基于單片機(jī)的搶答器設(shè)計(jì)報(bào)告教材

1、湖南商學(xué)院 單 片 機(jī) 應(yīng) 用 系 統(tǒng) 課 程 設(shè) 計(jì) （實(shí) 習(xí) ）報(bào) 告 題 目 基于單片機(jī)的搶答器設(shè)計(jì) 姓名 :胡飄 學(xué)號(hào) :100910122 專業(yè) :電子信息工程 班級(jí):電信 1004 班 指導(dǎo)教師 :肖婧 職 稱 :實(shí)驗(yàn)師 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院 2013年6月 課程設(shè)計(jì) （ 實(shí)習(xí) ） 評(píng)審表 姓名 胡飄 學(xué)院 計(jì)信學(xué)院 學(xué)號(hào) 100910122 專業(yè)班級(jí) 電信 1004 班 題目 基于單片機(jī)的搶答器設(shè)計(jì) 評(píng) 審 意 見 評(píng)審成績 指導(dǎo)教師簽名 職稱 評(píng)審時(shí)間 年 月 日 課程設(shè)計(jì) （ 實(shí)習(xí) ） 作品驗(yàn)收表 題目 基于單片機(jī)的搶答器設(shè)計(jì) 參與人員 姓名 胡飄 班級(jí) 電信 1004 班

2、學(xué)號(hào) 100910122 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求： 具有 3 路搶答輸入（由獨(dú)立按鍵實(shí)現(xiàn)） ，時(shí)間分辨率小于 100ms。顯示搶答剩余時(shí) 間，初始為 10 秒。搶答成功，蜂鳴器響，同時(shí)顯示搶答成功的號(hào)碼。 作品完成情況： 上電顯示 10s，按開始鍵開始倒計(jì)時(shí)，若有按鍵顯示時(shí)間和搶答者號(hào)碼，同時(shí)蜂鳴 器響，若倒計(jì)時(shí)為 0，蜂鳴器響，按清除鍵則復(fù)位到 10s。 驗(yàn)收情況： 驗(yàn)收教師簽名： 年月日 注： 1. 除“驗(yàn)收情況”欄外，其余各欄均由學(xué)生在作品驗(yàn)收前填寫 2. “驗(yàn)收情況”欄由驗(yàn)收小組按實(shí)際驗(yàn)收的情況如實(shí)填寫。 目錄 1 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1 2 系統(tǒng)功能描述1 3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)1 4 系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)3

3、4.1 主要電路設(shè)計(jì) 3 4.1.1 輸入模塊設(shè)計(jì) 3 4.1.2 單片機(jī)模塊 4 4.1.3 顯示模塊 4 4.1.4 聲音模塊 5 4.2 軟件設(shè)計(jì) 6 4.2.1 主程序設(shè)計(jì) 6 4.2.2 定時(shí)器設(shè)計(jì) 7 5 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與測試7 5.1 Proteus 軟件 7 5.2 安裝和調(diào)試過程 8 5.2.1 軟硬件調(diào)試 8 5.2.2 硬件安裝 8 6 課程設(shè)計(jì)總結(jié)10 6.1 心得體會(huì) 10 6.2. 實(shí)踐總結(jié) 10 11 參考文獻(xiàn) 11 附錄 基于單片機(jī)的搶答器設(shè)計(jì) 1 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 具有 3 路搶答輸入（由獨(dú)立按鍵實(shí)現(xiàn)） ，時(shí)間分辨率小于 100ms。顯示搶答剩余時(shí) 間，初始為 10

4、秒。搶答成功，蜂鳴器響，同時(shí)顯示搶答成功的號(hào)碼。 2 系統(tǒng)功能描述 （1）具有 3 路搶答輸入（由獨(dú)立按鍵實(shí)現(xiàn)） ，時(shí)間分辨率小于 100ms。 （2）主持人按“開始”鍵，顯示搶答剩余時(shí)間，初始為10 秒。 （3）搶答成功，蜂鳴器響，同時(shí)顯示搶答成功的號(hào)碼。 （4）主持人按“清除鍵”鍵，復(fù)位為初始 10 秒，進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)。 （5）若十秒倒計(jì)時(shí)時(shí)間到，則蜂鳴器響。 3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 搶答輸入和控制輸入共同控制單片機(jī)輸出顯示和蜂鳴器響，輸出鎖存控制輸入的優(yōu) 先性。 各模塊如下： （1）輸入模塊 : 由獨(dú)立按鍵實(shí)現(xiàn)搶答輸入和“開始” “清除”控制輸入。 （ 2）單片機(jī)控制模塊：采用 AT89S51

