基于AT89C51單片機(jī)六路搶答器的設(shè)計(jì)

1、 課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程設(shè)計(jì)報(bào)告 基于 AT89C51 單片機(jī)搶答器的設(shè)計(jì) 院 系 電子信息工程學(xué)院 專 業(yè) 電子信息工程 班 級 1 姓 名 xxx 學(xué)號(hào)：xxxxxxxxxx 合肥師范學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告 I 摘摘 要要 單片機(jī)由于其微小的體積和極低的成本，廣泛的應(yīng)用于家用電器、工業(yè)控制等領(lǐng)域 中。在工業(yè)生產(chǎn)中，單片微型計(jì)算機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，也是頗具生產(chǎn)力的 機(jī)種。單片微型計(jì)算機(jī)簡稱單片機(jī)，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱微控器。學(xué)校和電視 臺(tái)等單位場舉辦各種比賽，搶答器是必要設(shè)備。在我校舉行的各種競賽中我們經(jīng)常看到 有搶答的環(huán)節(jié)，舉辦方多數(shù)采用讓選手通過舉答題板的方法判斷選手的答題權(quán)，這在某

2、 種程度上會(huì)因?yàn)橹鞒秩说闹饔^判斷造成比賽的不公平性。搶答器是一名公正的裁判員， 他由主體電路與擴(kuò)展電路組成。單片機(jī)由于其微小的體積和極低的成本，廣泛的應(yīng)用于 家用電器、工業(yè)控制等領(lǐng)域中。在工業(yè)生產(chǎn)中，單片微型計(jì)算機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重 要分支，也是頗具生產(chǎn)力的機(jī)種。單片微型計(jì)算機(jī)簡稱單片機(jī)，特別適用于控制領(lǐng)域， 故又稱微控器。學(xué)校和電視臺(tái)等單位場舉辦各種比賽，搶答器是必要設(shè)備。在我校舉行 的各種競賽中我們經(jīng)?？吹接袚尨鸬沫h(huán)節(jié)，舉辦方多數(shù)采用讓選手通過舉答題板的方法 判斷選手的答題權(quán)，這在某種程度上會(huì)因?yàn)橹鞒秩说闹饔^判斷造成比賽的不公平性。搶 答器是一名公正的裁判員，他由主體電路與擴(kuò)展電路組成。

3、 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié) FLASH 存儲(chǔ)器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。 AT89C2051 是一種帶 2K 字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除 只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 1000 次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制 造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS-51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃速存 儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器，AT89C2051

4、 是它的 一種精簡版本。AT89C51 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方 案。外形及引腳排列如圖所示。 本設(shè)計(jì)是六路智力搶答器。使用 51 系列單片機(jī)，編寫應(yīng)用程序來實(shí)現(xiàn)智力搶答功能。 硬件設(shè)計(jì)使用的是 51 系列單片機(jī)中的 89C51。硬件設(shè)計(jì)利用其中斷控制程序進(jìn)行搶答部 分的處理，通過非門的控制去申請單片機(jī)內(nèi)部的中斷，以達(dá)到顯示搶答的目的。軟件設(shè) 計(jì)利用中斷系統(tǒng)的基本構(gòu)成原理編寫中斷服務(wù)程序，其信號(hào)由按鍵電路提供，由 CPU 響 應(yīng)中斷，并輸出響應(yīng)。用到了查詢按鍵模塊、定時(shí)器模塊、顯示時(shí)間模塊、顯示組號(hào)模 塊、報(bào)警模塊等。 關(guān)鍵詞：89C51 中斷 定時(shí)器 報(bào)警電路等

