单片机课程设计模拟抢答器设计.doc

单片机课程设计沈 阳 工 程 学 院课 程 设 计课程设计题目： 模拟抢答器设计 系 别: 新能源学院 班级: 新能本121 学生姓名: 刘俊明 学号: 2012213111 指导教师: 王德君、王健 职称: 高级实验师、副教授 起止日期：2014年12月22日起至2014年12月26日止沈 阳 工 程 学 院课程设计任务书课程设计题目： 模拟抢答器设计 系 别： 新能源学院 班级： 新能本121 学生姓名： 刘俊明 学号： 2012213111 指导教师： 王德君、王健 职称： 高级实验师、副教授 课程设计进行地点： 单片机实验室(f207) 任 务 下 达 时 间：2014 年12月18日起止日期：2014年12月22日起至2014年12月26日止教研室主任： 王 健 2014 年12月17日批准一、设计目的通过课程设计使学生更进一步掌握单片机原理及应用课程的有关知识，提高应用单片机解决问题的能力，加深对单片机应用的理解。通过查阅资料，结合所学知识进行软、硬件的设计，使学生初步掌握应用单片机解决问题的步骤及方法。为以后学生结合专业从事单片机应用奠定基础。二、设计的原始资料及依据利用td-nmc+单片机实验系统的i/o接口或可编程接口8255，指示灯等。三、设计的主要内容及要求1分别用五个开关代替五个抢答小组，当开关为0时表示未抢答，为1时表示抢答，一个开关表示抢答开始，一个开关表示清除（复位）。2每个开关对应有一个发光二极管表示抢答是否成功，当该组抢答成功时，对应的发光二极管闪亮，未抢答成功时不亮。3当抢答开始开关为1时才允许抢答，为0时不允许抢答。4抢答开始后，某组抢答成功其对应的发光二极管闪亮，主持人可用清除开关对其清除。5扩展功能：某组抢答成功其对应的发光二极管闪亮，同时用两个数码管显示器显示出抢答成功的组别。四、对设计说明书撰写内容、格式、字数的要求 1.课程设计说明书（论文）是体现和总结课程设计成果的载体，一般不应少于3000字。2.学生应撰写的内容为：目录、正文、参考文献等。课程设计说明书（论文）的结构及各部分内容要求可参照沈阳工程学院毕业设计（论文）撰写规范执行。应做到文理通顺，内容正确完整，书写工整，装订整齐。3.说明书（论文）手写或打印均可。手写要用学校统一的课程设计用纸，用黑或蓝黑墨水工整书写；打印时按沈阳工程学院毕业设计（论文）撰写规范的要求进行打印。4. 课程设计说明书（论文）装订顺序为：封面、任务书、成绩评定表、目录、正文、参考文献。五、 设计完成后应提交成果的种类、数量、质量等方面的要求；提交课程设计说明书一份。在说明书中要有设计原理、硬件电路接线图、设计的程序及必要注释、程序流程图等。六、时间进度安排；顺序阶段日期计 划 完 成 内 容备注11.5天查阅资料及程序设计22.5天上机调试程序30.5天成绩评定40.5天书写报告七、主要参考资料（文献）。沈 阳 工 程 学 院单片机应用技术课程设计成绩评定表系（部）：新能源学院 班级： 新能本121 学生姓名： 刘俊明 指 导 教 师 评 审 意 见评价内容具 体 要 求权重评 分加权分调研论证能独立查阅文献,收集资料；能制定课程设计方案和日程安排。0.15432工作能力态度工作态度认真，遵守纪律，出勤情况是否良好，能够独立完成设计工作， 0.25432工作量按期圆满完成规定的设计任务，工作量饱满，难度适宜。0.25432说明书的质量说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。0.55432指导教师评审成绩（加权分合计乘以12） 分加权分合计指 导 教 师 签 名： 年 月 日评 阅 教 师 评 审 意 见评价内容具 体 要 求权重评 分加权分查阅文献查阅文献有一定广泛性；有综合归纳资料的能力0.25432工作量工作量饱满，难度适中。0.55432说明书的质量说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。0.35432评阅教师评审成绩（加权分合计乘以8）分加权分合计评 阅 教 师 签 名： 年 月 日课 程 设 计 总 评 成 绩分目录摘要.6引言.6一.设计目的7二.设计要求7三.设计使用的元器件及功能7 1.8051单片机7 2.主要控制电路流程7 3.8051各引脚及其功能8 4.数码管8四.系统硬件设计方案9五.系统原理图101.复位电路的设计102.显示电路的设计10六.系统软件设计方案111.主程序系统结构11 2.系统程序113.程序设计思路.15 4.整体设计验证17总结19参考文献19 摘要抢答器是为智力竞赛参赛者答题时进行抢答而设计的一种优先判决器电路，广泛应用于各种知识竞赛、文娱活动等场合。如今的抢答器是以单片机为基准的，所以比较稳定，精准度高，比较敏捷。