5、芯片控制輸出。 （3）輸出鎖存模塊：采用 74HC573 芯片鎖存數(shù)據(jù)。 （4）顯示輸出模塊：由四位共陽數(shù)碼管輸出顯示倒計(jì)時(shí)和搶答者號(hào)碼。 （5）聲音輸出模塊：由蜂鳴器的工作來控制聲音。 原理方框圖如圖 1 所示。 搶答輸入模塊 單片機(jī) 模塊 輸 出 鎖 存 顯示 輸出 控制輸入模塊 聲音 輸出 1 原理方框圖 整體電路圖如圖 2 所示 圖 2 基于單片機(jī)的搶答器系統(tǒng)整體電路圖 4 系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì) 4.1 主要電路設(shè)計(jì) 4.1.1 輸入模塊設(shè)計(jì) 1)搶答鍵輸入模塊 搶答鍵輸入電路圖如圖 3 所示 圖 3 搶答鍵輸入電路圖 P1.0， 由 3 個(gè)獨(dú)立按鍵表示 1 號(hào)，2 號(hào)，3 號(hào)搶答者，一端接地

6、一端分別接接單片機(jī)的 P1.1, P1.2, 如果按下，則相應(yīng) I/O 口變?yōu)榈碗娖?，從而控制單片機(jī) P1 口。 2)“開始”“清除”控制鍵輸入模塊 “開始”“清除”控制鍵輸入電路圖如圖 4 所示 圖 4 “開始”“清除”控制鍵輸入電路圖 P3.6， 由 2 個(gè)獨(dú)立按鍵控制“開始”和“清除” ，一端接地一端分別接接單片機(jī)的 P3.7, 如果按下，則相應(yīng) I/O 口變?yōu)榈碗娖?，從而控制單片機(jī) P1 口。 4.1.2 單片機(jī)模塊 單片機(jī)主要由程序設(shè)計(jì)和輸入模塊信號(hào)控制，用于對(duì)顯示、聲音等模塊進(jìn)行控制 單片機(jī)控制輸出電路圖如圖 5 所示。 接蜂鳴器 圖 5 單片機(jī)控制輸出電路圖 P0 口連接有一個(gè)排

7、阻，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)。還接在 74HC753芯片的 D 端，作為它的輸入，鎖存輸出到數(shù)碼管。 P2 口低四位接數(shù)碼管未選端， P3.4接蜂鳴器。 4.1.3 顯示模塊 顯示模塊主要是顯示搶答倒計(jì)時(shí)的時(shí)間，搶答者號(hào)碼。 數(shù)碼管顯示方法包括兩種：一種是靜態(tài)顯示，一種是動(dòng)態(tài)顯示。其中靜態(tài)顯示的特 點(diǎn)是顯示穩(wěn)定不閃爍，程序編寫簡單，但占用端口資源多；動(dòng)態(tài)顯示的特點(diǎn)是：顯示穩(wěn) 定性沒靜態(tài)好，程序編寫復(fù)雜，但是相對(duì)靜態(tài)顯示而言占用端口資源少。在本設(shè)計(jì)中根 據(jù)實(shí)際情況采用的是動(dòng)態(tài)顯示方法。 4 位七段數(shù)碼管顯示電路如圖 6 所示。 接 74HC753

8、即 P0 口 接 AT89S51 的 P2 端口低四位 圖 6 4 位七段數(shù)碼管顯示電路圖 上圖中數(shù)碼管采用的是 4 位一體七段共陽數(shù)碼管，其中 AG 段分別接到單片機(jī)的 P0口，由單片機(jī)輸出的 P0口數(shù)據(jù)來決定段碼值， 位選碼 COM1，COM2，COM3，COM4 分別接到單片機(jī)的 P2.0，P2.1，P2.2 ，P2.3，由單片機(jī)來決定當(dāng)前該顯示的是哪一位。 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， P2口低 4位 為字選段輸入段。在這里我們通過查表將字型碼送給 7 段數(shù)碼管顯示的數(shù)字。 4.1.4 聲音模塊 聲音模塊主要是單片機(jī)控制蜂鳴器發(fā)聲。 選取壓電式無源蜂