5、 合肥師范學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告 II 目目 錄錄 摘 要.I 目 錄 .II 1 引言.1 1.1 智能搶答器的發(fā)展現(xiàn)狀.1 1.2 搶答器的背景和特點(diǎn).1 1.3 搶答器的分類及應(yīng)用.1 2 硬件設(shè)計(jì).2 2.1 AT89C51 的管腳說明.2 2.2 六路搶答器設(shè)計(jì)功能要求.3 2.3 搶答器設(shè)計(jì)方案.3 2.4 系統(tǒng)電路圖.3 2.5 撥動(dòng)開關(guān).4 2.6 顯示電路的設(shè)計(jì).4 3 軟件設(shè)計(jì).6 3.1 程序流程圖.6 3.2 系統(tǒng)程序.6 4 系統(tǒng)調(diào)試與實(shí)驗(yàn).10 4.1 仿真調(diào)試.10 4.2 性能分析.11 5 總結(jié).12 5.1 設(shè)計(jì)出現(xiàn)的問題.12 5.2 總結(jié).12 參考文獻(xiàn).13

6、 合肥師范學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告 1 1 引言引言 1.11.1 智能搶答器的發(fā)展現(xiàn)狀智能搶答器的發(fā)展現(xiàn)狀 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在的搶答器功能越來越強(qiáng)，可靠性和準(zhǔn)確性也越來越高。 能夠?qū)崿F(xiàn)搶答器功能的方式有多種，可以采用前期的模擬電路、數(shù)字電路或模擬與數(shù)字 電路相結(jié)合的方式，但這種方式制作過程復(fù)雜，而且準(zhǔn)確性與可靠性不高，成品面積大。 對于目前的搶答器的功能描述，如涵蓋搶答器、搶答限時(shí)、選手答題計(jì)時(shí)及犯規(guī)組 號(hào)搶答器具有搶答自鎖，燈光指示、暫停復(fù)位、電子音樂報(bào)聲、自動(dòng)定時(shí)等功能，還有 工作模式的切換和時(shí)間設(shè)定，對于這些，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，肯定還要得到進(jìn)一步的 改進(jìn)。一般都要趨向于智能化。 1.2

7、1.2 搶答器的背景和特點(diǎn)搶答器的背景和特點(diǎn) 在各類競賽中，特別是做搶答題時(shí)，在搶答過程中，為了知道哪一組或哪一名選手 先答題，必須要有一個(gè)系統(tǒng)來完成這個(gè)任務(wù)。如果在搶答過程中，只靠人的視覺是很難 判斷出哪組先答題。利用單片機(jī)來設(shè)計(jì)搶答器，使以上問題得以解決，即使有兩組的搶 答時(shí)間相差幾微秒，也可分辨出哪組優(yōu)先答題。 搶答器是一種應(yīng)用非常廣泛的設(shè)備，在各種競賽、搶答場合中，它能迅速、客觀地 分辨出最先獲得發(fā)言權(quán)的選手。早期的搶大漆只由幾個(gè)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(rèn)出選手號(hào)碼。現(xiàn)在大多數(shù)搶答器均使用單片機(jī)(如 MCS-51 型) 和數(shù)字集成電路，并增加了許多新功能，如

8、選手號(hào)碼顯示、搶按前或搶按后的計(jì)時(shí)、選 手得分顯示功能。像這類搶答器，制作過程簡單，準(zhǔn)確性與可靠性高，而且安裝維護(hù)簡 單。對于搶答器的應(yīng)用，如早期的數(shù)字電路，隨著科技的逐步發(fā)展，進(jìn)而到了單片機(jī)的 控制來實(shí)現(xiàn)其功能，而且功能齊全，電路簡單，成本低，性能高，真正朝著有利的方向 發(fā)展。 1.31.3 搶答器的分類及應(yīng)用搶答器的分類及應(yīng)用 電子搶答器的中心構(gòu)造一般由搶答器由單片機(jī)以及外圍電路組成，其搭配的配件不 同又分為，非語音飛計(jì)分搶答器和語音計(jì)分搶答器。多適用于學(xué)校和企業(yè)舉辦的簡單的 搶答活動(dòng)。非語音記分搶答器構(gòu)造很簡單，就是一個(gè)搶答器的主機(jī)和一個(gè)搶答器按鈕組 成，在搶答過程中選手沒有記分的顯示屏

