六路抢答器的单片机设计

课程名称：自动控制课程 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 设计 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 目：六路抢答器的单片机设计 院 系： 专 业： 年 级： 姓 名： 指导教师： 西南交通大学峨眉校区 2010年7月23日 课 程 设 计 任 务 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 专 业 姓 名 学 号 开题日期：2010年7月13日完成日期：2010年7月23日 题 目 六路抢答器的单片机设计 一、设计的目的 1. 掌握数字系统的分析和设计方法。2. 能够熟练地、合理地选用集成电路器件。3. 提高电路布局、布线及检查和排除故障的能力。4. 熟悉用工具完成对数字系统的仿真过程。5. 回顾《电路电子学》《数字逻辑设计》所学内容，在此基础上掌握基本实践操作技能。6. 了解常用芯片功能。7. 培养书写综合实验报告的能力。 二、设计的内容及要求 1．设计内容 通过芯片实现6选手抢答器使其具有锁存、裁判置零、抢答成功选手的号码显示。 2.基本要求 抢答器同时供6人使用。设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。抢答器具有锁存与显示功能，即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在LED数码管上显示，同时扬声器发出报警声响提示。选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如10秒）。当主持人启动"开始"键后，定时器进行减计时，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续的时间0.5秒左右。参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答。 三、指导教师评语 四、成 绩 指导教师 (签章) 年 月 日 目 录 摘要……………………………………………………Ⅱ 第一章 抢答器概述及工作原理……………………1 1.1抢答器的背景和特点………………………1 1.2 设计内容及基本要求………………………1 1.2.1 设计内容……………………………1 1.2.2 基本要求……………………………1 1.3 抢答器工作原理简介………………………2 1.4 抢答器工作框图……………………………2 第二章 系统硬件电路设计…………………………3 2.1 芯片的选择 ………………………………3 2.2 单片机硬件系统原理图 …………………3 2.2.1 外部振荡源电路 …………………3 2.2.2 复位电路 …………………………4 2.2.3 显示电路 …………………………4 2.2.4 抢答输入电路 ……………………5 2.2.5 发声电路 …………………………6 第三章 系统软件设计………………………………7 3.1 程序 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 图………………………………8 3.2 主程序流程图及程序……………………8 3.2.1 主程序流程图………………………8 3.2.2 主程序………………………………8 3.3 中断流程图及程序 ………………………9 3.3.1 中断流程图 …………………………9 3.3.2 中断程序……………………………10 第四章 小结 ………………………………………19 参考文献 ……………………………………………19 附录一 ………………………………………………20 六路抢答器的单片机设计 摘 要:采用了80C51芯片代替常见的开关控制复位的设计的数码显示八路抢答器的设计。该抢答器除具有基本的抢答功能外，还具有数字显示和工作状态显示功能。抢答器工作原理：当主持人发布抢答命令后，若有人按下按键，这时通过程序判断且在数码管显示先按键的人，这时其他人将不能进行按键操作。当要进行下一次抢答时，由主持人按复位键，电路复位，进入下一次抢答。该电路具有工作稳定可靠、响应速度快、实时性强等特点。 关键词：80C51芯片 八路抢答器 数码显示 复位 Abstract：Using chips instead of the 80 C51 common reset switch control of the design show Octal Responder design. The Responder addition to a basic Responder features, and also work with figures show that the state display. Responder principle: When the moderator release Responder order, if you press a key, then passed judgement and procedures in the digital display button first, then other people will not