基于單片機(jī)STC89C52RC的八路搶答器課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、信息與電子工程學(xué)院信息與電子工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程設(shè)計(jì)報(bào)告課課 程程單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)題目基于單片機(jī)基于單片機(jī) stc89c52rc 的八路搶答器的八路搶答器專專 業(yè)業(yè) 應(yīng)用電子技術(shù)應(yīng)用電子技術(shù)班班 級(jí)級(jí) 11級(jí)級(jí)4班班 姓姓 名名學(xué)學(xué) 號(hào)號(hào)分工分工成成 績(jī)績(jī)1106020119軟件部分軟件部分成成 員員1106020127硬件部分硬件部分指導(dǎo)老師指導(dǎo)老師答辯日期答辯日期 2013-6-21i目目 錄錄一、課程設(shè)計(jì)概述一、課程設(shè)計(jì)概述.- 1 -1.1 課程設(shè)計(jì)背景.- 1 -1.2 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容.- 1 -1.3 課程設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo).- 1 -二、方案的選擇及確定二、方

2、案的選擇及確定.- 1 -2.1 方案一:集成數(shù)字電路.- 1 -2.2 方案二:單片機(jī).- 2 -2.3 方案分析比較：.- 2 -三、三、硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì).- 2 -3.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì).- 3 -3.2 復(fù)位電路的設(shè)計(jì).- 3 -3.3 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì).- 3 -3.4 顯示電路設(shè)計(jì).- 4 -3.5 按鍵電路設(shè)計(jì).- 5 -3.6 報(bào)警電路設(shè)計(jì).- 6 -3.7 電源模塊設(shè)計(jì).- 6 -四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).- 7 -4.1 系統(tǒng)的功能流程.- 7 -4.2 主程序流程圖.- 7 -五、系統(tǒng)調(diào)試過程五、系統(tǒng)調(diào)試過程.- 8 -5.1 軟件調(diào)試.- 8 -5.2 硬件調(diào)試.-

3、10 -六、總結(jié)六、總結(jié).- 11 -七、遇到的問題及解決方法七、遇到的問題及解決方法.- 11 -八、參考文獻(xiàn)八、參考文獻(xiàn).- 12 -九、附錄九、附錄.- 12 -9.1 儀器與設(shè)備.- 12 -9.2 元器件清單.- 12 -ii9.3 原理圖.- 13 -9.4 pcb 圖 .- 14 -9.5 實(shí)物圖.- 14 -9.6 操作說明書.- 15 -基于單片機(jī)的八路搶答器- 1 -一、課程設(shè)計(jì)概述一、課程設(shè)計(jì)概述1.1 課程設(shè)計(jì)背景課程設(shè)計(jì)背景搶答器作為一種工具，已廣泛應(yīng)用于各種智力和知識(shí)競(jìng)賽場(chǎng)合。但搶答器的使用頻率較低，且有的要么制作復(fù)雜，要么可靠性低。作為一個(gè)單位，如果專門購(gòu)一臺(tái)搶答

4、器雖然在經(jīng)濟(jì)上可以承受，但每年使用的次數(shù)極少，往往因長(zhǎng)期存放使（電子器件的）搶答器損壞，再購(gòu)置的麻煩和及時(shí)性就會(huì)影響活動(dòng)的開展，因此設(shè)計(jì)了該搶答器。1.2 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容課程設(shè)計(jì)內(nèi)容此電路是由 stc89c52rc 單片機(jī)為主控核心，具有在線編程功能。本次設(shè)計(jì)搶答器電路具有 13 個(gè)按鍵，其中 s1s8 為八路的搶答按鍵，s9 為“開始”鍵,s10 為“判斷錯(cuò)”鍵,s11 為“調(diào)整”鍵,s12 為“加”鍵,s13 為“減”鍵?？赏ㄟ^數(shù)碼管來顯示搶答者編號(hào)、搶答時(shí)間以及回答時(shí)間等各種功能為一體的搶答器。1.3 課程設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)課程設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)本課程設(shè)計(jì)指標(biāo)：1)搶答器供八位選手搶答；2)具有開始、