9、。語音記分搶答器是有一個(gè)搶答器的主機(jī)和主 機(jī)的顯示屏和選手的記分顯示屏。 電腦搶答器又分為無線電腦搶答器和有線電腦搶答器。無線電腦搶答器的構(gòu)成是由： 主機(jī)和搶答器專用的軟件和無線按鈕。無線電腦搶答器利用電腦和投影儀，可以把搶答 合肥師范學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告 2 氣氛活躍起來，一般多使用于電臺(tái)等大型的活動(dòng)。有線電腦搶答器也是由主機(jī)和電腦配 合起來，電腦在和投影儀配合起來，利用專門研發(fā)的配套的搶答器軟件，可以十分完美 地表現(xiàn)搶答的氣氛。 隨著我國經(jīng)濟(jì)和文化事業(yè)的發(fā)展，在很多公開競爭場合要求有公正的競爭裁決，諸 如證券、股票交易及各種智力競賽等，因此出現(xiàn)了搶答器。 2 硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì) 2.12.1 A

10、T89C51AT89C51 的管腳說明的管腳說明 AT89C51 管腳說明： VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口：P0 口為一個(gè) 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng) P0 口的 管腳第一次寫 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定 義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。在 FIASH 編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn) 時(shí)，P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須接上拉電阻。 P1 口：P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部

11、上拉為高，可用作輸入，P1 口被外部下拉為 低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)，P1 口作為 低八位地址接收。 P2 口：P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因 此作為輸入時(shí)，P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2 口 當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2 口輸出地址的高八位。 在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2

12、口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào) 和控制信號(hào)。 P3 口：P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL 門電流。當(dāng) P3 口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為 低電平，P3 口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： 口管腳 備選功能 P3.0 RXD（串行輸入口） P3.1 TXD（串行輸出口） P3.2 /INT0（外部中斷 0） P3.3 /INT1（外部中斷 1） P3.4 T0（計(jì)時(shí)器 0

13、外部輸入） P3.5 T1（計(jì)時(shí)器 1 外部輸入） P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） 合肥師范學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告 3 P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 2.22.2 六路搶答器設(shè)計(jì)功能要求六路搶答器設(shè)計(jì)功能要求 1、基本要求 （1）搶答器同時(shí)供 6 名選手或 6 個(gè)代表隊(duì)比賽，分別用 6 個(gè)按鈕 K0 K5 表示。 （2） 搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動(dòng)按鈕，鎖存相應(yīng)的編號(hào)，并在 LED 數(shù)碼管上顯示，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲響提示。選手搶答實(shí)行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手 的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。 （3）搶答器具有定

14、時(shí)搶答功能，且一次搶答的時(shí)間由主持人設(shè)定（如 30 秒）。當(dāng) 主持人啟動(dòng)開始鍵后，定時(shí)器進(jìn)行減計(jì)時(shí)，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)的 時(shí)間 0.5 秒左右。 （4）參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效，定時(shí)器停止工作，顯示器上顯 示選手的編號(hào)和搶答的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。 （5）如果定時(shí)時(shí)間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報(bào)警并禁止搶答，定時(shí)顯 示器上顯示 FF。 2.32.3 搶答器設(shè)計(jì)方案搶答器設(shè)計(jì)方案 在設(shè)計(jì)中采用的單片機(jī)是 AT89C51，它主要負(fù)責(zé)控制各個(gè)部分協(xié)調(diào)工作。P1.0 P1.5 是 6 組搶答的輸入口，按下對應(yīng)按鈕即為搶答。P2.0P2.5 為位選通

