at89c51单片机8位抢答器课程设计(含图和程序)

1、删xinyij university l单片机课程设计设计计算说明书设计题目：基于单片机的抢答器设计学生姓名肖德华学 号1501011021专 业 机械制造与自动化班 级指导老师彭小军完成日期职 称副教授摘要本设计是以八位抢答为基本理念。考虑到需设定限时回答的功能，利用at89c51 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。先进行系统硬件 设计，该电路由显示电路，抢答电路，晶振电路等部分组成，然后进行系统软件 设计，进行软件的仿真，这次

2、课程设计不仅能锻炼我们的动手能力，而且能够培 养我们对问题的思考能力以及对知识的进一步了解。关键词:at89c51；抢答器；计吋；报警目录第章引言1第2章系统总体设计22. 1八路抢答器的工作原理22.2八路抢答器的总体框图2第3章系统硬件的设计33. 1单片机最小系统33. 1. 1芯片统计33. 1. 2硬件介绍33.2复位电路设计43. 3晶振电路设计53.3抢答器电路设计53.4显示电路设计63.5蜂鸣器电路设计7第4章系统软件设计94.1主程序设计94.2倒计时30s子程序设计104.3外部中断t1中断子程序设计114.4定时器t1中断子程序设计124.5选手按键程序124.6数码管

3、显示程序设计14第5章仿真调试155. 1非法抢答155.2抢答或回答时间修改155.3正常倒计时165.4回答吋间175. 5复位18第5章总结19第6章致谢20第7章参考文献21附录a: proteus仿真图23附录b:源程序24第1章引言此次设计提出了用at98c51单片机为核心控制元件，设计一个简易的抢答 器，本方案以at89c51单片机作为主控核心，与数码管、蜂鸣器等构成八路抢 答器，利用了单片机的延时电路、按键复位电路、吋钟电路、定吋/中断等屯路, 设计的八路抢答器具有倒计时和实时显示抢答选手的号码的特点，还有复位电 路，使其再开始新的一轮的答题和比赛。它的功能实现是比赛开始，主持

4、人读完题之后按下总开关，倒计时开始，此 时数码管开始进行30s的倒计时，是选手的思考时间，倒计时完后，才允许开始 抢答，若有人答题，对应的会在数码管上显示出该选手的编号并由蜂鸣器发出声 音，在30s倒计时内答题无效。第2章系统总体设计2. 1八路竞赛抢答器的工作原理以单片机为核心，设计一个8路竞赛抢答器：同时供8名选手或8个代表队 比赛，分别用8个按钮sos7表示。设置一个系统清除和抢答控制开关s,开关由主持人控制。抢答器具有锁存与显示功能。即选手按按钮，锁存相应的编号，并在优先抢 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，r次抢答的时间由主持人设定（如30秒）。当主

5、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，声响持续的时间为0.5s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。如果定时时间己到，无人抢答，木次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时 显示器上显示00o2-2八路竞赛抢答器的总体框图图2. 1总体框图第3章系统硬件设计3.1单片机最小系统微控制器采用at89c5uat89c51是美国atmel公司生产的与mcs-51系列 单片机完全兼容的高性能cmos 8位单片机，mcs-51系列单片机以其推出吋间 早、配套资源丰富、开发手段完善、性价比

6、高等特点而得到了广泛的应用，是单片机的主流品种。3.1.1芯片统计名称型号数量芯片at89c511数码管7seg-mpx4-cc1按钮button15电容cap2电解电容cap-elec1品振crystal1电阻res8喇叭speaker(device)13. 1. 2硬件介绍与mcs-51系列完全兼容的高性能8位cpu；4k字节可重复编程的flash存储器；256字节的sram；4个8位的并行口，共32条i/o 口线；3个16位的定时器/计数器;6个中断源，2个中断优先级的中断系统；一个全双工的串行口；内部振荡器；可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路。其最小系统如下图3.

