模擬搶答器設計.doc

沈陽工程學院單片機課程設計 1 沈 陽 工 程 學 院 課 程 設 計 課程設計題目 課程設計題目 模擬搶答器設計模擬搶答器設計 系系 別別 自動化學院自動化學院 班級班級 電自專電自專 111111 學生姓名學生姓名 張浩張浩 學號學號 20113381132011338113 指導教師指導教師 王德君 曲樂聲王德君 曲樂聲 職稱職稱 工程師 講師工程師 講師 起止日期 起止日期 20132013 年年 6 6 月月 2424 日起日起 至至 20132013 年年 6 6 月月 2828 日止日止 沈陽工程學院單片機課程設計 2 沈 陽 工 程 學 院 課程設計任務書 課程設計題目 課程設計題目 模擬搶答器設計模擬搶答器設計 系系 別別 自動化學院自動化學院 班級班級 電自專電自專 111111 學生姓名學生姓名 張浩張浩 學號學號 20113381132011338113 指導教師指導教師 王德君 曲樂聲王德君 曲樂聲 職稱職稱 工程師 講師工程師 講師 課程設計進行地點 課程設計進行地點 單片機實驗室單片機實驗室 F207 F207 任任 務務 下下 達達 時時 間 間 20132013 年年 6 6 月月 7 7 日日 起止日期 起止日期 20132013 年年 6 6 月月 2424 日起日起 至至 201201 年年 6 6 月月 2828 日止日止 教教研研室室主主任任 王王 健健 20132013 年年 6 6 月月 7 7 日批準日批準 沈陽工程學院單片機課程設計 3 一 設計目的一 設計目的 通過課程設計使學生更進一步掌握單片機原理及應用課程的有關知識 提 高應用單片機解決問題的能力 加深對單片機應用的理解 通過查閱資料 結 合所學知識進行軟 硬件的設計 使學生初步掌握應用單片機解決問題的步驟 及方法 為以后學生結合專業(yè)從事單片機應用奠定基礎 二 設計的原始資料及依據二 設計的原始資料及依據 利用 TD NMC 單片機實驗系統(tǒng)的 I O 接口或可編程接口 8255 指示燈等 三 設計的主要內容及要求三 設計的主要內容及要求 1 分別用五個開關代替五個搶答小組 當開關為 0 時表示未搶答 為 1 時 表示搶答 一個開關表示搶答開始 一個開關表示清除 復位 2 每個開關對應有一個發(fā)光二極管表示搶答是否成功 當該組搶答成功時 對應的發(fā)光二極管閃亮 未搶答成功時不亮 3 當搶答開始開關為 1 時才允許搶答 為 0 時不允許搶答 4 搶答開始后 某組搶答成功其對應的發(fā)光二極管閃亮 主持人可用清除 開關對其清除 5 擴展功能 某組搶答成功其對應的發(fā)光二極管閃亮 同時用兩個數碼管 顯示器顯示出搶答成功的組別 四 對設計說明書撰寫內容 格式 字數的要求四 對設計說明書撰寫內容 格式 字數的要求 1 課程設計說明書 論文 是體現和總結課程設計成果的載體 一般不應 少于 3000 字 2 學生應撰寫的內容為 目錄 正文 參考文獻等 課程設計說明書 論 文 的結構及各部分內容要求可參照 沈陽工程學院畢業(yè)設計 論文 撰寫規(guī) 范 執(zhí)行 應做到文理通順 內容正確完整 書寫工整 裝訂整齊 3 說明書 論文 手寫或打印均可 手寫要用學校統(tǒng)一的課程設計用紙 用黑或藍黑墨水工整書寫 打印時按 沈陽工程學院畢業(yè)設計 論文 撰寫規(guī) 范 的要求進行打印 4 課程設計說明書 論文 裝訂順序為 封面 任務書 成績評定表 目錄 正文 參考文獻 五 五 設計完成后應提交成果的種類 數量 質量等方面的要求設計完成后應提交成果的種類 數量 質量等方面的要求 提交課程設計說明書一份 在說明書中要有設計原理 硬件電路接線 沈陽工程學院單片機課程設計 4 圖 