四路搶答器單片機課程設計和四路搶答器課程設計

渝州科技職業(yè)學院單片機四路搶答器課程設計院系：電子信息工程專業(yè)班級：電管本2班學生姓名：學號：指導教師姓名：指導教師職稱：講師目錄一、 方案設計 31.1、 設計要求 31.2、總體法案設計 3二、 硬件電路設計 42.1、元器件簡介 42.2、系統(tǒng)總電路圖 62.3、單元電路設計 62.3.1、獨立式按鍵電路 62.3.2時鐘電路設計 72.3.3復位電路設計 72.3.4指示燈電路設計 8三、 軟件實際 83.1系統(tǒng)程序設計 83.2主程序流程圖 83.3程序清單 9四、 制作以調(diào)試 14五、 搶答器的使用方法 15六、 心得與體會 16方案設計設計要求（1）、總共6個按鍵，兩個供主持人用于“開始搶答”和“復位”操作，四個供四個選手用作“搶答”操作。（2）、用1個發(fā)光二極管用作開始搶答的指示燈，用4個發(fā)光二極管分別顯示4個選手的搶答狀態(tài)。（3）、開始搶答后，哪個選手搶答鍵最先按下，該選手的搶答指示燈點亮，表示搶答成功，此時其他選手再按鍵為無效，搶答成功后開始3秒計時，到時指示燈變?yōu)殚W爍，以提示選手選手搶答后必須3秒內(nèi)回答問題，否則視為犯規(guī)。（4）、開始搶答前，若有選手按下?lián)尨疰I，則其對應的指示燈變?yōu)殚W爍，表示該選手犯規(guī)，此時有選手按鍵都將無效。（5）、出現(xiàn)犯規(guī)后，主持人可以利用“復位鍵”重新開始。1.2、總體法案設計方案：依據(jù)課題要求，基于AT89C51單片機制作的搶答器，其最大的好處就是處理快，準確性高、可靠性好、控制功能強。采用51系列的單片機AT89C51作為控制中心，系統(tǒng)可以完成運算控制、信號的控制以及顯示的功能。選手通過按鍵開光作為輸入信號完成輸入信號的觸發(fā)，主持人根據(jù)選手的輸入信號準確的判斷最先按下的選手且屏蔽其他的搶答信號，讓選手作答。使用外部中斷方式來實現(xiàn)開始搶答，運用按鍵復位來實現(xiàn)系統(tǒng)的復位，其系統(tǒng)原理框圖如下：選手按鍵復位電路AT89C51單片機內(nèi)部時鐘電路選手搶答指示燈搶答開光選手按鍵復位電路AT89C51單片機內(nèi)部時鐘電路選手搶答指示燈搶答開光圖一系統(tǒng)原理框圖硬件電路設計2.1、元器件簡介AT89C51單片機，其內(nèi)部帶有4KB的掩膜ROM。無需擴展外部程序存儲器。其中：CVV：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1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，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口：P2口為一個內(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TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口：P3.0RXD（串行輸入口）；P3.1TXD（串行輸出口）；P3.2/INT0（外部中斷0）；P3.3/INT1（外部中斷1）；P3.4T0（記時器0外部輸入）；P3.5T1（記時器1外部輸入）；P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）；P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）。RST：復位輸入。EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器，不管是否有內(nèi)部程序存儲器。當/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。2.2、系統(tǒng)總電路圖圖二、總電路圖2.3、單元電路設計2.3.1、獨立式按鍵電路如右圖5個獨立式按鍵K1—K4分別接在P2口的P2.0—P2.3另外一端接地。當有一鍵按下時相應的口線的電平發(fā)生變化，單片機進行掃描確定哪個鍵按下。K5接P3.3接外部中斷1，作為主持人開始搶答鍵的按鍵。當5個鍵中的其中一個鍵按下時，其對應的指示燈也相對的被點亮。2.3.2時鐘電路設計如右圖示，為時鐘電路，單片機必須在時鐘驅(qū)動下才能正常的工作，在單片機內(nèi)部有一時鐘振蕩電路，只需外接一個振蕩源就可以一定的時鐘信號送到各個單元，采用12MHz的晶振，其時鐘周期為1/12us，電路中兩個電容C1和C2的作用：一是幫組振蕩器起振；二是對振蕩器的頻率進行微調(diào)，它們的值都為30PF。2.3.3復位電路設計單片機的第9引腳RST是復位端，只要在復位端保持兩個周期以上的高電平，就可以實現(xiàn)復位。右圖采用按鍵手動復位中的按鍵電平復位，由復位按鍵和10PF的電容，以及一個200Ω的電阻和一個1KΩ的電阻構成復位電路，當復位鍵按下就對單片機進行復位。單片機復位完成之后，系統(tǒng)程序?qū)?000H開始執(zhí)行。