7、1.2所示。c'5co cocm coco图3. 1. 2单片机最小系统电路图63<lx5l<lx6l1碍:壬;茗惚剤焉:零°二轻匸m tigod scmsod kmpod gcg ccmcod e<二od ocmqodiio匚iigiuj<12o5：e：copkqk：9e：s:iselj1at89c51<text>3.2复位电路的设计mcs-51的复位输入引脚rst为mcs-51提供了初始化的手段，可以使程序从 指定处开始执行，在mcs-51的时钟电路工作后，只要rst引脚上出现超过两个 机器周期以上的高电平时，即可产生复位的操作只要rs

8、t保持高电平，则mcs-51 循环复位.只有当rst由高电平变低电平以后。mcs-51才从0000h地址开始执 行程序。本系统采用按键复位方式的复位电路。复位电路：当一轮进行完时，由主持人按下，下一轮倒计时开始，如图3.2 所示。3.3晶振电路设计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，外接定吋反馈元件组成振荡器（内部时钟方式），产生吋钟送至单片 机内部各元件。时钟频率越高，单片机控制器的控制节拍就

9、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3. 3所示。加电以后延时一段时间（约 10ms）振荡器产生吋钟，不受软件控制，图中y1为晶振，震荡产生的吋钟频率 主要由y1确定。电容cl, 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30pfo图3. 3晶振控制电路3.4抢答器电路设计键盘接口屮使用多少根i/o线，键盘屮就有几个按键，键盘接口使用了 8 根i/o 口线，该键盘就有8个按键，这种类型的键盘，其按键比较少，且键盘中 各按键的工作互不干扰。因此可以根据实际需要对键盘中的

10、按键灵活的编码。最简单的编码方式就是根据1/0输入口所直接反映的相应按键，按下的状态 进行编码，称按键直接状态码，对于这样编码的独立式键盘，cpu可以通过直接 读取i/o 口的状态来获取按键的直接状态编码值，根据这个值直接进行按键识 别，这样形式的键盘结构简单，按键识别容易。独立式键盘的缺点是需要占用比较多的i/o 口线，当单片机应用系统键盘中 需要的按键比较少或i/o 口线比较富余时，可以釆用这样类型的键盘。独立式按键键盘：用于输入高低电平，八位选手抢答时高低电平发生变化, 如图34所示。图3. 4抢答按键部分3. 5显示电路设计led动态显示是单片机屮应用最为广泛的一种显示方式，其接口电路

11、是把所 有显示器的8个笔划段a-dp同名端并联在一起，而每一个显示器的公共极com 是各自独立地受i/o线控制，cpu的字段输出口送出字形码时，所有显示器由于 同名端并连接收到相同的字形码，但究竟哪个显示器亮，则取决于com端，而这 一端是由i/o控制的，所以就可以自行决定何时显示哪一位了，在轮流点亮扫描 过程屮，每位显示器的点亮时间表是极为短暂的，但由于人的视觉暂留现象及发 光二极管的余辉将就尽管实际上各位显示器并非间时点亮，但只要扫描速度足够 快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感。抢答器倒计时显示电路：有三位数码管组成，前两位显示30s倒计时，第三 位显示成功抢答选手编号，如

12、图3. 5所示。图3.5显示控制部分图二奈zd °3ad 5二 zd oovszdsld gwscdd sld2奈.od2§d sssd sld13.6蜂鸣器电路设计我们知道，声音的频谱范围约在儿十到儿千赫兹，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巨型波， 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，使喇叭发岀不同的声音。单片机 通过内部定时器的操作实现交替变换的波形输出驱动扬声器发声，有选手抢答成 功，使蜂鸣器发出声音，如图3. 6所示。第4章系统软件设

