基于51單片機搶答器的課程設(shè)計

1、西安文理學(xué)院物理與機械電子工程學(xué)院專業(yè)課程設(shè)計報告專業(yè)班級測控技術(shù)與儀器課 程一51單片機技術(shù)與設(shè)計題 目基于51單片機的搶答器設(shè)計學(xué) 號學(xué)生姓名指導(dǎo)教師2014年5月基于51單片機的八位搶答器設(shè)計摘要隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，基于單片機的控制系統(tǒng)已應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、電力、電 子、智能樓宇等行業(yè)，微型計算機作為嵌入式控制系統(tǒng)的主體與核心，代替了傳統(tǒng)的控制 系統(tǒng)的常規(guī)電子線路。搶答器作為一種工具，已廣泛應(yīng)用于各種智力和知識競賽場合。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。作為一個單位，如果專門購一臺搶答器雖然 在經(jīng)濟上可以承受，但每年使用的次數(shù)極少，往往因長期存放使（電子器件的

2、）搶答器損 壞，再購置的麻煩和及時性就會影響活動的開展，因此設(shè)計了本搶答器。本設(shè)計是以八路搶答為基本理念?？紤]到依需設(shè)定限時回答的功能，利用AT89c51單 片機及外圍接口實現(xiàn)的搶答系統(tǒng)，利用單片機的定時器/計數(shù)器定時和記數(shù)的原理，將軟、 硬件有機地結(jié)合起來，使得系統(tǒng)能夠正確地進行計時。同時使液晶顯示屏能夠正確地顯示 時間，并且給出指令的提示，揚聲器發(fā)生提示。系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)：在搶答中，只有開始后搶 答才有效，如果在開始搶答前搶答為無效；搶答限定時間和回答問題的時間可在l-99s設(shè) 定；可以顯示是哪位選手有效搶答和無效搶答，正確按鍵后有聲音的提示；搶答時間和回 答問題時間倒記時顯示，滿時后系統(tǒng)計時

3、有聲音提示；搶答倒計時時間和回答問題時間均 可通過硬件的按鍵調(diào)整。關(guān)鍵詞:AT89c51；單片機；液晶顯示屏；搶答器；智能請瀏覽后下載，資料供參考，期待您的好評與關(guān)注!目錄弓 I (4 ,02設(shè)計任務(wù)與要求概述 1 Ll 2.2 ri 2.3 4設(shè)計目的方案總體設(shè)計3 1 13. 1. 1控制芯片13. 1.2顯示方式13.1.3程序語言的選擇13.2原理框圖24硬件電路設(shè)計24.1 搶答器的工作原理24.2 單元電路設(shè)計24.2.1 搶答器電路24.2.2 發(fā)聲電路設(shè)計34.2.3 開始、復(fù)位按鍵輸入電路的設(shè)計34.2.4 時鐘震蕩電路34.2.5 設(shè)定時間、加減時間電路設(shè)計34.2.6 顯

4、示電路的設(shè)計44.3 設(shè)計55.1搶答器工作流程55. 2流程框圖56電路仿真調(diào)試66. 1上電;隹備狀態(tài)66. 2開始搶答66. 3非法搶答76.4 Jet n 77實驗儀器及元器件清單88 名吉 89致謝.810參考文獻附錄一系統(tǒng)電路圖.10附錄二程序清單.101引言目前各種各樣的競賽越來越多,無論是學(xué)校、工廠、軍隊還是益智性電視節(jié) 目，其中用到搶答器的概率非常大。目前很多搶答器基本上采用小規(guī)模數(shù)字集成 電路設(shè)計,使用起來不夠理想。因此設(shè)計一款更易于使用和區(qū)分度高的搶答 器成了非常迫切的任務(wù)?，F(xiàn)在單片機已進入各個領(lǐng)域，以其功耗小、智能化而著 稱。所以若利用單片機來設(shè)計搶答器，便使以上問題得

