基于單片機(jī)的四路搶答器設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)(論文)題 目 名 稱(chēng) 多路數(shù)字搶答器設(shè)計(jì) 課 程 名 稱(chēng) 單片機(jī)原理及其應(yīng)用 學(xué) 生 姓 名 學(xué) 號(hào) 系 、專(zhuān) 業(yè) 指 導(dǎo) 教 師 2013年 6月 24日摘 要近年來(lái)隨著科技的飛速發(fā)展單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷深入同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測(cè)日新月異。此次設(shè)計(jì)提出一種用AT89C51單片機(jī)作為核心控制元件與電阻、液晶顯示屏、蜂鳴器等構(gòu)成硬件操作再利用C語(yǔ)言編程來(lái)控制搶答器的功能實(shí)現(xiàn)。本論文對(duì)搶答器的背景與現(xiàn)狀、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)及其仿真都做了詳細(xì)的介紹使我們不僅對(duì)搶答器的原理及設(shè)計(jì)有了深入的了解也對(duì)單片機(jī)的設(shè)計(jì)研發(fā)過(guò)程有了更加深刻的體會(huì)。 本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主要采用單片機(jī)控制、采用手動(dòng)搶答的方式。有

2、人搶答后，系統(tǒng)自動(dòng)封鎖其他選手的搶答按鈕，使其不再搶答，從而實(shí)現(xiàn)搶答功能。該系統(tǒng)還增加了搶答倒計(jì)時(shí)功能，可以調(diào)整。通過(guò)自主的設(shè)計(jì)、編程和調(diào)試出一個(gè)簡(jiǎn)單的四路搶答并在液晶屏顯示搶答成功者號(hào)碼；熟悉C語(yǔ)言編程；了解單片機(jī)仿真系統(tǒng)的使用方法，達(dá)到提高綜合運(yùn)用相關(guān)知識(shí)的能力；進(jìn)一步熟悉和掌握Proteus7的使用方法；掌握單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)全部過(guò)程的目的。關(guān)鍵字: 搶答 單片機(jī) 液晶屏顯示目 錄第1章 前言1第2章 方案設(shè)計(jì)2第3章 硬件電路的工作原理33.1搶答器的電路圖33.2 液晶屏顯示電路33.3按鍵控制電路3第4章 軟件設(shè)計(jì)54.1軟件編程54.2系統(tǒng)調(diào)試和結(jié)果分析6總 結(jié)10參考文獻(xiàn)11附錄1

3、 源程序12第1章 前言電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，促進(jìn)微型計(jì)算機(jī)測(cè)量和控制技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，單片機(jī)（單片微型計(jì)算機(jī)）的應(yīng)用已經(jīng)滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門(mén)和領(lǐng)域，它起到了越來(lái)越重要的作用。單片微型計(jì)算機(jī)就是將中央處理單元、存儲(chǔ)器、定時(shí)/計(jì)數(shù)器和多種接口都集成到一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)。因此一塊芯片就構(gòu)成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它已成為工業(yè)控制領(lǐng)域、智能儀器儀表、尖端武器、日常生活中最廣泛使用的計(jì)算機(jī)。搶答器一般是由很多電路組成的，線(xiàn)路復(fù)雜，可靠性不高，功能也比較簡(jiǎn)單，特別是當(dāng)搶答路數(shù)很多時(shí)，實(shí)現(xiàn)起來(lái)就更為困難。因此我們?cè)O(shè)計(jì)了以單片機(jī)為核心的新型智能的搶答器，在保留了原始搶答器的基本功能的

4、同時(shí)又增加一系列的實(shí)用功能。并簡(jiǎn)化其電路結(jié)構(gòu)?？刂葡到y(tǒng)的三個(gè)模塊為：顯示模塊、存儲(chǔ)模塊、搶答開(kāi)關(guān)模塊。該系統(tǒng)通過(guò)開(kāi)關(guān)電路四個(gè)按鍵輸入搶答信號(hào)，利用1602液晶屏來(lái)完成顯示功能，用按鍵來(lái)讓選手進(jìn)行搶答，在液晶屏上顯示搶答最快的號(hào)碼及時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)搶答過(guò)程。本文主要介紹了單片機(jī)搶答器設(shè)計(jì)及工作原理，以及它的實(shí)際用途。系統(tǒng)工作原理本系統(tǒng)采用AT89C52單片機(jī)作為核心。工作時(shí)，用按鍵通過(guò)開(kāi)關(guān)電路輸入各路的搶答信號(hào)，經(jīng)單片機(jī)的處理， 輸出控制信號(hào)，單片機(jī)控制的智能搶答器設(shè)計(jì)。第2章 方案設(shè)計(jì)搶答器的設(shè)計(jì)方案要實(shí)現(xiàn)以下功能：(1)搶答器同時(shí)供4名選手或4個(gè)代表隊(duì)比賽，分別用4個(gè)按鈕S0 S3表示。(

