基于某AT89C51單片機(jī)六路搶答器的設(shè)計(jì)

1、實(shí)用文檔學(xué)號(hào)：xxxxxxxxxx布他呻花學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告基于AT89C51單片機(jī)搶答器的設(shè)計(jì)院 系電子信息工程學(xué)院專 業(yè)電子信息工程班級(jí)1姓名xxx標(biāo)準(zhǔn)摘要單片機(jī)由于其微小的體積和極低的成本， 廣泛的應(yīng)用于家用電器、工業(yè)控制等領(lǐng)域中。 在工業(yè)生產(chǎn)中，單片微型計(jì)算機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，也是頗具生產(chǎn)力的機(jī)種。 單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱單片機(jī)，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱微控器。學(xué)校和電視臺(tái)等單位 場(chǎng)舉辦各種比賽，搶答器是必要設(shè)備。在我校舉行的各種競(jìng)賽中我們經(jīng)?？吹接袚尨鸬沫h(huán) 節(jié)，舉辦方多數(shù)采用讓選手通過舉答題板的方法判斷選手的答題權(quán)，這在某種程度上會(huì)因 為主持人的主觀判斷造成比賽的不公平性。搶答

2、器是一名公正的裁判員，他由主體電路與 擴(kuò)展電路組成。單片機(jī)由于其微小的體積和極低的成本，廣泛的應(yīng)用于家用電器、工業(yè)控 制等領(lǐng)域中。在工業(yè)生產(chǎn)中，單片微型計(jì)算機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，也是頗具生 產(chǎn)力的機(jī)種。單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱單片機(jī)，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱微控器。學(xué)校和 電視臺(tái)等單位場(chǎng)舉辦各種比賽，搶答器是必要設(shè)備。在我校舉行的各種競(jìng)賽中我們經(jīng)?？?到有搶答的環(huán)節(jié)，舉辦方多數(shù)采用讓選手通過舉答題板的方法判斷選手的答題權(quán)，這在某 種程度上會(huì)因?yàn)橹鞒秩说闹饔^判斷造成比賽的不公平性。搶答器是一名公正的裁判員，他 由主體電路與擴(kuò)展電路組成。AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié) FLASH 存儲(chǔ)器

3、(FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory)的低電壓、高性能 CMOS 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。 AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只 讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造， 與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃速存儲(chǔ)器組 合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡(jiǎn) 版本。AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案

4、。外形及引腳排列如圖所示。本設(shè)計(jì)是六路智力搶答器。使用51系列單片機(jī)，編寫應(yīng)用程序來實(shí)現(xiàn)智力搶答功能。 硬件設(shè)計(jì)使用的是51系列單片機(jī)中的89C51。硬件設(shè)計(jì)利用其中斷控制程序進(jìn)行搶答部分 的處理，通過非門的控制去申請(qǐng)單片機(jī)內(nèi)部的中斷，以達(dá)到顯示搶答的目的。軟件設(shè)計(jì)利 用中斷系統(tǒng)的基本構(gòu)成原理編寫中斷服務(wù)程序， 其信號(hào)由按鍵電路提供，由CPU響應(yīng)中斷， 并輸出響應(yīng)。用到了查詢按鍵模塊、定時(shí)器模塊、顯示時(shí)間模塊、顯示組號(hào)模塊、報(bào)警模 塊等。關(guān)鍵詞：89C51中斷 定時(shí)器 報(bào)警電路等目錄摘要I.目 錄II1引言11.1 智能搶答器的發(fā)展現(xiàn)狀 11.2 搶答器的背景和特點(diǎn)11.3 搶答器的分類及應(yīng)用

