單片機設(shè)計實驗報告

1、 目錄一 設(shè)計任務(wù)及要求2二 工作原理 2三 硬件電路設(shè)計 2四 軟件設(shè)計 4五 總結(jié) 7 六 參考文獻 7七 主程序清單 7 摘要: 電子智能搶答計分器在搶答過程中，為了知道哪一組或哪一位選手先答題，必須要設(shè)計一個系統(tǒng)來完成這個任務(wù)。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(shè)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。本設(shè)計使用STC89C51單片機來設(shè)計智能搶答器，組數(shù)可以在六組以內(nèi)任意使用。并且具有倒計時和時間設(shè)置及報警功能。利用STC89C51單片機對信號進行鎖存、顯示等功能。分別從硬件和軟件兩方面闡述了該控制系統(tǒng)的設(shè)計方法,

2、并經(jīng)過調(diào)試和運行使該系統(tǒng)達到預(yù)期目標,具有反應(yīng)快、功能齊全、實用性強的特點。一、課程設(shè)計的要求與數(shù)據(jù)1. 搶答器同時供8名選手或8個代表隊比賽，分別用8個按鈕S0 S7表示。 2. 設(shè)置一個系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān)S，該開關(guān)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(yīng)的編號，并在優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。 4. 搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間由主持人設(shè)定（如,30秒）。當主持人啟動開始鍵后，定時器進行減計時。參賽選手在設(shè)定的時間內(nèi)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(tǒng)清除為止。如果

3、定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)通過一個指示燈報警并禁止搶答，定時顯示器上顯示00。二：工作原理 搶答器是為競賽參賽者答題時進行搶答而設(shè)計的一種優(yōu)先判決器電路，競賽者可以分為若干組，搶答時各組對主持人提出的問題要在最短的時間內(nèi)做出判斷，并按下?lián)尨鸢存I回答問題。當?shù)谝粋€人按下按鍵后，則在顯示器上顯示該組的號碼，同時電路將其他各組按鍵封鎖，使其不起作用?；卮鹜陠栴}后，由主持人將所有按鍵恢復(fù)，重新開始下一輪搶答。搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間可以由主持人設(shè)定（如,30秒）。當主持人啟動開始鍵后，定時器進行減計時。 參賽選手在設(shè)定的時間內(nèi)進行搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上

4、顯示選手的編號和搶答的時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)通過一個指示燈報警并禁止搶答，定時顯示器上顯示00。因此要完成搶答器的邏輯功能，該電路至少應(yīng)包括輸入開關(guān)、數(shù)字顯示、判別組控制以及組號鎖存等部分。三：硬件電路設(shè)計 1.總體設(shè)計如圖1，P3.0為開始搶答，P3.2為停止，P1.0-P1.7為八路搶答輸入，數(shù)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(diào)整，P3.3為時間減1調(diào)整。 圖1 總體電路2 外部振蕩電路圖2 外部振蕩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(chǎn)

5、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(diào)。C1,C2的典型值為30PF。3 復(fù)位電路的設(shè)計單片機的第9腳RST為硬件復(fù)位端,只要將該端持續(xù)4個機器周期的高電平即可實現(xiàn)復(fù)位,復(fù)位后單片機的各狀態(tài)都恢復(fù)到初始化狀態(tài)，其電路圖如圖3所示:圖3 復(fù)位電路在方案中使用到了硬件復(fù)位和軟件復(fù)位兩種功能,由上面的硬件復(fù)位可使寄存器及存儲器的值都恢復(fù)到初始值,而前面的功能提到了倒計時間需要有記憶功能,該功能實現(xiàn)的前提條件就是不能對單片機進行硬件復(fù)位,所以設(shè)定了軟復(fù)位功能。軟復(fù)位實際上就是當程序執(zhí)行

6、完畢之后,將程序指針通過一條跳轉(zhuǎn)指令讓它跳轉(zhuǎn)到程序執(zhí)行的起始地址。4 顯示電路的設(shè)計顯示電路使用了七段數(shù)碼管7SEG-MPX4-CC，它是共陰極的，由高電平點亮。圖4 陰極七段數(shù)碼管5 按鈕輸入電路的設(shè)計搶答器的輸入按鈕使用常開開關(guān)，圖5 搶答按鍵這些常開開關(guān)組成了搶答按鍵，硬件電路簡單，在程序設(shè)計上也不復(fù)雜，只要在程序中消除在按鍵過程中產(chǎn)生的“毛刺”現(xiàn)象就可以了。這里采用最常用的方法即延時法，其的原理為：因為“毛刺”脈沖一般持續(xù)時間短，約為幾ms，而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(這里取10ms)后再判斷此電平是否保持原狀態(tài),如果是則為有效按鍵，