13、计系统软件分为主程序、中断服务程序和子程序三部分4.1主程序（主程序流程框图见图4.1）结束图4.1主程序流稈框图主程序是系统上电或复位后首先要执行的程序，主程序主要完成系统的初始 化、扫描显示、扫描键盘等工作。程序流程如图4所示，对单片机进行初始化, 包括设置堆栈、倒计时30s设置、定时器to设置，外部屮断设置，键盘扫描设 置，初始化状态时显示00。4.2倒计时30s子程序：（定时器t0中断子程序框图如图4. 2所示）倒讣时入協i 中弹出a、psit图4. 2定时器t0中断子程序框图首先要把累加器acc和程序状态字psw放入堆栈保护，然后进行倒计时 的设置，设置为30s倒计吋，先看看1s到没

14、，如果到，倒计吋自动减1,并在 数码管显示，再判断倒计时的30s到没，没到继续倒计时并显示，倒计时计完为止，然后弹出累加器acc与程序状态字psw,中断退岀，返回到中断入口处。4.3外部中断t1中断子程序：（外部t1中断子程序框图如图4. 3所示）0、3ckff1 计时设置iuhuoc. pswi中斷返回图4. 3外部t1屮断子程序框图外部中断t1中断时要先把累加器acc和程序状态字psw放入堆栈保护， 然后把20h标志位置0,再调用显示程序，t0开始定时，t1停止，然后设置30s 倒计吋，设置之后弹出累加器acc与程序状态字psw,中断退出，返回到中断 入口处。4.4定时器t1中断子程序：（

15、定时器t1中断程序框图如图4. 4所示）图4. 4定时器t1中断程序框图定时器t1中断吋要先把累加器acc和程序状态字psw放入堆栈保护，然 后就是响铃，接上喇叭，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。设置之后弹出累加器 acc与程序状态字psw,中断退出，返回到中断入口处。45选手按键程序：（键盘扫描程序框图如图4. 5所示）站农图4.5键盘扫描程序框图键盘扫描时先判断20h单元和21h单元标志位是否为0,是的话说明允许 键盘扫描，否的话即不允许键盘扫描，不允许扫描就返回调用，结束，允许扫描 时开始扫描p1 口看有没有选手按下答

16、题键，按下时此口变为低电平0,如果没 有选手按键，则判断p1 口有没有扫描完，没有扫描完就继续扫描，扫面完没有 选手按下就检查20h和21ho4.6数码管显示程序：（显示子程序框图如图46所示）q开始一）选手弓在址码怦 “ 界示出來倒计时显示n个位显紅皿数码耸、十位显丽f04敌码管y返冋训用:納蚁 '：图4.6显示子程序框图进入显示子程序先把选手的号码显示于01数码管，然后是选手的答题时间十 秒钟倒计时显示，把个位显示在02数码管上，把十位显示在04数码管上，同时把 倒计时的数值减1后存在6111和6211屮，判断倒计时是否结束到0,结束的话返回调 用，倒计时没有结束即继续倒计时。第5

17、章仿真调试5.1非法抢答u1ats9c51proofmo-ql；brnd 引md endeknd elgnd undp<sn_ d<yz =<en rle 璽a£2issd共阴极i1fif2 £畫 www wasulc1u tbv* tbyh*t ajn« tglhctb-hctbvhctemixx1cry8tm ctekt><te>ovr8vflc31djf图5.1如图5.1所示，1号非法抢答，被锁定，数码管显示1号号码。并且一亮一暗的跳动，并伴有警告声5.2抢答或回答时间修改如图5. 2所示，程序运行后点击“抢答吋间调整”或

18、“冋答吋间”，数码管 显示初始倒计时时间30s,然后点击“加1”或“减1”按钮，可根据自己需求 调整抢答或回答时间。共阴极-peccer-q or»lmat8sc51frx)orm>qlldwmiml 切ml 卸c-i<te>n>r7 心 |»t|d< l a l. i l_ o笃0嘲嘲勞卜swrd gsj dwzd m2 gsu¥百 mvbp 98ww qo-issd 塲ed glt ?s e_£ sjnzg 劉t 曰<x!a£?«iriaictextfr8idc text图5.253正常倒计时共

