四路智力搶答器

1、科信學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書（2012 /2013學(xué)年第2學(xué)期）課程名稱 ： 單片機(jī)課程設(shè)計(jì) 題 目 ： 四路智力搶答器 專業(yè)班級(jí) ： 10級(jí)自動(dòng)化3班 學(xué)生姓名 ： 劉少偉 學(xué) 號(hào)： 100412328 指導(dǎo)教師 ： 王靜爽 苗靜利 韓昱 設(shè)計(jì)周數(shù) ： 2周 設(shè)計(jì)成績 ： 2013年 6月 27 日目    錄第一節(jié) 課程設(shè)計(jì)目的21.1 概述21.2 設(shè)計(jì)要求2第二節(jié) 四路搶答器設(shè)計(jì)正文22.1 總體設(shè)計(jì)22.1.1 搶答器的工作原理22.1.2 搶答器的總體設(shè)計(jì)32.2 硬件電路詳細(xì)設(shè)計(jì)32.2.180c51芯片32.2.2 芯片的選擇62.2.3 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)

2、62.2.4 晶振電路的設(shè)計(jì)72.2.5 數(shù)碼顯示電路的設(shè)計(jì)82.2.6 報(bào)警電路的設(shè)計(jì)82.2.7 總電路的設(shè)計(jì)92.2.8 PCB版圖的繪制92.3 軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)102.3.1 主程序的設(shè)計(jì)102.3.2 顯示子程序的設(shè)計(jì)102.3.3 定時(shí)器T0、T1中斷服務(wù)程序的設(shè)計(jì)112.3.4 搶答處理程序的設(shè)計(jì)112.3.5 總程序11第三節(jié) 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論12第四節(jié) 參考文獻(xiàn)13第一節(jié) 課程設(shè)計(jì)目的1.1概述單片機(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì)是學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，全面掌握單片微型計(jì)算機(jī)及其接口的工作原理、編程和使用方法的重要實(shí)踐環(huán)節(jié)。通過獨(dú)立或協(xié)作提出并論證設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行軟、硬件調(diào)試，最后獲得正確的運(yùn)

3、行結(jié)果，可以加深和鞏固對(duì)理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的掌握，進(jìn)一步建立計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)整體概念，初步掌握單片機(jī)軟、硬件開發(fā)方法，為以后進(jìn)行實(shí)際單片機(jī)軟、硬件應(yīng)用開發(fā)奠定良好的基礎(chǔ)。課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容：根據(jù)單片機(jī)原理及應(yīng)用課程的要求，主要進(jìn)行兩個(gè)方面的設(shè)計(jì)，即單片機(jī)最小系統(tǒng)和接口技術(shù)應(yīng)用設(shè)計(jì)。其中，單片機(jī)最小系統(tǒng)主要要求學(xué)生熟悉單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳功能、引腳的使用、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、4個(gè)并行接口和一個(gè)串行接口的實(shí)際應(yīng)用，從而可構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)，并編程進(jìn)行簡單使用。接口技術(shù)應(yīng)用設(shè)計(jì)主要要求學(xué)生能綜合運(yùn)用單片機(jī)、存儲(chǔ)器、常用接口芯片構(gòu)成單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，有針對(duì)性地進(jìn)行軟、硬件設(shè)計(jì)與開發(fā)。1.2設(shè)計(jì)要求：1

4、、設(shè)置4個(gè)搶答臺(tái)和四個(gè)搶答成功指示燈，1個(gè)比賽主持人開始按鍵和1個(gè)搶答指示燈以及1個(gè)LED顯示器。2、采用中斷和查詢結(jié)合的方法確定按鍵動(dòng)作。3、主持人按下“開始”鍵后，若有人搶答，則對(duì)應(yīng)選手的指示燈點(diǎn)亮，并用7段LED顯示搶答者的號(hào)碼（1-4），同時(shí)蜂鳴器發(fā)出3聲間隔一秒的警告音；若9秒內(nèi)無人搶答，則發(fā)出超時(shí)報(bào)警聲，此題作廢，主持人可按下“開始”鍵開始下一題的搶答。第二節(jié) 四路搶答器設(shè)計(jì)正文2.1 總體設(shè)計(jì)2.1.1 搶答器的工作原理搶答器的工作原理是利用單片機(jī)的定時(shí)器T0、T1中斷完成,其余狀態(tài)循環(huán)調(diào)用顯示子程序,用2個(gè)共陰極LED數(shù)碼管來顯示，用P2.0、P2.1、P2.2、P2.3口作為

