基于51单片机八路抢答器设计

中国矿业大学成人教育学院 2017 届毕业设计（论文）毕 业 设 计 （ 论 文 ）题 目： 基于 51 单片机的抢答器系统设计 函授站点： 中国矿业大学继续教育学院 学习层次： 专科 班级名称： 徐工技师学院 函机电 2015 班 姓名： 彭乾坤 学号： 中 国 矿 业 大 学 继 续 教 育 学 院20 年 月 日中国矿业大学成人教育学院 2017 届毕业设计（论文）摘 要随着科学技术的发展和普及，各种各样的竞赛越来越多，其中抢答器的作用也就显而易见。目前很多抢答器基本上采用小规模数字集成电路设计，使用起来不够理想。因此设计一更易于使用和区分度高的抢答器成了非常迫切的任务。现在单片机已进入各个领域，以其功耗小、智能化而著称，所以若利用单片机来设计抢答器，便使以上问题得以解决.针对以上情况，本文设计出以 STC89C52RC 单片机为核心的八路抢答器。我们采用了数字显示器直接指示，自动锁存显示结果，并自动复位的设计思想,它能根据不同的抢答输入信号，经过单片机的控制处理并产生不同的与输入信号相对应的输出信号，最后通过 LED 数码管显示相应的路数，即使两组的抢答时间相差几微秒，也可分辨出是哪组优先按下的按键，它充分利用了单片机系统的优点，具有结构简单、功能强大、可靠性好、实用性强的特点。本设计是以八路抢答为基本理念。考虑到依需设定限时回答的功能，利用 51 单片机及外围接口实现的抢答系统，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，同时使数码管能够正确地显示时间。用开关做键盘输出，扬声器发生提示。同时系统能够实现：在抢答中，只有开始后抢答才有效，如果在开始抢答前抢答为犯规；满时后系统计时自动复位及主控强制复位；按键锁定，在有效状态下，按键无效非法。关键词：STC89C52RC； 共阴数码管； 按键 ；蜂鸣器中国矿业大学成人教育学院 2017 届毕业设计（论文）目 录前 言 .1第一章 工作原理 .21.1 设计目标 .21.1.1 基本功能 .21.1.2 主要技术参数 .2第二章 硬件设计与原理 .32.1 总设计框图 .32.2 硬件设计分析 .32.2.1 电源的设计 .32.2.2 单片机最小系统 .42.2.3 数码管显示电路 .102.2.4 按键输入电路 .112.2.5 报警与指示电路 .14第三章 软件设计与分析 .153.1 软件设计的组成 .153.2 各部分软件分析 .153.2.1 延时子函数 .153.2.2 初始化子函数 .153.2.3 开始键扫描子函数 .163.2.4 选手抢答按键扫描子函数 .173.2.5 显示子函数 .203.2.6 调整时间键扫描子函数 .243.2.7 定时器 0 中断子函数 .263.2.8 定时器 1 中断子函数 .273.2.9 主函数 .283.3 总源程序 .30第四章 软件仿真 .464.1 PROTEUS 简介 .464.2 仿真图 .484.3 原理图 .49中国矿业大学成人教育学院 2017 届毕业设计（论文）4.4 元件清单 .504.5 仿真结果图 .51总结 .54致 谢 .56参考文献 .57中国矿业大学成人教育学院 2017 届毕业设计（论文）0前 言最近几年来，随着科技的飞速发展，单片机领域正在不断的走向社会各个角落，还带动传统控制检测日新月异更新。在实时运作和自动控制的单片机应用到系统中，单片机如今是作为一个核心部件来使用，仅掌握单片机方面知识是不够的，还应根据其具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，加以完善。 “单片机原理及应用课程设计”是电子类专业的学科基础科，它是继“汇编语言程序设计” ， “接口技术”等课程之后开出的实践环节课程。中国矿业大学成人教育学院 2017 届毕业设计（论文）1第一章 工作原理1.1设计目标1.1.1基本功能1、同时供 8 名选手比赛，分别用 8 个按钮 K1 K8 表示。2、设置一个系统抢答控制开关 K0，该开关由主持人控制。3、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，扬声器发出声响提示，并在七段数码管上显示选手号码。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。4、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 30 秒） 。当主持人启动“开始“键后，定时器进行减计时。5、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。