5、2)設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清除S1和搶答控制開(kāi)關(guān)S2，該開(kāi)關(guān)由主持人控制。(3)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1602液晶屏上顯示，同時(shí)蜂鳴器發(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。(4)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10秒）。當(dāng)主持人啟動(dòng)"開(kāi)始"鍵后，定時(shí)器進(jìn)行減計(jì)時(shí) (5)如果定時(shí)時(shí)間已到，無(wú)人搶答，本次搶答無(wú)效，系統(tǒng)禁止搶答，定時(shí)顯示器上顯示01s。該設(shè)計(jì)采用AT89C52單片機(jī)作為控制系統(tǒng)核心。該系統(tǒng)可以完成信號(hào)識(shí)別，運(yùn)算控制以及顯示功能。搶答器的工作原理是采用單片機(jī)最

6、小系統(tǒng)，用查詢(xún)式鍵盤(pán)進(jìn)行搶答。通過(guò)搶答按鍵模塊，連接按鍵進(jìn)行搶答。此電路完成的功能如圖1所示，當(dāng)主持人宣布搶答開(kāi)始的時(shí)候，按下開(kāi)始按鈕，此時(shí)電路進(jìn)入搶答狀態(tài)，選手的輸入采用了掃描式的輸入，之后把相應(yīng)的信息送往單片機(jī)，再由單片機(jī)輸出到顯示輸出電路中。此時(shí)有人第一按下相應(yīng)的搶答按鈕，經(jīng)過(guò)單片機(jī)的控制選擇，在液晶屏上顯示相應(yīng)的號(hào)碼，并鎖存，同時(shí)禁止其他按鈕的輸入。系統(tǒng)是采用模塊化設(shè)計(jì)的智能搶答器，主控與參賽者設(shè)為終端分系統(tǒng)。主控分系統(tǒng)有：開(kāi)始與結(jié)束控制按鈕、時(shí)限設(shè)定、各種相關(guān)顯示調(diào)控功能等。參賽者分系統(tǒng)設(shè)有：搶答按紐、計(jì)時(shí)顯示、提示功能等。圖1 搶答器原理圖第3章 硬件電路的工作原理3.1搶答器的電

7、路圖如圖（2）所示為電路圖，其工作原理為：接通電源后主持人將開(kāi)關(guān)撥到“清零”狀態(tài)，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，定時(shí)器設(shè)定時(shí)間，主持人將開(kāi)關(guān)置“開(kāi)始”，宣布搶答開(kāi)始時(shí)，選手要在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成搶答；定時(shí)器倒計(jì)時(shí)優(yōu)先判斷，編號(hào)鎖存，揚(yáng)聲器提示。 圖2 搶答器仿真電路圖3.2 液晶屏顯示電路使用液晶屏顯示搶答成功者號(hào)碼、時(shí)間。液晶顯示屏（LCD）具有輕薄短小、低耗電量、無(wú)輻射危險(xiǎn)，平面直角顯示以及影像穩(wěn)定不閃爍等優(yōu)勢(shì)，可視面積大，畫(huà)面效果好，分辨率高，抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。3.3按鍵控制電路鍵盤(pán)是單片機(jī)不可缺少的輸入設(shè)備，是實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話(huà)的紐帶。鍵盤(pán)按結(jié)構(gòu)形式可以分為非編碼鍵盤(pán)和編碼鍵盤(pán)，前者用軟件方法產(chǎn)生鍵碼，