19、阴极12349.hbcu1atscs1p hooivua-ql：曜md 日nd ec e_ed ouh 祠口 g吕日 r in 1hflwmz- h<8z-ew5z_ 二希空 qozd auzd15_ 多afp 9wp i.0_ dwhp aw? is- dwxrp5uabcdefg dfm 冋 rffiadzw1xmixtt=xe。号hp>ter图5.3如图5. 3所示，调整抢答时间为26s后，先按停止键，使数码管显示初始状 态，接着按下“确定”键，这是会有蜂鸣声出现。抢答倒计时从26s开始，在 26s内需要开始抢答，在最后5秒的时候，会发出警报声。若在26s内无人抢答, 则如图

20、5. 4所示，回到初始状态。«texn-彎34l- 口f：1f：21o：1o：cter5 1dcnsrd ehd ihm-e_en一 gm5wn 口wyn =ken 曇nd mxanltd swp i>0_ nshp gua ?aoc1c2<tex1x1 cry8t/u.o : n n图5.45.4回答时间若有人抢答，在抢答键按下时，也会有蜂鸣声。则数码管的第一显示为显示抢答者的号码，而且最后两位显示答题时间倒计时，如图5.5共阴极abcde尸g 0尸amrcte<i><texn«c21djfu1pr0gfvy>-dl3- id j.hb

21、<r8c1hf<tek7cry8tm ctext> 卜卜.! 5 60af? issdelx mix惶卜rid ler-.emd lrid e_end nun 內 nd nrnd 娶、r-nd xvgzd uw>zd 二需nd pkrlza. 罢nd§s 旻ti启 支丫od nsns mwqd §as图5.5此时，抢答区按键被锁，无人可以抢答。回答时间完结后，又出现如图5.4的现象。5.5复位按下复位键后，程序回复初始状态。第6章总结这次彭老师给我们安排了一个星期的吋间，可以说是比较充裕的。虽然如此, 我还是很用心的做设计程序，刚拿到题目，感觉太繁杂

22、了，不知怎么下手，虽然 这些知识以前都有接触过，但也只是分部分来接触，而这次的设计是耍对前面几 次实验的一个综合，真的很难。也翻阅了一些资料，到图书馆翻阅了很多资料， 可是还是一片空白，于是也在网上参考一些个程序，然后自己事先编写好了程序, 到了周一去到机房时候，把自己写的程序烧进去芯片里面，发现不行，才知是我 把段码地址搞错了，所以不能在数码管上正常显示。通过运用单片机设计八路抢 答器程设计，发现自己的很多不足，自己知识的很多漏洞，看到了自己的实践经 验述是比较缺乏，理论联系实际的能力述急需提高。第7章致谢在这一周里，我和我组成员周瑞森设计了一个八路抢答器，是主要由用 at98c51单片机为

23、核心控制元件，设计一个简易的抢答器。在彭老师的带领和指导下，我们才能顺利的完成这个电路的设计。因为是他, 教给我们的数字电子电路知识，也是他，帮我们找出了设计过程中存在的不易察 觉的错误和漏洞。如果没有老师平时上课对我们的耐心的教学，没有老师对我们的解疑释惑，我们 也不可能掌握电子电路的知识，掌握将来工作的技术和能力。所以，在此，感谢彭老师对我们的付出，感谢彭老师为我们所做的一切，我们 现在所得到的知识，都是彭老师辛苦的结晶。除此之外，还要感谢学校给我们提供的这次自己实际动手实验的机会，让我们 学到了课堂上没有的知识。还有，感谢我的组员，在这期间，我们相互探讨，相互学习，相互取长补短， 提高了

24、工作效率，没有他们的帮助，我也不可能单独完成整个设计。所以，在此，感谢所有的人！第8章参考文献1 陈堂敏.刘焕平主编.单片机原理与应用m.北京:北京理工大学出版社,2017.2 沈美明.温动蝉编著.ibm-pc汇编语言程序设计m.北京:清华大学岀版社，2016.3 张仰森等编微型计算机常用软硬件技术速查手册m 北京:北京希望电脑公 司,2011.4 江修汗等编.计算机控制原理耳应用m四安：四安电子科技大学出版社,2015.5 刘守义单片机应用技术m. 2版.西安:西安电子科技大学出版社,2013.6 王效华，张咏梅单片机原理与应用m北京：北京交通大学出版社，2012.7 亚娟单片机原理与应用m

