1、單片機原理及應用課程設計報告題 目 六路搶答器 姓 名 偶俊松、劉新春、韓偉偉 專業班級 09 計算機(1)班 指導教師 許 長 安 日 期 2012.6.42012.6.9 目錄第1節 引言21.1 數字搶答器的概述.2 1.2設計任務與要求. 21.3系統主要功能. 3第2節 系統主要硬件電路設計52.1 單片機控制系統原理圖62.2 單片機主機系統電路62.2.1 時鐘頻率電路的設計62.2.2 復位電路的設計72.2.3 顯示電路的設計72.2.4 鍵盤掃描電路的設計72.3 發聲82.4 系統復位8第3節 系統軟件設計103.1 主程序系統結構圖103.2 程序流程圖103.3 系統

2、程序11第4節 調試及性能分析20第5節 結束語21參考文獻22基于單片機的六路搶答器1引言單片機把我們帶入了智能化的電子領域，許多繁瑣的系統若由單片機進行設計，便能收到電路更簡單、功能更齊全的良好效果。若把經典的電子系統當作一個僵死的電子系統，那么智能化的現代電子系統則是一個具有“生命”的電子系統。而隨著技術的進步，單片機與串口通信的結合更多地應用到各個電子系統中已成一種趨勢。本設計就是基于單片機設計搶答系統，通過串口通信動態傳輸數據，使搶答系統有了更多更完善的功能。單片機系統的硬件結構給予了搶答系統“身軀”，而單片機的應用程序賦予了其新的“生命”，使其在傳統的搶答器面前具有電路簡單、成本低

3、、運行可靠等特色。對于搶答器我們大家都知道那是用于選手做搶答題時用的，選手進行搶答，搶到題的選手來回答問題。搶答器不僅考驗選手的反應速度同時也要求選手具備足夠的知識面和一定的勇氣。選手們都站在同一個起跑線上，體現了公平公正的原則。1.1 數字搶答器的概述對于搶答器我們大家都知道那是用于選手做搶答題時用的，選手進行搶答，搶到題的選手來回答問題。搶答器不僅考驗選手的反應速度同時也要求選手具備足夠的知識面和一定的勇氣。選手們都站在同一個起跑線上，體現了公平公正的原則。 本實驗設計的數字搶答器由主體電路與擴展電路組成。優先編碼電路、鎖存器、譯碼電路將參賽隊的輸入信號在顯示器上輸出；用控制電路和主持人開

4、關啟動報警電路，以上兩部分組成主體電路。通過定時電路和譯碼電路將秒脈沖產生的信號在顯示器上輸出實現計時功能，構成擴展電路。經過布線、焊接、調試等工作后數字搶答器成形。更具有實用性。1.2 設計任務與要求任務：設計一款數字搶答器基本要求（1）搶答器同時供6名選手或6個代表隊比賽，分別用6個按鈕S0 S5表示。（2）設置一個系統清除和搶答控制開關S，該開關由主持人控制。（3）搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應的編號，并在LED數碼管上顯示，同時揚聲器發出報警聲響提示。選手搶答實行優先鎖存，優先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統清除為止。（4）搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時

5、間由主持人設定（如30秒）。當主持人啟動開始鍵后，定時器進行減計時，同時揚聲器發出短暫的聲響，聲響持續的時間0.5秒左右。（5）參賽選手在設定的時間內進行搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答的時間，并保持到主持人將系統清除為止。（6）如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統報警并禁止搶答，定時顯示器上顯示00。優點：與普通搶答器相比，本作品有以下幾方面優勢具有清零裝置和搶答控制，可由主持人操縱避免有人在主持人說“開始”前提前搶答違反規則。具有定時功能，在30秒內無人搶答表示所有參賽選手獲參賽隊對本題棄權。30秒時仍無人搶答其報警電路工作表示搶答時間耗盡并禁止搶答。