5、以解決。針對以上情況， 本課程設(shè)計出以AT89c51單片機為核心的八路搶答器。它能根據(jù)不同的搶答輸 入信號,經(jīng)過單片機的控制處理并產(chǎn)生不同的與輸入信號相對應(yīng)的輸出信號,最 后通過液晶顯示屏顯示相應(yīng)的路數(shù)和答題時間以及各項命令等，使競賽真正達到 公正、公開、公平。2設(shè)計任務(wù)與要求概述2. 1題目8路比賽搶答器2. 2設(shè)計任務(wù)利用8051單片機中斷系統(tǒng)，制作一個有8個按鍵的比賽搶答器，可供&名選手 比賽的搶答，每組設(shè)置一個搶答按鈕，按鈕的編號與選手的編號對應(yīng)，主持人設(shè) 置控制開關(guān)，用來控制系統(tǒng)的清零和搶答的開始，在有人按鍵時進行對應(yīng)選手顯 示。2. 3設(shè)計要求1完成系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計與軟件

6、設(shè)計；2采用匯編或C語言編程；3采用Proteus> KeilC等軟件實現(xiàn)系統(tǒng)的仿真調(diào)試；4論文要求思路清晰，結(jié)構(gòu)合理，語言流暢，書寫格式符合要求。2.4設(shè)計目的1綜合運用相關(guān)課程中所學(xué)的理論知識去完成這一設(shè)計課題。2通過查閱手冊和相關(guān)文獻資料，培養(yǎng)自己獨立分析和解決問題的能力。3進一步熟悉單片機和常用接口電路，加深對專業(yè)知識和理論知識學(xué)習(xí)的認 識和理解。4學(xué)會電路的設(shè)計與程序的調(diào)試。5學(xué)會撰寫課程設(shè)計論文。6培養(yǎng)嚴肅認真的工作作風(fēng)和嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度。3方案總體設(shè)計3. 1方案3.1. 1控制芯片我們采用51系列單片機AT89c51作為控制核心，該系統(tǒng)可以完成運算控制、 信號識別以及顯示功

7、能的實現(xiàn)。單片機技術(shù)比較成熟，應(yīng)用起來方便、簡單并且 單片機周圍的輔助電路也比較少，便于控制和實現(xiàn)。整個系統(tǒng)具有極其靈活的可 編程性，能方便地對系統(tǒng)進行功能的擴張和更改。MCS-51單片機特點如下：a、可靠性好：單片機按照工業(yè)控制要求設(shè)計， 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 號通道都在同一芯片，因此可靠性高，易擴充。b、單片機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，可擴充為各種規(guī)模的微電腦 系統(tǒng)。c、控制功能強：單片機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。3. 1.2顯示方式在實現(xiàn)基本功能時，我們

8、采用了四位數(shù)碼管顯示，后兩位顯示倒計時時間， 第一位顯示搶答組號，第三位置空，在此基礎(chǔ)上還在程序里加了更改搶答時間和 倒計時時間的模塊，也可通過數(shù)碼管顯示，成為一個比較完整的系統(tǒng)。后來在實現(xiàn)拓展功能時，我們想加入語音顯示的模塊，發(fā)現(xiàn)pioteus軟件無 法仿真，就改為用液晶顯示屏1602顯示。1602液晶顯示屏也叫1602字符型液 晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊1602液晶模 塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（CGROM）已經(jīng)存儲了 160個不同的點陣字符圖形， 這些字符有：阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每 一個字符都有一個固定的代碼，它可以通過簡短

9、的英文提示和數(shù)字使人明確看到 比賽進行的整個過程。3. 1.3程序語言的選擇一開始實現(xiàn)基本功能時，使用數(shù)碼管作為顯示，采用了匯編語言，比較高效, 條理也清晰；后來做拓展功能時改用液晶顯小屏顯小，發(fā)現(xiàn)液晶顯小屏使用c 語言編程更便捷高效，就整體使用了 c語言。3. 2原理框圖圖3.1原理框圖4硬件電路設(shè)計3.1 搶答器的工作原理用單片機的兩個外部中斷作為修改時間的選擇按鈕，選擇修改搶答倒計時 時間還是回答問題時間；用定時器1作為時間的控制。3.2 單元電路設(shè)計3.2.1 搶答器電路該電路有八個按鈕分別接于PLOPL7可實現(xiàn)兩個功能：一是分辨出選手按 鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號，同時譯碼顯示