5、CD4511譯碼器的數(shù)據(jù)輸入口，P1.0、P1.1、P1.2、P1.3口接4個(gè)選手按鍵，提供選手搶答，P1.4、P1.5、P1.6、P1.7 接四個(gè)發(fā)光二極管作為搶答成功指示燈；P0.0接蜂鳴器，超時(shí)報(bào)警，和提示搶答。2.1.2 搶答器的總體設(shè)計(jì)倒計(jì)時(shí)方案方面利用MCS-51的內(nèi)部的定時(shí)/計(jì)時(shí)器進(jìn)行中斷計(jì)時(shí)，配合軟件延時(shí)實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)。該方案節(jié)省硬件成本，并且能夠在定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的使用、中斷及程序設(shè)計(jì)方案方面得到鍛煉與提高，顯示方面采用穿行傳輸實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示，該方案的硬件連接簡單，但動(dòng)態(tài)掃描的顯示方式需占用CPU較多的時(shí)間，適用于單片機(jī)沒有太多實(shí)時(shí)測(cè)控的任務(wù)場(chǎng)合。搶答功能：通過四路按鍵配合程序來實(shí)現(xiàn)

6、搶答功能。當(dāng)主持人按下?lián)尨疰I開始搶答后，此時(shí)任一路按下按鈕均閉鎖其它各路，由程序?qū)︽I盤譯碼并顯示最先按下?lián)尨疰I的選手號(hào)。并亮起主持人臺(tái)和對(duì)應(yīng)選手臺(tái)上的搶答成功指示燈。搶答限時(shí)：主持人按下?lián)尨疰I后，設(shè)置9秒為搶答時(shí)間。若9秒內(nèi)無人搶答，倒計(jì)時(shí)為0時(shí)發(fā)出報(bào)警，說明該搶答題目作廢。此時(shí)閉鎖所有搶答按鍵，只有當(dāng)主持人再次按下?lián)尨疰I開始下一次搶答方可搶答。2.2 硬件電路詳細(xì)設(shè)計(jì)2.2.1 80C52芯片80C52系列中，用CHMOS工藝制造的單片機(jī)都采用雙列直插式（DIP）40腳封裝，引腳信號(hào)完全相同。1、為一般控制應(yīng)用的 8 位單片機(jī)2、晶片內(nèi)部具有時(shí)鐘振蕩器（傳統(tǒng)最高工作頻率可至 33MHz）3、

7、內(nèi)部程式存儲(chǔ)器（ROM）為 8KB4、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）為 256B5、外部程序存儲(chǔ)器可擴(kuò)充至 64KB6、外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可擴(kuò)充至 64KB7、32 條雙向輸入輸出線，且每條均可以單獨(dú)做 I/O 的控制8、5 個(gè)中斷向量源9、3 組獨(dú)立的 16 位定時(shí)器10、1 個(gè)全雙工串行通信端口5時(shí)鐘電路80C52單片機(jī)內(nèi)有一個(gè)高增益反相放大器，其頻率范圍為1.2MHz12MHz，XTAL1和XTAL2分別為放大器的輸入端和輸出端。時(shí)鐘可以由內(nèi)部方式或外部方式產(chǎn)生。80C52內(nèi)部方式時(shí)鐘電路如圖2-10（a）所示。在XTAL1和XTAL2引腳上外接定時(shí)元件，就能構(gòu)成自激振蕩電路。定時(shí)元件通常采用石英

8、晶體和電容組成的并聯(lián)諧振電路。電容器C1和C2主要起頻率微調(diào)作用，電容值可選取為30pF左右（外接晶體時(shí)）或40pF左右（外接陶瓷諧振器時(shí)）。80C52外部方式時(shí)鐘電路如圖2-10（b）所示。XTAL1接外部振蕩器，XTAL2懸空。對(duì)外部振蕩信號(hào)無特殊要求，只要保證脈沖寬度，一般采用頻率低于12Hz的信號(hào)。2.2.2 芯片的選擇搶答器電路的核心是89C52單片機(jī)，其內(nèi)部帶有8KB的FLASH ROM，無需外擴(kuò)程序存儲(chǔ)器；搶答器沒有大量的運(yùn)算和暫存數(shù)據(jù)現(xiàn)有的256B篇內(nèi)RAM已經(jīng)能滿足容量需求，故不需外擴(kuò)片外RAM，系統(tǒng)配有2個(gè)8段數(shù)碼顯示管共用一個(gè)CD4511驅(qū)動(dòng)，管采用共陰數(shù)碼管，作為選手號(hào)