7、否則無效。6 報警電路 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，則在該口線上就能產(chǎn)生一定頻率的巨型波，接上喇叭就能發(fā)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(xù)時間，就能改變輸出頻率，從而改變音調(diào)，使喇叭發(fā)出不同的聲音。本文設(shè)計如下圖所示。圖中單片機的14腳輸出具有復(fù)合功能，此處用到了單片機17腳的IO端口功能，單片機通過內(nèi)部定時器的操作實現(xiàn)交替變換的波形輸出驅(qū)動揚聲器發(fā)聲。系統(tǒng)初始化模塊按鍵模塊正確搶答模塊非法搶答模塊調(diào)整時間模塊顯示模塊圖 6 發(fā)聲電路四：軟件設(shè)計流程圖1 程序系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 圖7 軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 硬件電

8、路確定后，軟件的編程要與硬件相匹配，軟硬件才能結(jié)合完成所要實現(xiàn)的功能。由功能分析得到以下的軟件結(jié)構(gòu)圖： 2 程序流程圖P3.7取反定時器重新賦值返回主函數(shù)響鈴標志為1？NY整個程序主要由定時器T0、定時器T1、外部中斷0和主程序構(gòu)成。定時器T0用于使揚聲器發(fā)聲，當需要響鈴時，把響鈴標志位置一，每次中斷都對P3.7取反，揚聲器發(fā)聲，改變定時器初值，可改變揚聲器頻率。定時器程流程圖如下： 圖8 響鈴程序流程圖返回主函數(shù)計時標志加一計數(shù)器重新賦值定時器T1用于倒計時，每次中斷為50ms，當計數(shù)標志為20時即為一秒，顯示數(shù)字減一。其流程圖如下： 圖9 倒計時中斷流程圖外部中斷0用于調(diào)整倒計時時間，流程

9、圖如下：顯示時間R1R1減1返回主函數(shù)R1置0R1增1R1置99加1鍵按下？減1鍵按下？R1到0？R1到99？返回鍵按下？YNYYYNNNNY 圖10 調(diào)整搶答時間流程圖主程序協(xié)調(diào)三個中斷一起工作，實現(xiàn)搶答功能,其流程圖如下：按鍵發(fā)聲顯示搶答號，剩余時間停止鍵按下?搶答鍵按下?停止鍵按下?開始鍵按下？程序初始化倒計時顯示倒計時開始按鍵發(fā)聲準備狀態(tài)，顯示FFF倒計時大于5s?顯示法規(guī)號碼按鍵發(fā)聲非法搶答?停止鍵按下?提醒發(fā)聲倒計時結(jié)束?YNNYNNNNNYYYYY圖11 主程序流程圖五：總結(jié)設(shè)計是對自己以前學習過的知識的一種靈活的應(yīng)用，有助于讓我們把所學的知識融會貫通。同時也是對我們學習的一種最

10、好的檢驗方法。讓我們更好的了解到單片機芯片的各端口的功能，在實際應(yīng)用中學習到芯片端口的各種使用方法。初次面對設(shè)計有一種手足無措的感覺。通過查詢資料，查看一些類似的電路設(shè)計及程序設(shè)計。慢慢的了解了芯片各端口的功能以及使用方法。然后一點點設(shè)計、仿真、改善，最終設(shè)計出了完善的系統(tǒng)。六：參考資料1. 教材2單片機原理與應(yīng)用教程 劉瑞新 機械工業(yè)出版社3.單片機原理與實用技術(shù) 王振紅 機械工業(yè)出版社主程序清單 ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003H AJMP INT0SUB ORG 000BH AJMP T0INT ORG 001BH AJMP T1INT OK EQU 20H ;

11、搶答開始標志位 RING EQU 22H ; 響鈴標志位 ORG 0040HMAIN: MOV R1,#0FH; 初設(shè)搶答時間為15s MOV R2,#0AH; 初設(shè)答題時間為10s MOV TMOD,#11H; 設(shè)置未定時器/模式1 MOV TH0,#0F0H MOV TL0,#0FFH; 越高發(fā)聲頻率越高,越尖 MOV TH1,#3CH MOV TL1,#0B0H; 50ms為一次溢出中斷 SETB EA SETB ET0 SETB ET1 SETB EX0 SETB EX1; 允許四個中斷,T0/T1/INT0/INT1 CLR OK CLR RING SETB TR1 SETB TR0

12、; 一開始就運行定時器,以開始顯示FFF.如果想重新計數(shù),重置TH1/TL1就可以了;查詢程序:START: MOV R5,#0BH MOV R4,#0BH MOV R3,#0BH ACALL DISPLAY; 未開始搶答時候顯示FFF JB P3.0,NEXT ACALL DELAY JB P3.0,NEXT;去抖動,如果開始鍵按下就向下執(zhí)行,否者跳到非法搶答查詢 ACALL BARK;按鍵發(fā)聲 MOV A,R1 MOV R6,A; 送R1-R6,因為R1中保存了搶答時間 SETB OK; 搶答標志位,用于COUNT只程序中判斷是否查詢搶答 MOV R3,#0AH; 搶答只顯示計時,滅號數(shù)