10、電路顯示編號；二是禁止其 他選手按鍵操作無效。如有再次搶答需由主持人將S開關(guān)重新置，“清除”然后 再進行下一次搶答。如圖4圖4.1搶答甥電路3.2.2 發(fā)聲電路設(shè)計用P3. 6口和揚聲器相連，主持人將控制開關(guān)撥到開始位置時，會發(fā)聲，搶 答電路和定時電路進人正常搶答工作狀態(tài)；當參賽選手按動搶答鍵時，揚聲器發(fā) 聲，搶答電路和定時電路停止工作。如圖4.23.2.3 開始、復(fù)位按鍵輸入電路的設(shè)計復(fù)位是計算機的一個重要工作狀態(tài)。開始和復(fù)位鍵分別接于P3.0和P3. 1口， 在單片機工作時，接電之前，斷電后也要復(fù)位。在搶答器中復(fù)位則為定時做鋪墊, 在搶答之前要復(fù)位，搶答完也要復(fù)位。按了復(fù)位鍵，顯示屏的狀態(tài)

11、是“start”。 如圖4.3運運工 -O Ot=> I- 7 o4 cm O-§ B|glS 1tTl IQ_ Ol_ C圖4. 3開始、復(fù)位電路3.2.4 時鐘震蕩電路CPU的操作需要精確的定時，可用一個晶體振蕩器產(chǎn)生穩(wěn)定的時鐘脈沖來 控制AT89c51單片機上的XTAL1和XTAL2分別為振蕩電路的輸入和輸出。如圖 4.44. 2.5設(shè)定時間、加減時間電路設(shè)計該電路主要是對答題時間和搶答時間調(diào)整設(shè)計的，搶答時間接P3. 2,答題 時間接P3.3,加一秒接P3.4，減一秒接P3.5。如圖4.5U1ATffiCSI cTBCP圖4.4時鐘振蕩電路圖4. 5加減時間電路4. 2

12、.6顯示電路的設(shè)計本系統(tǒng)通過液晶顯小屏來顯小各提小信息。如佟14.6LUM1L«TEXB-RP1RBSPACK-CVCCUJ i 理 oa>ucc出OND T-Nn + miDr-L 日 n 4 5 5 r- M IT.二星百Nd R/NNII emNOL S/TQNL SSQt SSDt iowt.Qd Ho<hs No<ns LO/JLdOL s<.d.Q&圖4. 6顯示時間電路請瀏覽后下載，資料供參考，期待您的好評與關(guān)注!5軟件設(shè)計4.1 搶答器工作流程為了能夠達到搶答的公平、公正、合理，應(yīng)該在主持人發(fā)布搶答命令之前必 須先設(shè)定搶答的時間，因而在

13、編開始搶答前的程序得先編寫設(shè)定時間的程序，當 時間設(shè)好了之后，主持人發(fā)布搶答命令按下P3.0按鍵，程序開始打開定時中斷開 始倒計時，然后調(diào)用鍵盤掃描子程序，編寫鍵盤掃描程序。當在掃描到有人按下 了答題鍵，馬上關(guān)閉TO、調(diào)用顯示程序、封鎖鍵盤。接通電源后，液晶顯示屏顯示“Ready”，搶答器處于禁止狀態(tài)，處于等待 開始狀態(tài)，此時有人搶答，會顯示“e"?！?quot;，也可以調(diào)整搶答時間和回答問題時 間，；主持人將開關(guān)置，“開始”狀態(tài)，宣布“開始”搶答器工作，顯示屏顯示 "go! ”，揚聲器給出聲響提示，定時器倒計時；選手在定時時間內(nèi)搶答時，搶 答器完成，顯示組號，并且倒計時，

14、時間到揚聲器提示。當一輪搶答之后，定時 器停止、禁止二次搶答、定時器顯示剩余時間。如果再次搶答必須由主持人再次 操作開始、停止狀態(tài)開關(guān)。5. 2流程框圖6電路仿真調(diào)試6. 1上電準備狀態(tài)晏a wwi 呈SWJ7-73 BTW 斜If圖6.1上電準備狀態(tài)6. 2開始搶答圖6.2開始搶答6. 3非法搶答RP1艮以O(shè) grinra 1 LerrorLUUI UCXL cTFXTU1PW4 1MHQ.UH po VZ4 i<hNU 星n但艮”ric 總總 UK2 BVHLORE" 咨-£ ssrarS aS圖6. 3非法搶答6. 4正常搶答t-CO-f UCEDl TE<