而以前的抢答器大部分都是基于数字电路组成的，制作过程复杂，而且准确性与可靠性不高，成品面积大，安装、维护困难。因此设计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8051单片机为核心的五路抢答器。关键词：抢答器；显示电路；按键控制电路 引 言时代在发展，慢慢的各种比赛都开始应接不暇，但是在这么繁忙的比赛中，必须有一个判断答题先后的问题，于是，抢答器出现了，但是以前的抢答器是数字电路搭接而成，非常麻烦，不实用，而且制作麻烦，成品面积相当大，于是，便出现了基于单片机控制的抢答器。基于单片机的抢答器，制作非常简单，而且精准度非常高，还具有答题限制时间，若规定的时间内没有给出答案，按犯规处理。随着微电子技术、电力电子技术、传感器技术、永磁材料技术、自动控制技术、微机应用技术的发展，使单片微型计算机也得到迅速的发展，单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。单片机微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。目前市面上所用的抢答器基本上都是单片机控制的微型抢答器，体积比较小，而且比较实用，功能全，应用也比较广泛，在各种比赛中都是用的这种抢答器。单片机（单片微型计算机）的应用已经渗透到国民经济的各个部门和领域，它起到了越来越重要的作用。单片微型计算机就是将中央处理单元、存储器、定时/计数器和多种接口都集成到一块集成电路芯片上的微型计算机。因此一块芯片就构成了一台计算机。它已成为工业控制领域、智能仪器仪表、尖端武器、日常生活中最广泛使用的计算机。它作为嵌入式控制系统的主体与核心，代替了传统的控制系统的常规电子线路。同时楼宇智能化的发展与成熟，也为基于单片机的照明控制系统的普及与应用奠定了坚实的基础。一 设计目的1.熟悉单片机控制系统，并了解系统设计的一般规律。2.掌握8051单片机的结构及编程方法。3.熟悉模拟用于娱乐或比赛抢答器的实现方法。二 设计要求 1分别用五个开关代替五个抢答小组，当开关为0时表示未抢答，为1时表示抢答，一个开关表示抢答开始，一个开关表示清除（复位）。2每个开关对应有一个发光二极管表示抢答是否成功，当该组抢答成功时，对应的发光二极管闪亮，未抢答成功时不亮。3当抢答开始开关为1时才允许抢答，为0时不允许抢答。4抢答开始后，某组抢答成功其对应的发光二极管闪亮，主持人可用清除开关对其清除。5扩展功能：某组抢答成功其对应的发光二极管闪亮，同时用两个数码管显示器显示出抢答成功的组别。三 设计使用的元器件及功能 1. 8051单片机8051系列单片机是国际上流行多年的代表机型，是国内高校教学和初学者入门首选的主流机型，也是在各种技术期刊和专业书籍中出现频率最高的经典机型。本文以标准80c51为模型，并适当兼顾8051系列的共性和常用型号的特性。内容主要包括：硬件架构、rom、ram、指令系统、汇编程序基础和汇编语言工具链、并行端口、定时器、中断逻辑、复位逻辑、时钟电路、电源电路等功能电路的结构和工作原理，以及片内程序存储器编程原理。图1 8051的时序图2.主要控制电路流程：主持人将控制开关拨到“开始”位置时，抢答电路和定时电路进入正常抢答工作状态，选手方可抢答。 当参赛选手按动抢答键时，显示灯亮，数码管显示选手序号，其他抢答电路停止工作。 3. 8051各引角及其功能电源端vcc 40脚 接地端gnd 20脚 时钟信号输入端 xtal2 18脚时钟电路引脚 xtal1 19脚 复位信号输入端rst 9脚 ，高电平有效 地址锁存允许信号端ale 30脚 ，6分频振荡周期， psen 29脚 程序存储器允许输出信号端 用于读取外部的程序存储器，每个机器周期中两次有效。ea 31脚 外部程序存储器地址允许输入,接高电平时，执行片内程序存储器的内容，当pc超过0fffh时，自动变0。接低电平时，访问外部程序存储器。p0 3932脚 8位准双向i/o,在做输入时，要先向口地址80h写1，此时由内部上拉提成高阻态。p1 18脚 8位准双向i/o口4. 数码管 由8段发光二极管组成。其中7段组成“8”字，1段组成小数点。通过不同的组合，可用来显示数字09、字母af及符号“.”。 led数码管有共阴极和共阳极两种结构。 4.1 led数码管的工作原理 发光二极管导通亮，不导通暗。这样就构成了字符的显示。 4.2数码管接口电路 静态显示方式(硬件接口方法) 这就是我们在数字电路中所学的内容，在数据总线上的信号须经i/o接口电路并锁存，然后通过译码器，就可以驱动led显示器中的段发光。 这种方式使用的硬件较多(显示器的段数和位数越多，电路越复杂)，缺乏灵活性，且只能显示十六进制数。 动态显式方式(软件接口方法) 这种接口方法是以软件查表来代替硬件译码，既省去了译码器，又能显示更多段的字符和更多位的led显示器。