6、1.3 系統主要功能搶答器原理：該搶答器供不多于四個的搶答比賽使用。每個選手的座位前安裝一只搶答按鈕開關和一只信號燈。主持人的座位前安裝一只復原按鈕開關、一只蜂鳴器和一只搶答器工作狀態指示燈。每當主持人口頭發出允許搶答的號令之后，哪個隊先按下座位上的按鈕開關，該座位的信號燈就先被點亮，同時封鎖其他按鈕開關的活動。并且熄滅主持人座位上的狀態指示燈和發出 3 聲類似于電話振鈴的提示聲，以“聲明”此次搶答動作已經完成。在主持人確認后，按下復原按鈕，狀態指示燈重新點亮，并且同時發出“笛笛”聲，為下一次的搶答作好準備。電路中的蜂鳴器 FM 是一只帶有助音腔的壓電陶瓷蜂鳴器，用于模擬發出報警聲的功率放大器

7、和喇叭。在 FM 發聲的同時，燈 D6 也在發光。FM 可以看作是一個電容性負載，本身不能流過直流電流。發聲的原理是，作用在兩個電極極板的電位在發生變化時，陶瓷材料就發生彎曲，從而振動空氣發出聲音。FM和 4 只按鈕開關 SWaSWd 以及 4 只電阻 RaRd 都是在演示板的基礎上額外添加的。由于RB端口內部具有上拉電阻，只要用軟件設置其有效，即可省略在4 只端口引腳上外接上拉電阻。按鈕開關和指示燈與座位的對應關系如表1.1所示:表1.1 按鈕開關和指示燈與座位的對應關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按鈕開關SW1 SWaSWbSWcSWdSWeSWf蜂鳴器有有有有有有有2

8、 系統主要硬件電路設計為使硬件電路設計盡可能合理，應注意以下幾方面：(1) 盡可能采用功能強的芯片，以簡化電路，功能強的芯片可以代替若干普通芯片，隨著生產工藝的提高，新型芯片的的價格不斷下降，并不一定比若干普通芯片價格的總和高。(2) 留有設計余地。在設計硬件電路時，要考慮到將來修改擴展的方便。因為很少有一錘定音的電路設計，如果現在不留余地，將來可能要為一點小小的修改或擴展而被迫進行全面返工。(3) 程序空間，選用片內程序空間足夠大的單片機，本設計采用AT89C51單片機。(4) I/O端口，在樣機研制出來后進行現場試用時，往往會發現一些被忽視的問題，而這些問題不是靠單純的軟件措施來解決的。如

9、有些新的信號需要采集，就必須增加輸入檢測端；有些物理量需要控制，就必須增加輸出端。如果在硬件電路設計就預留出一些I/O端口，雖然當時空著沒用，那么用的時候就派上用場了。2.1 單片機控制系統原理圖如圖2-1，P1.0為開始搶答，P1.7為停止，P1.1-P1.6為六路搶答輸入，數碼管段選P0口，位選P2口低3位，蜂鳴器輸出為P3.6口。P3.2為時間加1調整，P3.3為時間減1調整。圖2-1 系統原理圖2.2 單片機主機系統電路該六路搶答器的設計細分為時鐘頻率電路的設計，復位電路的設計，顯示電路的設計和鍵盤掃描電路的設計等。2.2.1 時鐘頻率電路的設計單片機必須在時鐘的驅動下才能工作.在單片

10、機內部有一個時鐘振蕩電路,只需要外接一個振蕩源就能產生一定的時鐘信號送到單片機內部的各個單元,決定單片機的工作速度。圖2-2 外部振蕩源電路一般選用石英晶體振蕩器。此電路在加電大約延遲10ms后振蕩器起振,在XTAL2引腳產生幅度為3V左右的正弦波時鐘信號,其振蕩頻率主要由石英晶振的頻率確定。電路中兩個電容 C1,C2的作用有兩個:一是幫助振蕩器起振;二是對振蕩器的頻率進行微調。C1,C2的典型值為30PF。單片機在工作時,由內部振蕩器產生或由外直接輸入的送至內部控制邏輯單元的時鐘信號的周期稱為時鐘周期。其大小是時鐘信號頻率的倒數,常用fosc表示。如時鐘頻率為12MHz,即fosc=12MH