9、鳴器， 聲音的頻譜范圍約在幾十到幾千赫茲， 編寫程序控制單片 機(jī) P3.4 口的“高”“低”電平轉(zhuǎn)換頻率，產(chǎn)生一定頻率的巨型波，接上蜂鳴器就能發(fā) 出一定頻率的聲音，若再利用延時(shí)程序控制“高”“低”電平的持續(xù)時(shí)間，就能改變輸 出頻率，從而改變音調(diào)，使蜂鳴器發(fā)出不同的聲音。 圖 7 單片機(jī)控制蜂鳴器電路圖 單片機(jī)通過內(nèi)部定時(shí)器的操作實(shí)現(xiàn)交替變換的波形輸出驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲。 4.2 軟件設(shè)計(jì) 4.2.1 主程序設(shè)計(jì) 一上電數(shù)碼管顯示 100，表示初始時(shí)間為 10s， 0 表示沒有搶答，先掃描“開始” “清除”鍵，判斷“開始”鍵是否按下，若按下，則開始倒計(jì)時(shí)，并掃描搶答鍵，若有 搶答鍵按下， 則顯示搶答

10、者號(hào)碼和搶答的時(shí)間， 判斷倒計(jì)時(shí)是否為 0，若是則蜂鳴器響 圖 8 程序流程圖 4.2.2 定時(shí)器設(shè)計(jì) 采用定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T0 的方式 1 定時(shí)，定時(shí)時(shí)間為 50ms,對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)的初始值 為 15536 ， 因 使 用 的 時(shí) 鐘 為 12MHz, 所 以 定 時(shí) 的 時(shí) 間 為 1us*（65536-15536）=1us*50000=50ms。要想定時(shí) 1s,需要 20 次中斷，因此程序中定義了 中斷次數(shù)單元 count，來對(duì)中斷次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。 要使最小分辨率為 50ms,在定時(shí)器計(jì)時(shí)一 次即 50ms時(shí)，對(duì)鍵盤進(jìn)行一次掃描實(shí)現(xiàn)。 因?yàn)椴捎?74HC753 芯片，因此程序變得簡單，

11、只需將秒單元進(jìn)行“ second / 10”運(yùn)算，即可得到秒的十位的 BCD 碼，秒的個(gè)位 BCD 碼只需取余數(shù)“ second % 10”運(yùn)算就可得到，并都送 P0口經(jīng)鎖存器利用動(dòng)態(tài)方式顯示。 5 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與測試 5.1 Proteus 軟件 Proteus 軟件是由英國 Labcenter Electronics 公司于 1989 年推出的 EDA 工具軟 件, Proteus軟件不僅具有原理布圖 ,PCB 自動(dòng)制版或人工布線及互動(dòng)電路仿真的功能 , 針 對(duì)微處理器的應(yīng)用 , 還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程 , 并實(shí)現(xiàn)軟件源碼級(jí)的 實(shí)時(shí)調(diào)試 , 如有顯示及輸出 , 還能看到運(yùn)行后輸

12、入輸出的效果 , 配合系統(tǒng)配置的虛擬儀 器如示波器 , 邏輯分析儀等 , 為單片機(jī)系統(tǒng)的虛擬仿真提供了功能強(qiáng)大的軟硬件調(diào)試手 段。 Proteus軟件的特點(diǎn)： （1）除了既可以仿真模擬電路又可仿真數(shù)字電路以及數(shù)字、模擬混合電路外，其 獨(dú)特是能夠仿真各種單片機(jī)及嵌入式處理器。 （2）具有各種仿真儀器儀表工具，如示波器、邏輯分析儀、各種信號(hào)發(fā)生器、計(jì) 數(shù)器、電壓源、電壓表、電流表、虛擬終端等，同一種儀器儀表可在同一電路中隨意調(diào) 動(dòng)。 （3）可以進(jìn)行軟、硬件結(jié)合的仿真系統(tǒng)，且仿真是交互的、可視化的。 5.2 安裝和調(diào)試過程 5.2.1 軟件調(diào)試 利用 Keil uVision4 軟件進(jìn)行程序編寫，編

13、譯，調(diào)試，生成 .hex 文件，利用 Proteus 進(jìn)行電路原理圖描繪，然后把 .hex 文件載入 AT89S51芯片中，再仿真，通過功能對(duì)照， 來檢查修改程序，一步步使仿真與實(shí)現(xiàn)功能相近。 一開始蜂鳴器怎么的都不響，通過查資料請(qǐng)教別人，最后發(fā)現(xiàn)是因?yàn)榉澍Q器的一次 高低電平變換的程序沒有循環(huán)，所以沒有維持一定時(shí)間讓它工作，通過在蜂鳴器的子程 序中加入一個(gè) 100 次的循環(huán)，并是高低電平之間延時(shí) 1ms 發(fā)現(xiàn)蜂鳴器的工作是最合理的。 后來又發(fā)現(xiàn)按下?lián)尨疰I，倒計(jì)時(shí)不停止，經(jīng)過很多次試驗(yàn)之后，發(fā)現(xiàn)是應(yīng)該在判斷 搶答鍵是否按下的肯定條件下是定時(shí)器的使能標(biāo)示位置 0。 當(dāng)主持人按下開始鍵， 2 號(hào)搶答

