，控制字和状态信息也通过数据总线传A0,A1:地址选择线,用来选择8255的PA口，PB口，PC口和控制寄存器。 当A0=0,A1=0时,PA口被选择； 当A0=0,A1=1时,PB口被选择； 当A0=1,A1=0时,PC

15、口被选择； 当A0=1.A1=1时,控制寄存器被选择。 在本次设计中，8255芯片用来扩展系统的外部接口，将8255的PA、PB、PC口给数码管、键盘使用。 34 数码管显示模块数码管原理图如图5所示：图5 数码管原理图在本次设计中，数码管的8段是由芯片8255的PB口控制亮灭，每个数码管的公共脚分别由8255的PA0-PA5经三极管扩流后进行控制，且数码管是共阳极的。当公共脚接上电源正极，笔画脚通过一个220欧姆电阻接负极，对应的笔画就会点亮。 要在某位数码管上显示一个数字，首先把待显示数字的显示码送给8255的PB口，接着选中要显示的位。35 按键模块 按键示意图如图6所示：图6 按键示意

16、图在单片机系统中键盘中按钮数量较多时，为了减少I/O 口的占用，常常将按钮排列成矩阵形式，在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按钮加以连接。这样，一个端口（如P1口）就能组成4*4=16个按钮，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就能组成20键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键（9键）。由此可见，在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的。 矩阵式键盘的按钮识别办法确定矩阵式键盘上何键被按下，介绍一种“行扫描法”。行扫描法又称为逐行（或列）扫描查询法，是一种最常用的按钮识别办法。 判断键盘中有无键按下将全部列线置高

17、电平，然后检测行线的状态。只要有一行的电平为高，则表示键盘中有键被按下，而且闭合的键位于高电平线与4根列线相交叉的4个按钮之中。若所有行线均为低电平，则键盘中无键按下。 判断闭合键所在的位置：在确认有键按下后，即可进入确定具体闭合键的过程。其办法是：将全部列线置为高电平，在确定某根行线位置为高电平后，再逐列对列线置高再检测先前返回高电平的行线的电平状态。若此行返回为高，则该列线与返为高电平的行线交叉处的按钮就是闭合的按钮。本次设计虽只用到其中三个按键但考虑到以后对系统升级，所以采用了矩阵式键盘。36 外部中断0和外部中断1外部中断0和外部中断1示意图如图7所示：图7 外部中断0和外部中断1示意

18、图在单片机上有两个引脚，名称为INT0、INT1，也就是P3.2、P3.3这两个引脚。在单片机内部的TCON寄存器中有四位是与外中断有关的。 IT0： INT0触发方式控制位，可由软件进和置位和复位，IT0=0，INT0为低电平触发方式，IT0=1，INT0为负跳变触发方式。IE0：INT0中断请求标志位。当有外部的中断请求时，这位就会置1（这由硬件来完成），在CPU响应中断后，由硬件将IE0清0。IT1、IE1的用途和IT0、IE0相同。按键0接单片机P32脚，按键1接单片机的P33脚。本次设计用到了外中断1和外中断0，需接上跳帽W1和W2。 4抢答器的软件设计41 主程序流程及分析抢答器的

19、基本工作原理：在抢答竞赛或呼叫时，有多个信号同时或不同时送入主电路中，抢答器内部的寄存器工作，并识别、记录第一个号码，同时内部的定时器开始工作，记录有关时间并产生超时信号。在整个抢答器工作过程中，显示电路还要根据现场的实际情况向外电路输出相应信号。抢答器的工作流程分为：系统复位、正常流程、违例流程等几部分，如图8所示，下面予以介绍。1、主持人按复位键，复位指示灯亮，进入准备状态，主持人出题。3、主持人按开始键，进入抢答部分，有人抢答就开始回答倒计时，抢答人在此限定时间内做出回答，计时完毕后停止做答并返回复位状态。无人抢答则主持人根据实际情况做出处理后可进入下一轮抢答。4、如果主持人未按开始键，

20、而有人按了抢答按键，犯规抢答，相应犯规灯亮。主持人根据实际情况做出处理后可进入下一轮抢答。图8 工作流程图42 总程序模块在本次设计中，总程序可分为主程序部分，显示部分，延时部分，键盘部分，计时部分，定时器工作模式设定及初始化部分，中断程序部分。#includereg51.h /包括一个51标准内核的头文件#include ABSACC.H /库函数#define a8255_PA XBYTE0xD1FF /*PA口地址*/#define a8255_PB XBYTE0xD2FF /*PB口地址*/#define a8255_PC XBYTE0xD5FF /*PC口地址*/#define a8

21、255_CON XBYTE0xD7FF /*控制字地址*/unsigned char Timer_Count=0; /定义变量unsigned char second=9;unsigned char light;unsigned char const num_table16= 0xA0, /*0*/ 0xBB, /*1*/ 0x62, /*2*/ 0x2A, /*3 */ 0x39, /*4*/ 0x2C, /*5 */ 0x24, /*6*/ 0xBA, /*7*/ 0x20, /*8*/ 0x28, /*9 */ 0x30, /*A*/ 0x25, /*B*/ 0xE4, /*C*/ 0x