設計的程序及必要注釋 程序流程圖等 六 時間進度安排六 時間進度安排 順序階段日期計 劃 完 成 內 容備注 1 1 5 天查閱資料及程序設計 2 2 5 天上機調試程序 3 0 5 天成績評定 4 0 5 天書寫報告 七 主要參考資料 文獻 七 主要參考資料 文獻 沈陽工程學院單片機課程設計 5 沈沈 陽陽 工工 程程 學學 院院 單片機應用技術課程設計成績評定表單片機應用技術課程設計成績評定表 系 部 系 部 自動化學院自動化學院 班級 班級 電自專電自專111111 學生姓名 學生姓名 張浩張浩 指指 導導 教教 師師 評評 審審 意意 見見 評價 內容 具 體 要 求權重評 分 加權 分 調研 論證 能獨立查閱文獻 收集資料 能制定課程設計方案 和日程安排 0 15 54 43 32 2 工作 能力 態(tài)度 工作態(tài)度認真 遵守紀律 出勤情況是否良好 能夠獨立完成設計工作 0 25 54 43 32 2 工作 量 按期圓滿完成規(guī)定的設計任務 工作量飽滿 難 度適宜 0 25 54 43 32 2 說明 書的 質量 說明書立論正確 論述充分 結論嚴謹合理 文 字通順 技術用語準確 符號統(tǒng)一 編號齊全 圖表完備 書寫工整規(guī)范 0 55 54 43 32 2 指導教師評審成績指導教師評審成績 加權分合計乘以 加權分合計乘以 1212 分分加權分合計加權分合計 指指 導導 教教 師師 簽簽 名 名 年年 月月 日日 評評 閱閱 教教 師師 評評 審審 意意 見見 評價 內容 具 體 要 求權重評 分 加權 分 查閱 文獻 查閱文獻有一定廣泛性 有綜合歸納資料的能力 0 25 54 43 32 2 工作 量 工作量飽滿 難度適中 0 55 54 43 32 2 說明 書的 質量 說明書立論正確 論述充分 結論嚴謹合理 文 字通順 技術用語準確 符號統(tǒng)一 編號齊全 圖表完備 書寫工整規(guī)范 0 35 54 43 32 2 評閱教師評審成績評閱教師評審成績 加權分合計乘以 加權分合計乘以 8 8 分分加權分合計加權分合計 評評 閱閱 教教 師師 簽簽 名 名 年年 月月 日日 課課 程程 設設 計計 總總 評評 成成 績績分分 沈陽工程學院單片機課程設計 6 目錄目錄 1 系統(tǒng)設計 9 1 1 設計任務與要求 9 1 2 8051 單片機系統(tǒng)說明 9 1 2 1 8051 單片機簡介 9 1 2 2 8051 的時序圖 10 1 3 8051 引角及其功能 10 1 4 設計搶答器的目的與意義 11 2 主要元器件分析 11 2 1 8051 芯片 11 2 2 數碼管 11 3 程序設計 13 3 1 程序流程圖 13 3 2 硬件設計電路 14 3 3 源程序介紹 14 3 4 運行結果圖 18 4 設計總結 19 5 參考文獻 20 附錄 1 21 沈陽工程學院單片機課程設計 7 摘 要 搶答器是一種應用非常廣泛的設備 在各種競猜 搶答場合中 它能 迅速 客觀地分辨出最先獲得發(fā)言權的選手 早期的搶答器只由幾個三極 管可控硅 發(fā)光管等組成 能通過發(fā)光管的指示辨認出選手 現在大多數 搶答器均使用單片機和數字集成電路 并增加了許多新的功能 如選手號 碼顯示 搶按器或搶按后的計時 選手得分顯示等功能 本文介紹了用 8051 系列單片機控制的八路智力搶答器 該搶答器除具有基本的搶答功能 外 還具有定時 計時和報警功能 關鍵字關鍵字 搶答器 單片機 報警 沈陽工程學院單片機課程設計 8 引引 言言 在知識比賽與娛樂競賽中 特別是做搶答題目的時候 在搶答過程中 為 了知道哪一組或哪一位選手先答題 必須要設計一個系統(tǒng)來完成這個任務 如 果在搶答中 