5、12硬件設(shè)計(jì)22.1 AT89C51的管腳說明 22.2 六路搶答器設(shè)計(jì)功能要求 32.3 搶答器設(shè)計(jì)方案32.4 系統(tǒng)電路圖32.5 撥動(dòng)開關(guān)42.6 顯示電路的設(shè)計(jì)43軟件設(shè)計(jì)63.1 程序流程圖63.2 系統(tǒng)程序64系統(tǒng)調(diào)試與實(shí)驗(yàn)104.1 仿真調(diào)試104.2 性能分析115總結(jié)125.1 設(shè)計(jì)出現(xiàn)的問題125.2 總結(jié)12參考文獻(xiàn)131引言1.1 智能搶答器的發(fā)展現(xiàn)狀隨著電子技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在的搶答器功能越來越強(qiáng)，可靠性和準(zhǔn)確性也越來越高。能 夠?qū)崿F(xiàn)搶答器功能的方式有多種，可以采用前期的模擬電路、數(shù)字電路或模擬與數(shù)字電路 相結(jié)合的方式，但這種方式制作過程復(fù)雜，而且準(zhǔn)確性與可靠性不高，成品

6、面積大。對(duì)于目前的搶答器的功能描述，如涵蓋搶答器、搶答限時(shí)、選手答題計(jì)時(shí)及犯規(guī)組號(hào) 搶答器具有搶答自鎖，燈光指示、暫停復(fù)位、電子音樂報(bào)聲、自動(dòng)定時(shí)等功能，還有工作 模式的切換和時(shí)間設(shè)定，對(duì)于這些，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，肯定還要得到進(jìn)一步的改進(jìn)。 一般都要趨向于智能化。1.2 搶答器的背景和特點(diǎn)在各類競(jìng)賽中，特別是做搶答題時(shí)，在搶答過程中，為了知道哪一組或哪一名選手先 答題，必須要有一個(gè)系統(tǒng)來完成這個(gè)任務(wù)。如果在搶答過程中，只靠人的視覺是很難判斷 出哪組先答題。利用單片機(jī)來設(shè)計(jì)搶答器，使以上問題得以解決，即使有兩組的搶答時(shí)間 相差幾微秒，也可分辨出哪組優(yōu)先答題。搶答器是一種應(yīng)用非常廣泛的設(shè)備，在各

7、種競(jìng)賽、搶答場(chǎng)合中，它能迅速、客觀地分 辨出最先獲得發(fā)言權(quán)的選手。早期的搶大漆只由幾個(gè)三極管、可控硅、發(fā)光管等組成，能 通過發(fā)光管的指示辨認(rèn)出選手號(hào)碼?，F(xiàn)在大多數(shù)搶答器均使用單片機(jī)（如MCS-51型）和數(shù)字集成電路，并增加了許多新功能，如選手號(hào)碼顯示、搶按前或搶按后的計(jì)時(shí)、選手得分 顯示功能。像這類搶答器，制作過程簡(jiǎn)單，準(zhǔn)確性與可靠性高，而且安裝維護(hù)簡(jiǎn)單。對(duì)于 搶答器的應(yīng)用，如早期的數(shù)字電路，隨著科技的逐步發(fā)展，進(jìn)而到了單片機(jī)的控制來實(shí)現(xiàn) 其功能，而且功能齊全，電路簡(jiǎn)單，成本低，性能高，真正朝著有利的方向發(fā)展。1.3 搶答器的分類及應(yīng)用電子搶答器的中心構(gòu)造一般由搶答器由單片機(jī)以及外圍電路組成，

8、其搭配的配件不同 又分為，非語(yǔ)音飛計(jì)分搶答器和語(yǔ)音計(jì)分搶答器。多適用于學(xué)校和企業(yè)舉辦的簡(jiǎn)單的搶答 活動(dòng)。非語(yǔ)音記分搶答器構(gòu)造很簡(jiǎn)單，就是一個(gè)搶答器的主機(jī)和一個(gè)搶答器按鈕組成，在 搶答過程中選手沒有記分的顯示屏。語(yǔ)音記分搶答器是有一個(gè)搶答器的主機(jī)和主機(jī)的顯示 屏和選手的記分顯示屏。電腦搶答器又分為無線電腦搶答器和有線電腦搶答器。無線電腦搶答器的構(gòu)成是由： 主機(jī)和搶答器專用的軟件和無線按鈕。無線電腦搶答器利用電腦和投影儀，可以把搶答氣 氛活躍起來，一般多使用于電臺(tái)等大型的活動(dòng)。有線電腦搶答器也是由主機(jī)和電腦配合起 來，電腦在和投影儀配合起來，利用專門研發(fā)的配套的搶答器軟件，可以十分完美地表現(xiàn) 搶答