9、的顯示輸出。2.2.3 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)如圖2-1所示：圖2-1 復(fù)位電路原理圖該復(fù)位電路采用上電自動(dòng)復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位兩種復(fù)位方式，圖中右側(cè)引腳接到單片機(jī)的復(fù)位引腳。要實(shí)現(xiàn)復(fù)位只需在，52系列單片機(jī)的RESET引腳上加上5ms的高電平就可以了。上電復(fù)位是利用電容的充電來實(shí)現(xiàn)的，即上電瞬間RESET端的電位與Vcc相同，隨著電容上儲(chǔ)能增加，電容電壓也逐漸增大，充電電流減小，RESET端的電位。這樣就會(huì)建立一個(gè)脈沖電壓，調(diào)節(jié)電容與電阻的大小可對(duì)脈沖的持續(xù)時(shí)間進(jìn)行調(diào)節(jié)。通常若采用12MHz的晶振時(shí)，復(fù)位元件參數(shù)為22F的電解電容和10k的電阻。按鈕復(fù)位電路是通過按下復(fù)位按鈕時(shí)，電源對(duì)RES

10、ET端維持兩個(gè)機(jī)器周期的高電平實(shí)現(xiàn)復(fù)位的。2.2.4 晶振電路的設(shè)計(jì)圖2-2 晶振電路原理圖MSC-52單片機(jī)的定時(shí)控制功能是用時(shí)鐘電路和振蕩器完成的，而根據(jù)硬件電路的不同，連接方式分為內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。本設(shè)計(jì)中采用內(nèi)部時(shí)鐘方式。單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)反相放大器，XTAL1、XTAL2分別為反相放大器的輸入端和輸出端，外接定時(shí)反饋元件組成振蕩器（內(nèi)部時(shí)鐘方式），產(chǎn)生時(shí)鐘送至單片機(jī)內(nèi)部各元件。時(shí)鐘頻率越高，單片機(jī)控制器的控制節(jié)拍就越快，運(yùn)算速度也就越快。一般來說單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)帶反饋的線性反相放大器，外界晶振（或接陶瓷振蕩器）和電容就可組成振蕩器，如圖2-2所示。加電以后延時(shí)一段時(shí)間（約10

11、ms）振蕩器產(chǎn)生時(shí)鐘，不受軟件控制，圖中Y1為晶振，震蕩產(chǎn)生的時(shí)鐘頻率主要由Y1確定。電容C1，C2的作用有兩個(gè)：一是幫助振蕩器起振，二是對(duì)振蕩器的頻率起微調(diào)作用，典型值為30pF。2.2.5 數(shù)碼顯示電路的設(shè)計(jì)圖2.3 數(shù)碼顯示管電路圖數(shù)碼顯示管用來作為9秒倒計(jì)時(shí)顯示和選手號(hào)，兩個(gè)共陰極數(shù)碼管共用一個(gè)CD4511驅(qū)動(dòng)，每個(gè)數(shù)碼管有一個(gè)位選端分別接P3.2、P3.3口。P2.0、P2.1、P2.2、P2.3作為CD4511數(shù)據(jù)輸入端。2.2.6 報(bào)警電路的設(shè)計(jì)圖2.4報(bào)警電路圖使用蜂鳴器作為報(bào)警電路, NPN三極管的基極通過電阻與單片機(jī)的P0.0引腳連接，再用330的上拉電阻接電源，三極管的集