5、復(fù)位、判斷錯(cuò)、調(diào)整、加、減功能；3)判斷錯(cuò)的次數(shù)：2 次；4)初始設(shè)置的搶答時(shí)間：20s；5)初始設(shè)置的回答時(shí)間：60s；6)可調(diào)整時(shí)間：099s；7)倒計(jì)時(shí)時(shí)間：最后 10s。二、方案的選擇及確定二、方案的選擇及確定2.1 方案一方案一:集成數(shù)字電路集成數(shù)字電路系統(tǒng)各部分采用中小規(guī)模集成數(shù)字電路，用機(jī)械開關(guān)按鈕作為控制開關(guān)，完成搶答輸入信號(hào)的觸發(fā)。該方案的特點(diǎn)是中小規(guī)模集成電路應(yīng)用技術(shù)成熟，性能可靠，能方便地完成選手搶答的基本功能，但是由于系統(tǒng)功能要求較高，所以電路連接集成電路相對(duì)較多，而且過于復(fù)雜，并且制作過程工序比較煩瑣，使用不太方便。黎明職業(yè)大學(xué)信息與電子工程學(xué)院大學(xué)生課程設(shè)計(jì)- 2

6、-2.2 方案二方案二:單片機(jī)單片機(jī)該系統(tǒng)采用 51 系列單片機(jī) stc89c52rc 作為控制核心，該系統(tǒng)可以完成運(yùn)算控制、信號(hào)識(shí)別以及顯示功能的實(shí)現(xiàn)。由于用了單片機(jī)，使其技術(shù)比較成熟，應(yīng)用起來方便、簡(jiǎn)單并且單片機(jī)周圍的輔助電路也比較少，便于控制和實(shí)現(xiàn)。整個(gè)系統(tǒng)具有極其靈活的可編程性，能方便地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行功能的擴(kuò)張和更改。mcs-51 單片機(jī)特點(diǎn)如下：可靠性好：?jiǎn)纹瑱C(jī)按照工業(yè)控制要求設(shè)計(jì)，抵抗工業(yè)噪聲干擾優(yōu)于一般的 cpu，程序指令和數(shù)據(jù)都可以寫在 rom 里，許多信號(hào)通道都在同一芯片，因此可靠性高，易擴(kuò)充。單片機(jī)有一般電腦所必須的器件，如三態(tài)雙向總線，串并行的輸入及輸出引腳，可擴(kuò)充為各種規(guī)模

7、的微電腦系統(tǒng)?？刂乒δ軓?qiáng)：?jiǎn)纹瑱C(jī)指令除了輸入輸出指令，邏輯判斷指令外還有更豐富的條件分支跳躍指令。2.3 方案分析比較：方案分析比較：方案二比方案一簡(jiǎn)單的多，不但從性能上優(yōu)于方案一，而且在使用上及其功能的實(shí)現(xiàn)上都較方案一簡(jiǎn)潔，并且由于單片機(jī)具有優(yōu)越的高集成電路性，使其工作速度更快、效率更高。另外 stc89c52rc 單片機(jī)采用 12mhz 的晶振，提高了信號(hào)的測(cè)量精度，并且使該系統(tǒng)可以通過軟件改進(jìn)擴(kuò)張功能。而方案一采用了中小規(guī)模集成電路，有其復(fù)雜的電路性能，從而可能會(huì)使信號(hào)的輸入輸出產(chǎn)生延時(shí)及不必要的誤差。所以，選擇方案二比較適合。 圖 1 整體框圖搶答按扭優(yōu)先編碼電路鎖存器譯碼電路譯碼顯示

8、主持人控制開關(guān)控制電路報(bào)警電路秒脈沖產(chǎn)生電路定時(shí)電路譯碼電路顯示電路基于單片機(jī)的八路搶答器- 3 -三、三、硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)介紹了用單片機(jī) stc89c52rc 及外圍接口電路實(shí)現(xiàn)的搶答系統(tǒng)，當(dāng)電路處于正常工作狀態(tài)下，搶答操作完成后，能通過數(shù)碼管直觀地顯示搶答成功的選手號(hào)碼。并分別從硬件和軟件兩方面對(duì)設(shè)計(jì)思想進(jìn)行了闡述。硬件設(shè)計(jì)包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)系統(tǒng)，振蕩電路、顯示電路、按鍵電路、報(bào)警電路、電源電路等。3.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)框圖和設(shè)計(jì)方案本文硬件電路主要分為三個(gè)部分：第一部分為stc89c52rc、復(fù)位電路和時(shí)鐘電路組成的最小系統(tǒng)模塊；第二部分為由數(shù)碼管和三極管組成的顯示模塊