所以广泛应用于单片机系统的显示。 4.3连接方式 将51单片机的输出平p1口段控信号，p0口为位控信号（可用a口，显示比较明显） 将各位数码管的ah端分别并在一起(若有6个数码管，则将它们6个a对a，6个b对b.6个h对h相并接)，再和上面的一路i/o口输出的8位段控信号相连，以获得显示代码，对应要发光的段。 将各位数码管的公共端(共阴极或共阳极)分别与上面的另一路i/o口相连(每一位公共端对应i/o口中的一位)，以获得位控信号使该位led发亮。 为了存放显示的数字或字符，通常内部ram中设置显示缓冲区，其存储单元个数与led显示器的位数相同。 4.4 显示原理 每一时刻只有一位led被点亮，在显示代码的作用下显示信息。 各位led轮流被点亮，在各自的显示代码的作用下分别显示各自的信息。 只要利用发光二极管的余光和人眼的驻留效应(即适当调整每位led的点亮时间和时间间隔)，就可以获得稳定的显示输出。即为动态显示四 系统硬件设计方案为使硬件电路设计尽可能合理，应注意以下几方面：(1) 尽可能采用功能强的芯片，以简化电路，功能强的芯片可以代替若干普通芯片，随着生产工艺的提高，新型芯片的的价格不断下降，并不一定比若干普通芯片价格的总和高。(2) 留有设计余地。在设计硬件电路时，要考虑到将来修改扩展的方便。因为很少有一锤定音的电路设计，如果现在不留余地，将来可能要为一点小小的修改或扩展而被迫进行全面返工。(3)i/o端口，在样机研制出来后进行现场试用时，往往会发现一些被忽视的问题，而这些问题不是靠单纯的软件措施来解决的。如有些新的信号需要采集，就必须增加输入检测端；有些物理量需要控制，就必须增加输出端。如果在硬件电路设计就预留出一些i/o端口，虽然当时空着没用，那么用的时候就派上用场了。五.系统原理图 图3.系统原理图1.复位电路的设计单片机的第9脚rst为硬件复位端,只要将该端持续4个机器周期的高电平即可实现复位,复位后单片机的各状态都恢复到初始化状态。 2.显示电路的设计显示功能与硬件关系极大，当硬件固定后，如何在不引起操作者误解的前提下提供尽可能丰富的信息，全靠软件来解决。六 系统软件设计方案 1.主程序系统结构图4 软件系统结构图 2 系统程序org 0000hmain:mov a,#80h mov dptr,#7f03h movx dptr,a mov sp,#50h mov p1,#0ffh mov 35h,#0dh mov 34h,#0bh mov 33h,#10h mov 32h,#10h mov 31h,#00h start:jb p1.6,bb lcall delay1sjmp start bb:jb p1.1,team1 jb p1.2,team2 jb p1.3,team3 jb p1.4,team4 jb p1.5,team5 ajmp startteam1:mov 30h,#01hloop:mov a,#01h mov dptr,#7f00hmovx dptr,a acall delay1mov a,#00h mov dptr,#7f00hmovx dptr,a acall delay1 jnb p1.7,loop lcall mied ljmp startteam2:mov 30h,#02hloop1:mov a,#02h mov dptr,#7f00hmovx dptr,a acall delay1mov a,#00hmov dptr,#7f00hmovx dptr,aacall delay1 jnb p1.7,loop1 lcall miedljmp startteam3:mov 30h,#03hloop2:mov a,#04h mov dptr,#7f00hmovx dptr,a acall delay1mov a,#00hmov dptr,#7f00hmovx dptr,aacall delay1 jnb p1.7,loop2 lcall miedljmp startteam4:mov 30h,#04hloop3:mov a,#08h mov dptr,#7f00hmovx dptr,a acall delay1mov a,#00hmov dptr,#7f00hmovx dptr,aacall delay1 jnb p1.7,loop3 lcall miedljmp startteam5:mov 30h,#05hloop4:mov a,#10h mov dptr,#7f00hmovx dptr,a acall delay1mov a,#00hmov dptr,#7f00hmovx dptr,aacall delay1 jnb p1.7,loop4 lcall mied ljmp startmied:mov a,#00hmov dptr,#7f00hmovx dptr,amov 30h,#0 retxs:mov r0,#30hmov