25、大连：大连理工大学岀版社，2017.8 刘训非.单片技术及应用m北京:清华大学出版社，2017.9 毕万新.单片机原理与接口技术m.大连：大连理工大学出版社，2015.10 欧鹏科技，史学军，周井泉，电路分析基础m.西安:西安科技大学出版社， 2014.附录a： proteus仿真图a8c0efg共阴极抢答时间设定ah回答时间讼定、'：. -2bc1glqd sowsod §aod wwod "cdr810 text<tcxt>x1ism 号<艾c2-iilktfxt*s-s、£ zwscd 2宴 s2d i£ 二烹2d syb

26、zd虽cd 腹9xd m/s£d 052 12養 cd akecd qxoeu1at69c51mrm停止crystal vtektigurry血grx r o -确定ls1ilgspeak"text，附录b：源程序ok equ 20hring equ 22horg 0000hajmp mainorg 0003hajmp intosuborg 000bhajmp tointorg 0013hajmp inti suborg 001bhajmpt1intorg 0040hmain:mov rl,#30;初设抢答时间为30smov r2,#60;初设答题时间为60smovtmod

27、,#11h;设置定时器工作于方式1mov th0,#0fhmov tlo,#ob1h;越高发声频率越高，越尖mov th1,#3chmovtll,#0b0h;50ms为一次溢岀屮断setb easetb et0setb et1setb exosetb exi;允许 4 个中断，to/t1/int0/int1clr okclr ringsetb tr1setb tro;一开始就运行定时器，以开始显示fff,若要重新计数，重置th1/tl1就 行；=二二二查询程序=start:mov r5,#0bhmov r4,#0bhmov r3,#()bhacall display;未开始抢答时候显示fffj

28、b p3.0,nextacall delayjb p3.0,next;去抖动，如果“开始”按下就向下执行，否则跳到非法抢答查询acall bark;按键发声mova,r1mov r6,a;送r1->r6,因为r1中保存了抢答时i'可setb ok;抢答标志位，勇于count程序屮半段是否查询抢答mov r7,#0ih;读抢答键数据信号标志，这里表示只读一次有用信号mov r3,#0ah;抢答只显示计吋，灭号数ajmpcount;进入倒计时程序，“查询有效抢答的程序”在count里面next:jnb p 1.0,false 1jnbp1.1,false2jnbp1.2,false3

29、jnb p1.3,false4jnb p1.4,false5jnb p1.5,false6jnbp1.6,false7jnb p1.7,false8ajmp start；=非法抢答处理程序=falsekmov r3,#01hajmperrorfalse2:mov r3,#02hajmp errorfalse3:mov r3,#o3hajmp errorfalse4:mov r3,#04hajmp errorfalse5:mov r3,#05hajmp errorfalse6:mov r3,#o6hajmp errorfalse7:mov r3,#07hajmp errorfalse8:mov

30、r3,#o8hajmp error；=int0 （抢答时间r1调整程序）=intosub:mova,r1mov b,#0ahdiv abmov r5,amov r4,bmov r3,#0ahacall display;现在两个吋间led上显示r1jnb p3.4,inc0;p3.4 为+1s 键，如按下跳到 incojnb p35,dec0;p3.5为ls键,如按下跳到decojnb p3,back0;p3为确定键，如按下跳到backoajmp intosubinco:mova,r1cjnea,#63h,add0;如果不是99, r2加1,如果加到99, r1就置0,重新加起movr1,#oo

31、hacall delay 1ajmpintosubaddo:incr1acall delay 1ajmp intosubdeco:mova,r1jzsetr1;如果 r1 为 0, r1 就置 99dec r1acall delay 1ajmp intosubsetr1:movr1,#63hacall delay 1ajmp intosubbacko:reti；=int1 （回答时间r2调整程序）=int1sub:mova,r2mov b,#oahdiv abmov r5,amov r4,bmov r3,#0ahacall displayjnb p3.4jnc1jnb p3.5,dec1jnb