8、而后者則用硬件方法來(lái)產(chǎn)生鍵碼。在單片機(jī)中使用的都是非編碼鍵盤(pán)，因?yàn)榉蔷幋a鍵盤(pán)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，非編碼鍵盤(pán)的類(lèi)型很多，常用的有獨(dú)立式鍵盤(pán)，行列式鍵盤(pán)等。獨(dú)立式鍵盤(pán)，鍵盤(pán)接口中使用多少根I/O線(xiàn)，鍵盤(pán)中就有幾個(gè)按鍵，鍵盤(pán)接口使用了8根I/O口線(xiàn)，該鍵盤(pán)就有8個(gè)按鍵，這種類(lèi)型的鍵盤(pán)，其按鍵比較少，且鍵盤(pán)中各按鍵的工作互不干擾。因此可以根據(jù)實(shí)際需要對(duì)鍵盤(pán)中的按鍵靈活的編碼。如圖3所示。圖3 獨(dú)立式鍵盤(pán)原理圖最簡(jiǎn)單的編碼方式就是根據(jù)I/O輸入口所直接反映的相應(yīng)按鍵，按下的狀態(tài)進(jìn)行編碼，稱(chēng)按鍵直接狀態(tài)碼，對(duì)于這樣編碼的獨(dú)立式鍵盤(pán)，CPU可以通過(guò)直接讀取I/O口的狀態(tài)來(lái)獲取按鍵的直接狀態(tài)編碼值，根據(jù)這個(gè)值

9、直接進(jìn)行按鍵識(shí)別，這樣形式的鍵盤(pán)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，按鍵識(shí)別容易。獨(dú)立式鍵盤(pán)的缺點(diǎn)是需要占用比較多的I/O口線(xiàn)，當(dāng)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)鍵盤(pán)中需要的按鍵比較少或I/O口線(xiàn)比較富余時(shí)，可以采用這樣類(lèi)型的鍵盤(pán)。第4章 軟件設(shè)計(jì)4.1軟件編程 本設(shè)計(jì)的搶答器的程序采用的是C程序設(shè)計(jì)，C語(yǔ)言的顯著特點(diǎn)是用二進(jìn)制來(lái)編寫(xiě)程序,程序的各個(gè)部分除了必要的信息交流外彼此之間相互獨(dú)立。這種結(jié)構(gòu)化方式可使程序?qū)哟吻逦? 便于使用、維護(hù)以及調(diào)試。C語(yǔ)言是以函數(shù)形式提供給用戶(hù)的,這些函數(shù)可方便的調(diào)用,并具有多種循環(huán)、條件語(yǔ)句控制程序流向,從而使程序完全結(jié)構(gòu)化。雖然C語(yǔ)言也是強(qiáng)類(lèi)型語(yǔ)言，但它的語(yǔ)法比較靈活，允許程序編寫(xiě)者有較大的自由度。本

10、次設(shè)計(jì)的主程序中包括時(shí)鐘設(shè)計(jì)程序，定時(shí)器中斷子程序，數(shù)碼管顯示程序以及按鍵控制子程序。搶答器主流程圖如圖4所示： 圖4 搶答器主程序流程圖搶答器定時(shí)中斷流程圖如圖5：圖5 搶答器定時(shí)器中斷流程圖4.2系統(tǒng)調(diào)試和結(jié)果分析系統(tǒng)調(diào)試包括硬件調(diào)試和軟件調(diào)試，而且兩者是密不可分的。我們?cè)O(shè)計(jì)好的硬件電路和軟件程序，只有經(jīng)過(guò)聯(lián)合調(diào)試，才能驗(yàn)證其正確性；軟硬件的配人情況以及是否達(dá)到設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，也只有經(jīng)過(guò)調(diào)試，才能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并加以解決、完善，最終開(kāi)發(fā)成實(shí)用產(chǎn)品。硬件調(diào)試分單元電路調(diào)試和聯(lián)機(jī)調(diào)試，單元電路試驗(yàn)在硬件電路設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)進(jìn)行，這里的調(diào)試只是將其制成印刷電路板后試驗(yàn)電路是否正確，并排除一些加工工藝性錯(cuò)誤（

11、如錯(cuò)線(xiàn)、開(kāi)路、短路等）。這種調(diào)試可單獨(dú)模擬進(jìn)行，也可通過(guò)開(kāi)發(fā)裝置由軟件配合進(jìn)行。硬件聯(lián)機(jī)調(diào)試則必須在系統(tǒng)軟件的配合下進(jìn)行。軟件調(diào)試一般包括分塊調(diào)試和聯(lián)機(jī)調(diào)試兩個(gè)階段。程序的分塊調(diào)試一般在單片機(jī)開(kāi)發(fā)裝置上進(jìn)行，可根據(jù)所調(diào)程序功能塊的入口參量初值編制一個(gè)特殊的程序段，并連同被調(diào)程序功能塊一起在開(kāi)發(fā)裝置上運(yùn)行；也可配合對(duì)應(yīng)硬件電路單獨(dú)運(yùn)行某程序功能塊，然后檢查是否正確，如果執(zhí)行結(jié)果與預(yù)想的不一致，可以通過(guò)單步運(yùn)行或設(shè)置斷點(diǎn)的方法，查出原因并加以改正，直到運(yùn)行結(jié)果正確為止。這時(shí)該 程序功能塊已調(diào)試完畢，可去掉附加程序段。其它程序功能塊可按此法進(jìn)行調(diào)試。程序聯(lián)機(jī)調(diào)試就是將已調(diào)試好的各程序功能塊按總體結(jié)構(gòu)