14、者按下?lián)尨疰I時(shí)， Proteus仿真運(yùn)行圖如圖所示 圖 9 Proteus 仿真運(yùn)行圖 5.2.2 硬件安裝 由于經(jīng)費(fèi)的限制，元件數(shù)量也不是特別多，所以準(zhǔn)備自己焊板子，晶振復(fù)位都準(zhǔn)備 自己焊。精心策劃每個(gè)元件的安裝位置，和可以節(jié)省的引線，我把每個(gè)元件多余的引腳 部分當(dāng)做線路來用，以使電路美觀一點(diǎn)。完工之后運(yùn)行不正常，分析可能是各個(gè)引腳和 線路之間不穩(wěn)定的原因， 特別是所以電源和地都是通過引一根線出來接的電源孔懸在空 中接的電源，覺得還是不可靠，于是最后還是決定用最小系統(tǒng)來作為硬件的核心，以避 免不必要的影響。 后來又最小系統(tǒng)，杜邦線和排針再一次焊好了電路，一上電顯示-1, 8，8, 0，蜂鳴

15、器響的時(shí)間和仿真圖里蜂鳴器該響的時(shí)間一樣長， “開始”“搶答”“清除”鍵都不作用。 暫時(shí)連接數(shù)碼管的各線我都用萬用表測試過了，是連通的，我想可能會(huì)是以下的原因： （1）可能是排阻的問題，但是如果是的話，數(shù)碼管應(yīng)該不會(huì)亮。 （2）可能是數(shù)碼管的問題，但是也已經(jīng)測試過，是正確的對(duì)應(yīng)的各引腳，而且可 以顯示。 （3）調(diào)用蜂鳴器響的程序放錯(cuò)位置了，但是檢查了沒錯(cuò)。 經(jīng)過仔細(xì)檢查、測試、修改、調(diào)試之后， 硬件電路圖如圖 10 所示。 圖 10 硬件電路圖 6 課程設(shè)計(jì)總結(jié) 6.1 心得體會(huì) 此次課程設(shè)計(jì)，先從分析題目開始，從課本上找類似可能實(shí)現(xiàn)的功能塊，明確整體 思路，大概畫出整體電路模塊，由于第一次接

16、觸實(shí)際應(yīng)用設(shè)計(jì)，思維比較混亂，很多功 能覺得考慮的地方太多，很難。后來去圖書館查閱了兩天資料，找到類似的應(yīng)用系統(tǒng)， 仔細(xì)研究了一番，多了個(gè)沒接觸過的芯片，通過幾本書上的資料，拼湊修改之后還是仿 真不了，也請(qǐng)教了一些老師， 后來通過比較另外一種方案， 覺得性價(jià)比和簡便程度更高， 所以放棄了原有的方案，重新開始設(shè)計(jì)。 經(jīng)過修改程序和仿真調(diào)試，顯示的部分是差不多按我所想實(shí)現(xiàn)了，但蜂鳴器要么 不響，要么能聽到一丁點(diǎn)聲響，參考了別的同學(xué)蜂鳴器響的程序，還有在網(wǎng)上找了很多 關(guān)于蜂鳴器的資料，又請(qǐng)教老師問題，最終終于把蜂鳴器的問題解決了。 仿真出來后，焊接電路，中途發(fā)現(xiàn)焊反了，怕影響電路拆了又重焊，還是顯示

17、不 正常，一上電是一些不該有的數(shù)字，按開始鍵三個(gè)數(shù)碼管都一起顯示倒計(jì)時(shí)，蜂鳴器一 直響，一動(dòng)電路又?jǐn)鄶嗬m(xù)續(xù)，問過老師之后，決定還是用最小系統(tǒng)來作為硬件的核心， 以避免不必要的影響。 終于是又把電路板焊出來了，但是還是不如我所愿，顯示還是不正常，一上電蜂 鳴器響的時(shí)間和仿真蜂鳴器該響時(shí)的時(shí)間一樣長， 按開始鍵也沒有反應(yīng)。 經(jīng)過同學(xué)幫助， 檢驗(yàn)了數(shù)碼管以及和單片機(jī)連接的地方，都沒有問題，按理來說一上電應(yīng)該和主程序一 開始設(shè)定的功能一樣，只能再重新測好每一個(gè)電路線和元件。經(jīng)老師指導(dǎo)，應(yīng)該在上電 時(shí)，測每個(gè)腳應(yīng)該有的電壓，看元件輸出功能是否正確，再逐步確定每一個(gè)芯片和電路 的是否有問題，然后修改調(diào)試。