be able to carry out key operations. When the Responder to the next, according to reset button by the moderator, reset circuit, entering the next Responder. The circuit is stable and reliable work, fast response and real-time characteristics. Keywords：80C51Chip，Eight-way Responder，Timing，Replacement 第一章 抢答器概述及工作原理 1.1、抢答器的背景和特点 抢答器是一种应用非常广泛的设备，在各种竞赛、抢答场合中，它能迅速、客观地分辨出最先获得发言权的选手。早期的抢答器只由几个三极管、可控硅、发光管等组成， 能通过发光管的指示辨认出选手号码。现在大多数抢答器均使用单片机(如MCS-51型)和数字集成电路，并增加了许多新功能，如选手号码显示、抢按前或抢按后的计时、选手得分显示功能。像这类抢答器，制作过程简单，准确性与可靠性高，而且安装维护简单。 对于抢答器的应用，如早期的数字电路，随着科技的逐步发展，进而到了单片机的控制来实现其功能，而且功能齐全，电路简单，成本低，性能高，真正朝着有利的方向发展。 1.2 设计内容及基本要求 1.2.1设计内容 通过芯片实现6选手抢答器，使其具有锁存、裁判置零、显示抢答成功选手的号码等功能。 1.2.2基本要求 抢答器同时供6名选手或6个代 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 队比赛，分别用6个按钮S0 ~ S5表示。设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在LED数码管上显示，同时扬声器发出报警声响提示。选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如10秒）。当主持人启动"开始"键后，定时器进行减计时，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续的时间0.5秒左右。参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答。 1.3、抢答器工作原理简介 抢答器用于追求公平的竞赛中，本抢答器有九个开关按钮组成，六个选手抢答按钮，三个由主持人控制的按钮（包括一个开始按钮、一个结束按钮以及一个复位按钮）。首先必须在主持人须设定抢答时间以及回答问题的时间，并且按下开始按钮后选手才开始抢答，若在未按下开始按钮之前的抢答为非法抢答，此时系统将发出警报，并显示犯规。在主持人按下开始按钮后，系统开始倒计时，并发出短促的声音提示。此时选手抢答，抢答器由选手抢答按钮产生输入信号传入系统，系统锁存该选手的号码，并同时将其他选手的选择屏蔽，然后将抢答选手的号码显示在显示器上，并暂停倒计时。若在主持人设定的时间内没有人抢答，则系统报警并禁止抢答。 1.4 抢答器工作框图 系统主要由选手抢答，主持人控制，系统锁存，译码并显示，以及报警电路和发声电路主程，其工作框图如下图1。 图1 抢答器工作框图 第二章 系统硬件电路设计 2.1芯片的选择 抢答器电路的核心是89C51单片机，其内部带有4KB的FLASH ROM，无需外扩程序存储器；抢答器没有大量的运算和暂存数据现有的128B篇内RAM已经能满足容量需求，故不需外扩片外RAM，系统配有8位8段数码显示管，管采用共阴数码管，作为时钟的显示输出。 2.2单片机控制系统原理图 系统原理图如附录1，P1.0为开始抢答按钮，P1.7为停止按钮，均由主持人控制。P1.1-P1.6为六路选手抢答输入口，数码管显示接P0输出口，位选P2口低3位，蜂鸣器输出为P3.6输出口。P3.2输出口为时间加1调整，P3.3输出口为时间减1调整。(数码管采用共阳数码管，所以位选端必须用pnp三极管驱动；蜂鸣器输出口也必须接三极管驱动；否则数码管将显示不了，蜂鸣器不能发声)，仿真时没考虑此问题也可以正常显示。 2.2.1外部振荡源电路 外部振荡源电路如图2所示。MSC-51单片机的定时控制功能是用时钟电路和振荡器完成的，而根据硬件电路的不同，连接方式分为内部时钟方式和外部时钟方式。本设计中采用内部时钟方式。 单片机内部有一个反相放大器，XTAL1、XTAL2分别为反相放大器的输入端和输出端，外接定时反馈元件组成振荡器（内部时钟方式），产生时钟送至单片机内部各元件。时钟频率越高，单片机控制器的控制节拍就越快，运算速度也就越快。 一般来说单片机内部有一个带反馈的线性反相放大器，外界晶振（或接陶瓷振荡器）和电容就可组成振荡器，如图2所示。加电以后延时一段时间（约10ms）振荡器产生时钟，不受软件控制，图中X1为晶振，震荡产生的时钟频率主要由X1确定。电容C1，C2的作用有两个：一是帮助振荡器起振，二是对振荡器的频率起微调作用，典型值为30pF。 图2 晶振电路原理图 2.2.2复位电路 复位电路图如图3所示。该复位电路采用上电自动复位和手动复位两种复位方式，图中悬空上导线连接到单片机的复位引脚。要实现复位只需在，51系列单片机的RESET引脚上加上5ms的高电平就可以了。