靠視覺是很難判斷出哪組先答題 利用單片機系統(tǒng)來設計搶答器 使以上問題得以解決 即使兩組的搶答時間相差幾微秒 也可分辨出哪組優(yōu)先 答題 本文主要介紹了單片機搶答器設計及工作原理 以及它的實際用途 系 統(tǒng)工作原理本系統(tǒng)采用 8051 單片機作為核心 控制系統(tǒng)的四個模塊分別為 存 儲模塊 顯示模塊 搶答開關模塊 該搶答器系統(tǒng)通過開關電路五個按鍵輸入 搶答信號 利用存儲程序 利用一個數碼管來完成顯示功能 工作時 用按鍵 通過開關電路輸入各路的搶答信號 經單片機的處理 輸出控制信號 控制數 碼管工作 在數碼管上顯示哪一組先答題 并通過數碼管顯示選手的序號以及 開始倒計時 從而實現整個搶答過程 一種基于單片機的搶答器 與一般搶答器有四點不同 首先 搶答器反 應異常靈敏 據了解 此搶答器的反應時間僅為幾十微秒 大大縮短了搶答器 的反應時間 使搶答器可以迅速高效的工作 其次 搶答質量有保證 為比賽 更加公正透明化提供了依據 第三 搶答器設置了復位鍵 搶答的活動常常會 有幾個環(huán)節(jié)構成 為了保證在每個環(huán)節(jié)中槍答器都可以快速高效的運作 使得 搶答更加順利的進行 此類搶答器設置了復位鍵 最后 搶答器利用單片機技 術 利用這一技術 保證了搶答器擁有上述功能的同時 提高了搶答器的壽命 與質量 讓搶答器可以更加實用的同時 提高了搶答器的技術含量 沈陽工程學院單片機課程設計 9 1 系統(tǒng)設計系統(tǒng)設計 1 11 1 設計任務與要求設計任務與要求 1 分別用五個開關代替五個搶答小組 當開關為 0 時表示未搶答 為 1 時 表示搶答 一個開關表示搶答開始 一個開關表示清除 復位 2 每個開關對應有一個發(fā)光二極管表示搶答是否成功 當該組搶答成功時 對應的發(fā)光二極管閃亮 未搶答成功時不亮 3 當搶答開始開關為 1 時才允許搶答 為 0 時不允許搶答 4 搶答開始后 某組搶答成功其對應的發(fā)光二極管閃亮 主持人可用清除 開關對其清除 5 擴展功能 某組搶答成功其對應的發(fā)光二極管閃亮 同時用兩個數碼管 顯示器顯示出搶答成功的組別 1 21 2 80518051 單片機系統(tǒng)說明 1 2 11 2 1 80518051 單片機簡介單片機簡介 8051 系列單片機是國際上流行多年的代表機型 是國內高校教學和初學者 入門首選的主流機型 也是在各種技術期刊和專業(yè)書籍中出現頻率最高的經典 機型 本文以標準 80C51 為模型 并適當兼顧 8051 系列的共性和常用型號的 特性 內容主要包括 硬件架構 ROM RAM 指令系統(tǒng) 匯編程序基礎和匯 編語言工具鏈 并行端口 定時器 中斷邏輯 復位邏輯 時鐘電路 電源電 路等功能電路的結構和工作原理 以及片內程序存儲器編程原理 1 2 21 2 2 80518051 的時序圖的時序圖 時序圖如圖 1 2 所示 圖 1 2 8051 的時序圖 時序控制電路 主持人將控制開關撥到 開始 位置時 揚聲器發(fā)聲 搶答電路和定時 沈陽工程學院單片機課程設計 10 電路進入正常搶答工作狀態(tài) 當參賽選手按動搶答鍵時 顯示燈亮 其他搶答電路停止工作 1 31 3 80518051 引角及其功能引角及其功能 電源端 Vcc 40 腳 接地端 GND 20 腳 時鐘信號輸入端 XTAL2 18 腳 時鐘電路引腳 XTAL1 19 腳 復位信號輸入端 RST 9 腳 高電平有效 地址鎖存允許信號端 ALE 30 腳 6 分頻振蕩周期 PSEN 29 腳 程序存儲器允許輸出信號端 用于讀取外部的程序存儲器 每個機器周期中兩 次有效 EA 31 腳 外部程序存儲器地址允許輸入 接高電平時 