18、我只能想到是，仿真和實(shí)際電路對(duì)于程序下載可能存在 一些區(qū)別，特別是數(shù)碼管的位選和顯示段，還需不斷學(xué)習(xí)，改進(jìn)。 6.2 實(shí)踐總結(jié) 經(jīng)過這段時(shí)間天天起早貪黑的守著電腦旁調(diào)試， 以及不斷查閱資料和請(qǐng)教別人的過 程中，發(fā)現(xiàn)自己是多么的不懂，時(shí)間是過得很充實(shí)，幾乎忘了吃喝拉撒，每天做到凌晨 一兩點(diǎn)，身心疲憊，天天睡覺夢到先是程序該怎么改，后來又硬件該怎么測試，夢里想 出來很多修改并最終成功的方法。 10 總而言之，此次課程設(shè)計(jì)讓我更加細(xì)心，認(rèn)真地去做每一個(gè)部分，一步步的根據(jù)功 能來測試電路，鎖定要修改的地方，學(xué)到的不僅是單片機(jī)的知識(shí)，還有很多對(duì)于我們這 個(gè)專業(yè)來說必備的一些技能。 參考文獻(xiàn) 1 .唐穎、

19、程菊花等 .單片機(jī)原理與應(yīng)用及 C51程序設(shè)計(jì) M .北京大學(xué)出版社， 2008年 2 .張毅剛、楊志明等 .基于 Proteus的單片機(jī)課程的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì) M .人民郵電 出版社， 2012 年 3 . 宋戈、黃鶴松等 . 51單片機(jī)范例大全 M .中國郵電出版社， 2010年 4 .徐愛鈞、彭秀華等 .單片機(jī)高級(jí)語言編程與 uVision2 應(yīng)用實(shí)踐M .電子工業(yè)出版社， 2008年 附錄 源程序清單 #include #define uint unsigned int #define uchar unsigned char unsigned char code table=0 x4

20、0,0 x79,0 x24,0 x30,0 x19, 0 x12,0 x02,0 x78,0 x00,0 x10,0 x08,0 x03,0 x46,0 x21,0 x06,0 x0e; / 共陰極數(shù)碼管編碼表 0 - f 顯示 sbit start= P36; / 變量定義 sbit reset = P37; sbit key1 = P10; sbit key2 = P11; sbit key3 = P12; sbit buzzer = P34; 11 bit start_flag = 0; bit key1_flag = 0; bit key2_flag = 0; bit key3_fla

21、g = 0; bit reset_flag = 0; bit action = 0; uchar second = 10; uchar count = 0; uchar number = 0; uchar number_display = 0; / 延時(shí)函數(shù) void delay(uint z) uint x,y; for(x=z;x0;x-) for(y=100;y0;y-); / 數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)函數(shù) void display(uchar number,uchar second) uchar second_first,second_second; second_first = second

22、/ 10; second_second = second % 10; P2 = 0 xfd; P0 = tablenumber; delay(2); P2 = 0 xf7; P0 = 0 x3f; 12 delay(2); P2 = 0 xfb; P0 = tablesecond_first; delay(2); P2 = 0 xfe; P0 = tablesecond_second; delay(2); / 開始鍵掃描函數(shù) void start_keyscan() if(start = 0) delay(8); if(start = 0) action = 1; TR0 = 1; else

23、start_flag = 0; uchar key_scan3() /3 位搶答鍵掃描函數(shù) 13 if(key1 = 0) delay(8); if(key1 = 0) number = 1; number_display = number; else key1_flag = 0; number = 0; if(key2 = 0) delay(8); if(key2 = 0) number = 2; number_display = number; else key2_flag = 0; number = 0; 14 if(key3 = 0) delay(8); if(key3 = 0) number = 3; number_display = number; else key3_flag = 0; number = 0; if(number_display != 0) return 1; else return 0; 復(fù)位鍵掃描函數(shù) void reset_keyscan() / 15 if(reset = 0) delay(8); if(reset = 0) number_display = 0; second=10; else reset_flag = 0; void beep() / 蜂鳴函數(shù)，延時(shí) 1ms,脈寬 t =