9、；第三部分為按鍵和上拉電阻組成的輸入模塊；第四部分為蜂鳴器、三極管和電阻組成蜂鳴器模塊；第五部分為點(diǎn)動(dòng)開關(guān)、電阻和發(fā)光二極管組成的電源模塊。 圖 2 系統(tǒng)框圖3.2 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)復(fù)位電路是由按鈕、10k 的電阻和 22uf 的電容組成的。外部中斷和內(nèi)部中斷并存，單片機(jī)硬件復(fù)位端，只要持續(xù) 4 個(gè)機(jī)器周期的高電平即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位，硬件復(fù)位后的各狀態(tài)可知寄存器以及存儲(chǔ)器的值都恢復(fù)到了初始值，因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)中功能中有倒計(jì)時(shí)時(shí)間的記憶功能，所以不能對(duì)單片機(jī)進(jìn)行硬件復(fù)位，只能用軟件復(fù)位，軟件復(fù)位實(shí)際上就是當(dāng)程序執(zhí)行完之后，將程序通過一條跳轉(zhuǎn)指令讓它完成復(fù)位。復(fù)位電路如圖 3 所示。3.3 時(shí)鐘電

10、路時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路由 2 個(gè) 22pf 的電容和晶振組成。單片機(jī)必須在時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下才能工作。在單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)時(shí)鐘振蕩電路，只需要報(bào)警電路數(shù)碼管顯示電源部分按鍵輸入黎明職業(yè)大學(xué)信息與電子工程學(xué)院大學(xué)生課程設(shè)計(jì)- 4 -外接一個(gè)振蕩源就能產(chǎn)生一定的時(shí)鐘信號(hào)送到單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)單元，決定單片機(jī)的工作速度。電路中兩個(gè)電容 c1，c2 的作用有兩個(gè)：一是幫助振蕩器起振；二是對(duì)振蕩器的頻率進(jìn)行微調(diào)。時(shí)鐘電路如圖 4 所示。圖 3 復(fù)位電路圖 4 時(shí)鐘電路3.4 顯示電路顯示電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)數(shù)碼顯示部分是由 1 個(gè)四位一體的數(shù)碼管、4 個(gè) 5.1k 電阻和 4 個(gè) 8550 三極管組成。顯示模塊主要是

11、顯示搶答的時(shí)間，組別號(hào)碼等。顯示功能與硬件關(guān)系極大，當(dāng)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。在這里我們使用的是四位一體的共陽數(shù)碼管顯示圖中有一個(gè)排阻，連接在 p0 口上，用作 p0 口的上拉電阻，保證 p0 口沒有數(shù)據(jù)輸出時(shí)候處于高電平狀態(tài)。通過查表法，將其在數(shù)碼管上顯示出來，其中 p0 口為字型碼輸入端，p1 口低 4 位為字選段輸入端。在這里我們通過查表將字型碼送給四位一體數(shù)碼管顯示的數(shù)字。如圖 5 所示。基于單片機(jī)的八路搶答器- 5 -圖 5 顯示電路3.5 按鍵電路按鍵電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)按鍵電路部分采用 13 個(gè) 10k 的電阻和 13 個(gè)按鍵組成，

12、分別是 s1s13。13 個(gè)按鍵采用并接方式。在主持人按下開始鍵后，8 位選手可以開始搶答，搶答器有效時(shí)，通過端口電平的變化來判斷誰是最先搶答的；如果在按開始鍵之前搶答，則搶答無效，可按復(fù)位鍵來重置，重置后在按下開始鍵之后進(jìn)行搶答。搶答器輸入信號(hào)由 8 個(gè)小按鍵控制，當(dāng)有按鍵按下時(shí)，就產(chǎn)生了有效的輸入信號(hào)，本文使用了上拉電阻把輸入信號(hào)先嵌位在高電平。當(dāng)有按鍵按下時(shí)便使與這個(gè)按鍵相連的引腳變?yōu)榈碗娖?，產(chǎn)生一個(gè)低電平的輸入信號(hào)。如圖 6 所示。黎明職業(yè)大學(xué)信息與電子工程學(xué)院大學(xué)生課程設(shè)計(jì)- 6 -圖 6 按鍵電路3.6 報(bào)警電路報(bào)警電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中蜂鳴器電路由蜂鳴器、8550 三極管、5.1k

