单片机课程设计报告.docx

单片机原理与应用课程设计报告 题 目： 知识竞赛抢答器 学 院： 培黎工程技术学院 班 级： 电信121本 学 号： 20120602050111 姓 名： 联系方式： 指导教师： 报告成绩： 2015年 01月03日中文摘要在知识竞赛中， 特别是做抢答题目的时候， 在抢答过程中，为了知道哪一组或哪一位选手先答题，必须要设计一个系统来完成这个任务。如果在抢答中，靠视觉是很难判断出哪组先答题。利用单片机系统来设计抢答器，使以上问题得以解决，即使两组的抢答时间相差几微秒，也可分辨出哪组优先答题。本设计是以四路抢答为基本理念。考虑到依需设定限时抢答的功能，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显示选手编号。用开关做键盘输出，抢答成功后进行声光提示，表示抢答成功。这次设计主要由以下模块电路组成：按键电路、计时显示电路、选手编号显示电路、灯显示电路、蜂鸣器电路以及时钟电路和复位电路。这次课程设计将硬件和软件联系在一起，通过利用之前学的知识从搭建硬件电路到编写系统程序，其中每一个步骤都需要新的知识作补充，一定程度上提高了我们学习应用能力和实践操作能力，从整体还是局部都会出现问题，在解决问题的过程中又学到了许多。相信通过进一步的学习，一定可以使这套系统功能更齐全。关键词：at89c51 中断 倒计时 按键电路等。目录中文摘要、关键词第一章 绪论. 1第二章 系统总体设计. 22.1抢答器设计要求2.2设计功能介绍2.3抢答器总体设计第三章 系统硬件设计 33.1at89c51介绍3.2系统模块电路设计第四章 系统软件设计. 94.1电路整体工作状态4.2程序设计流程图：4.3系统程序第五章 设计的效果.185.1系统总体设计电路5.2系统仿真调试及效果图第六章 结论.21附录：参考文献.22第一章 绪论 单片机又称微控制器（mcu），单片机（single chip microcomputer）是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器cpu、随机存储器ram、只读存储器rom、多种i/o口和中断系统、定时器/计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、a/d转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统。在工业控制领域，主要用来实现对信号的检测、数据的采集以及对应用对象的控制。除了工业控制领域，单片微机还在家用电器、电子玩具、通信、高级音响、图形处理、语言设备、机器人、计算机、汽车等各个领域迅速发展。目前单片机的世界年产量已达100多亿片，而在中国内陆地区单片微机的年应用量，而在中国内陆地区单片微机的年应用量已超过6亿片，由此可以看出单片微机的广泛应用和发展前景。在这些单片微机应用中，8位单片微机依靠自身的价格优势、较低的功耗及较小的尺寸，在市场中占主要地位。在日常生活中经常举行的各种竞赛中，我们经常看到有抢答的环节，举办方多数采用让选手通过举答题板的方法判断选手的答题权，这在某种程度上会因为主持人的主观判断造成比赛的不公平性。设计一个电子抢答器在一定程度上就可以避免这种现象。这里将以at89c51单片机作为主控制设计四路抢答器。第二章 系统总体设计2.1抢答器设计要求：（1）抢答器同时供4名选手或4个代表队比赛，分别用4个按钮k1 k4表示。 （2） 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。 （3）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。 （4）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，并保持到主持人将系统清除为止。 （5）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，定时显示器清零。2.2设计功能介绍：当系统工作后，四路抢答者中只要有一人按下抢答键，系统的数码管便显示按键者的编号，同时蜂鸣器发声且抢答者对应的灯亮，表示抢答成功。当有几个人同时按键时，由于在时间上必定存在先后，系统将对第一个按下者进行锁存，显示的编号也是第一个按下者，其他按键者将不能响应，以便公平地选择第一个抢答者。当确定了抢答成功者后，裁判只要按下复位键，系统便停止音乐，返回到抢答状态，进行下一轮抢答。2.3抢答器总体设计：图1 抢答器总体框图第三章 系统硬件设计3.1at89c51介绍：at89c51是一种带4k字节flash存储器（fperomflash programmable and erasable read only memory）的低电压、高性能cmos 8位微处理器，俗称单片机。at89c2051是一种带2k字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用atmel高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的mcs-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位cpu和闪速存储器组合在单个芯片中，atmel的at89c51是一种高效微控制器，at89c2051是它的一种精简版本。at89c51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列如图2所示。图2 外形及引脚排列at89c51的管脚说明： p0口：p0口为一个8位漏级开路双向i/o口，每脚可吸收8ttl门电流。当p0口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。p0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。在fiash编程时，p0 口作为原码输入口，当fiash进行校验时，p0输出原码，此时p0外部必须接上拉电阻。 p1口：p1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向i/o口，p1口缓冲器能接收输出4ttl门电流。p1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，p1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在flash编程和校验时，p1口作为低八位地址接收。 p2口：p2口为一个内部上拉电阻的8位双向i/o口，p2口缓冲器可接收，输出4个ttl门电流，当p2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，p2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。p2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，p2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，p2口输出其特殊功能寄存器的内容。