執(zhí)行片內程序存儲 器的內容 當 PC 超過 0fffH 時 自動變 0 接低電平時 訪問外部程序存儲器 P0 39 32 腳 8 位準雙向 I O 在做輸入時 要先向口地址 80H 寫 1 此時由 內部上拉提成高阻態(tài) P1 1 8 腳 8 位準雙向 I O 口 1 41 4 設計搶答器的目的與意義設計搶答器的目的與意義 通過這次課程設計 掌握 8051 單片機的原理 了解簡單多功能搶答器組成原 理 初步掌握多功能搶答器的調整及測試方法 提高動手能力和排除故障的能 力 同時通過本課題設計與裝配 調試 提高自己的動手能力 鞏固已學的理 論知識 建立單片機理論和實踐的結合 了解多功能搶答器各單元電路之間的 關系及相互影響 從而能正確設計 計算定時計數的各個單元電路 初步掌握 多功能搶答器的調整及測試方法 提高動手能力和排除故障的能力 設計思路 搶答器是一種應用非常廣泛的設備 在各種競賽 搶答場合中 它能迅速 沈陽工程學院單片機課程設計 11 客觀地分辨出最先獲得發(fā)言權的選手 早期的搶答器只由幾個三極管 可控硅 發(fā)光管等組成 能通過發(fā)光管的指示辯認出選手號碼 現在大多數搶答器均使 用單片機 如 MCS 51 型 和數字集成電路 并增加了許多新功能 如選手號碼 顯示 一個選手搶答后 屏蔽其他選手按鍵 禁止其他選手共同答一題 2 2 主要元器件分析主要元器件分析 2 12 1 80518051 芯片芯片 8051 內含 8 位 CPU 廣泛的布爾處理能力 32 根雙向且分別可尋址的 I O 線 128 字 節(jié) RAM 2 個 16 位定時器 計數器 全雙工異步串行口 UART 2 個中斷優(yōu)先級 5 個 中斷源 片內有時鐘震蕩器 4K 字節(jié)片內 ROM 程序儲存器 可尋址的 64K 字節(jié)外部程序 儲存空間 可尋址得 64K 字節(jié)外部數據儲存空間 無片內 ROM 的 8051 形式是 8031 EPROM 型是 751 8051AH 是采用 HMOS 工藝制造 所以其管腳與 8051 兼容 2 22 2 數碼管數碼管 數碼管有 7 個輸入接口和一個共陰極端 7 個輸入端分別接 A B C D E F G 七個顯示管和一個小數點端 DP 數碼管引腳圖如圖 2 1 數碼管代替二極管 也就是用一位數字的顯示來代替兩位的二極管 完成同樣的故障顯示功能 數 碼管可以把我們需要的 POST 代碼顯示出來 在 PC 的操作系統(tǒng)引導工作完成 前 數碼管顯示的代碼總處于變化狀態(tài) 圖 2 1 數碼管引腳圖 數碼管使用條件 1 段及小數點上加限流電阻 沈陽工程學院單片機課程設計 12 2 使用電壓 段 根據發(fā)光顏色決定 小數點 根據發(fā)光顏色決定 3 使用電流 靜態(tài) 總電流 80mA 每段 10mA 動態(tài) 平均電流 4 5mA 峰值電流 100mA 本系統(tǒng)程序設計采用 T0 的溢出中斷來實現倒計時定時 采用 T0 的溢出中 斷來使喇叭發(fā)出一定頻率的聲音 用一個兩位 LED 來顯示倒計時 另外用一個 兩位 LED 顯示選手號 其中 倒計時顯示的兩位 LED 用的是共陰極接法 選 手號顯示 LED 用的是共陰極接法 并且通過動態(tài)顯示法 即位選控制 來實現 六個 LED 的同時顯示 沈陽工程學院單片機課程設計 14 3 程序設計程序設計 3 1 程序流程圖 程序流程圖 沈陽工程學院單片機課程設計 15 3 2 硬件設計電路 硬件設計電路 3 3 源程序介紹 源程序介紹 3 3 1 總體程序設計思路總體程序設計思路 這次程序設計利用 8051 芯片和 8255 擴展 p1 1 p1 5 分別代表五位選手 當輸入為 1 時 