13、 電阻組成。蜂鳴器是利用三極管處于開關(guān)狀態(tài)時(shí)，具有導(dǎo)通與截止兩種工作狀態(tài)，相當(dāng)于電鍵的閉合與斷開，在三極管導(dǎo)通時(shí)，蜂鳴器工作，三極管截止時(shí)，蜂鳴器不工作。三極管采用 8050 npn 型晶體管，將其基極接于 p1.5 口，當(dāng)其為高電平時(shí)三極管導(dǎo)通，當(dāng)其為低電平時(shí)三極管截止。圖 7 報(bào)警電路3.7 電源模塊設(shè)計(jì)電源模塊設(shè)計(jì)電源模塊由:點(diǎn)動(dòng)按鈕、1k 電阻和發(fā)光二極管組成。當(dāng)按下 sb6 時(shí) led 發(fā)光電路得電?；趩纹瑱C(jī)的八路搶答器- 7 -圖 8 電源模塊四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)利用 keil 進(jìn)行 c 語言編寫。在系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)中采用了模塊化設(shè)計(jì)，將系統(tǒng)的各部分功能編寫

14、成子模塊的形式，這樣增強(qiáng)了系統(tǒng)軟件的可讀性和可移植性。4.1 系統(tǒng)的功能流程系統(tǒng)的功能流程根據(jù)本文的電路求出要顯示不同路數(shù)的數(shù)字所需要的編碼，將它們存在一個(gè)表中待用時(shí)取出。8 位搶答輸入信號(hào)由 8 個(gè)按鍵控制，程序一直判斷是否有按鍵按下，若沒有按鍵按下則循環(huán)判斷；直到有按鍵按下后，立即把通過按鍵輸入的信號(hào)儲(chǔ)存起來，然后對(duì)8 路輸入信號(hào)進(jìn)行逐位掃描判斷，最后根據(jù)掃描結(jié)果轉(zhuǎn)入查表程序取數(shù)并通過數(shù)碼管顯示輸出結(jié)果。4.2 主程序流程圖主程序流程圖程序設(shè)置，開始按鍵：s9；判斷錯(cuò)誤：s10；調(diào)整時(shí)間：s11；加:s12；減：s13。如圖 9 所示。黎明職業(yè)大學(xué)信息與電子工程學(xué)院大學(xué)生課程設(shè)計(jì)- 8 -

15、開始初始化進(jìn)入調(diào)整？設(shè)置搶答或回答時(shí)間搶答倒計(jì)時(shí)有人搶答？顯示搶答通道編號(hào)，答題計(jì)時(shí)開始判斷錯(cuò)？時(shí)間=9？蜂鳴器發(fā)聲，數(shù)碼管后兩位閃回答時(shí)間到關(guān)閉蜂鳴器，數(shù)碼管停止閃ynynynynaabb按下開始鍵 圖 9 程序流程圖五、系統(tǒng)調(diào)試五、系統(tǒng)調(diào)試過程過程5.1 軟件調(diào)試軟件調(diào)試實(shí)驗(yàn)的程序通過 keil 軟件編譯，產(chǎn)生hex 文件如圖 10 所示：基于單片機(jī)的八路搶答器- 9 -圖 10 編譯輸出結(jié)果通過 pruteus 進(jìn)行仿真，按下“開始”后，數(shù)碼管開始倒計(jì)時(shí)，仿真結(jié)果如圖 11 所示：圖 11 proteus 仿真當(dāng)有選手按下按鈕時(shí)，數(shù)碼管顯示選手號(hào)碼并開始倒計(jì)時(shí)，如圖 12 所示：圖 12