9、的氣氛。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和文化事業(yè)的發(fā)展，在很多公開競(jìng)爭(zhēng)場(chǎng)合要求有公正的競(jìng)爭(zhēng)裁決，諸如 證券、股票交易及各種智力競(jìng)賽等，因此出現(xiàn)了搶答器。2硬件設(shè)計(jì)2.1 AT89C51的管腳說明AT89C51管腳說明：VCC:供電電壓。GND:接地。P0 口： P0 口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O 口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P0 口的 管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義 為數(shù)據(jù)/地址的低八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須接上拉電阻。P1 口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8位雙向I/

10、O 口尸1 口緩沖器能接收輸出4TTL 門電流。P1 口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1 口被外部下拉為低電平 時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1 口作為低八位地址接收。P2 口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O 口，P2 口緩沖器可接收，輸出4個(gè) TTL門電流，當(dāng)P2 口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作 為輸入時(shí)，P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2 口輸出地址的高八位。在 給出地址“ 1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉

11、優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2 口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控 制信號(hào)。P3 口： P3 口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O 口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng) P3 口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為 低電平，P3 口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3 口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管腳備選功能P3.0 RXD （串行輸入口）P3.1 TXD （用行輸出口）P3.2 /INT0 （外部中斷0）P3.3 /INT1 （外部中斷1）P3.4 T0

12、 （計(jì)時(shí)器0外部輸入）P3.5 T1 （計(jì)時(shí)器1外部輸入）P3.6 /WR （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）P3.7 /RD （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。2.2六路搶答器設(shè)計(jì)功能要求1、基本要求(1)搶答器同時(shí)供6名選手或6個(gè)代表隊(duì)比賽，分別用6個(gè)按鈕K0 K5表示。(2)搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動(dòng)按鈕，鎖存相應(yīng)的編號(hào)，并在 LE國(guó) 碼管上顯示，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲響提示。選手搶答實(shí)行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編 號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。(3)搶答器具有定時(shí)搶答功能，且一次搶答的時(shí)間由主持人設(shè)定(如 30秒)。當(dāng)主 持人啟動(dòng)"開

13、始”鍵后，定時(shí)器進(jìn)行減計(jì)時(shí)，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)的時(shí)間 0.5秒左右。(4)參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效，定時(shí)器停止工作，顯示器上顯 示選手的編號(hào)和搶答的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。(5)如果定時(shí)時(shí)間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報(bào)警并禁止搶答，定時(shí)顯 小器上顯小FF。2.3 搶答器設(shè)計(jì)方案在設(shè)計(jì)中采用的單片機(jī)是 AT89C51,它主要負(fù)責(zé)控制各個(gè)部分協(xié)調(diào)工作。P1.0-P1.5是6組搶答的輸入口，按下對(duì)應(yīng)按鈕即為搶答。P2.0 P2.5為位選通。P0 口為數(shù)碼管的段選口，位選口用的是P2 口的低4位。它是共陰極的由高電平點(diǎn)亮。以拔動(dòng)開關(guān)K0-K5中的某個(gè)

14、開關(guān)為0N作為搶答按鍵，無人搶答時(shí)，6個(gè)數(shù)碼管循環(huán)輪流顯示16跑馬，誰 先搶答，數(shù)碼管停止跑馬，6個(gè)數(shù)碼管同時(shí)亮誰的編號(hào)，其后再有鍵按下，系統(tǒng)不予響應(yīng)， 直到此位拔為OFF恢復(fù)16跑了馬，開始下一輪搶答。系統(tǒng)仿真用到了 Proteus7.7軟件， 通過仿真可以顯示所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功能，對(duì)于程序的調(diào)試等有很大的幫助。2.4 系統(tǒng)電路圖如圖2-1 ,系統(tǒng)通電開始搶答，P1.0-P1.5為六路搶答輸入，數(shù)碼管段選 P0 口，位 選 P2 口。西WMO 叩 1 AL1 iPUZAMba 叩翼跖，-i/ K* 叩EW IF 口 ETAE 叫kMbP；3HP2.Jfl.1t 端用瑞 -PJjSAU F3AM1