12、聯(lián)成一個(gè)完整程序，在所研制的硬件電路上運(yùn)行。從而試驗(yàn)程序整體運(yùn)行的完整性、正確性和與硬件電路的配合情況。在聯(lián)調(diào)中可能會(huì)有某些支路上的程序、功能塊因受條件制約而得不到相應(yīng)的輸入?yún)?shù)，這時(shí)，調(diào)試人員應(yīng)創(chuàng)造條件進(jìn)行模擬調(diào)試。在聯(lián)調(diào)中如發(fā)現(xiàn)硬件問(wèn)題也應(yīng)及時(shí)修正，直到單片機(jī)系統(tǒng)的軟件、硬件全部調(diào)試成功為止。系統(tǒng)調(diào)試完成后，還要進(jìn)行一段時(shí)間的試運(yùn)行，從而檢驗(yàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力，驗(yàn)證系統(tǒng)功能是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，是否達(dá)到預(yù)期的效果。具有清零裝置和搶答控制，可由主持人操縱。具有定時(shí)功能，在10S內(nèi)無(wú)人搶答表示所有參賽選手對(duì)本題棄權(quán)。10S時(shí)仍無(wú)人搶答其報(bào)警電路工作表示搶答時(shí)間耗盡并禁止搶答。電路中的六個(gè)按鍵

13、從上到下分別是清零鍵、開(kāi)始鍵和四組選手的按鍵。仿真現(xiàn)象及調(diào)試結(jié)果如圖6、圖7、圖8所示。1）圖6為主持人按下清零鍵后的截圖，此時(shí)液晶屏兩項(xiàng)均顯示0.1）運(yùn)行設(shè)計(jì)，等待主持人開(kāi)始。如圖6：圖62）主持人按下啟動(dòng)鍵后的截圖，液晶屏顯示從10秒開(kāi)始倒計(jì)時(shí)。如圖7： 圖73）選手按下時(shí)的截圖，顯示對(duì)應(yīng)的選手編號(hào)，例如3號(hào)選手，如圖8所示： 圖8總 結(jié)這次課程設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)設(shè)計(jì)多路數(shù)字搶答器，讓我對(duì)單片機(jī)學(xué)習(xí)也有了更深刻的認(rèn)識(shí)，只有打下良好的基礎(chǔ)才會(huì)學(xué)以致用，才會(huì)發(fā)揮出作用。在本次課程設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到了許多困難，PROTEUS做出的仿真效果不符合要求，用C語(yǔ)言編寫(xiě)的程序也出現(xiàn)問(wèn)題，令人頭疼不已，后來(lái)在經(jīng)

14、過(guò)查找相關(guān)資料，在老師同學(xué)的幫助下，終于改正了錯(cuò)誤。完成這次課程設(shè)計(jì)，讓我深刻的認(rèn)識(shí)是單片機(jī)對(duì)于我們專(zhuān)業(yè)的重要性，我對(duì)單片機(jī)的學(xué)習(xí)還是不夠精通，有了這次課程設(shè)計(jì)的體會(huì)，我一定會(huì)利用課余時(shí)間更深的了解單片機(jī)知識(shí) 。認(rèn)識(shí)來(lái)源于實(shí)踐，實(shí)踐是認(rèn)識(shí)的動(dòng)力和最終目的，實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，所以這個(gè)課程設(shè)計(jì)對(duì)我們的作用是非常大的。經(jīng)過(guò)二個(gè)星期課程設(shè)計(jì)制作，過(guò)程曲折可謂一波三折，點(diǎn)點(diǎn)滴滴無(wú)不令我回味無(wú)窮。沒(méi)有經(jīng)過(guò)實(shí)踐永遠(yuǎn)都不會(huì)知道結(jié)果是怎樣的，當(dāng)實(shí)踐的結(jié)果證實(shí)了你要得到的結(jié)論時(shí)那種心情真是不知如何表達(dá)。我也非常的堅(jiān)信只要付出了一定會(huì)有收獲，并且這個(gè)過(guò)程是很美的享受！汗水預(yù)示著結(jié)果也見(jiàn)證著收獲。通過(guò)本次課程