上电复位是利用电容的充电来实现的，即上电瞬间RESET端的电位与Vcc相同，随着电容上储能增加，电容电压也逐渐增大，充电电流减小，RESET端的电位。这样就会建立一个脉冲电压，调节电容与电阻的大小可对脉冲的持续时间进行调节。通常若采用12MHz的晶振时，复位元件参数为1nF的电解电容和1kΩ的电阻。按钮复位电路是通过按下复位按钮时，电源对RESET端维持两个机器周期的高电平实现复位的。 图3 复位电路原理图 2.2.3显示电路 显示电路如图4所示。数码显示管用来作为时间的显示输出，一般用7段数码显示管。本次设计中采用7段共阴数码显示管应用简单、可靠性高、成本低，作为显示输出。连接时段选信号接在P0口的P0.0～P0.6七个I/O口上，P1口是准双向I/O接口在输出驱动部分具有驱动4个TTL负载的能力，即输出电流不大于400μA，所以在接电阻时选择接10KΩ限流电阻。而在位选方面采用单片机P2口的P2.0～P2.2三个I/O口作为位选信号的输出口。其主要作用是将选手所对应的号码显示在显示器上。根据输入端的输入不同，从而改变输出口的电平不同，来驱动显示器显示不同的号码。 图4 显示电路 2.2.4抢答输入电路 抢答电路如图5所示。本设计设计了六个抢答按钮，将P1.1-P1.6这六个口作为出入口，P1.0和P1.7作为主持人控制抢答开始、结束的输入按钮。通过编译程序，使P1.0和P1.7作为P1.1——P1.6的输入控制口，即在按动开始（P1.0口）按钮之前，若六个抢答开关中的一个被按动，则视为抢答犯规，必须在开始按钮按下之后的抢答才算是有效地抢答；在按下结束（P1.7口）按钮之后的抢答皆为无效的。 图5 输入电路 图6 发声电路 2.2.5发声电路 如图所示6所示电路。声音的频谱范围约在几十到几千赫兹，若能利用程序来控制单片机某个口线的“高”电平或低电平，则在该口线上就能产生一定频率的矩形波，接上喇叭就能发出一定频率的声音，若再利用延时程序控制“高”“低”电平的持续时间，就能改变输出频率，从而改变音调，使喇叭发出不同的声音。 第三章 系统软件设计 3．1 程序流程图 系统主流程图如下图7： 图7 3.2主程序流程图及程序 3.2.1 主程序流程图 此程序的及时采用定时器T0和T1中断完成，其余状态循环调用显示子程序。系统主程序流程图如图8所示。 图8 主程序图 3.2.2 主程序 OK EQU 20H ;抢答开始标志位 RING EQU 22H ;响铃标志位 ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003H AJMP INT0SUB ORG 000BH AJMP T0INT ORG 0013H AJMP INT1SUB ORG 001BH AJMP T1INT ORG 0040H MAIN: MOV R1,#0AH ;初设抢答时间为10s MOV R2,#0AH ;初设答题时间为10s MOV TMOD,#11H ;设置未定时器/模式1 MOV TH0,#0F0H MOV TL0,#0FFH ;越高发声频率越高,越尖 MOV TH1,#3CH MOV TL1,#0B0H ;50ms为一次溢出中断 SETB EA SETB ET0 SETB ET1 SETB EX0 SETB EX1 ;允许四个中断T0/T1/INT0/INT1 CLR OK CLR RING SETB TR1 SETB TR0 ;一开始就运行定时器, 以开始显示FFF;果想重新计数重置TH1/TL1就可以了 3.3 中断流程图及程序 3.3.1 中断流程图 如图9所示。定时器T0用于响铃程序，定时器T1用于计时程序。当答题剩余5秒种时P3.6口不断取反使喇叭发出一定频率的声音，提示选手。 图9 中断流程图 3.3.2 中断程序 （1）显示子程序： DISPLAY:MOV DPTR,#DAT1 ;查表显示程序,利用P0口做段选码口输出/P2低三位做位选码输出, MOV A,R5 MOVC A,@A+DPTR MOV P2,#01H MOV P0,A ACALL DELAY MOV DPTR,#DAT2 MOV A,R4 MOVC A,@A+DPTR MOV P2,#02H MOV P0,A ACALL DELAY MOV A,R3 MOVC A,@A+DPTR MOV P2,#04H MOV P0,A ACALL DELAY RET DAT1:DB00H,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH,00H,71H ;"灭","1","2","3","4","5","6","7","8","9","灭","F" DAT2:DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH,00H,71H ;第一个为零,其他与上相同,因为十位如果为零显示熄 （2）查询程序： START: MOV R5,#0BH MOV R4,#0BH MOV R3,#0BH ACALL DISPLAY ;未开始抢答时候显示FFF JB P1.0,NEXT; ACALL DELAY JB P1.0,NEXT ;去抖动,如果"开始键"按下就向下执行,否者跳到非法抢答查询 ACALL BARK ;按键发声 MOV A,R1 MOV R6,A ;送R1->R6,因为R1中保存了抢答时间 