12、電極接電源，發(fā)射極接蜂鳴器的正極。當(dāng)P0.0輸出低電平時(shí)蜂鳴器響。2.2.7 總電路的設(shè)計(jì)圖2.5 總電路原理圖2.2.8 PCB板的制作畫好原理圖檢查無誤后，畫PCB版圖，本設(shè)計(jì)由于電路連接比較簡單，接線較少，所以用明線直接連接，不用制版，畫出PCB版圖的目的是便于插板時(shí)的布局和鏈接。2.3 軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)2.3.1 主程序的設(shè)計(jì)此程序的及時(shí)采用定時(shí)器T0和T1中斷完成，其余狀態(tài)循環(huán)調(diào)用顯示子程序。系統(tǒng)主程序流程圖如圖3-1所示。 圖2-3-1 系統(tǒng)主程序流程圖2.3.2 顯示子程序的設(shè)計(jì)2.3.3 定時(shí)器T0、T1中斷服務(wù)程序的設(shè)計(jì)定時(shí)器T0用于復(fù)位程序，當(dāng)給RST口加10ms的復(fù)

13、位信號(hào)時(shí)，單片機(jī)復(fù)位。定時(shí)器T1用于計(jì)時(shí)程序，當(dāng)主持人按下開始搶答按鈕9秒內(nèi)無人搶答時(shí)，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警信號(hào)。2.3.4 搶答處理程序的設(shè)計(jì)當(dāng)有選手第一個(gè)按下?lián)尨鹌靼磁r(shí)數(shù)碼管顯示選手號(hào)碼，同時(shí)選手指示燈點(diǎn)亮，蜂鳴器發(fā)出三聲間隔1秒的警告，并鎖定搶答。當(dāng)在此選手之后再有選手按下按扭時(shí)無效，數(shù)碼管不變。12132.3.5 四路搶答器程序#include<reg51.h>#define uchar unsigned charunsigned char code table=0x03,0x9f,0x25,0x0d, 0x99,0x49,0x41,0x1f, 0x01,0x09,0x11,0

14、xc1, 0x63,0x85,0x61,0x71;uchar key;uchar num,time_num;void delay(uchar i)uchar j,k; for(j=i;j>0;j-) for(k=125;k>0;k-);void bee()WR=0;delay(255);delay(255);WR=1;key_scan()uchar temp;temp=P1;temp=temp&0xf0;if(temp!=0xf0) delay(10); if(temp!=0xf0) switch(temp) case 0xe0: key=1; break; case 0x

15、d0: key=2; break; case 0xb0: key=3; break; case 0x70: key=4; break; return key;void time_scan()if(time_num>=20)num+;time_num=0;P0=0xfb;P2=tablenum/10;delay(5);P0=0xf7;P2=tablenum%10;delay(5);while(num>=60)P0=0;P2=0xfd;void main()EX0=1;IT0=1; key=0;num=0;time_num=0;TMOD=0x01;TH0=(65536-50000)/2

16、56;TL0=(65536-50000)%256;EA=1;ET0=1;TR0=1;while(1)key_scan();time_scan();if(key!=0)bee();while(key!=0) P0=0; P2=tablekey;void EX0() interrupt 0key=0;num=0;time_num=0;void time0() interrupt 1TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;time_num+;2.3.5 四路搶答器仿真圖第三節(jié) 試驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論（實(shí)驗(yàn)心得）回顧兩周的課程設(shè)計(jì)，使我深深體會(huì)到動(dòng)手的重要性，即

17、使有再好的理論基礎(chǔ)沒有實(shí)踐都是空話。周一至周二繪制原理圖，然后編程，雖然說大二的時(shí)候有過一次課程設(shè)計(jì)，但是需要用到的知識(shí)點(diǎn)和需要注意的細(xì)節(jié)問題也不一樣。這次最重要的我覺得是編程，這是這次課設(shè)的心臟部分。單片機(jī)連接好，然后調(diào)試，調(diào)試并不是一帆風(fēng)順的， 最終也沒找出問題，這算是這次實(shí)習(xí)的唯一遺憾了。在這幾天中，體會(huì)到了團(tuán)結(jié)協(xié)作的重要性和樂趣，有什么問題很想法拿出來一起探討與分享，將會(huì)有更好的答案，活躍了一個(gè)人的思維，豐富了我們的頭腦，學(xué)會(huì)去接受別人，肯定別人，同樣也得到了別人的尊重與肯定，除了討論之外，還需積極獨(dú)立思考，唯獨(dú)通過自己的獨(dú)立思考，才能解決相關(guān)問題，才能提高對(duì)專業(yè)知識(shí)的熟悉程度，以后才能學(xué)會(huì)用，同樣這也是我該努力的兩個(gè)方向。