15、設(shè)計(jì)，我真正感受到了那種快樂(lè)和喜悅！并且懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在此我非常要感謝的是我的指導(dǎo)老師劉偉春老師，感謝老師的細(xì)心認(rèn)真的輔導(dǎo)，教給我許多原來(lái)不知道的知識(shí)。這次課程設(shè)計(jì)能夠順利的完成，當(dāng)然有我個(gè)人的努力，但同時(shí)也離不開(kāi)指導(dǎo)老師的答疑解惑和同學(xué)的幫助。參考文獻(xiàn) 1 李泉溪. 單片機(jī)原理與應(yīng)用實(shí)例仿真.北京航天航空大學(xué)出版社 2009年2 江世明. 基于Proteus的單片機(jī)應(yīng)用技術(shù). 電子工業(yè)出版社 2008年3 喻宗泉. 單片機(jī)原理與

16、應(yīng)用技術(shù).西安電子科技大學(xué)出版社 2005年4 萬(wàn)光毅. 單片機(jī)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教程. 北京航天航空大學(xué)出版社 2003年附錄1 源程序#include<reg52.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar num;/定義中斷變量，num計(jì)滿(mǎn)20表示1秒時(shí)間到uchar num1;/十秒倒計(jì)時(shí)顯示初始值uchar flag1,flag2;/清零鍵及開(kāi)始鍵按下標(biāo)志位uchar flag3,flag4=0;/定義鍵盤(pán)按下標(biāo)志位#define LCDPORT P0sbit LCD1602_RS = P20;sbit

17、LCD1602_EN = P21;sbit sp=P22;/定義蜂鳴器端口sbit clear=P10;/定義清零鍵sbit start=P11;/開(kāi)始鍵sbit key1=P12;sbit key2=P13;sbit key3=P14;sbit key4=P15;/key1到key4為選手按鍵void delay(uint z)/延時(shí)函數(shù)uint i,j;for(i=z;i>0;i-)for(j=110;j>0;j-);void WriteCmd_1602(unsigned char cmd)LCD1602_RS = 0;LCDPORT = cmd;delay(1);LCD160

18、2_EN = 1;delay(1);LCD1602_EN = 0;void WriteByte_1602(unsigned char date)LCD1602_RS = 1;LCDPORT = date;delay(1);LCD1602_EN = 1;delay(1);LCD1602_EN = 0;void Init_1602()LCD1602_EN = 0;WriteCmd_1602(0x38);WriteCmd_1602(0x0c); /光標(biāo)不顯示地址 WriteCmd_1602(0x06);WriteCmd_1602(0x01);void beep()/定義蜂鳴器函數(shù)sp=0;delay

19、(500);sp=1;/delay(500);void dis(uchar * p)while(*p != '0')WriteByte_1602(*p+);void display_init()WriteCmd_1602(0x80);dis("Serial Number:");WriteCmd_1602(0x80 + 0x40);dis("Surplus Time:");WriteCmd_1602(0x80 + 0x40 + 13);dis("00s");void display_num(uchar a) /選手編號(hào)顯

20、示函數(shù) WriteCmd_1602(0x80 + 15);WriteByte_1602(a);void clr()/清零函數(shù)(主持人按下清零鍵后數(shù)碼管顯示0) WriteCmd_1602(0x80 + 15);WriteByte_1602('0');void dis10s()/十秒倒計(jì)時(shí)顯示函數(shù)uchar shi,ge;shi=num1/10;ge=num1%10;WriteCmd_1602(0x80 + 0x40 + 13);WriteByte_1602(shi + 0x30);WriteCmd_1602(0x80 + 0x40 + 14);WriteByte_1602(ge

21、 + 0x30); void player()/選手按鍵檢測(cè)函數(shù)if(key1=0&&flag4=0)delay(10);if(key1=0&&flag4=0)display_num('1');TR0=0;flag1=flag2=0;flag4=1;beep();while(!key1);if(key2=0&&flag4=0)delay(10);if(key2=0&&flag4=0)display_num('2');TR0=0;flag1=flag2=0;flag4=1;beep();while(!key2);if(key3=0&&flag4=0)delay(10);if(key3=0&&flag4=0)display_num('3');TR0=0;flag1=flag2=0;flag4=1;beep();while(!key3);if(key4=0&&flag4=0)delay(10);if(key4=0&&flag4=0)display_num('4');TR0=0;flag1=flag2=0;flag4