則搶答成功 為 0 時搶答失敗 其中程序有 start 調判斷搶答 是否開始程序 bb 調選手搶答程序 team 調選手答題情況 mied 調主 持人復位滅燈程序 xs 調顯示電路程序 Delay delay1 diy1 dly2 分別 調延遲程序 3 3 2 搶答開始程序 搶答開始程序 在搶答信號發(fā)出前 給 p1 輸入高電位 讓所有數碼管都發(fā)亮 等待主持人 發(fā)出開始搶答指令 用 p1 6 口輸入是否有搶答指令 如果 p1 6 口輸入為高電平 則跳轉到選手搶答程序 bb 如果 p1 6 輸入為 0 則跳轉到延遲程序 delay1 并返 回 start 繼續(xù)等待主持人發(fā)出搶答指令 Org 0000h 沈陽工程學院單片機課程設計 16 Main mov a 80h mov dptr 7f03h movx dptr a mov sp 50h mov p1 0ffh mov 35h 0dh mov 34h 0bh mov 33h 10h mov 32h 10h mov 31h 00h start jb p1 6 bb lcall delay1 sjmp start 3 3 3 選手搶答指令 選手搶答指令 當主持人發(fā)出搶答信號后 五位選手就開始按搶答器進行搶答 以選手 1 為例 當 p1 1 為 1 時 跳轉到 team1 在該程序中 跳轉到 delay1 進入延遲程 序 使得顯示電路工作 數碼管顯示 1 號選手的數字 知道主持人通過按鍵使 p1 7 由 0 變成 1 跳轉到滅燈程序 時數碼管復位歸零 bb Jb P1 1 team1 jb p1 2 team2 jb p1 3 team3 jb p1 4 team4 jb p1 5 team5 Ajmp start Team1 mov 30h 01h Loop mov a 01h mov dptr 7f00h movx dptr a acall delay1 沈陽工程學院單片機課程設計 17 mov a 00h mov dptr 7f00h movx dptr a acall delay1 Jnb p1 7 loop lcall mied 3 3 4 滅燈程序 滅燈程序 當選手答題后 由主持人按鍵使該選手的號碼歸零 繼續(xù)進入下一道題 mied mov a 00h mov dptr 7f00h movx dptr a mov 30h 0 ret 3 3 5 顯示程序 顯示程序 當選手搶答成功后 跳轉到顯示程序 在該程序中利用一系列的延遲程序 和空操作 使數碼管一直顯示 知道主持人進行復位清零操作或者系統(tǒng)判斷無 人搶答即 acc 6 為 0 時 跳轉到 ret 結束本輪搶答 繼續(xù)進行下一輪搶答 xs mov r0 30h mov r1 0feh disply mov a r0 mov dptr tab movc a a dptr mov dptr 7f01h movx dptr a mov a r1 mov dptr 7f02h movx dptr a lcall delay 沈陽工程學院單片機課程設計 18 mov a r1 jnb acc 6 retn rl a mov r1 a inc r0 sjmp disply retn ret delay mov r5 10h dd nop djnz r5 dd ret tab db 3fh 06h 5bh 4fh 66h 6dh 7dh 07h 7fh 6fh 77h 7ch 39h 5eh 79h 71h 40h Delay1 mov r7 9h Dly1 mov r6 02fh Dly2 lcall xs Djnz r6 dly2 Djnz r7 dly1 ret End 沈陽工程學院單片機課程設計 