2.3.4指示燈電路設計右圖為指示燈電路，采用共陽極的方式，為低電平是發(fā)光二級管亮，即發(fā)光二級管的正極接上500Ω的保護電阻在接到高電平，另外一端接到單片機的P1口的P1.0—P1.4，當其對應的按鍵按下時，相應的二極管就會被點亮。軟件實際3.1系統(tǒng)程序設計在搶答過程中，有多個信號輸入主電路中，單片機內(nèi)部的寄存器工作，并識別、記錄第一個搶答的人，同時內(nèi)部的定時器開始工作，記錄有關的時間信號，在整個搶答過程中，顯示電路還要根據(jù)現(xiàn)場的實際情況來相應的顯示輸入信號。采用外部中斷一，且為下降源觸發(fā)，在設計中包括：主程序、查詢程序、非法搶答處理程序、正常搶答處理程序、顯示程序。3.2主程序流程圖主程序流程圖如下：否是是是否是計時3秒提示回答按鍵處理有鍵按下結束搶答？犯規(guī)處理有鍵按下？開始搶答？主程序開始否是是是否是計時3秒提示回答按鍵處理有鍵按下結束搶答？犯規(guī)處理有鍵按下？開始搶答？主程序開始3.3程序清單ORG0000HAJMPKAISHI；轉(zhuǎn)主程序ORG0013H；外部中斷1矢量地址AJMPINT_1；轉(zhuǎn)外部中斷程序1======主程序========ORG0100HKAISHI:MOVSP,#60HSETBEA；開外部中斷SETBEX1；開外部中斷1SETBIT1SETBP3.3NEXT:MOVP1,#0FFHMOVP2,#0FH;選手指示燈初始狀態(tài)全滅MOVR4,#15MOVA,#5JNBP2.0,FEIFA1；判斷主持人開關未按下時開關1是否搶答JNBP2.1,FEIFA2；判斷主持人開關未按下時開關2是否搶答JNBP2.2,FEIFA3；判斷主持人開關未按下時開關3是否搶答JNBP2.3,FEIFA4；判斷主持人開關未按下時開關4是否搶答SJMPNEXT；跳轉(zhuǎn)到程序NEXTFEIFA1:CLRP1.0；選手一的非法搶答處理程序ACALLDINGSHI；調(diào)用子程序DINGSHISETBP1.0 ACALLDINGSHISJMPFEIFA1FEIFA2:CLRP1.1；選手二的非法搶答處理程序ACALLDINGSHISETBP1.1 ACALLDINGSHISJMPFEIFA2FEIFA3:CLRP1.2；選手三的非法搶答處理程序ACALLDINGSHISETBP1.2 ACALLDINGSHISJMPFEIFA3FEIFA4:CLRP1.3；選手四的非法搶答處理程序ACALLDINGSHISETBP1.3 ACALLDINGSHISJMPFEIFA4;======外部中斷程序=========ORG0300HINT_1:CLRP1.4MOVA,#5JNBP2.0,XS1；判斷主持人開關按下時選手1是否搶答JNBP2.1,XS2；判斷主持人開關按下時選手2是否搶答JNBP2.2,XS3；判斷主持人開關按下時選手3是否搶答JNBP2.3,XS4；判斷主持人開關按下時選手4是否搶答SJMPINT_1RETI；中斷返回XS1:CLRP1.0；選手1正確搶答處理程序ACALLDINGSHIDJNZR4,XS1ST1:SETBP1.0MOVA,#5ACALLDINGSHICLRP1.0ACALLDINGSHISJMPST1XS2:CLRP1.1；選手2正確搶答處理程序ACALLDINGSHIDJNZR4,XS2ST2:SETBP1.1MOVA,#5ACALLDINGSHICLRP1.1ACALLDINGSHISJMPST2XS3:CLRP1.2；選手3正確搶答處理程序ACALLDINGSHIDJNZR4,XS3ST3:SETBP1.2MOVA,#5ACALLDINGSHICLRP1.2ACALLDINGSHISJMPST3XS4:CLRP1.3；選手4正確搶答處理程序ACALLDINGSHIDJNZR4,XS4ST4:SETBP1.3MOVA,#5ACALLDINGSHICLRP1.3ACALLDINGSHISJMPST4;=======定時子程序=======ORG0400HDINGSHI:MOVTMOD,#01H；設置定時器為定時器0，方式1MOVTL0,#0C0HMOVTH0,#63HMOVR3,ASETBTR0LOOP:JNBTF0,$MOVTL0,#0C0HMOVTH0,#63HCLRTF0DJNZR3,LOOPCLRTR0RETEND制作以調(diào)試在焊接過程中，因為在以前也有過多次焊接的訓練，因此在焊接過程中沒有太多的問題，焊接結束是，電路板沒有問題。程序在keilluVision2編譯成功后，接之在proteus7中畫出系統(tǒng)總電路圖，把程序燒寫進芯片中，進行仿真，仿真結果正確。作品正面作品背面搶答器的使用方法搶答器接上電源之后，（以作品真面為例），左上為主持人使用的復位鍵，左下為主持人使用的開始搶答鍵，右下的鍵為供選手使用的搶答鍵，從右下往上分別為選手一至選手四的按鍵，在主持人還沒有按下開始搶答鍵是若有選手按下?lián)尨疰I，則其選手相應的指示燈會閃爍以提示其犯規(guī)，此時主持人應按下復位鍵，重新開始。如選手搶答成功之后，其相應的指示燈會亮3秒，之后會變成閃爍以提示選手作答。心得與體會通過這次的設計，讓我對單片機的知識又有了近一步的了解，讓我在多方面都有了一定的提高。