在这段时间如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示 00。1.1.2主要技术参数 1、在抢答中，只有开始后抢答才有效，如果在开始抢答前抢答为犯规。2、抢答限定时间和回答问题的时间是在 1060s 设定。3、可以显示是哪位选手有效抢答和无效抢答，正确按键后有音提示。4、抢答时间和回答问题时间倒记时显示，时间完后系统自动复位。5、按键锁定，在有效状态下，按键无效非法。中国矿业大学成人教育学院 2017 届毕业设计（论文）2第二章 硬件设计与原理以 STC89C52RC 单片机为核心，起着控制作用。系统包括数码管显示电路、复位电路、时钟电路、按键输入电路和蜂鸣器报警电路。设计思路分为六个模块：复位电路、晶振电路模块、STC89C52RC、数码管显示电路、按键输入电路和蜂鸣器报警电路这六个模块。2.1 总设计框图2.2 硬件设计分析2.2.1 电源的设计系统电源使用外接直流 5 伏。中国矿业大学成人教育学院 2017 届毕业设计（论文）32.2.2 单片机最小系统51 单片机是对目前所有兼容 intel 8031 指令系统的单片机的统称。该系列单片机的始祖是 intel 的 8031 单片机，后来随着技术的发展，成为目前广泛应用的为单片机之一。单片机是在一块芯片内集成了 CPU、RAM、ROM、定时器计数器和多功能 I/O 口等计算机所需要的基本功能部件的大规模集成电路，又称为 MCU。51 系列单片机内包含以下几个部件：一个位 CPU；一个片内振荡器及时钟电路；4KB 的 ROM 程序存储器；一个 128B 的 RAM 数据存储器；寻址 64KB 外部数据存储器和 64KB 外部程序存储空间的控制电路；32 条可编程的 I/O 口线；两个 16 位定时计数器；一个可编程全双工串行口；个中断源、两个优先级嵌套中断结构。如图 2-2-1 所示为 STC89C52RC 单片机基本构造，其基本性能介绍如下：中国矿业大学成人教育学院 2017 届毕业设计（论文）4图 2-2-1 STC89C52RC 单片机STC89C52RC 本身内含 40 个引脚，32 个外部双向输入/输出（ I/O）端口，同时内含 2 个外中端口，3 个 16 位可编程定时计数器,2 个全双工串行通信口，STC89C51RC 可以按照常规方法进行编程，但不可以在线编程。其将通用的微处理器和 Flash 存储器结合在一起，特别是可反复擦写的 Flash 存储器可有效地降低开发成本。STC89C52RC 的主要特性如下表所示：表 2-2-1 STC89C52RC 主要功能描述STC89C52RC 为 40 脚双列直插封装的 8 位通用微处理器，采用工业标准的兼容 MCS51 指令系统 32 个可编程 I/O 线4k 字节可编程闪烁存储器 可编程 UARL 通道三个 16 位可编程定时/计数器中断 时钟频率 0-24MHz2 个外部中断源，共 8 个中断源 2568bit 内部 RAM2 个读写中断口线 可直接驱动 LED软件设置睡眠和唤醒功能 低功耗空闲和掉电模式中国矿业大学成人教育学院 2017 届毕业设计（论文）5C51 内核，在内部功能及管脚排布上与通用的 8xc52 相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主 IC 内部寄存器、数据 RAM 及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号 IR 的接收解码及与主板 CPU 通信等。主要管脚有：XTAL1（19 脚）和 XTAL2（18 脚）为振荡器输入输出端口，外接 12MHz 晶振。RST/Vpd（9 脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC（40 脚）和 VSS（20 脚）为供电端口，分别接+5V 电源的正负端。P0P3 为可编程通用 I/O 脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0 端口（3239 脚）被定义为 N1 功能控制端口，分别与 N1 的相应功能管脚相连接，13 脚定义为 IR 输入端，10 脚和 11 脚定义为 I2C 总线控制端口，分别连接N1 的 SDAS（18 脚）和 SCLS（19 脚）端口，12 脚、27 脚及 28 脚定义为握手信号功能端口，连接主板 CPU 的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。P0 口：P0 口是一组 8 位漏极开路型双向 I/O 口，也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动 8 个 TTL 逻辑门电路，对端口 P0写“1”时，可作为高