r1,#0fehdisply:mov a,r0mov dptr,#tabmovc a,a+dptrmov dptr,#7f01hmovx dptr,amov a,r1mov dptr,#7f02hmovx dptr,alcall delaymov a,r1jnb acc.6,retnrl amov r1,ainc r0sjmp displyretn:retdelay:mov r5,#10hdd:nopdjnz r5,ddrettab:db 3fh,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,77h,7ch,39h,5eh,79h,71h,40hdelay1 :mov r7,#9hdly1:mov r6,#02fhdly2:lcall xs djnz r6,dly2 djnz r7,dly1ret end3 程序设计思路这次程序设计利用8051芯片和8255扩展，p1.1p1.5分别代表五位选手，当输入为1时，则抢答成功，为0时抢答失败。其中程序有start（调判断抢答是否开始程序）、bb（调选手抢答程序）、team（调选手答题情况）、mied（调主持人复位灭灯程序）、xs（调显示电路程序）。delay、delay1、diy1、dly2分别调延迟程序。3.1抢答开始程序 在强大信号发出前，给p1输入高电位，让所有数码管都发亮，等待主持人发出开始抢答指令。用p1.6口输入是否有抢答指令，如果p1.6口输入为高电平，则跳转到选手抢答程序bb，如果p1.6输入为0，则跳转到延迟程序delay1,并返回start，继续等待主持人发出抢答指令：org 0000hmain:mov a,#80h mov dptr,#7f03h movx dptr,a mov sp,#50h mov p1,#0ffh mov 35h,#0dh mov 34h,#0bh mov 33h,#10h mov 32h,#10h mov 31h,#00h start:jb p1.6,bb lcall delay1sjmp start3.2选手抢答指令当主持人发出抢答信号后，五位选手就开始按抢答器进行抢答。以选手1为例，当p1.1为1时，跳转到team1，在该程序中，跳转到delay1进入延迟程序，使得显示电路工作，数码管显示1号选手的数字，知道主持人通过按键使p1.7由1变成0，跳转到灭灯程序，时数码管复位归零： bb:jb p1.1,team1 jb p1.2,team2 jb p1.3,team3 jb p1.4,team4 jb p1.5,team5 ajmp startteam1:mov 30h,#01hloop:mov a,#01h mov dptr,#7f00hmovx dptr,a acall delay1mov a,#00h mov dptr,#7f00hmovx dptr,a acall delay1 jnb p1.7,loop lcall mied3.3灭灯程序 当选手答题后，由主持人按键使该选手的号码归零，继续进入下一道题：mied:mov a,#00hmov dptr,#7f00hmovx dptr,amov 30h,#0 ret3.4显示程序当选手抢答成功后，跳转到显示程序，在该程序中利用一系列的延迟程序和空操作，使数码管一直显示，知道主持人进行复位清零操作或者系统判断无人抢答即acc.6为0时，跳转到ret结束本轮抢答，继续进行下一轮抢答：xs:mov r0,#30hmov r1,#0fehdisply:mov a,r0mov dptr,#tabmovc a,a+dptrmov dptr,#7f01hmovx dptr,amov a,r1mov dptr,#7f02hmovx dptr,alcall delaymov a,r1jnb acc.6,retnrl amov r1,ainc r0sjmp displyretn:retdelay:mov r5,#10hdd:nopdjnz r5,ddrettab:db 3fh,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,77h,7ch,39h,5eh,79h,71h,40hdelay1 :mov r7,#9hdly1:mov r6,#02fhdly2:lcall xs djnz r6,dly2 djnz r7,dly1ret end4 整体设计验证1.具有清零装置和抢答控制，可由主持人操纵避免有人在主持人说“开始”前提前抢答违反规则。2.主持人说开始并扳动控制开关。3.主持人宣布开始后选手开始按动按钮抢答，当有选手抢答成功后，程序锁存该选手信息并在led显示屏上显示该选手编号，其他抢答无效。4.回答完毕后主持人复位程序，准备下一轮抢答。总 结这一周终于结束了，自我感觉单片机课程设计是一门很实用，也很难的设计。这个设计用到了