通過這次設計，綜合運用本專業(yè)所學習的課程的理論，設計工作的實際訓練從而提高我們的獨立的工作能力，鞏固我們所學的知識，提高了我們我們的獨立思考能力。在設計的過程中，我遇上了許多的問題，但是我沒有放棄，在不明白的地方，及時的查閱材料，問老師，問同學，順利地編寫程序，仿真，焊接，調(diào)試。《電子技術課程設計》實訓報告題目四路搶答器學生姓名專業(yè)班級電子科學與技術學號系（部）電氣信息工程系指導教師實訓時間實訓報告評語等級：評閱人：職稱：年月日一、實訓目的1、培養(yǎng)動手能力，在實踐中加強對理論知識的理解。2、掌握對電子元器件識別，相應工具的操作，相關儀器的使用，電子設備制作、裝調(diào)的全過程的方法。3、掌握查找及排除電子電路故障的常用方法。4、學習使用proteus、protel電路仿真與設計軟件，動手繪制電路圖。二、實訓設備及儀器1、電烙鐵：焊接的元件多，所以使用的是外熱式電烙鐵，功率為30w，烙鐵頭是銅制。2、螺絲刀、鑷子等必備工具以及練習焊接時用的銅絲。3、錫絲：由于錫熔點低，焊接時，焊錫能迅速散步在金屬表面焊接牢固，焊點光亮美觀。4、松香，導線，剝線鉗等其它需要用到的工具。5、相關實驗項目所需的電路板，電子元件等。三、實訓要求1、識別不同的電子元器件的規(guī)格和種類，熟練掌握焊接技術。2、按照電路圖設計合理安排元器件的位置，連接好電路，對接口進行焊接，完成對指定功能的測試。未達到測試要求的重新調(diào)試，直至排除故障。四、實訓電路設計1、電路設計框圖設計思想：<1>接通電源后，顯示器顯示“0”狀態(tài)，搶答器處于禁止狀態(tài)。此時,若有人搶答,為違規(guī)搶答LED不顯示器顯示其編號,定時器顯示不變。<2>主持人將開關置于“計時”狀態(tài)，宣布“開始”搶答，搶答器工作,定時器倒計時,選手們有9秒的時間“選擇”或“放棄”，優(yōu)先選擇者,編號鎖存,編號顯示,倒計時停止。<3>若在9秒內(nèi)無人搶答，搶答無效。則需要由主持人再次操作“置數(shù)”和“計時”狀態(tài)開關。2、部分電路設計1.芯片4511（圖1）2.數(shù)碼管(共陰)（圖2）3.芯片74LS175（四D觸發(fā)器）四D觸發(fā)器內(nèi)部具有四個獨立的D觸發(fā)器，四個觸發(fā)器的輸入端分別為Di，D2，D3，D4，出端相應為Qi，Qi；Q。，Q2；Q。，Q3；Q4，Q。。四D觸發(fā)器具有共同的時鐘C端和共同的清除端，這種D觸發(fā)器又稱寄存器，它可以寄存數(shù)據(jù)。當C脈沖未來到時，D觸發(fā)器輸出端的狀態(tài)不因輸入端狀態(tài)的改變而改變，起到寄存原來的數(shù)據(jù)的作用。同時，74ALS175為一四路的鎖存器，CP引腳輸入上漲沿時，當1D-4D被鎖存到輸出端（1Q-4Q）。在CLK其他狀態(tài)時，輸出與輸入無關。四D觸發(fā)器具有共同的時鐘C端和共同的清除端，這種D觸發(fā)器又稱寄存器，它可以寄存數(shù)據(jù)。電路通電后，按下復位按鍵主持人開關，Q0、Q1、Q2、Q3、輸出低電平。電路進入籌辦狀態(tài)。這時候，假設有按鍵A被按下，Q0的輸出將由低電平變成高電平，使Q0輸出的高電平經(jīng)過與非門U3A驅(qū)動數(shù)碼管使數(shù)碼管預示1（選手的編號），同時使/Q0(Q0非)輸出為低電平經(jīng)過與門U4A輸出低電平，此低電平與時鐘脈沖經(jīng)過與非門U3A形成一個上漲沿作為74LS175CLK的輸入。因為74LS175是下降沿觸發(fā)的，故按下除復位之外的不論什么的按鍵都將不會發(fā)生電路狀態(tài)的變化，即輸入被鎖定。達到了既定的功能方針。74LS175的引腳圖及功能表如:（圖3）說明：將D觸發(fā)器74LS175的16腳接“+5V”電源，8腳接“地”。4.芯片74LS19274LS192是同步十進制可逆計數(shù)器，它具有雙時鐘輸入，并具有清除和置數(shù)等功能。電路可以進行反饋，很容易被級聯(lián)，即把借位輸出端和進位輸出端分別反饋到后級計數(shù)器的減計數(shù)輸入端和加計數(shù)輸入端即可。其引腳排列圖及功能表為：（圖4）其真值表：MRPLCPUCPD工作模式HXXX清除LLXX預置LHHH保持LH↑H加計數(shù)LHH↑減計數(shù)說明：H=高電平L=低電平X=不定（高或低電平）↑=由“低”→“高”電平的躍變引腳功能表：CPU計數(shù)芯片時鐘脈沖輸入CPD倒計時時鐘脈沖輸入MR異步主復位（清除）輸入PL異步并行負載（低電平）輸入Pn并行數(shù)據(jù)輸入838電子Qn觸發(fā)器輸出（附注b）TCD終端倒計時（借）輸出（注b）TCU終端數(shù)最多輸出5.芯片74LS1074LS10是3輸入與非門，含3個門電路：1,2,13為輸入端，12為輸出端;9,10,11為輸入端,8為輸出端;3,4,5為輸入端,6為輸出端;管腳圖：（圖5）芯片74LS2174LS21是四輸入與門，含兩個門電路：1,2,4,5,為輸入端，6為輸出端；9,10,12,13為輸入端，8為輸出端；管腳圖：（圖6）用上述介紹的芯片構成搶答部分，其仿真圖為：（圖7）8.芯片NE555搶答器電路由