p2口在flash编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 p3口：p3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向i/o口，可接收输出4个ttl门电流。当p3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，p3口将输出电流（ill）这是由于上拉的缘故。 p3口也可作为at89c51的一些特殊功能口，如下表所示： p3.0 rxd（串行输入口） p3.1 txd（串行输出口） p3.2 /int0（外部中断0） p3.3 /int1（外部中断1） p3.4 t0（计时器0外部输入） p3.5 t1（计时器1外部输入） p3.6 /wr（外部数据存储器写选通） p3.7 /rd（外部数据存储器读选通） p3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。vcc：供电电压。 gnd：接地。3.2系统模块电路设计：3.2.1选手编号显示电路 本显示电路采用单个共阴极数码管显示选手编号或相应参赛队的对号（只允许4个抢答选手或4个参赛队），由于该数码管接在p0口，需要外接上拉电阻使能够提供高电平。当抢答选手按相对应的按键ki(i=1、2、3、4)时，数码管显示相对应的编号（1、2、3、4）。如下图3所示：图3 选手编号显示电路3.2.2计时显示电路 本计时显示电路采用双共阴极七段数码管显示倒计时，选择将数码管接在p2口，位选接在p3.6、p3.7引脚上。当抢答选手按下相对应的按键ki(i=1、2、3、4)时，数码管倒计时（10s）。如下图4所示：图4 计时显示电路3.2.3按键电路 本按键电路的主要功能是：系统经过按键扫描程序，确定选手的抢答情况。当某一个按键（ki(i=1、2、3、4)）被按下时，其他抢答选手再不能进行抢答。如下图5所示：图5 按键电路3.2.4灯显示电路 本灯显示电路的主要功能是：灯亮时表示相对应的抢答选手抢答成功。如下图6所示： 图6 灯显示电路3.2.5时钟电路 在80c51单片微机内部带有时钟电路，因此，只需要在片外通过xtal1和xtal2引脚接入定时控制元件（晶体振荡器和电容），即可构成一个稳定的自激振荡器。故在芯片外部，xtal1和xtal2之间跨接晶体振荡器和微调电容。如下图7所示：图7 选手编号显示电路3.2.6复位电路 该复位方式采用上电复位电路，这是通过外部复位电路的电容充电来实现的，其复位信号是高电平有效，有效时间应持续24个振荡周期（2个机器周期）以上，故在该系统中复位信号应持续2us以上。复位电路如下图8所示：图8 复位电路第四章 系统软件设计4.1电路整体工作状态 在知识比赛中， 特别是做抢答题目的时候， 在抢答过程中，为了知道哪一组或哪一位选手先答题，必须要设计一个系统来完成这个任务。如果在抢答中，靠视觉是很难判断出哪组先答题。利用单片机系统来设计抢答器，使以上问题得以解决，即使两组的抢答时间相差几微秒，也可分辨出哪组优先答题。本次设计主要应用单片机抢答器设计及工作原理，以及根据它的实际用途。本系统采用at89c51单片机作为核心。该抢答器系统通过按键（k1、k2、k3、k4）输入抢答信号；利用灯显示电路和蜂鸣器分别完成灯光和语音报警功能；数码管显示电路来完成显示功能。工作时，用按键电路输入各路的抢答信号，经单片机的处理， 输出控制信号， 控制数码管的工作。计时显示电路用于设置抢答时的倒计时，倒计时结束后其他抢答选手不能再抢，选手编号显示电路同时显示选手编号，计时显示电路倒计时结束后熄灭。整个系统需要进行硬件和软件的结合，在结合硬件的基础上，软件设计也非常的重要。确定好硬件电路之后，就必须进行软件功能的设计，两者相结合才能够实现系统的功能。4.2程序设计流程图：图9 程序流程图4.3系统程序#include #define led p1 /将p2口另外取名为led#define uchar unsigned char /定义按键 sbit k1=p30; sbit k2=p31; sbit k3=p32; sbit k4=p33; /定义选手对应的灯 sbit led1=p10; sbit led2=p11; sbit led3=p12; sbit led4=p13; sbit buzzer=p14; / 共阴数码管码表（09） unsigned char code table= 0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f; /子程序声明 void delay10ms(unsigned int c); void key(); void display(uchar a,uchar b); void init(); /倒计时数码管选通位及段码定义 sbit hbit=p35; sbit lbit=p36; /相关变量定义 uchar num,a,b,counter; /主程序 void main() p0=0;init();while(1)key();if(counter=20)counter=0;num-;a=num/10;b=num%10;if(num=0)while(1);display(a,b);/延时程序void delay10ms(unsigned int c) /误差 0us unsigned char a,b; for(;c0;c-) for(b=38;b0;b-) for(a=130;a0;a-);/键值扫描读取void key()if(k1=0)delay10ms(1);if(k1=0)/while(!k1);led1=0;p0=table1;m=1;buzzer=1;delay10ms(50);buzzer=0;while(1); if(k2=0)delay10ms(1);if(k2=0)/while(!k2);led2=0;p0=table2;buzzer=1;delay10ms(50);buzzer=0;while(1); if(k3=0)delay10ms(1);if(k3=0)/while(!k3);led3=0;p0=table3;buzzer=1;delay10ms(50);buzzer=0;while(1); if(k4=0)delay10ms(1);if(k4=0)/while(!k4);led4=0;p0=table4;buzzer=1;delay10ms(50);buzzer=0;while(1); /定时器配置void init()tmod=0x01; /0000_0001,t0方式1th0=0x4c;tl0=0x00;et0=1; /允许t0中断 tr0=1; /t0的运行控制位ea=1; /中断允许总控制位/p3=0xff; /p2=0xff;num=10;display(1,0);/数码管倒计时显示void display(uchar a,uchar b)hbit=0;p2=tablea;delay10ms(1);hbit=1;lbit=0;p2=tableb;delay10ms(1);lbit=1;/中断程序void inter() interrupt 1th0=0x4c;tl0=0x00;counter+;第五章 设计的效果5.1系统总体设计电路图10 系统总体设计电路5.2系统仿真调试及效果图 本次系统设计鉴于该系统还存在一点小问题，以及时间比较仓促和便于快速实现其设计功能。故以仿真效果展示为主。 5.2.1倒计时功能仿真效果图处于抢答状态时，倒计时功能