19 3 4 運行結果圖 運行結果圖 發(fā)出搶答命令發(fā)出搶答命令 二號選手搶答成功二號選手搶答成功 主持人按鍵復位清零主持人按鍵復位清零 沈陽工程學院單片機課程設計 20 4 設計總結設計總結 搶答器主要應用在一些娛樂活動中 搶答器又稱第一信號鑒頻器 搶答器 的出現解決了過去舉手搶答的方式 這樣不但增強了可靠性 而且提高了公平 性 值得選手信賴 由于搶答器的出現為娛樂領域中的搶答環(huán)節(jié)提供了方便 搶答器應用的一個關鍵問題是對其工作的穩(wěn)定性 可靠性 快速性的設計 要求嚴格 搶答器主要利用數字電路的編碼 譯碼和定時功能來實現 或者利 用單片機控制來完成 即智能化設計 本設計定位于本學科發(fā)展方向對單片機的編程及數字電路的應用進行研究 并且得到一些有意義的結論 搶答器的出現已經很多年 并且種類很多 目前 搶答器的功能是較為完善的 即智能化 可靠性高 速度快 工作穩(wěn)定 本設 計采用了部分智能化 在搶答時間方面還須改進 而且在準確性方面也有待于 改進 本設計的進一步設計應該是無限時的答題時間控制且用單片機來完成 一年多的單片機學習主要是課本上理論知識的學習 這些理論知識遠不能 滿足對單片機的應用的要求 這次設計給我們提供了一次很好的理論聯系實際 的機會 使得我們對單片機的功能以及應用有了更深刻的了解和認識 另外 程序設計是本次設計的一個難點 由于對指令的運用不夠熟練使得 在編程時屢屢碰壁 特別對于一些中斷程序 因涉及到一些標志位而使得編程 難度更高 雖然通過查資料以及同學老師的指導解決了這些問題 但編程方面 的欠缺還是很大的 這為我以后的學習業(yè)敲響了警鐘 在以后我應加強這方面 的練習以提高自己 由于時間以及自己的能力有限 這次的設計中難免會有一些遺漏和不足 希望老師批評指正 沈陽工程學院單片機課程設計 21 5 5 參考文獻參考文獻 1 李朝青 單片機原理及接口技術 修訂版 北京 北京航空航天大學出版社 1998 2 李廣弟 單片機基礎 北京 北京航空航天大學出版社 1992 3 何立民 單片機應用技術大全 北京 北京航空航天大學出版社 1994 4 張毅剛 單片機原理及接口技術 哈爾濱 哈爾濱工業(yè)大學出版社 1990 5 譚浩強 單片機課程設計 北京 清華大學出版社 1989 沈陽工程學院單片機課程設計 22 附錄附錄 1 1 總程序清單總程序清單 Org 0000h Main mov a 80h mov dptr 7f03h movx dptr a mov sp 50h mov p1 0ffh mov 35h 0dh mov 34h 0bh mov 33h 10h mov 32h 10h mov 31h 00h start jb p1 6 bb lcall delay1 sjmp start bb Jb P1 1 team1 jb p1 2 team2 jb p1 3 team3 jb p1 4 team4 jb p1 5 team5 Ajmp start 沈陽工程學院單片機課程設計 23 Team1 mov 30h 01h Loop mov a 01h mov dptr 7f00h movx dptr a acall delay1 mov a 00h mov dptr 7f00h movx dptr a acall delay1 Jnb p1 7 loop lcall mied Ljmp start team2 mov 30h 02h Loop1 mov a 02h mov dptr 7f00h movx dptr a acall delay1 mov a 00h mov dptr 7f00h movx dptr a acall delay1 沈陽工程學院單片機課程設計 24 Jnb p