NE555

接成音多諧振蕩器，其中R1=R2=47K，揚聲器通過10UF的電容器接在

NE555

IC的3腳與地（GND）之間。C1=0.01UF。其中555構成多諧振（RI＋2R2）C〕。PR蕩器，振蕩頻率fo＝1．43／〔為控制信號，當PR為高電平時，多諧振蕩器工作，反之，電路停振。555構成的多諧振蕩器的工作原理如圖，接通電源Vcc，電容C上的電壓uc在2/3Vcc和1/3Vcc之間來回充電和放電，從而使電路產(chǎn)生振蕩，輸出矩形脈沖。555的內(nèi)部結構可等效成23個晶體三極管.17個電阻.兩個二極管.組成了比較器.RS觸發(fā)器.等多組單元電路.特別是由三只精度較高5k電阻構成了一個電阻分壓器.為上.下比較器提供基準電壓.所以稱之為555.

555屬于CMOS工藝制造.

555引腳圖介紹如下:

1地GND

2觸發(fā)

3輸出

4復位

5控制電壓

6門限(閾值）

7放電

8電源Vcc555組成的多諧振蕩器：（圖8）其工作原理圖：（圖9）倒計時電路：五．總電路仿真圖：（正確搶答顯示）圖9超時搶答顯示：（圖10）六．實訓心得：在設計之前，參考了許多相關的資料，在設計中又參考了網(wǎng)上的四路搶答器的原理圖，有了基本的思路。但著手設計時，又出現(xiàn)了許多未預料到的問題，例如元件的選擇：在選擇編碼器時，是采用普通編碼器還是優(yōu)先編碼器。普通編碼器中，任何時刻只允許輸入一個編碼信號，否則輸出將發(fā)生混亂。所以選擇了優(yōu)先編碼器。但是74LS系列中眾多不同管腳的類型，選擇哪個作編碼器。經(jīng)過