SETB OK ;抢答标志位,用于COUNT子程序中判断是否查询抢答 MOV R3,0AH ;抢答只显示计时,灭号数 AJMP COUNT ;进入倒计时程序,"查询有效抢答的程序"在COUNT里面 NEXT: JNB P1.1,FALSE1 JNB P1.2,FALSE2 JNB P1.3,FALSE3 JNB P1.4,FALSE4 JNB P1.5,FALSE5 JNB P1.6,FALSE6 AJMP START （3）非法抢答处理程序： FALSE1: ACALL BARK ;按键发声 MOV R3,#01H AJMP ERROR FALSE2: ACALL BARK MOV R3,#02H AJMP ERROR FALSE3: ACALL BARK MOV R3,#03H AJMP ERROR FALSE4: ACALL BARK MOV R3,#04H AJMP ERROR FALSE5: ACALL BARK MOV R3,#05H AJMP ERROR FALSE6: ACALL BARK MOV R3,#06H AJMP ERROR （4）抢答时间R1调整程序： INT0SUB:MOV A,R1 MOV B,#0AH DIV AB MOV R5,A MOV R4,B MOV R3,#0AH ACALL DISPLAY ;先在两个时间LED上显示R1 JNB P3.2,INC0 ;P3.2为+1s键,如按下跳到INCO JNB P3.3,DEC0 ;P3.3为-1s键,如按下跳到DECO JNB P1.7,BACK0 ;P1.7为确定键,如按下跳到BACKO AJMP INT0SUB INC0: MOV A,R1 CJNE A,#63H,ADD0 ;如果不是99,R2加1,如果加到99了,R1就置0，重新加起。 MOV R1,#00H ACALL DELAY1 AJMP INT0SUB ADD0: INC R1 ACALL DELAY1 AJMP INT0SUB DEC0: MOV A,R1 JZ SETR1 ;如果R1为0, R1就置99， DEC R1 ACALL DELAY1 AJMP INT0SUB SETR1: MOV R1,#63H ACALL DELAY1 AJMP INT0SUB BACK0: RETI （5）回答时间R2调整程序： INT1SUB:MOV A,R2 MOV B,#0AH DIV AB MOV R5,A MOV R4,B MOV R3,#0AH ACALL DISPLAY JNB P3.2,INC1 JNB P3.3,DEC1 JNB P1.7,BACK1 AJMP INT1SUB INC1: MOV A,R2 CJNE A,#63H,ADD1 MOV R2,#00H ACALL DELAY1 AJMP INT1SUB ADD1: INC R2 ACALL DELAY1 AJMP INT1SUB DEC1: MOV A,R2 JZ SETR2 DEC R2 ACALL DELAY1 AJMP INT1SUB SETR2: MOV R2,#63H ACALL DELAY1 AJMP INT1SUB BACK1: RETI （6）倒计时程序： (抢答倒计时和回答倒计时都跳到该程序) COUNT: MOV R0,#00H ;重置定时器中断次数 MOV TH1,#3CH MOV TL1,#0B0H ;重置定时器 RECOUNT:MOV A,R6 ;R6保存了倒计时的时间,之前先将抢答时间或回答时间给R6 MOV B,#0AH DIV AB ;除十分出个位/十位 MOV 30H,A ;十位存于(30H) MOV 31H,B ;个位存于(31H) MOV R5,30H ;取十位 MOV R4,31H ;取个位 MOV A,R6 SUBB A,#07H JNC LARGER ;大于5s跳到LARGER,小于等于5s会提醒 MOV A,R0 CJNE A,#0AH,FULL ;1s中0.5s向下运行 CLR RING AJMP CHECK FULL: CJNE A,#14H,CHECK ;喇叭响并显示号数并清R0,重新计 SETB RING MOV A,R6 JZ QUIT ;计时完毕 MOV R0,#00H DEC R6 ;减一秒标志减1 AJMP CHECK LARGER: MOV A,R0 CJNE A,#14H,CHECK ;如果1s向下运行,否则跳到查"停/显示" DEC R6 ;计时一秒R6自动减1 MOV R0,#00H CHECK: JNB P1.7,QUIT ;如按下停止键退出 ACALL DISPLAY JB OK,ACCOUT ;如果是抢答倒计时,如是则查询抢答,否者跳过查询继续倒数(这里起到锁抢答作用) AJMP RECOUNT ACCOUT: JNB P1.1,TRUE1 JNB P1.2,TRUE2 JNB P1.3,TRUE3 JNB P1.4,TRUE4 JNB P1.5,TRUE5 JNB P1.6,TRUE5 AJMP RECOUNT QUIT: CLR OK ;如果按下了"停止键"执行的程序 CLR RING AJMP START （7）正常抢答处理程序： TRUE1: ACALL BARK ;按键发声 MOV A,R2 MOV R6,A ;抢答时间R2送R6 MOV R3,#01H CLR OK ;因为答题的计时不再查询抢答,所以就锁了抢答 AJMP COUNT TRUE2: ACALL BARK; MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#02H CLR OK AJMP COUNT TRUE3: ACALL BARK; MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#03H CLR OK AJMP COUNT TRUE4: ACALL BARK; MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#04H CLR OK AJMP COUNT TRUE5: ACALL BARK; MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#05H CLR OK AJMP COUNT TRUE6: ACALL BARK; MOV A,R2 MOV R6,A MOV R3,#06H CLR OK AJMP COUNT （8）犯规抢答程序： ERROR: MOV R0,#00H MOV TH1,#3CH MOV TL1,#0B0H MOV 34H,R3 ;犯规号数暂存与(34H) HERE: MOV A,R0 CJNE A,#0AH,FLASH ;0.5s向下运行灯灭并停响 CLR RING MOV R3,#0AH MOV R4,#0AH MOV R5,#0AH ;三灯全灭 AJMP CHECK1 FLASH: CJNE A,#14H,CHECK1 ;下面系1s的情况,响并显示号数并清R0,重新计 SETB RING MOV R0,#00H MOV R3,34H ;取回号数 MOV R5,#0BH MOV R4,#0BH ;显示FF和号数 AJMP CHECK1 CHECK1: JNB P1.7,QUIT1 ACALL DISPLAY AJMP HERE QUIT1: CLR RING CLR OK AJMP START （9）加减时间延时： （起到不会按下就加N个数) DELAY1: MOV 35H,#08H LOOP0: ACALL DISPLAY DJNZ 35H,LOOP0 RET （10）延时(显示和去抖动)： DELAY: MOV 32H,#12H LOOP: MOV 33H,#0AFH LOOP1: DJNZ 33H,LOOP1 DJNZ 32H,LOOP RET （11）发声程序： BARK: SETB RING ACALL DELAY1 ACALL DELAY1 CLR RING ;按键发声 RET （12）T0溢出中断： T0INT: MOV TH0,#0ECH MOV TL0,#0FFH JNB RING,OUT; CPL P3.6 ;RING标志位为1时候P3.6口不断取反使喇叭发出一定频率的声音 OUT: RETI （13）T1溢出中断： T1INT: MOV TH1,#3CH MOV TL1,#0B0H INC R0 RETI END 第四章 小结 本文研究与设计的六路多功能抢答器采用了通用的电子元器件，利用80C51单片机及外围接口实现抢答系统，利用单片机的定时器/计数器定时和记数的原理，将软、硬件有机地结合起来，使得系统能够正确地进行计时，准确的实现抢答功能。 通过本次课程设计本人收获良多。认识到了自己所学的专业知识的实用性和重要性。对自己以前所学知识的巩固和今后的学习起了很大的作用。本次课程设计，加深了我对电工电子技术的热爱，也使我对以后的学习有了很大的信心。课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。 参考文献 [1] 何利民.单片机应用系统设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，1991 [2] 丁建伟.抢答器电路设计[J].兰州工业高等专科学校学报，2008，（04） [3] 冯育长.单片机系统设计与实例指导[M].北京：西安电子科技大学出版社，2007 [4]李光飞.单片机课程设计实例指导[M].北京：北京航天航空大学出版社，2004 [5]黄正谨.综合电子设计与实践[M].东南大学出版社，2002-3 [6] 胡汉才.单片机原理与接口技术[M].北京：清华大学出版社，1998 附录1： 系统原理图 是 是 是 是 否 否 否 否 否 是 并行口数 据为0吗？ 将时间计数器及 启动标志位置1 开中断 判断抢答组号 蜂鸣器发光二极管闪烁 启动标志=1？ 继续抢答比赛吗 倒计时10S开始 抢答时间到了吗 将抢答组号送显示 蜂鸣器报警发光二极管闪烁 判断哪一组为抢答组 将抢答组号送显示 回答时间10S倒计时开始 系统返回 回答时间到了吗 定时器及并行口初始化 设置开始抢答 时间和回答时间 开中断、修改计数单元� � 开始 调用键值处理程序 发声电路 定时中断服务程序开始� � 恢复初值并报警� � Y 主持人控制开关 控制电路 报警电路 抢答按钮 锁存器 译码电路 调用键盘扫描程序 显示电路 调用显示程序 中断返回� � N 到1秒否� � 修改倒记时单元� � 初始化 各控制单元赋初值 Y 主程序开始 置计数初值报警设备� � 倒记时结束否� � N 关中断、恢复定时初值 1