13、AJMP COUNT;進入倒計時程序,查詢有效搶答的程序在COUNT里面NEXT: JNB P1.0,FALSE1 JNB P1.1,FALSE2 JNB P1.2,FALSE3 JNB P1.3,FALSE4 JNB P1.4,FALSE5 NB P1.5,FALSE6 JNB P1.6,FALSE7 JNB P1.7,FALSE8 AJMP START;非法搶答處理程序: FALSE1: ACALL BARK; 按鍵發(fā)聲 MOV R3,#01H AJMP ERROR FALSE2: ACALL BARK MOV R3,#02H AJMP ERROR FALSE3: ACALL BARK M

14、OV R3,#03H AJMP ERROR FALSE4: ACALL BARK MOV R3,#04H AJMP ERROR FALSE5: ACALL BARK MOV R3,#05H AJMP ERROR FALSE6: ACALL BARK MOV R3,#06H AJMP ERROR FALSE7: ACALL BARK MOV R3,#07H AJMP ERROR FALSE8: ACALL BARK MOV R3,#08H AJMP ERROR;倒計時程序(包括有效搶答程序): COUNT: MOV R0,#00H; 重置定時器中斷次數(shù) MOV TH1,#3CH MOV TL1,

15、#0B0H; 重置定時器RECOUNT: MOV A,R6; R6保存了倒計時的時間 MOV B,#0AH DIV AB; 除十分出個位/十位 MOV 30H,A; 十位存于(30H) MOV 31H,B; 個位存于(31H) MOV R5,30H ; 取十位 MOV R4,31H ; 取個位 MOV A,R6 CLR C SUBB A,#07H JNC LARGER ;大于5s跳到LARGER,小于等于5s會提醒 MOV A,R0 CJNE A,#0AH,FULL;1s中0.5s向下運行 CLR RING AJMP CHECKFULL: CJNE A,#14H,CHECK ; 1s時,響并顯

16、示號數(shù)并清R0,重新計時 SETB RING MOV A,R6 JZ QUIT ; 計時完畢 MOV R0,#00H DEC R6 ; 一秒標志減1 AJMP CHECKLARGER: MOV A,R0 CJNE A,#14H,CHECK ; 如果1s向下運行,否者跳到查停/顯示 DEC R6; 計時一秒R6自動減1 MOV R0,#00HCHECK: JNB P3.1,QUIT; 如按下停止鍵退出 ACALL DISPLAY JNB P1.0,TRUE1 JNB P1.1,TRUE2 JNB P1.2,TRUE3 JNB P1.3,TRUE4 JNB P1.4,TRUE5 JNB P1.5,

17、TRUE6 JNB P1.6,TRUE7 JNB P1.7,TRUE8 AJMP RECOUNTQUIT: CLR OK ; 如果按下了停止鍵重新回到開始 CLR RING ACALL BARK AJMP START;正常搶答處理程序：TRUE1: ACALL BARK; 按鍵發(fā)聲 MOV A,R2 MOV R6,A; 搶答時間R2送R6 MOV R3,#01H CLR OK; AJMP LOOP2TRUE2: ACALL BARK; MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#02H CLR OK AJMP LOOP2TRUE3: ACALL BARK; MOV A,R2 MOV R

18、6,A MOV R3,#03H CLR OK AJMP LOOP2TRUE4: ACALL BARK; MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#04H CLR OK AJMP LOOP2TRUE5: ACALL BARK; MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#05H CLR OK AJMP LOOP2TRUE6: ACALL BARK; MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#06H CLR OK AJMP LOOP2TRUE7: ACALL BARK; MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#07H CLR OK AJMP LOOP2TRU

19、E8: ACALL BARK; MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#08H CLR OKLOOP2: AJMP DISPLAY ;搶答后停止計時，等待返回 SETB RING JNB P3.1 , QUIT AJMP LOOP2;犯規(guī)搶答程序:ERROR:SETB RING ;犯規(guī)響鈴 MOV R5,#0BH MOV R4,#0BH; 顯示FF和犯規(guī)號數(shù)LOOP3: ACALL DISPLAY JNB P3.1 , QUIT1; 等待“停止”鍵按下 AJMP LOOP3QUIT1: CLR RING CLR OK AJMP START;顯示程序:DISPLAY:MOV DPTR

20、,#DAT1; 查表顯示程序,利用P0口做段選碼口輸出/P2低三位做位選碼輸出 MOV A,R5 MOVC A,A+DPTR MOV P2,#01H MOV P0,A ACALL DELAY MOV DPTR,#DAT2 MOV A,R4 MOVC A,A+DPTR MOV P2,#02H MOV P0,A ACALL DELAY MOV A,R3 MOVC A,A+DPTR MOV P2,#04H MOV P0,A ACALL DELAY RETDAT1:DB 00H,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,71H ;滅,1,2,3,4,5,6,7,8,9,滅,FDAT2:DB 3FH, 06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,71H ;第一個為0，其他相同DELAY1: MOV 35H,#08HLOOP0: ACALL DISPLAY DJNZ 35H,LOOP0 RET;延時(顯示和去抖動用到):DELAY: MOV 32H,#12HLOOP: MOV 33H,#0AFHLOOP1: DJNZ 33H,LOOP1 DJNZ 32H,LOOP RET;發(fā)聲程序:BARK: SETB RING ACALL DELAY1 ACALL DEL