15、;T>number： 5S5S S2Eu s.圖6. 4正常搶答請瀏覽后下載，資料供參考，期待您的好評與關(guān)注!7實驗儀器及元器件清單表7-1實驗儀器及元器件清單 器件名稱規(guī)格型號數(shù)量微處理器AT89C511極性電容luF1電阻（排阻）RESPACK89電容10uF2晶振12MHZ1按鈕15液晶顯示屏LM020L1揚聲器BUZZER18設(shè)計總結(jié)通過這次課程設(shè)計，我更進一步地認識了搶答器的工作原理，掌握了它的調(diào) 整及測試方法。本系統(tǒng)通過采用AT89c51單片機作為核心，以八個按鍵輸入搶 答信號，以液晶顯示屏顯示，根據(jù)燒錄到單片機中的程序控制整個系統(tǒng)的工作流 程，整體性好，效率高，實現(xiàn)了搶答器

16、的智能化。在這過程之中也遇到了一些問 題，比如對匯編語言理解還不夠，將其轉(zhuǎn)化為C語言時在時序上出現(xiàn)一些問題, 還有C語言基礎(chǔ)也需要加強，編程能力有待提高。9致謝通過此次的課程設(shè)計，讓我更進一步的鞏固了單片機的各種知識。但在設(shè)計 的過程中，遇到了很多的問題，有一些知識已經(jīng)不太清楚了，但是通過一些資料 乂重新的翻閱并且認真的復(fù)習(xí)了相關(guān)教科書中的內(nèi)容。此次的課程設(shè)計樹立了對 自己工作能力的信心，相信會對今后的學(xué)習(xí)工作生活都有非常重要的影響，而且 大大的提高了動手能力，使我充分的體會到了創(chuàng)造過程中的探索的艱難和成功的 喜悅。雖然這次做出的作品還存在很多需要改進的地方，但是在整個設(shè)計過程中 所學(xué)習(xí)到的東

17、西是這次實訓(xùn)所得到的最大收獲跟財富，使我終身受益。最后，我 要感謝指導(dǎo)老師老師和楊浩輝同學(xué)在我將系統(tǒng)的匯編語言改為c語言時對我無 私的幫助。10參考文獻11戴梅萼史嘉權(quán)編著，微型計算機技術(shù)及應(yīng)用（第四版）清華大學(xué) 出版社，北京，200832（美）Bruce Eckel著陳昊鵬譯JA公編程思想（第四版），機械工 業(yè)出版社，北京，2007.6 （2013.11重?。?馮博琴 吳寧 主編，微型計算機原理與接口技術(shù)（第三版），清華大 學(xué)出版社，北京密云膠印廠，2011.64張毅剛等編著，新編MSC-51單片機應(yīng)用設(shè)計（第三版），哈爾濱 工業(yè)大學(xué)出版社，哈爾濱東林印務(wù)有限公司，2008.4附錄一系統(tǒng)電路

18、圖喀ri. 匚01 號RQ 9EIn*. 6m 卷 ZZCL -rsoHU ssx LpfEZCL 2m Mssa* 5系? M5R0圖附錄系統(tǒng)電路圖附錄二程序清單#mclude<ieg5 l.h>包含單片機的頭文件#mclude<iiitrms.h> 包含_nop_()函數(shù)定義的頭文件 sbit RS=P2A0;寄存器選擇位，將RS位定義為P2.0引腳sbitRW=P2Al; 讀寫選擇位，將RW位定義為P2.1引腳 sbit E=P2A2;sbit ring=P3A6;sbit stait=P3A0;sbit ok=P3Al;sbit add=P3A4;sbit su

19、b=P3A5;sbit DO=P1AO;sbitDl=PlAl;sbit D2=P1A2;sbitD3=PlA3;sbit D4=P1A4;sbitD5=PlA5;sbitD6=Plz6;sbitD7=PlA7;unsigned char num=O:unsigned char a=30,b=60,n=0.qd,hd,d;void displayO;void delaylms()(unsigned char i,j; fbr(i=0;i<10;i+)for(j=Oj<33j+)void delay(unsigned char n)(unsigned char i;fbr(i=O;i