15、4*3.M13-M忙仃心 , 1 jOT UfTTi兩所0 司鈕L p”幅 psrffi-圖2-1系統(tǒng)電路原理圖2.5 撥動(dòng)開關(guān)撥動(dòng)開關(guān)是通過撥動(dòng)開關(guān)柄使電路接通或斷開，從而達(dá)到切換電路的目的。撥動(dòng)開關(guān) 的設(shè)計(jì)如下圖2-2, P1.0-P1.5是6組搶答的輸入口，按下按鈕搶答。誰先按下后其他人再 按則無效。當(dāng)該選手搶答完成后該開關(guān)撥為 OFF系統(tǒng)開始重新跑馬。圖2-2點(diǎn)鍵盤掃描電路2.6 顯示電路的設(shè)計(jì)led數(shù)碼管（LED Segment Display是由多個(gè)發(fā)光二極管封裝在一起組成 “擰型的器 件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個(gè)筆劃，公共電極。led數(shù)碼管常用段數(shù)一 般為7段有的

16、另加一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，還有一種是類似于3位“+1”型。位數(shù)有半位，1, 2, 3,4, 5, 6, 8, 10位等等，led數(shù)碼管根據(jù)LED的接法不同分為共陰和共陽(yáng)兩類，了解 LED 的這些特性，對(duì)編程是很重要的，因?yàn)椴煌愋偷臄?shù)碼管，除了它們的硬件電路有差異外， 編程方法也是不同的。本實(shí)驗(yàn)的顯示電路的設(shè)計(jì)如下圖2-3。采用數(shù)碼管 7SEG-MPX6-CA-BLUE。此為六個(gè)數(shù)碼管合一的，123456表示選擇的數(shù)碼管供電的管腳， ABCDEFG DP就是數(shù)碼管的斷碼輸入。系統(tǒng)通電后六個(gè)數(shù)碼管循環(huán)輪流顯示 16跑馬,誰先搶答數(shù)碼管停止跑馬，六個(gè)數(shù)碼管同時(shí)亮誰的編號(hào)。其后再有鍵按下系統(tǒng)不予響應(yīng), 直到此

17、為撥到OFF。圖2-3顯示電路的設(shè)計(jì)3軟件設(shè)計(jì)軟件任務(wù)分析和硬件電路設(shè)計(jì)結(jié)合進(jìn)行， 哪些功能由硬件完成，哪些任務(wù)由軟件完成, 在硬件電路設(shè)計(jì)基本定型后，也就基本上決定下來了。3.1 程序流程圖|圖3-1程序流程圖圖3-1為本實(shí)驗(yàn)的程序流程圖。3.2 系統(tǒng)程序在本設(shè)計(jì)中包括了以下程序：主程序、p1.0-p1.5為六路搶答輸入數(shù)碼管段選 P0 口,位選P2 口。系統(tǒng)程序：#include<reg51.h>sbit k1=P1A0;sbit k2=PW1；sbit k3=P1A2;sbit k4=PW3;sbit k5=PW4;sbit k6=PW5;unsigned char DSY_

18、CODE=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82;void delayms(unsigned int ms)unsigned int i,j;for(i=0;i<ms;i+)for(j=0;j<1141;j+);void main()unsigned char key,i;TMOD=0x01;TH0=0xff;TL0=0xff;while(1)key=P1;if(key=0xff)for(i=1;i<7;i+)switch(i)case 1:P2=0x01;break;case 2:P2=0x02;break;case 3:P2=0x04;bre