11、z,則時鐘周期為1/12s。2.2.2 復位電路的設計單片機的第9腳RST為硬件復位端,只要將該端持續4個機器周期的高電平即可實現復位,復位后單片機的各狀態都恢復到初始化狀態，其電路圖如圖2-3所示:圖2-3 復位電路值得注意的是,在設計當中使用到了硬件復位和軟件復位兩種功能,由上面的硬件復位后的各狀態可知寄存器及存儲器的值都恢復到了初始值,而前面的功能介紹中提到了倒計時時間的記憶功能,該功能的實現的前提條件就是不能對單片機進行硬件復位,所以設定了軟復位功能。軟復位實際上就是當程序執行完畢之后,將程序指針通過一條跳轉指令讓它跳轉到程序執行的起始地址。2.2.3 顯示電路的設計顯示功能與硬件關系

12、極大，當硬件固定后，如何在不引起操作者誤解的前提下提供盡可能豐富的信息，全靠軟件來解決。2.2.4 鍵盤掃描電路的設計鍵盤是人與微機系統打交道的主要設備。關于鍵盤硬件電路的設計方法也可以在文獻和書籍中找到，配合各種不同的硬件電路，這些書籍中一般也提供了相應的鍵盤掃描程序。站在系統監控軟件設計的立場上來看，僅僅完成鍵盤掃描，讀取當前時刻的鍵盤狀態是不夠的，還有不少問題需要妥善解決，否則，人們在操作鍵盤就容易引起誤操作和操作失控現象。在單片機應用中鍵盤用得最多的形式是獨立鍵盤及矩陣鍵盤。圖2-4 獨立鍵盤它們各有自己的特點，其中獨立鍵盤硬件電路簡單，而且在程序設計上也不復雜，一般用在對硬件電路要求

13、不高的簡單電路中；矩陣鍵盤與獨立鍵盤有很大區別，首先在硬件電路上它要比獨立鍵盤復雜得多，而且在程序算法上比它要煩瑣，但它在節省端口資源上有優勢得多，因此它更適合于多按鍵電路。其次就是消除在按鍵過程中產生的“毛刺”現象。這里采用最常用的方法，即延時重復掃描法，延時法的原理為：因為“毛刺”脈沖一般持續時間短，約為幾ms，而我們按鍵的時間一般遠遠大于這個時間,所以當單片機檢測到有按鍵動靜后再延時一段時間(這里我們取10ms)后再判斷此電平是否保持原狀態,如果是則為有效按鍵，否則無效。2.3 發聲我們知道，聲音的頻譜范圍約在幾十到幾千赫茲，若能利用程序來控制單片機某個口線的“高”電平或低電平，則在該口

14、線上就能產生一定頻率的矩形波，接上喇叭就能發出一定頻率的聲音，若再利用延時程序控制“高”“低”電平的持續時間，就能改變輸出頻率，從而改變音調，使喇叭發出不同的聲音。3 系統軟件設計軟件任務分析和硬件電路設計結合進行，哪些功能由硬件完成，哪些任務由軟件完成，在硬件電路設計基本定型后，也就基本上決定下來了。3.1 主程序系統結構圖系統初始化模塊按鍵模塊正 常 搶 答 模 塊非 法 搶 答 模 塊發聲模塊顯示數碼管模塊圖3-1 軟件系統結構圖3.2 程序流程圖在本設計中包括了以下八個主要的程序：主程序、非法搶答序、搶答時間調整程序、回答時間調整程序、倒計時程序、正常搶答處理程序、犯規處理程序、顯示及