20、<n;i+)delaylmsQ;)void nopp(unsigned char n)(unsigned char i;fbr(i=O;i<n;i+)_nop_()；bit lcd_bzQ(bit result;RS=0;根據(jù)規(guī)定，RS為低電平，RW為高電平時，可以讀狀態(tài)RW=1;E=l;E=1,才允許讀寫nopp(4);空操作四個機器周期，給硬件反應(yīng)時間result=(bit)(PO&Ox8O); 將忙碌標志電平賦給 resultE=0;return result;void Writelnstruction (unsigned chai dictate)(while(lc

21、d_bz()=l); /如果忙就等待RS=0;根據(jù)規(guī)定，RS和R/W同時為低電平時，可以寫入指令RAV=0;E=l;E置低電平nopp(2); 空操作兩個機器周期，給硬件反應(yīng)時間POdictate;將數(shù)據(jù)送入P0 口，即寫入指令或地址nopp(4); 空操作四個機器周期，給硬件反應(yīng)時間E=l;E置高電平(正跳變)nopp(4)”空操作四個機器周期，給硬件反應(yīng)時間E=0;當E由高電平跳變成低電平時，液晶模塊開始執(zhí)行命令) void WriteData(unsigned cliai y) ( while(lcd_bz()= 1); RS=1;RS為高電平，RW為低電平時，可以寫入數(shù)據(jù)RAV=0;

22、E=l;/E置低電平PO=y;將數(shù)據(jù)送入POD,即將數(shù)據(jù)寫入液晶模塊nopp(4);空操作四個機器周期，給硬件反應(yīng)時間 E=l;/E置高電平(正跳變)nopp(4);空操作四個機器周期，給硬件反應(yīng)時間 E=0;當E由高電平跳變成低電平時，液晶模塊開始執(zhí)行命令) void Lcdliutiate(void) ( delay(15); 延時15ms,首次寫指令時應(yīng)給LCD 一段較長的反應(yīng)時間 Wntenistmction(0x30); 顯示模式設(shè)置：8位數(shù)據(jù),16X2顯示，5X7點陣， delay(5); 延時 5nis Writelnstiuction(0x38); delay(5); Writ

23、enistiuction(OxOc); 顯示模式設(shè)置：顯示開，有光標，光標閃爍 delay(5); Writenistiuction(0x06); 顯示模式設(shè)置：光標右移，字符不移 delay(5); Writelnstiiiction(OxOl); 清屏幕指令,將以前的顯示內(nèi)容清除 delay(5); ) void Display(unsigned char stiiiig) ( unsigned char i; i = 0; wliile(stiingi != 0') /顯示字符WriteData(stringi); if /*void baikQnng=l； delay(10);

24、nng=0;*/void answer。nng=l;delay(500);nng=0;WnteIustiiiction(OxO 1); delay(l);Display(" go!");TR1=1 ;qd=l;d=a;wlule(l)/TRO=1;if(!D0)n=l;break;if(!Dl)n=2;break; if(?D2)n=3;break; if(!D3)n=4;break; if(!D4)n=5;break; if(!D5)n=6;break; if(!D6)n=7;break; if(!D7)n=8;break;WnteIustiiiction(OxO 1);

25、 switch(n)case 1 :Display(H number: 1 H);hd=l;break;case 2:Display(H number:2 H);hd=l;break;case 3:Display(H number:3 H);hd=l;break;case 4:Display(H number:4 H);hd=l;break;case 5:Display(H number:5 H);hd=l;break;case 6:Display(H number:6 H);hd=l;break;case 7:Display(H number:7 H);hd=l;break; case 8:

26、Display(H number:8 H);hd=l;break;n=0:/WriteInstruction(OxO 1); delay(5000); d=b;wliile(d+l);void display()(unsigned char tm3=0x20.0,0;unsigned char al,bl;al=d/10;tml=al+0x30;bl=d%10;tm2=bl+0x30;WiiteIiistniction(OxO 1);delay(l)； Display(tm);void main(void)主函數(shù)(TMOD=OXU; 選擇定時器方式1 TH0=0X00; 給定時器賦處置 TL0=0XFF;TH1=OX3C;TL1=OXBO;EA=1;ET1=1;開總中斷EXO=1;ETO=1;EX1=1;TR1=1;LcdlnitiateQ