19、ak;case 4:P2=0x08;break;case 5:P2=0x10;break;case 6:P2=0x20;break;default : P2=0x01;break;P0=DSY_CODEi; delayms(10);if(key!=0xff)EA=1;ET0=1;TR0=1;void Tim_T0() interrupt 1 using 0if(k1=0&&k2!=0&&k3!=0&&k4!=0&&k5!=0&&k6!=0)P2=0xff;P0=DSY_CODE1;if(k2=0&&

20、k1!=0&&k3!=0&&k4!=0&&k5!=0&&k6!=0)P2=0xff;P0=DSY_CODE2;if(k3=0&&k1!=0&&k2!=0&&k4!=0&&k5!=0&&k6!=0)P2=0xff;P0=DSY_CODE3;if(k4=0&&k1!=0&&k2!=0&&k3!=0&&k5!=0&&k6!=0)P2=0xff;P0=DSY_CODE4;if(k1

21、!=0&&k6!=0&&k2!=0&&k3!=0&&k4!=0&&k5=0)(P2=0xff;P0=DSY_CODE5;)if (k6=0&&k1!=0&&k2!=0&&k3!=0&&k4!=0&&k5!=0)(P2=0xff;P0=DSY_CODE6;)4系統(tǒng)調(diào)試與實(shí)驗(yàn)4.1仿真調(diào)試一、上電顯示mmi jjHHE rjjniTTME rajtri FJoffW3.7/TF，,岫川 raafiMz pi w r P3.4/h14 j2s

22、 'r PNW p，WW舊雨%七 霏:召金F£圖4-1 上電顯示圖如圖4-1當(dāng)上電時(shí)，數(shù)碼顯示管顯示“ 1-6循環(huán)跑馬”一、正確搶答顯本« * EP3*IDB !叫T斯E甘的 小立或弋 « 小中皿 It小城電 EgSfeWR"直怕HR 皿通圖4-2正確搶答顯小如圖4-2,三號(hào)選手搶答成功，此時(shí)其他選手再搶答則無效，當(dāng)三號(hào)選手把K2撥為OFF時(shí)，數(shù)碼管重新回復(fù)1-6循環(huán)跑馬。4.2性能分析以撥動(dòng)開關(guān)K0-K5中的某個(gè)開關(guān)為ON作為搶答按鍵。無人搶答時(shí)6個(gè)數(shù)碼管循環(huán)輪 流顯示1-6跑馬。誰先搶答，數(shù)碼管停止跑馬，6個(gè)數(shù)碼管同時(shí)亮誰的編號(hào)，其后再有鍵

23、按下，系統(tǒng)不予響應(yīng)，知道此為撥為 OFF恢復(fù)1-6跑馬。并開始下一輪搶答。5總結(jié)5.1 設(shè)計(jì)出現(xiàn)的問題在本次課程設(shè)計(jì)過程中，出現(xiàn)了許許多多的問題，主要包括在程序的編寫及調(diào)試、仿 真及調(diào)試和設(shè)計(jì)本身的不足。此次所設(shè)計(jì)的搶答器可實(shí)現(xiàn)基本的操作功能，可是還存在許多 不足之處，如當(dāng)搶答時(shí)，如果前一位選手搶答錯(cuò)誤而繼續(xù)搶答時(shí)，前一個(gè)選手的號(hào)碼不能自動(dòng) 被清除；還有就是不能調(diào)整搶答計(jì)時(shí)時(shí)間等等。5.2 總結(jié)經(jīng)過一個(gè)學(xué)期的學(xué)習(xí)，我覺得單片機(jī)這門課是很有趣的一門課程，在設(shè)計(jì)中掌握課程， 具有很強(qiáng)的實(shí)用性，真正做出一個(gè)實(shí)際的作品比我們做很多道題更具有生動(dòng)性。第一次從白紙一樣開始自己設(shè)計(jì)單片機(jī)，起初我還害怕做不出東西來，可是在這兩星期的 日子里，雖然中途感到在設(shè)計(jì)上迷茫，但是最后還是學(xué)到很多很多的的東西。同時(shí)不僅可 以鞏