15、發聲程序。主流程圖如3-2所示：初始化顯示88NY開始鍵按下？選手搶答？YNY發出提示音、顯示搶答倒計時、開始倒計時Y犯規發出提示音選手搶答？顯示 F 和 犯規選手號、鎖存搶答器YNY發出提示音、顯示選手號、鎖存搶答器、主持人按下復位鍵圖3-2 程序設計流程圖3.3 系統程序P1.0為開始搶答，P1.7為停止，p1.1-p1.6為六路搶答輸入數碼管段選P0口，位選P2口，蜂鳴器輸出為P3.6口。程序代碼見附件。4 調試及性能分析 仿真模擬以及說明：說明:系統初始化，等待主持人按下開始鍵。說明：主持人按下開始鍵，數碼管顯示倒計時，等待選手在規定時間內搶答。說明：3號選手在規定的時間內第一個搶答，

16、數碼管顯示所搶答的選手號，搶答器鎖存，等待主持人按下復位鍵，初始化系統。說明：犯規搶答，沒等主持人按下開始鍵就搶答，顯示器顯示犯規選手號，同時也鎖存搶答器，等待主持人按下復位鍵，初始化系統。性能分析（1）具有清零裝置和搶答控制，可由主持人操縱避免有人在主持人說“開始”前提前搶答違反規則。（2）具有定時功能，在30秒內無人搶答表示所有參賽選手獲參賽隊對本題棄權。（3）30秒時仍無人搶答其報警電路工作表示搶答時間耗盡并禁止搶答。 （4）主持人按搶答開始鍵，會有提示音，并立刻進入搶答倒計時（預設30s搶答時間），如有選手搶答，會有提示音，并會顯示其號數，不進行搶答查詢，所以只有第一個按搶答的選手有效

17、。倒數時間到小于等于5s會連續不斷提示音。 （5）如倒計時期間，主持人想停止倒計時可以隨時按復位按鍵，系統會自動進入準備狀態，等待主持人按搶答開始進入下次搶答計時。 （6）如果主持人未按搶答開始鍵，而有人按了搶答按鍵，犯規搶答，LED上就會顯示F和犯規號數，直到按下復位 鍵為止。結 束 語基于單片機應用系統設計比較的難,從未接觸過任何的應用系統的設計,對老師要求我們做的應用系統的設計根本無從下手,于是從圖書館借了幾本有關單片機的應用系統的實例書籍，并且在網上參考了較多本實例的應用知識，了解了系統設計報告的寫法和結構。參考了網上較多的實例，實在話，讓我自己親手動手去做實在不能完成，只有通過圖書館

18、借的書和通過網絡才可完成。這一定程度上也提高了網上搜索信息的能力。在借鑒了網上的信息，同時添加了自己借的書中的一些內容，整合成了這篇設計。共花了我三天時間，一直是呆在寢室做這個系統設計，除了吃飯出去一下，這三天時間有兩天是花在在網上搜索本系統設計有關的知識。在網上發現很多優秀的產品多是基于單片機來制作成。感知單片機的應用范圍實在太廣了，小到一個小小的搶答器，就是我做的作品，大到航天衛星，與我們日常生活是栩栩相關。今天總算完成了設計，心中還是蠻開心的，這并不是說我想偷懶或者是想偷工減料，草草完事，而是依靠自己完成了這個設計文檔，在還未做之前，一直在想這個設計文檔該如何完成.心里真的沒底，就連上睡

19、覺的時候也在想著這問題，而今天我完成了。有點感觸就是：任何事情只要去做，多多去嘗試，努力的要以自己去做為前提的心態，那么任何事情即使做的不好，也會受益很多，不是有句話叫做：心態決定的成敗的話嗎，實在是有理。參考文獻1單片機課程設計實例指導，李光飛，北京航天航空大學出版社，20042單片機原理及接口技術（第3版），李朝青，北京航空航天大學出版社，20023單片機系統設計與實例指導，馮育長，西安電子科技大學出版社，20074單片機原理及應用，張剛毅，高等教育出版社，2010附件：OK EQU 20H RING EQU 22H ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003H AJMP I

20、NT0SUB 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 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 DISPLA

21、Y 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 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,#0

22、BH 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 ERRORFALSE5: 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

23、,#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,#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

24、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 INT1SUBINC1: 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 DELA

25、Y1 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 MOV 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 R

26、ING 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 AJMP 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

27、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 ERRORTRUE3: 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 BA