15、。P0 口為數(shù)碼 管的段選口，位選口用的是 P2 口的低 4 位。它是共陰極的由高電平點(diǎn)亮。以拔動(dòng)開關(guān) K0K5 中的某個(gè)開關(guān)為 0N 作為搶答按鍵，無人搶答時(shí)，6 個(gè)數(shù)碼管循環(huán)輪流顯示 16 跑馬，誰先搶答，數(shù)碼管停止跑馬，6 個(gè)數(shù)碼管同時(shí)亮誰的編號(hào)，其后再有鍵按下，系統(tǒng) 不予響應(yīng)，直到此位拔為 OFF，恢復(fù) l6 跑了馬，開始下一輪搶答。系統(tǒng)仿真用到了 Proteus7.7 軟件，通過仿真可以顯示所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功能,對于程序的調(diào)試等有很大的幫助。 2.42.4 系統(tǒng)電路圖系統(tǒng)電路圖 如圖 2-1，系統(tǒng)通電開始搶答， P1.0-P1.5 為六路搶答輸入，數(shù)碼管段選 P0 口，位 選 P2 口。

16、 合肥師范學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告 4 圖 2-1 系統(tǒng)電路原理圖 2.52.5 撥動(dòng)開關(guān)撥動(dòng)開關(guān) 撥動(dòng)開關(guān)是通過撥動(dòng)開關(guān)柄使電路接通或斷開，從而達(dá)到切換電路的目的。撥動(dòng)開 關(guān)的設(shè)計(jì)如下圖 2-2，P1.0-P1.5是6組搶答的輸入口,按下按鈕搶答。誰先按下后其他 人再按則無效。當(dāng)該選手搶答完成后該開關(guān)撥為 OFF，系統(tǒng)開始重新跑馬。 圖 2-2 點(diǎn)鍵盤掃描電路 2.62.6 顯示電路的設(shè)計(jì)顯示電路的設(shè)計(jì) led 數(shù)碼管（LED Segment Displays）是由多個(gè)發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的 器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個(gè)筆劃，公共電極。led 數(shù)碼管常用段 數(shù)一般為

17、7 段有的另加一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，還有一種是類似于 3 位“+1”型。位數(shù)有半位， 1，2，3，4，5，6，8，10 位等等，led 數(shù)碼管根據(jù) LED 的接法不同分為共陰和共陽兩類， 了解 LED 的這些特性，對編程是很重要的，因?yàn)椴煌愋偷臄?shù)碼管，除了它們的硬件電 路有差異外，編程方法也是不同的。本實(shí)驗(yàn)的顯示電路的設(shè)計(jì)如下圖 2-3。采用數(shù)碼管 7SEG-MPX6-CA-BLUE。此為六個(gè)數(shù)碼管合一的，123456 表示選擇的數(shù)碼管供電的管腳， ABCDEFG DP 就是數(shù)碼管的斷碼輸入。系統(tǒng)通電后六個(gè)數(shù)碼管循環(huán)輪流顯示 16 跑馬， 合肥師范學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告 5 誰先搶答數(shù)碼管停止跑馬，六個(gè)數(shù)碼

18、管同時(shí)亮誰的編號(hào)。其后再有鍵按下系統(tǒng)不予響應(yīng)， 直到此為撥到 OFF。 圖 2-3 顯示電路的設(shè)計(jì) 合肥師范學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告 6 3 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì) 軟件任務(wù)分析和硬件電路設(shè)計(jì)結(jié)合進(jìn)行，哪些功能由硬件完成，哪些任務(wù)由軟件完 成，在硬件電路設(shè)計(jì)基本定型后，也就基本上決定下來了。 3.13.1 程序流程圖程序流程圖 圖 3-1 程序流程圖 圖 3-1 為本實(shí)驗(yàn)的程序流程圖。 3.23.2 系統(tǒng)程序系統(tǒng)程序 在本設(shè)計(jì)中包括了以下程序：主程序、p1.0-p1.5 為六路搶答輸入數(shù)碼管段選 P0 口， 位選 P2 口。 系統(tǒng)程序： #include sbit k1=P10; sbit k2=P11;

19、合肥師范學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告 7 sbit k3=P12; sbit k4=P13; sbit k5=P14; sbit k6=P15; unsigned char DSY_CODE=0 xc0,0 xf9,0 xa4,0 xb0,0 x99,0 x92,0 x82; void delayms(unsigned int ms) unsigned int i,j; for(i=0;ims;i+) for(j=0;j1141;j+); void main() unsigned char key,i; TMOD=0 x01; TH0=0 xff; TL0=0 xff; while(1) key=P1;