16、 6 號(hào)選手按下黎明職業(yè)大學(xué)信息與電子工程學(xué)院大學(xué)生課程設(shè)計(jì)- 10 -通過仿真結(jié)果證實(shí)，該設(shè)計(jì)可行。該設(shè)計(jì)方案通過 51 系列單片機(jī)的 p0 端口為段選輸出，動(dòng)態(tài)掃描 led 顯示管，顯示時(shí)間。并通過接在 p3.0-p3.4 口的按鍵開關(guān)控制開始、判斷錯(cuò)、調(diào)整、加、減功能。p2 口接選手按鍵，控制搶答。5.2 硬件調(diào)試硬件調(diào)試接通電源，實(shí)板上數(shù)碼管顯示初始狀態(tài)，如圖 13 所示：圖 13 接通電源狀態(tài)當(dāng)按下“開始”鍵時(shí)，數(shù)碼管開始倒計(jì)時(shí)，如圖 14 所示：圖 14 開始倒計(jì)時(shí)當(dāng)有選手按下按鈕時(shí)，數(shù)碼管顯示選手號(hào)碼并開始倒計(jì)時(shí)，如圖 15 所示：圖 15 有選手按下當(dāng)按下“調(diào)整”按鍵，數(shù)碼管顯

17、示如圖 16 所示：基于單片機(jī)的八路搶答器- 11 -圖 16 調(diào)整狀態(tài)當(dāng)按下“加 1”按鍵，數(shù)碼管顯示如圖 17 所示：圖 17 調(diào)整加 1按下“減 1”按鍵，數(shù)碼管顯示如圖 18 所示：圖 18 調(diào)整減 1通過實(shí)板調(diào)試，基本實(shí)現(xiàn)所需要的功能。六、總結(jié)六、總結(jié)本設(shè)計(jì)基于單片機(jī)技術(shù)、中斷原理、定時(shí)器/控制器技術(shù)、制作電路板設(shè)計(jì)了一種八路搶答器，該搶答器包括硬件構(gòu)成、軟件設(shè)計(jì)，通過八個(gè)小按鍵控制搶答器的輸入信號(hào)，當(dāng)有按鍵按下時(shí)，就產(chǎn)生了有效的輸入信號(hào)，輸入給單片機(jī)，經(jīng)過單片機(jī)控制處理后，將信號(hào)傳給數(shù)碼管，通過數(shù)碼管顯示搶答的成功。通過調(diào)試，結(jié)果大部分符合搶答器設(shè)計(jì)要求。完成課題目標(biāo) 90%。其中

18、，選手按鍵 6 有時(shí)不能使用。七、七、遇到的問題及解決方法遇到的問題及解決方法遇到的問題：1）在 proteus 軟件仿真無法調(diào)整搶答/回答時(shí)間。2）實(shí)板做好后調(diào)試時(shí)數(shù)碼管上 b 段不能顯示，選手按鍵 5 無法搶答。解決方法：1)修改程序。2)換了塊芯片。黎明職業(yè)大學(xué)信息與電子工程學(xué)院大學(xué)生課程設(shè)計(jì)- 12 -八、參考文獻(xiàn)八、參考文獻(xiàn)1程相波，衛(wèi)安軍.基于 mcs-51 單片機(jī)的八路搶答器設(shè)計(jì)方法研究j.北京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2007， （02）.2李錦榮，基于單片機(jī)技術(shù)的電子搶答器系統(tǒng)j.黑龍江科技信息,2007， （04）.3楊黎，基于 c 語言的單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)與 proteus 仿真

19、.中南大學(xué)出版社，2012， （08）. 九、附錄九、附錄9.1 儀器與設(shè)備儀器與設(shè)備工具、設(shè)備和耗材數(shù)量電腦1 臺(tái)keil uvison41 套proteus 7.5 軟件1 套51 單片機(jī)下載線和 usb 線1 根晶振 12m1 只單片機(jī)實(shí)訓(xùn)板1 塊at89c511 片穩(wěn)壓電源1 臺(tái)9.2 元器件清單元器件清單元件名稱型號(hào)、規(guī)格數(shù)量?jī)r(jià)格排阻103j1 排1.4 元/個(gè)電阻1k9 個(gè)0.1 元/個(gè)電阻5.1k5 個(gè)0.1 元/個(gè)電阻10k14 個(gè)0.1 元/個(gè)按鈕開關(guān)12b14 個(gè)0.5 元/個(gè)晶振12mhz1 只0.25 元/個(gè)電解電容 22uf1 個(gè)0.34 元/個(gè)瓷片電容22pf2 個(gè)0.05 元/個(gè)三極管pnp8