22、23, /*D*/ 0x64, /*E*/ 0x74, /*F */ ; void Timer1_Init(void); /函数声明void GInt_Init(void);void delay (unsigned int x) ;void display (unsigned char place, unsigned char number);unsigned char keyboard(); main()/ 主程序 unsigned char flag=0; light=0xc0; Timer1_Init()；定时器工作模式设定及初始化 while(1) /主程序循环 GInt_Init()

23、; /函数调用（打开中断及相应的设定） P1=light; display(6,second); if(second=0)second=0x09;TR1=0;light=0x7f; flag=keyboard(); if(light=0x3f) switch(flag) case 1: light=0xfd,TR1=1; break; case 2: light= 0xf7, TR1=1 ; break; case 3:light=0xdf, TR1=1; break; default : light =0x3f; if(light=0x7f) switch(flag) case 1: lig

24、ht=0xfe; break; case 2:light=0xfb; break; case 3:light= 0xef; break; default : light =0x7f; void GInt_Init(void) /打开中断及相应的设定 EA = 1; EX0 = 1; IT0 = 1; EX1= 1;IT1 = 1; ET1=1; void ISR_Ex0(void) interrupt 0 /外中断0 light=0x7f; void ISR_Ex1(void) interrupt 2 /外中断1 light&=0xbf;void Timer1_Init(void) / 定时器

25、工作模式设定及初始化 TMOD=0x10; TH1=(65535-50000 )/256; TL1=(65535-50000)%256; void ISR_Timer1(void) interrupt 3 /1秒时间的设定Timer_Count+;if(Timer_Count = 20) Timer_Count = 0; second-; Timer1_Init();void delay(unsigned int x)/延时 unsigned char i,j,k; while(x-) for(i=0;i=5;i+) for(j=0;j=10;j+); void display(unsigne

26、d char place, unsigned char number) /显示 a8255_CON=0x89; a8255_PA =0xff; a8255_PB=0xff; a8255_PA=(0x01(place-1); a8255_PB=num_tablenumber; unsigned char keyboard() /键盘 unsigned char PC_data; unsigned char j; unsigned char y=0;a8255_CON=0x89; a8255_PA=0xf1;a8255_PB=0xff; delay(1); PC_data=a8255_PC; fo

27、r(j = 0;j4;j+) if(PC_data&(1j) = (1j) y= j+1; return(y) ; 5 调试结果及分析本设计主要是在编写的程序编译通过后，用下载软件将编写的程序下载到实验开发板上，验证结果是否满足设计要求。主要通过按键部分进行控制，通过数码管和LED灯部分进行观察。经验证，在抢答中，只有开始后抢答才有效，如果在开始抢答前抢答为无效，相应犯规灯亮；主持人按键开始后，选手开始抢答为有效，相应成功指示灯亮，并开始倒时，回答问题的时间限定为10秒，满时后系统计时自动复位及主控复位，满足设计要求。设计心得体会此次单片机课程设计，我做的是电子抢答器的设计，虽然设计简单，但是

28、所有的知识点都应用在设计中。老师布置了课题之后，我查找大量相关材料，然后知识汇总，把有关课题的内容经过对比与分析，最后来完成课设。电子抢答器在很多参考书上都有介绍，但运用到软件中时，出现各种不同的错误，我参考别人的程序，在老师的指导下，根据书本上所讲的有关知识点加以改进，编了一个新的程序，来实现功能。在编程过程中我运用的是汇编语言，比较C语言来说，感觉比较简洁清晰，函数关系较为清晰，并可以减少程序的冗长。但是，通过这次设计我也发现自己的很多不足之处。在设计过程中遇到的问题可以说是困难重重，我发现自己考虑问题很不全面，自己的专业知识掌握的很不牢固，所掌握的计算机应用软件还不够多，我希望自己的这些

29、不足之处能在今后的工作和学习中得到改善。而且，通过这次设计，我懂得了学习的重要性，学会了坚持和努力，让我想到了一句话：一件事，你用心去做了，不一定会成功，但如果你不去做，那就一定不会成功。参考文献1张鑫编著.单片机原理及应用M .北京：电子工业出版社，2005.8.105136.2陈家骏，郑滔主编.程序设计教程M .北京：机械工业出版社，2004.8.4192.3 余文俊主编.8051 C语言实习M . 北京：中国水利水电出版社，2002.10.5089. 4 孙育才编著.新型AT89S52系列单片机及其应用M .北京：清华大学出版社，2005.5.163.附录一：总体原理图总体原理图如图9所示：图9 总体硬件连接原理图图中U1为单片机STC89C52，U2为芯片8255，单片机的P1.0P1.7分别接到D4-D11这8个LED灯。复位按键与开始按键分别接到单片机的P3.2、P3.3脚，单片机的P0.0-P0.7脚接8255芯片D0-D7脚，8255的PA0-PA5分别接6个数码管的位选 ，同时PA0-PA3接键盘的四列，PC3-PC0接键盘的四行，PB0接数码管引脚11, PB1接数码管引脚10, PB2接数码管引脚7, PB3接数码管引脚1, PB4接数码管引脚2, PB5接数码管引脚3,PB6接数码管引脚4, PB7接数码管引脚5。