32、 p3.1,back1ajmp inti subinc1:mov a,r2 cjnea,#63h,add1 mov r2,#00hacall delay 1ajmp inti subaddkinc r2acall delay 1ajmp inti subdec1:mova,r2jz setr2dec r2acall delay 1ajmp inti subsetr2:mov r2,#63hacall delay 1ajmp int1subback1:reti;=倒计时程序(抢答倒计时和回答倒计时都调到该程序)= repeat:m0va,r2;使用锦囊时重新计时mov r6,aclr ringc

33、ount:mov r0,#00h;重置定时器中断次数mov th1,#3chmov tl1 ,#0b oh;重置定时器recount:mov a,r6;r6保存了倒计吋问，之前应先将抢答或答题吋问给r6mov b,#0ahdiv ab;除十分出个位/十位mov 30h,a；十位存于(30h)mov31h,b;个位存于(31h)mov r5,30h;取十位mov r4,31h;収个位mov a,r6subb a,#07hjnc larger;大于5s调到larger,小于等于5s会提醒mov a,rocjne a,#0ah,full; 1 s 屮 0.5s 向下运行clr ringajmpche

34、ckfull:cjnea,#14h,check;下面是is的情况，响并显示号数并请ro,重新计数setb ringmov a,r6jz quit;计时完毕mov r(),#0()hdec r6;秒标志减1ajmpchecklarger:mov a,r0cjne a,#14h,check;如果is向下运行，否则跳到查“停/显示”dec r6;计时一秒r6自动减1mov r0,#00hcheck:jnb p3.1,quit;如按下停止键退出jnb ok,checkk;只在回答倒计时才有效ajmpnexttcheckk:jnb p3.0,repeat;判断是否使用锦囊nextt: ac all di

35、splayjb ok,acount;如果是抢答倒计时，如是则查询抢答，否则跳过查询继续倒数(这 里起到锁抢答作用)ajmp recountacount:mov a,36hjnb acc.o,true1jnb acc.1,true2jnb acc2true3jnb acc.3,true4jnb acc.4,true5jnb acc.5,true6jnb acc.6,tz1jnb acc.7,tz2ajmp recounttz1:jmptrue7tz2:jmptrue8quit:clr ok;如果按下了 “停止”执行的程序clr ringajmp start；=正常抢答处理程序=true 1: a

36、c all barkmov a,r2mov r6,a;抢答时间r2送r6mov r3,#01hclr ok;因为答题的计时不在查询抢答，所以就锁了抢答ajmp counttrue2:acallbarkmova,r2mov r6,amov r3,#02hclr okajmp counttrue3:acallbarkmov a,r2mov r6,amov r3,#03hclr okajmp counttrue4:acall barkmov a,r2mov r6,amov r3,#04hclr okajmpcounttrue5:acallbarkmov a,r2mov r6,amov r3,#05h

37、clr okajmpcounttrue6:acallbarkmov a,r2mov r6,amov r3,#06hclr okajmp counttrue7:acallbarkmov a,r2mov r6,amov r3,#07hclr okajmp counttrue8:acallbarkmov a,r2mov r6,amov r3,#08hclr okajmpcount；=犯规抢答程序=error:mov r0,#00hmov th1,#3chmov tl1,#obohmov34h,r3;犯规号数暂存与(34h)here:mov a,rocjnea,#o6h,flash;o.3s向下运行-灭并停响clr ringmov r3,#0ahmov r4,#0ahmov r5,#0ah;三灯全灭ajmpcheck 1flash:cjnea,#och,check1;下面是0.8s的情况，响并显示号数并清ro,重新计setb ringmov r0,#00hmov r3,34h;取回号数mov r5,#0bhmov r4,#0bh;显示ff和号数ajmpcheck 1check 1:jnb p3.lquitacall disp