20、if(key=0 xff) for(i=1;i7;i+) switch(i) case 1:P2=0 x01;break; case 2:P2=0 x02;break; case 3:P2=0 x04;break; case 4:P2=0 x08;break; case 5:P2=0 x10;break; case 6:P2=0 x20;break; default : P2=0 x01;break; 合肥師范學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告 8 P0=DSY_CODEi; delayms(10); if(key!=0 xff) EA=1; ET0=1; TR0=1; void Tim_T0() interr

21、upt 1 using 0 if(k1=0 P0=DSY_CODE1; if(k2=0 P0=DSY_CODE2; if(k3=0 P0=DSY_CODE3; if(k4=0 P0=DSY_CODE4; 合肥師范學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告 9 if(k1!=0 P0=DSY_CODE5; if (k6=0 P0=DSY_CODE6; 合肥師范學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告 10 4 系統(tǒng)調(diào)試與實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)調(diào)試與實(shí)驗(yàn) 4.14.1 仿真調(diào)試仿真調(diào)試 一、上電顯示一、上電顯示 圖 4-1 上電顯示圖 如圖 4-1 當(dāng)上電時(shí)，數(shù)碼顯示管顯示“1-6 循環(huán)跑馬”。 合肥師范學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告 11 二、正確搶答顯示二、正確搶答顯示

22、 圖 4-2 正確搶答顯示 如圖 4-2，三號(hào)選手搶答成功，此時(shí)其他選手再搶答則無效，當(dāng)三號(hào)選手把 K2 撥為 OFF 時(shí)，數(shù)碼管重新回復(fù) 1-6 循環(huán)跑馬。 4.24.2 性能分析性能分析 以撥動(dòng)開關(guān) K0-K5 中的某個(gè)開關(guān)為 ON 作為搶答按鍵。無人搶答時(shí) 6 個(gè)數(shù)碼管循環(huán)輪 流顯示 1-6 跑馬。誰先搶答，數(shù)碼管停止跑馬，6 個(gè)數(shù)碼管同時(shí)亮誰的編號(hào)，其后再有鍵 按下，系統(tǒng)不予響應(yīng)，知道此為撥為 OFF，恢復(fù) 1-6 跑馬。并開始下一輪搶答。 合肥師范學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告 12 5 總結(jié)總結(jié) 5.15.1 設(shè)計(jì)出現(xiàn)的問題設(shè)計(jì)出現(xiàn)的問題 在本次課程設(shè)計(jì)過程中，出現(xiàn)了許許多多的問題，主要包括在程

23、序的編寫及調(diào)試、 仿真及調(diào)試和設(shè)計(jì)本身的不足。此次所設(shè)計(jì)的搶答器可實(shí)現(xiàn)基本的操作功能,可是還存在 許多不足之處,如當(dāng)搶答時(shí),如果前一位選手搶答錯(cuò)誤而繼續(xù)搶答時(shí),前一個(gè)選手的號(hào)碼不能 自動(dòng)被清除；還有就是不能調(diào)整搶答計(jì)時(shí)時(shí)間等等。 5.25.2 總結(jié)總結(jié) 經(jīng)過一個(gè)學(xué)期的學(xué)習(xí)，我覺得單片機(jī)這門課是很有趣的一門課程，在設(shè)計(jì)中掌握課 程，具有很強(qiáng)的實(shí)用性，真正做出一個(gè)實(shí)際的作品比我們做很多道題更具有生動(dòng)性。 第一次從白紙一樣開始自己設(shè)計(jì)單片機(jī)，起初我還害怕做不出東西來，可是在這兩星期 的日子里，雖然中途感到在設(shè)計(jì)上迷茫，但是最后還是學(xué)到很多很多的的東西。同時(shí)不 僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識(shí)。這次